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現代鑽井技術主要進展

    20世紀80年代中,第1次在鑽定向井中使用MWD,它與近鑽頭測斜器(MNB)配合使用,可以随鑽測得井斜角和方位角,求出井眼實時偏差矢量,實現幾何導向。20世紀80年代末随鑽測井儀(LWD)問世,三參數組合随鑽測井儀(地層電阻率、體積密度和中子孔隙度)和四參數組合随鑽測井儀(地層電阻率、體積密度、中子孔隙度和自然伽馬)已成為标準的LWD,可進行實時地面傳輸和井下儀器芯片内儲2種記錄。20世紀90年代以來MWD和LWD的發展日趨結合,形成了新的随鑽地層評價測試技術(FEMWD)。

    貴州鑽井地質導向技術(GST)是在MWD、LWD和SWD技術基礎上發展起來的一種前沿技術,是使用随鑽定向測量數據和随鑽地質評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌迹的鑽井技術。它是以井下實際地質特征來确定和控制井眼軌迹的鑽井,而不是按預先設計的井眼軌迹進行鑽井。使用該技術即使井眼避開地層和地層流體的界面,仍可精确地控制井下鑽具命中最佳地質目标,并始終位于産層。地質導向技術更利于在薄油層和大傾角油層中鑽水平井。

    1.1 井下鑽井動态數據實時采集、處理與應用技術

    旋轉鑽井中,鑽柱為高柔性結構并在鑽進時存在轉向、扭轉和橫向振動。振動可能會使鑽頭短暫離開井底使鑽頭空轉,也會造成鑽頭非正常磨損,嚴重時可能發生扭轉振動,鑽頭和鑽柱反轉(渦動)、鑽具脫扣及鑽柱粘、滑扣等複雜情況或事故。20世紀90年代以來,由于傳感檢測技術和微電子技術的進步,已開發出鑽井動态傳感檢測元件和高速數據監測及處理應用系統(DDS),實現了鑽井動态數據在井下采集和診斷,然後将診斷結果傳輸到地面,以有效地對井下鑽具的運動狀态進行控制。

    1.2 井下閉環鑽井技術

    閉環鑽井技術是在20世紀90年代信息化、智能化鑽井向自動化鑽井邁進中發展起來的集成化鑽井技術。根據1987年R.L.Monti的定義,要實現閉環鑽井作業的全過程,必須完成以下六項工作:1)地面測量,主要包括鑽井液錄井和鑽井參數地面測量。2)井下随鑽測量,即采用MWD及LWD測量井下幾何參數和地層參數。3)數據采集和地面計算。4)數據整體綜合解釋,主要包括把測量數據解釋成有用參數以指導作業,并用“人工智能”把世界範圍内專家經驗應用于井場。5)地面操作控制自動化。6)井下操作自動控制,主要是利用“智能”型井下工具和可控的井底鑽具組合進行控制。整個鑽井作業過程分别由井下和地面兩大操作系統完成。從環路系統來看,可以将閉環鑽井系統分為井下閉環和地面閉環兩大系統。

    1.2.1 井下開環鑽井階段。井下隻有一般的井下測量工具,未使用MWD和LWD等随鑽測量工具。井眼軌迹控制隻能利用常規技術和更換井下鑽具組合來進行。井眼軌迹質量差,鑽井效率低,安全性差。如果使用一般鑽機鑽井,則稱為地面開環、井下開環鑽井。

    1.2.2 井下半閉環鑽井階段。井下使用地面可控制的造斜工具(如可變徑穩定器、可調彎接頭、可變彎角井下動力鑽具、可伸縮偏心墊塊),并采用較先進的井下測量工具(如MWD、LWD等)。測量數據向地面傳輸,經過計算機處理和地面模拟,通過傳輸通道向井下傳輸操作指令,随後對井下操作控制。

    與井下開環系統相比,測量精度高,實時性強,信息量大,操作指令主要依靠計算機處理得到,人為的經驗減少。由于在井下使用可控制造斜工具,使起下鑽操作大幅度減少,鑽井效率顯著提高。國外許多水平井、定向井都是利用井下半閉環鑽井技術完成的。若使用自動化鑽機進行井下半閉環鑽井,則稱為地面閉環,井下半閉環;若使用一般鑽機鑽井,則為地面開環、井下半閉環鑽井。

    1.2.3 井下閉環鑽井階段。指井身軌迹控制完全離開人的幹預,井下信息測量、傳輸、處理及控制指令的産生和執行完全自動進行。有先進的随鑽測量(MWD、LWD、SWD、GST等)和功能較強的井下可調工具,同時,必須有性能良好的微電腦。井下閉環鑽井可分為兩類:1)中心電腦放在地面,通常是測量信息通過傳輸通道傳至地面,由中心處理機處理後,控制指令傳給頂部驅動鑽機,由頂驅鑽機來改變井下工具的工具面,這時不需要井下可控工具。2)中心電腦放在井下,随鑽測量信息傳給井下電腦,由井下電腦發出指令來控制井下可控工具。測量信息同時傳給地面計算機進行模拟研究,用來監測井下作業效果。

    1.2.4 全閉環鑽井階段。這是鑽井技術發展的最後階段。即井下采用智能化鑽井系統,地面監控和操作采用規範的自動化系統。

    2 現代石油鑽井技術發展趨勢

    貴州鑽井縱觀當今世界的鑽井技術,趨勢整體應該是“更深、更快、更經濟、更安全、更環保、更聰明。”“深”是指現有的基礎越來越深的地層開發海底石油和天然氣;“更快”指的是提高鑽井速度和效率,“更經濟”意味着降低鑽井成本;“安全”意味着改善安全措施,關注安全操作,确保人身安全,“綠色”是指專注于挖掘的過程對周圍環境的影響和保護儲層;“聰明”意味着通過不斷創新,使用自動化鑽井的鑽井技術和新方法來提高石油和天然氣勘探和開發的結果。鑽井工程本身具有很高的輸入,輸出高、高科技、高風險的特點,帶來了前所未有的挑戰,創新的鑽探技術的發展。自1980年代以來,“高科技”特征更加明顯。我們隻能繼續改善現有的鑽井技術,為了滿足中國快速增長的石油和天然氣工業的需要。自動化智能鑽井技術等現代鑽井的最高水平,石油鑽探是國際社會一直追求的目标。它集成了地質導向鑽井、旋轉可操縱的鑽井、地震鑽井時,日志随鑽,鑽智能交通技術和集成,形成一個閉環鑽井系統。


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