Geo-Pilot Hybrid旋转导向钻井系统在涪陵页岩气开发中的应用

G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统在
涪陵页岩气开发中的应用
张㊀祥
(中石化江汉石油工程有限公司测录井公司,湖北潜江４３３１２３)
[摘㊀要]㊀旋转导向钻井系统是国内页岩气高效开发的一种新的钻井方式,为了进一步深化旋转导向钻井系统在页岩气长水平段水平井的应用.通过对G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统的构成㊁工作原理等方面进行全面分析,并首次使用江汉测录井公司自主引进的G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统在焦页２平台的J Y２－S２H F井㊁J Y２－S４H F井进行应用.应用表明,与同平台㊁同水平段长度㊁使用常规L W D定向井钻井技术的J Y２－S３H F井对比,旋转导向钻井系统具有机械钻速快㊁定向便捷㊁测量盲区短㊁轨迹平滑等点.应用认为,该项钻井系统可为国内页岩气的
高效开发提供有力支撑.
[关键词]㊀旋转导向;钻井系统;页岩气;机械钻速;超长水平井
[中图分类号]㊀T E２４２㊀[文献标识码]㊀A㊀[文章编号]㊀１００９ ３０１X(２０２０)０３ ００５９ ０３D O I:㊀１０．３９６９/j．i s s n．１００９－３０１X．２０２０．０３．０２１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
开放科学(资源服务)标识码(O S I D):
㊀㊀随着国家对天然气改革开放的深入,涪陵页岩气田作为国家级页岩气示范区,页岩气开发的提速提效工作更加紧迫.为了提高优质储层钻遇率以期获得更多产能,对井眼轨迹提出了更多新的要求,特别是超长水平井钻井技术,要实现这些技术就需要可靠性好精度高的钻井工具来满足日益复杂的井眼轨迹.
目前以国外三大油服公司哈利伯顿㊁斯伦贝谢㊁贝克休斯的旋转导向钻井技术为代表,自主引进的哈利伯顿G e o－P i l o tH y b r i d指向式旋转导向钻井系统具有高造斜能力,并且近钻头井斜和方位伽马传感器距离钻头只有０．９８m,在三大国外油服公司旋转导向钻井系统中离钻头最近,在薄层/超薄层中应用精准.
G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统作为理想的长水平段井眼控制系统,在页岩气超长水平井钻井过程中能保持稳定的造斜能力,全程与转盘/顶驱等速旋转定向,平滑的井眼轨迹可以有效的降低扭矩和摩阻.
现场应用明显提高了钻井效率减少钻井周期,提高页岩气综合开发效益.
１㊀G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统１．１㊀系统构成
G e o－P i l o tH y b r i d属于指向式旋转导向钻井系统,系统主要由通信装置㊁驱动内轴㊁控制机构㊁执行机构㊁近钻头井斜和方位伽马传感器㊁地面发送指令装置等部件构成(图１).
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图１㊀G e o－P i l o tH y b r i d旋转导向钻井系统构成示意图
江汉石油职工大学学报㊀
２０２０年０５月㊀J o u r n a l o f J i a n g h a nP e t r o l e u m U n i v e r s i t y o f S t a f f a n d W o r k e r s㊀㊀第３３卷㊀第３期
[收稿日期]２０２０－０３－１７
[作者简介]国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发(２０１６Z X０５０３８－００６).
[作者简介]张祥(１９８６－),男,大学,助理工程师,主要从事旋转导向钻井工作.
１．２㊀工作原理
G e o －P i l o tH y b r i d 旋转导向钻井系统核心是驱动内轴和执行机构的偏心环总成.G e o －P i l o tH y b r i d 旋转导向钻井系统的外筒在钻井过程中相对地层几乎不发生旋转(外筒旋转速度６r p h ),为旋转导向钻进提供了一个相对稳定的工具面,从而实现钻井过程中井眼轨迹的控制.
１)驱动内轴上部和M /L W D 工具连接,
下部和钻头连接,钻机的转盘或顶驱通过钻具传下来的驱动动力通过驱动内轴传输给钻头,从而实现全部旋转的导向钻进模式.
２
)执行机构的偏心环总成由系统不旋转外筒与驱动内轴之间装有的２个偏心环组成,小偏心环装在大偏心环内部.需要导向作业时,地面发送指令装置发送指令,控制机构接收指令后,执行机构通过控制２个偏心环相对位置变化来驱动内轴发生弯曲,致使钻头产生偏斜力进行导向钻进.系统造斜能力取决于２个偏心环相对位置的变化,当内外２个偏心环壁厚最大处对向时驱动内轴不发生弯曲,而２个偏心环壁厚最大处同向时驱动内轴弯曲幅度达到最大(图２).㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
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图２㊀偏心环总成及造斜能力示意图
１．３㊀系统分类
G e o －P i l o tH y
b r i d 旋转导向钻井系统有常温常压和高温高压２种不同技术参数的工具(表１),国内页岩气田勘探开发中,可根据不同区块地质条件选择使用.
表１㊀工具主要技术参数
工具
类别最高作业温度最大作业压力
最大钻压
最大造斜率
井眼尺寸
最大转速
常温常压工具１５０ʎ２５０００p s i ５５０００l b １５ʎ/３０m ８３/８－９７/８f t ２５０r p m 高温高压工具
１７５ʎ３００００p s i ５５０００l b １５ʎ/３０m ８３/８－９７/８f t ２５０r p
m １．４㊀技术优势
１
)测量盲区短.高精度近钻头井斜和方位伽马距钻头０．９８m ,
可及时根据方位伽马变化进行调整轨迹作业.２)能提高钻井时效.a ．
定向钻进时无需滑动,全程与转盘/顶驱等速旋转定向.b ．发指令调整工具面,无需停止钻进,有效提高钻进时效.
３)精确控制井眼轨迹.a ．
指向式旋转导向钻井系统,造斜精准,受钻具组合和地层因素影响较小.b ．传感器精度高,导向钻进过程中工具面变化量３ʎ,偏转机构受力变化量５％,可以精确控制井眼轨迹.c ．稳斜钻进时,可以选择使用自动巡航模式,井斜可以控制在目标值ʃ０．３ʎ
以内.４
)促进井眼轨迹平滑.旋转导向钻井系统施工井眼轨迹平滑,无螺旋井眼.
２㊀应用分析及效果
焦页２平台是涪陵页岩气田焦石区块的一个开发
水平井平台,涪陵页岩气田公司在该平台共部署了J Y ２－S ２H F 井㊁J Y ２－S ３H F 井和J Y ２－S ４H F 井３口超长水平井,设计目的层为志留系下统龙马溪组⑦小层上部和⑧小层下部,设计水平段长均为２７５０．０m .
２．１㊀钻井时效
焦页２平台３口井施工统计(表２)表明在机械钻
速㊁施工周期㊁优质储层钻遇率等方面旋转导向钻井系统都要优于常规定向钻井.
表２㊀焦页２平台施工统计
井号
施工
天数/d
施工
井段/m
进尺/m
机械钻速/(m /h
)⑦小层
钻遇率/％钻进
趟数/趟J Y ２－S ２H F 井１６．０８２８１１．０－５４８０．０２６６９．０１１．１７９３．１８１J Y ２－S ３H F 井３１．５０２７０４．０－５４９２．０２７８８．０８．１６６１．１９４J Y ２－S ４H F 井１２．９５２６６６．０－２４５９．０２４５９．０１２．５４
９２．０２
１
１
)使用旋转导向钻井系统较常规定向钻井施工天数缩减,归一化施工水平段２７５０．０m ,使用旋转导向钻进三开钻进节约施工天数１４．５d 和１６．６d .同时施工进尺相当的情况下节约了３趟起下钻时间.
２
)使用旋转导向钻进机械钻速相比常规L W D 定向钻进提速效果明显,分别提高了３６．９％和５３．７％.
３
)优质储⑦的地质与工程特征主要有可钻性好㊁气测显示高㊁可压裂性强;⑧小层具有可钻性差㊁泥质含量高㊁钻进时扭矩波动大㊁上提下放困难.因此⑦小层为工程和地质优先选取的水平段穿行层位.使用旋转导向钻井系统可利用其盲区短㊁定向便捷等优点使
０６㊀江汉石油职工大学学报
轨迹在⑦小层进行穿行.应用表明:使用旋转导向系统⑦小层钻遇率分别达到９３．１８％和９２．２％,相对常规L W D 定向钻井分别提高了３１．９９％和３０．８３％.
２．２㊀近钻头伽马成像
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b r i d 旋转导向钻井系统近钻头方位伽马主要有分别呈１２０ʎ的３个伽马闪烁器探管(图１).通过检测地层自然伽马放射性,系统自动根据各扇区伽马值分别计算上伽马值㊁下伽马值㊁左伽马值㊁右伽马值.根据４条自然伽马值进行自然伽马成像处理.页岩气超长水平井对靶精度要求较高,地质导向作业可充分利用钻进过程中实时测量的近钻头方位伽马和自然伽马成像,近钻头伽马和伽马成像对判断轨迹上切㊁下切以及地层倾角计算起到了较好的辅助作用,提高了优质页岩钻遇率.２．３㊀随钻钻井参数优化
旋转导向钻井系统的实际应用表明,在泥浆性能
稳定的条件下,影响机械钻速的主要随钻参数有顶驱转速㊁钻压㊁岩屑浓度.顶驱转速㊁钻压与机械钻速呈明显的正相关关系,在其他条件不变的情况下,处于仪器允许的范围内顶驱钻速越高㊁钻压越大,机械钻速是相对提高的.对于从旋转导向工具,提高钻压没有提高顶驱转速效果显著.
岩屑浓度主要体现在钻井液循环当量密度上,旋转导向系统具有测量钻井液循环当量密度的能力.机
械钻速与钻井液循环当量密度的增加速度呈反比.因此,有效控制岩屑浓度可明显提高机械钻速.
３㊀结论
１
)页岩气开发中应用旋转导向钻井系统,在层位判断㊁轨迹精准控制㊁提高优质页岩钻遇率上有极大的优势.
２
)应用旋转导向钻井系统所施工的井,井眼平滑无螺旋井眼产生,减小了钻具与井壁摩擦阻力,提高钻压传递到钻头的效率,提升机械钻速节约钻井周期.３
)需要细化旋转导向钻井系统在涪陵页岩气水平井中的应用研究,为页岩气开发提速提效提供有力保障.
[参考文献]
[１
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[５
]李增科,赵哲．旋转导向钻井技术的应用及探讨[J ]．江汉石油职工大学学报,２０１５,２８(２):２５－２７．
A p p l i c a t i o n o fG e o －p i l o tH y b r i dR o t a r y S t e e r i n g D r i l l i n g S y s t e mi nF u l i n g S h a l eG a sD e v e l o p
m e n t Z H A N GX i a n g
(L o g g i n g C o m p a n y ,S i n o p e cO i l f i e l dS e r v i c e J i a n g h a nC o r p o r a t i o n ,Q i a n j i a n g
,H u b e i ,４３３１２３,C h i n a )A b s t r a c t :R o t a r y s t e e r i n g d r i l l i n g s y s t e m i s a n e wd r i l l i n g m e t h o d f o r e f f i c i e n t s h a l e g a s d e v e l o p
m e n t i nC h i n a ．I n o r Ｇd e r t o f u r t h e r d e e p e n t h e a p p l i c a t i o n o f t h e r o t a r y s t e e r i n g d r i l l i n g s y s t e m i n t h e l o n g h o r i z o n t a l w e l l s o f t h e s h a l e g
a s l o n g h o r i z o n t a l s e c t i o n ,t h i s p a p e r a n a l y z e s c o m p r e h e n s i v e l y t h e c o m p o s i t i o na n dw o r k i n gp r i n c i p
l eo fG e o －P i l o t H y b r i d r o t a r y s t e e r i n g d r i l l i n g s y
s t e ma n d f o r t h e f i r s t t i m e u s e s i t i n J Y ２－S ２H F W e l l a n d J Y ２－S ４H F W e l l o f J i a o y e ２P l a t f o r mf o r a p p l i c a t i o n ．T h e a p p l i c a t i o ns h o w s t h a t ,c o m p
a r e dw i t hJ Y ２－S ３H F W e l lw i t hc o n v e n t i o n a l L W Dd i r e c t i o n a lw e l l d r i l l i n g t e c h n o l o g y i n t h e s a m eh o r i z o n t a l s e c t i o no f t h e s a m e p l a t f o r m ,t h e r o t a t i n g －g u i d e d d r i l l i n g s y s t e m h a st h ea d v a n t a g e so f f a s tm e c h a n i c a ld r i l l i n g s p
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g s y s t e mc a n p r o v i d e s t r o n g s u p p o r t f o r t
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