水平孔多参数综合测试仪器研发与应用

为研究引大济岷工程隧洞岩体特征、岩溶发育特征、地应力特征和地下水特征等,在泸定取水中线方案的引水线路中布置水平钻孔8个,共计2300 m。为满足对水平孔综合测试的需求,研制了一套适用于水平钻孔的存储式综合测井仪器。本文分析了水平孔多参数综合测试仪器各参数测量的基本工作原理;详细阐述了各功能单元的电路构成选型,主要采用DSP微处理器和大规模集成电路,结合传感器技术实现多种参数的综合测量,包括:水平钻孔的压力、温度、自然伽马、声波波速、孔内电视图像。综合测试仪器集成了模拟传感器、模拟调理电路、数据采集、数据处理、信息存储、数据通讯、信息交换、测控软硬件、电脑显示等功能,是水平孔综合测试不可缺少的技术。在引大济岷工程的水平定向孔中成功应用,一趟起下钻解决了水平钻孔的井斜、方位角、压力、温度、自然伽马、孔内电视测试的难题,尽最大可能保证了钻孔的安全及降低了劳动强度。

井中方位纵波远探测: 理论、实验与现场应用

能够测量井外数十米地质构造距离和方位的远探测声波测井正成为一种重要的地球物理应用技术.1:1地层条件下井外含反射界面的远探测测量和分析为此技术提供了物理验证.本文首先利用虚源和柱面波展开理论推导了充液井孔中单极反射纵波方位接收声场的解析形式,通过模拟证明了单井的声波辐射和接收与双井之间的辐射和接收的等效性,在此基础上提出利用两口模型井来实现方位纵波远探测实验,即在测量井中放置多方位反射纵波接收声系,在另一口副井中放置单极子声源向测量井定向辐射纵波以等效来自井外地质体的反射波,依托实验室的模型井群进行井中方位纵波远探测实验研究.实验测量结果表明井中接收反射纵波的幅度和到时对井外反射体(定向辐射波)具有较好的方位灵敏度,可由此来实现井外地质异常体的精准定位.在理论与实验指导下自主设计研制了方位纵波远探测仪器样机并开展了现场井测试成功获得高信噪比的方位反射信号,充分验证了方位纵波远探测技术的准确性和有效性.

方位伽马成像技术在长庆油田陇东页岩油地质导向中的应用

随着长庆油田水平井数量大幅增多,提高储层钻遇率变得尤为重要,常规随钻地质导向系统测量参数单一且盲区长、地层响应滞后,因此,需要搞清井眼轨迹与地层的相对位置关系并及时探测地层边界、调整轨迹。通过了解近钻头方位伽马成像系统的工作原理、仪器性能、测量参数和技术优势,应用近钻头方位伽马成像技术快速识别岩性变化、判断井眼轨迹与地层的切割关系、识别砂泥岩薄互层、计算地层倾角,在随钻地质导向过程中为轨迹调整提供依据,做到早发现、早调整,追踪目的层,减少浪费井段,有效提高储层钻遇率。现场应用表明,华XX井应用近钻头随钻方位伽马成像测井技术后,储层遇率高达96.6%,应用效果较好,为近钻头方位伽马成像仪器在长庆油田推广应用提供可靠的技术支撑。

考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差计算

随着水平井、丛式井等技术的推广应用,对井眼方位角的测量精度要求越来越高。磁干扰条件下,多测点分析方法(MSA)是校正磁方位并提高井眼轨迹测量精度的一种有效方法。与现有井眼轨迹测量误差计算模型仅考虑轴向磁干扰校正相比,MSA同时考虑了轴向磁干扰和传感器误差源校正。因此,有必要建立适用于MSA的井眼轨迹测量误差计算模型。基于传感器误差模型及协方差传播率,推导了以直接测量参数为自变量的误差源权函数,建立了考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差计算模型,揭示了地磁参考场精度对校正后井眼轨迹误差的影响规律。研究结果表明,考虑磁方位校正的井眼轨迹测量误差随地磁参考场的精度降低而增大;采用高精度地磁模型进行磁方位校正,对于提高磁方位角测量精度、减小井眼轨迹测量误差具有现实意义。

大庆油田致密油水平井侧向穿层压裂试验及效果评价

大庆油田扶余油层为典型的致密油储层,具有低孔低渗,砂体纵向不连续、横向不集中特点,需采用体积压裂才能有效动用。针对新探区砂体分布预测难度大、部分水平井砂岩钻遇率低、传统体积压裂井控储量小的问题,首次开展了水平井侧向穿层压裂可行性评价及现场试验。根据井轨迹与目标砂体空间位置关系,优化定方位扇形射孔,确保裂缝向优势砂体方向扩展延伸;优选套管桥塞分段+大排量单簇单压工艺,提高穿层能量与波及缝长;应用动态酸处理技术,降低穿层施工压力;采用全小粒径组合支撑+纤维伴注支撑工艺,构建由井筒到目标砂体远端的全支撑裂缝,实现对井筒侧向未钻遇砂体的有效沟通和动用。在M1-平5井第1~5段开展侧向穿层压裂现场试验,井下微地震监测显示,穿层段人工裂缝长度176~256m,沿目标砂体方向有效延伸;示踪剂监测结果表明,穿层段均有产油贡献,平均单段产油贡献率与层内致密油Ⅰ-2类层相当,证实侧向穿层压裂试验获得成功。

UTE方位伽马近钻头测量系统原理及现场应用

针对常规随钻测井存在的技术局限问题,介绍了UTE方位伽马近钻头测量系统的组成及原理,并通过现场应用,证明了UTE方位伽马近钻头测量系统能够通过近钻头井斜和方位伽马进行精确的地质导向,及时掌握所钻地层岩性变化,提高了在薄目的层中井眼轨迹控制能力和目的层钻遇率。

方位电磁波仪器PeriScope水平井煤岩边界探测特性研究

在煤矿生产中,预先、精准识别煤岩界面能够提高采出率、降低开采风险,是实现煤炭智能化开采的卡脖子技术之一。方位电磁波测井仪器具有较大探测深度和方位分辨能力,其在煤岩界面测井方法中具有一定优势,为了研究油田方位电磁波仪器PeriScope在煤田测井中的适用性,建立了煤矿测井水平分层地层模型,使用广义反射系数法和有限元数值模拟方法,以方位电磁波仪器Peri-Scope为例,考察了其对煤层边界的探测特性。应用PeriScope仪器的发射频率和源距组合,设置其仪器半径为煤矿钻杆的常用半径,模拟结果显示,地质信号在界面处的响应符合典型特征,地质信号随仪器旋转角变化具有周期性响应规律,频率和探边距离非简单正相关关系,源距和探边距离具有正相关关系,地质信号幅值随煤层层厚的增加而增加,但层厚增加到一定值后地质信号不再随层厚变化,偏心距较大时地质信号受偏心距影响,方位电磁波测量响应能够反映采空区的电阻率变化。结果表明,地质信号对煤岩边界的探测能力受频率、源距、电阻率对比度、层厚等多种因素影响,方位电磁波仪器PeriScope的地质信号具有方位分辨能力,能够用于探测模型设置的煤岩分界面和识别采空区,但对于围岩和煤层电阻率均较高的情况,需要增加仪器的源距或选取合适的发射频率,以满足测量信号强度要求。

煤层气水平井高效钻进关键技术研究——以山西沁水盆地某煤层气区块为例

为提高煤层气资源开发利用效率,针对常规远端伽马和EMWD仪器判层不及时,薄煤层分辨率低,井眼轨迹易出层等难题,提出一种基于近钻头地质导向的高效钻进技术。以山西省沁水盆地某煤层气区块为工程实例,对区块内布置的多口水平井施工情况、应用特点及效果等进行阐述,总结出一套可推广、可复制的煤层气水平井高效钻进技术工艺,包括采用柔性钻具组合、选择合理钻进参数、结合井眼轨迹精细化控制技术等,为煤层气高效开发利用提供技术参考。

井眼轨迹计算新方法

钻井过程中形成的井眼轨迹是展布在三维空间中的一条曲线 ,在实际工作中这条曲线是通过逐点测斜工作然后选用一种井眼轨迹计算方法来确定的。提高井眼轨迹曲线的精度有两个途径 :一是减小测斜间距 ,但这将会增加工作成本 ;二是选用更切合实际的井眼轨迹计算方法。在钻井和地质工作中常用的井眼轨变计算方法有 5种 ,算法复杂程度和精度各不相同。其原理一类为将相邻两井斜测点视为一直线 ,算法较简单 ,精度差。如正切法、平衡正切法和平均角法 ;另一类则是相邻两井斜测点视为一平面曲线 ,算法稍复杂 ,精度较高。如最小曲率法和圆柱螺线法。从方法原理分析 ,平面曲线类的算法精度高于直线类的算法。文章介绍的井眼轨迹计算的积分法是一种基于空间曲线的方法 ,它将相邻两井斜测点的连线视为一渐变空间曲线 ,这将更符合钻井工作的实际 ,其精度将高于常用的井眼轨迹计算方法 ,但算法稍复杂。

减少定向井方位漂移的途径新探

方位漂移是影响定向井准确中靶的主要因素之一。根据定向井施工中“井斜角较大时 ,方位漂移量相对较小”的规律 ,提出了“通过缩短较小井斜角斜井段长来减少施工过程中的方位漂移量”的方法 ,并介绍了实现该方法的 2种途径。

克拉美丽气田裂缝性气藏水平井钻井方位优化设计

裂缝性气藏水平井钻井方位设计主要从地质和工程角度出发,根据储层裂缝产状、分布和井眼稳定规律设计钻井方位,提高裂缝的钻遇率,优选井眼最稳定的方位钻进。通过裂缝预测、成像测井解释和岩心观测,对新疆油田克拉美丽气田滴西地区石炭系气藏裂缝发育特征进行了分析,并对不同钻井方位水平井井眼稳定规律进行了模拟研究,提出了水平井钻井方位,给出了一套适合克拉美丽气田石炭系裂缝性气藏水平井钻井方位优化设计方法。

邻井套管对井斜方位角的影响

为了明确邻近油井套管对井眼轨迹描述的影响,测试研究了套管在不同倾斜角状态、距离和方位对在钻井井斜方位角的影响。试验中用测斜仪记录井斜方位角数据,通过井斜方位角失真值来表征受干扰后的井斜方位偏转状态和趋势,总结了数据失真规律。试验表明,竖直套管引起的井斜方位角严重失真区域在0.9m范围内,相对方位角0°~180°对应的方位失真值是正值,相对方位角180°~360°对应的方位失真值是负值;倾斜和水平套管引起井斜方位角失真区域分布类似,严重失真区域在1.5m范围内,相对方位角0°~120°和300°~360°对应的方位失真值是正值,相对方位角120°~300°对应的方位失真值是负值。研究结果表明,可以用方位失真值表征邻井对井斜方位角的干扰,为有邻井存在时的井眼轨迹描述和矫正提供了技术支持。

井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井地层出砂的影响

结合等效塑性应变准则定量地研究了井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井砂岩油藏出砂的影响。计算结果表明 ,在一定的应力和地层条件下 ,井斜角在 0～ 4 5°时 ,随着井斜角的增加 ,井壁内的塑性应变最大值和塑性区范围都不断增加 ,出砂的趋势增大 ;当井斜角在 4 5°～ 90°时 ,随着井斜角的增加 ,井眼内最大塑性应变逐渐减小 ,出砂趋势减小。井斜角相同 ,但井眼倾斜方位不同的井 ,井壁内产生塑性变形的区域不同 ,塑性变形的程度也不同 ,从防砂的角度 ,井眼 ,尤其水平井眼应该沿原地最小水平主应力方向 。

地应力类型影响定向井井壁稳定的规律

定向井井周应力状态和井壁稳定性规律与直井有着明显的差别,开展地应力类型对定向井井壁稳定性的影响规律研究,对定向井井眼轨迹设计具有一定的指导作用。为此,根据正常、走滑和反转三种地应力类型,深入分析了定向井井斜角和井眼方位对井壁坍塌破坏的影响规律。结果表明:①随着井斜角的增加,正常和反转地应力类型的井壁稳定性逐渐变差,即直井比定向井或水平井井壁稳定性更好;②随着井斜角的增加,走滑地应力类型的井壁稳定性逐渐增强,即水平井井壁稳定性最好;③定向井钻井或完井过程中,井壁稳定的最优钻井方位与最大水平地应力方向的夹角按正常地应力、走滑地应力和反转地应力类型依次为90°、45°和0°。

水平井的中靶分析

在水平井入靶前或水平段钻井过程中,确定待钻井段井斜角和方位角的控制范围是保证水平井中靶和轨迹控制精度的关键,也是水平井井眼轨迹监控的一项重要内容。使用局部坐标变换的方法,通过对几种不同钻井条件的极值分析,得到了水平井中靶井斜角和方位角的控制范围以及中靶横向偏差和纵向偏差的理论计算公式。可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。

斜井VSP三分量检波器定向方法

在进行VSP三分量资料采集时,检波器垂直分量的方向一般为铅垂向下,而检波器水平分量的方向一般是随机的,通常利用两个水平分量来计算水平分量方位角和实现水平分量旋转。在斜井中进行VSP三分量资料采集时,如果检波器垂直分量方向沿着井轨迹方向,要获得地震记录的垂直分量、径向分量和切向分量,必须对三个分量进行坐标旋转,此时计算检波器水平分量方位角也需要利用三个分量。本文首先推导出了斜井三分量检波器坐标系与旋转后坐标系之间的关系,得到了斜井VSP三分量旋转公式;然后给出了斜井零井源距、非零井源距VSP检波器水平分量方位角计算方法;最后针对实际斜井零井源距VSP资料和斜井三维VSP资料,计算了检波器水平分量方位角,并进行了三分量旋转定向,结果表明了文中方法的有效性。

基于地质力学的裂缝性储层水平井井眼方位优化

由于裂缝性储层裂缝发育,裂缝性储层水平井与常规储层水平井相比,优化水平井井眼方位需要考虑的因素更多,也更为复杂。文中以地质力学为基础,在优选裂缝性储层水平井井眼方位的同时,考虑天然裂缝分布、天然裂缝的激发和井眼稳定性,从地质、钻井和压裂的角度出发,采用理论研究和数值模拟,形成了裂缝性储层水平井井眼方位优化方法。首先,根据井壁成像数据对天然裂缝分布进行统计分析,选择天然裂缝发育的方位;其次,通过建立天然裂缝面的应力模型,计算在一定压裂压力下容易滑动的天然裂缝方位;最后,通过建立裂缝性储层的井眼稳定模型,计算出在确定的方位范围内井眼相对稳定的方位作为优选的水平井方位。优选的裂缝性储层井眼稳定方位既有利于压裂裂缝与天然裂缝沟通,又相对容易激发天然裂缝,且井眼相对稳定,对于提高单井产量、减少工程复杂有重要作用。

鱼骨状水平分支井分支初始段的优化设计

随着鱼骨状分支井的应用越来越广泛,对鱼骨状分支井的设计提出了更高的要求。在鱼骨状水平分支井的设计中,分支初始段的形态关系到管柱重入问题、岩屑的堆积问题以及分支井眼与主井眼连接处井眼的稳定性问题,因此,分支初始段设计的合理与否在鱼骨状水平分支井的设计中显得尤为重要。对影响鱼骨状水平分支井分支初始段设计的因素进行了分析,通过对分支初始段长度、配合不同工具面角、造斜率关系进行研究,对分支初始段进行了优化设计,给出了符合实际设计要求的分支初始段长度和所需工具面角的取值范围,以上研究对鱼骨状水平分支井的设计有一定的参考价值。

不共面裂缝气藏水平井产能预测模型

考虑到实际压裂水平井得到的裂缝左右两翼并不完全在同一个平面上,为使产能方程预测结果能更切合实际的产量,重点研究气藏压裂水平井裂缝左右两翼与水平井筒形成不同夹角时的产能方程。根据点源累加求和的思想将裂缝的左右翼分成n等份,求出地层中任意点的压降模型,进而推导出裂缝左右两翼与水平井筒成不同夹角时的产能方程,并利用该产能方程分析了左右两翼形成的不同角度组合对产能的影响。结果表明:裂缝与水平井筒所形成的夹角越小,其压裂增产效果越差;当裂缝左右两翼都垂直或接近于垂直于水平井筒时,其压裂增产效果最好。因此,建议在气藏水平井压裂过程中,应在工艺许可范围内尽量压出与水平井筒垂直的裂缝。

基于磁通门与重力加速度传感器的钻井测斜仪

介绍了以磁通门技术与加速度计为工作原理的钻井测斜仪,阐述了两种传感器的工作原理及测斜仪的结构设计,推导出井斜角、方位角、工具面角的数学模型。测斜仪采用幅值相位法和二次谐波法检测信号,采用内置单片机处理数据,通过对采集的数据进行逐点修正的方法来消除多种误差的影响,使测斜仪的测量精度得到显著提高。