CGDS近钻头地质导向钻井技术
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CGDS系统是中石油集团钻井工程技术研究院主持研 制的近钻头地质导向钻井装备,由北京石油机械厂产业化, 2008年取得“国家自主创新产品证书”,2009年荣获国 家技术发明奖二等奖。
具有测量、传输和导向三大功能。适合于油气探井、 水平井和多分支井等,尤其适用于复杂地层、薄油层开发 井。可提高探井成功率、开发井油层钻遇率和采收率。
wellbore in a particular section of a reservoir to minimize gas or water
breakthrough and maximize economic production from the well.
国外一种定义(笼统):用地质准则来设计井眼的位置
Байду номын сангаас
downhole geological logging measurements rather than three-
dimensional targets in space, usually to keep a directional wellbore
within a pay zone. In mature areas, geosteering may be used to keep a
6. 地质导向软件主要功能
地质导向钻井系统是集油藏、地质、钻井、测井于一体的综合 性应用系统,仅有随钻测量工具并不能实现真正意义上的地质导向 钻井,只有借助于地质导向实时分析与决策软件才能提高对复杂油 藏的钻遇和控制能力,实现地质导向钻井的目的。地质导向应用软 件包括以下主要功能:
随钻测井资料的工程解释和应用,包括地质模型建立、测井 正反演计算、前导模拟和实时模拟等
1 /136
主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
2 /136
地质导向,GeoSteering:
斯伦贝谢油田技术术语 Schlumberger Oilfield Glossary
The intentional directional control of a well based on the results of
由实现目标或存在风险确定总井深
开钻预备会
完井的井眼条件
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4. 地质导向原则
成立多学科地质导向组协同工作(钻完井、地质、油藏、测井) 了解地质构造(综合应用地震、邻井测井等数据) 了解和应用岩石物性数据(主要确定构造、地层评价其次) 识别地层界面(感应电阻率极化角/层厚>1.5m,多深度电阻率) 电阻率建模(对比测量值和工具响应确定地层界面) 量化地层数据(位置、方向、厚度、评价、各向异性对电阻率的影响) 风险评估(构造、地层、数据解释、钻井与定向) 地质构造的不确定性(地质导向的最大问题,40%的井因此而侧钻) 地层不确定性(油藏的相或沉积环境及目的层的变化) 数据解释的不确定性(邻井->深度、不同测量装置与传感器布置) 钻井和定向的不确定性(曲率变化、摩阻、扭矩和屈曲) 钻井和定向要考虑的因素(调整轨道需要的距离及其影响参数)
16 /136
7. 地质导向技术的典型应用
在北海成功地应用RSS和方位密度LWD精确进行地质导向
17 /136
7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头地质导向工具配备
18 /136
7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
常规MWD + 自然伽马 煤层钻遇能力30%
19 /136
机电液一体化装置。可测井斜、方位、 工具面等4个参数,并把近钻头的5个参 数一起,用压力载波脉冲方式,通过几 千米长的钻柱内泥浆向地面传送。
定向仪短节
驱动器短节
无磁钻铤
数据总线
电池筒短节
正脉冲发生器
29 /136
由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
地面信息综合处理与导向控制决策系统, CFDS, China Formation/Drilling Software System
30 /136
由4个子系统组成。
测传马达
无线接收系统
CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
由一系列接收传感器、地面设备及软件 系统组成。完成数据接收、滤波去噪、 译码解码、信号显示、判断决策和控制 导向功能。
10 /136
5. 地质导向软件
实时地质构造评价 –认可的油藏构造解释 –不同参考坐标系的转换 –三维构造图转换到二维图 –正演模拟计算 –井眼轨道设计
由测井结果进行构造解释
水平井尤其井斜大于90时, 仅用标准测井曲线校验测井 数据很困难,可用岩石物性 数据进行解释,探测到预期 的地层异常。
11 /136
26 /136
由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统
测得的近钻头5个参数通过无线电磁波方式,越过螺 杆马达,短传至上方的无线接收短节。
是一个机电一体化复杂装置,把接收到的近钻头参数 汇入其上部的MWD(无线随钻测量系统)数据总线,向 上传输。
无线短传
无线接收系统
测传马达
无线短传技术国外只有个别公司掌握
分别为:0.75m、1.7m、1.88m、2.0m – 造斜能力: 012/30m – 信号传输深度:5000m – 数据传输速率:5bit/s – 适用井眼尺寸:8-1/29-5/8
33 /136
详细技术指标及其与国外同类产品的对比
– 与世界上仅有的近钻头地质导向产品Schlumberger GST技术对比
GST
0.22000 -m ±0.1-m (电阻率≤2-m) ±8%FS (2-m<电阻率≤200-m) ±15%FS (电阻率>200-m) 典型值1.8m (6ft)
0.45m (18in)
0.22000 -m
5% (电阻率<200-m) 10% (电阻率>200-m)
典型值1.4m (4.5ft) 0.45m (18in)
前端箱
传感器
立管压力传感器 钩载传感器 绞车/大钩位置传感器 泵冲传感器
工控机
A/D卡 CGMWD软件
司钻显示器
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随钻测量,实时传输,控制导向。
井斜 方位 工具面 下数据连接器 温度
上数据连接器
无线短传
泥浆泵 泥浆池
钻
柱
正脉冲发生器
串
井斜、工具面角
钻头电阻率 方位电阻率 方位自然伽马
我们的定义:用近钻头地质、工程参数测量和随钻控制手段 来保证实际井眼穿过储层并取得最佳位置。
(特征 / 手段 / 方法 / 目的)
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几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责,使实钻轨道 尽量靠近设计轨道,以保证准确钻入设计靶区(由于地质不确 定度带来的误差,原设计靶区可能并非是储层)
6 /136
2. 地质导向的特点与作用
具有随钻辨识油气层、导向功能强的特点 是一项直接服务于地质勘探的随钻技术,提高探井发现率 适合于复杂地层、薄油层钻进的开发井,提高产量和采收率 被业内人士成为“航地导弹”
7 /136
储层上边界 常规导向技术
储层下边界
近钻头常地规质导导向向技钻术井技术
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详细技术指标及其与国外同类产品的对比
– 与世界上仅有的近钻头地质导向产品Schlumberger GST技术对比 • 钻头电阻率技术指标对比:测量范围相同,精度相当
技术指标 测量范围
水基 测量精度 泥浆
垂直分辨率 探测深度 测量范围 油基 泥浆 测量精度
钻头电阻率技术指标对比
CGDS
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
CGMWD, China Geosteering MWD,即正脉冲无线随钻测量系统
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由4个子系统组成。
测传马达
无线接收系统
CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
14 /136
6. 地质导向软件主要功能
实时三维地质模型修改
15 /136
7. 地质导向技术的典型应用
IDEAL 系 统 已 在 北 海
获得了成功应用,钻 成几口复杂的水平井
在墨西哥湾的某一油
田,先前所钻8口井的 总 产 量 仅 为 923 桶 /天 ; 后来,Anadrill公司应 用地质导向技术在该 油田钻成一口高质量 的水平井,日产原油 达 1793桶 ,使这一枯 竭的油田得以重新复 活
7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头测量 煤层钻遇能力46%
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7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头测量 + 导向软件 煤层钻遇能力100%
21 /136
主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
电阻率、方位电阻率、方位自然伽马等
地质参数和井斜、工具面等工程参数测
量。钻头电阻率测量范围可
包络至钻头下
具 有
方某一范围,
前
因此具有前探
探 功
功能。螺杆马
能
达提供钻井动
力。
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
无线接收系统,WLRS, Wireless Receiver System
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
测传马达, CAIMS, China Adjustable Instrumented Motor System
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由4个子系统组成。
测传马达
下部装有近钻头测量短节。实现近钻头
地质导向井眼轨迹控制,通过已知地质信息和随钻获取的实 时信息对复杂结构井进行钻井设计和基于地质导向的待钻井 眼轨道校正设计
更为准确的基于地质导向井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件
12 /136
6. 地质导向软件主要功能
地 质 导 向 软 件 流 程
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6. 地质导向软件主要功能
地质导向软件典型界面
通过MWD/LWD系统将测量参数实时上传至地面控制系统 用地面软件系统(含地层构造模型、参数解释和钻井设计控制
三个主要模块)适时做出解释与决策,实施随钻控制 因此,大大提高了对地层构造、储层特性的判断和钻头在
储层内轨迹的控制能力,从而提高油层钻遇率、钻井成功率和 采收率,实现增储上产,节约钻井成本,经济效益重大。
在地质导向技术问世之前,常规的井眼轨道控制技术均应属 于几何导向范畴
4 /136
主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
5 /136
1.地质导向的钻井技术特征
把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体,形成带 有近钻头地质参数(自然伽马、电阻率)、近钻头钻井参数(井 斜角)及其他辅助参数的短节
常规导向技术很容易钻出储层;而近钻头地质导向技术可以通过钻头电阻率、 方位电阻率、方位自然伽马等参数的测量和判断,保持在储层中钻进。
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3. 地质导向项目概要
钻大斜度井的目的和原因 开钻钻到造斜点进入定向阶段
评估可用的地震资料
地层对比和目标控制
量化和评估邻井测井数据 在末造斜段按需要调整轨道
评价邻井/油田生产数据
在水平段入窗点着陆
选择目的层
评价大斜度段轨道和导向能力
设计和优化井眼轨道
了解前方地质构造和预测异常位置
目标允许偏差和风险
钻水平段(滑动/转动)
确定该项目需要的服务级别 当地质异常作方位测试确定作业
最终选定项目组成员
井壁稳定性对确定总井深的影响
完井评价/完井设计
增加或减小结构弯角 调整工具面
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主要技术指标
– 可测3个近钻头地质参数:钻头电阻率,方位电阻率,方位自然伽马 – 可测2个近钻头工程参数: 井斜角,重力工具面角 – 可测3个定向参数:井斜角,方位角,工具面角 – 钻头电阻率测量范围、分辨率和探测深度:0.2~2000-m、1.8m和0.45m – 方位电阻率测量范围、分辨率和探测深度:0.2~200-m、0.1m和0.3m – 自然伽马测量范围、分层能力:0~250API、20cm – 钻头电阻率、方位电阻率、方位伽马、井斜/工具面测点到钻头地面的距离
CGDS系统是中石油集团钻井工程技术研究院主持研 制的近钻头地质导向钻井装备,由北京石油机械厂产业化, 2008年取得“国家自主创新产品证书”,2009年荣获国 家技术发明奖二等奖。
具有测量、传输和导向三大功能。适合于油气探井、 水平井和多分支井等,尤其适用于复杂地层、薄油层开发 井。可提高探井成功率、开发井油层钻遇率和采收率。
wellbore in a particular section of a reservoir to minimize gas or water
breakthrough and maximize economic production from the well.
国外一种定义(笼统):用地质准则来设计井眼的位置
Байду номын сангаас
downhole geological logging measurements rather than three-
dimensional targets in space, usually to keep a directional wellbore
within a pay zone. In mature areas, geosteering may be used to keep a
6. 地质导向软件主要功能
地质导向钻井系统是集油藏、地质、钻井、测井于一体的综合 性应用系统,仅有随钻测量工具并不能实现真正意义上的地质导向 钻井,只有借助于地质导向实时分析与决策软件才能提高对复杂油 藏的钻遇和控制能力,实现地质导向钻井的目的。地质导向应用软 件包括以下主要功能:
随钻测井资料的工程解释和应用,包括地质模型建立、测井 正反演计算、前导模拟和实时模拟等
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主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
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地质导向,GeoSteering:
斯伦贝谢油田技术术语 Schlumberger Oilfield Glossary
The intentional directional control of a well based on the results of
由实现目标或存在风险确定总井深
开钻预备会
完井的井眼条件
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4. 地质导向原则
成立多学科地质导向组协同工作(钻完井、地质、油藏、测井) 了解地质构造(综合应用地震、邻井测井等数据) 了解和应用岩石物性数据(主要确定构造、地层评价其次) 识别地层界面(感应电阻率极化角/层厚>1.5m,多深度电阻率) 电阻率建模(对比测量值和工具响应确定地层界面) 量化地层数据(位置、方向、厚度、评价、各向异性对电阻率的影响) 风险评估(构造、地层、数据解释、钻井与定向) 地质构造的不确定性(地质导向的最大问题,40%的井因此而侧钻) 地层不确定性(油藏的相或沉积环境及目的层的变化) 数据解释的不确定性(邻井->深度、不同测量装置与传感器布置) 钻井和定向的不确定性(曲率变化、摩阻、扭矩和屈曲) 钻井和定向要考虑的因素(调整轨道需要的距离及其影响参数)
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7. 地质导向技术的典型应用
在北海成功地应用RSS和方位密度LWD精确进行地质导向
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7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头地质导向工具配备
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7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
常规MWD + 自然伽马 煤层钻遇能力30%
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机电液一体化装置。可测井斜、方位、 工具面等4个参数,并把近钻头的5个参 数一起,用压力载波脉冲方式,通过几 千米长的钻柱内泥浆向地面传送。
定向仪短节
驱动器短节
无磁钻铤
数据总线
电池筒短节
正脉冲发生器
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
地面信息综合处理与导向控制决策系统, CFDS, China Formation/Drilling Software System
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由4个子系统组成。
测传马达
无线接收系统
CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
由一系列接收传感器、地面设备及软件 系统组成。完成数据接收、滤波去噪、 译码解码、信号显示、判断决策和控制 导向功能。
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5. 地质导向软件
实时地质构造评价 –认可的油藏构造解释 –不同参考坐标系的转换 –三维构造图转换到二维图 –正演模拟计算 –井眼轨道设计
由测井结果进行构造解释
水平井尤其井斜大于90时, 仅用标准测井曲线校验测井 数据很困难,可用岩石物性 数据进行解释,探测到预期 的地层异常。
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26 /136
由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统
测得的近钻头5个参数通过无线电磁波方式,越过螺 杆马达,短传至上方的无线接收短节。
是一个机电一体化复杂装置,把接收到的近钻头参数 汇入其上部的MWD(无线随钻测量系统)数据总线,向 上传输。
无线短传
无线接收系统
测传马达
无线短传技术国外只有个别公司掌握
分别为:0.75m、1.7m、1.88m、2.0m – 造斜能力: 012/30m – 信号传输深度:5000m – 数据传输速率:5bit/s – 适用井眼尺寸:8-1/29-5/8
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详细技术指标及其与国外同类产品的对比
– 与世界上仅有的近钻头地质导向产品Schlumberger GST技术对比
GST
0.22000 -m ±0.1-m (电阻率≤2-m) ±8%FS (2-m<电阻率≤200-m) ±15%FS (电阻率>200-m) 典型值1.8m (6ft)
0.45m (18in)
0.22000 -m
5% (电阻率<200-m) 10% (电阻率>200-m)
典型值1.4m (4.5ft) 0.45m (18in)
前端箱
传感器
立管压力传感器 钩载传感器 绞车/大钩位置传感器 泵冲传感器
工控机
A/D卡 CGMWD软件
司钻显示器
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随钻测量,实时传输,控制导向。
井斜 方位 工具面 下数据连接器 温度
上数据连接器
无线短传
泥浆泵 泥浆池
钻
柱
正脉冲发生器
串
井斜、工具面角
钻头电阻率 方位电阻率 方位自然伽马
我们的定义:用近钻头地质、工程参数测量和随钻控制手段 来保证实际井眼穿过储层并取得最佳位置。
(特征 / 手段 / 方法 / 目的)
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几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责,使实钻轨道 尽量靠近设计轨道,以保证准确钻入设计靶区(由于地质不确 定度带来的误差,原设计靶区可能并非是储层)
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2. 地质导向的特点与作用
具有随钻辨识油气层、导向功能强的特点 是一项直接服务于地质勘探的随钻技术,提高探井发现率 适合于复杂地层、薄油层钻进的开发井,提高产量和采收率 被业内人士成为“航地导弹”
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储层上边界 常规导向技术
储层下边界
近钻头常地规质导导向向技钻术井技术
34 /136
详细技术指标及其与国外同类产品的对比
– 与世界上仅有的近钻头地质导向产品Schlumberger GST技术对比 • 钻头电阻率技术指标对比:测量范围相同,精度相当
技术指标 测量范围
水基 测量精度 泥浆
垂直分辨率 探测深度 测量范围 油基 泥浆 测量精度
钻头电阻率技术指标对比
CGDS
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
CGMWD, China Geosteering MWD,即正脉冲无线随钻测量系统
28 /136
由4个子系统组成。
测传马达
无线接收系统
CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
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6. 地质导向软件主要功能
实时三维地质模型修改
15 /136
7. 地质导向技术的典型应用
IDEAL 系 统 已 在 北 海
获得了成功应用,钻 成几口复杂的水平井
在墨西哥湾的某一油
田,先前所钻8口井的 总 产 量 仅 为 923 桶 /天 ; 后来,Anadrill公司应 用地质导向技术在该 油田钻成一口高质量 的水平井,日产原油 达 1793桶 ,使这一枯 竭的油田得以重新复 活
7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头测量 煤层钻遇能力46%
20 /136
7. 地质导向技术的典型应用
在煤层气水平井中的应用
近钻头测量 + 导向软件 煤层钻遇能力100%
21 /136
主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
电阻率、方位电阻率、方位自然伽马等
地质参数和井斜、工具面等工程参数测
量。钻头电阻率测量范围可
包络至钻头下
具 有
方某一范围,
前
因此具有前探
探 功
功能。螺杆马
能
达提供钻井动
力。
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由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
无线接收系统,WLRS, Wireless Receiver System
23 /136
由4个子系统组成。
测传马达 无线接收系统 CGMWD系统 地面信息综合处
理与导向控制决 策系统
测传马达, CAIMS, China Adjustable Instrumented Motor System
24 /136
由4个子系统组成。
测传马达
下部装有近钻头测量短节。实现近钻头
地质导向井眼轨迹控制,通过已知地质信息和随钻获取的实 时信息对复杂结构井进行钻井设计和基于地质导向的待钻井 眼轨道校正设计
更为准确的基于地质导向井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件
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6. 地质导向软件主要功能
地 质 导 向 软 件 流 程
13 /136
6. 地质导向软件主要功能
地质导向软件典型界面
通过MWD/LWD系统将测量参数实时上传至地面控制系统 用地面软件系统(含地层构造模型、参数解释和钻井设计控制
三个主要模块)适时做出解释与决策,实施随钻控制 因此,大大提高了对地层构造、储层特性的判断和钻头在
储层内轨迹的控制能力,从而提高油层钻遇率、钻井成功率和 采收率,实现增储上产,节约钻井成本,经济效益重大。
在地质导向技术问世之前,常规的井眼轨道控制技术均应属 于几何导向范畴
4 /136
主要内容
一、地质导向的定义 二、地质导向钻井技术概述 三、CGDS近钻头地质导向钻井系统简介 四、CGDS系统的核心技术 五、CGDS的应用与案例
5 /136
1.地质导向的钻井技术特征
把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体,形成带 有近钻头地质参数(自然伽马、电阻率)、近钻头钻井参数(井 斜角)及其他辅助参数的短节
常规导向技术很容易钻出储层;而近钻头地质导向技术可以通过钻头电阻率、 方位电阻率、方位自然伽马等参数的测量和判断,保持在储层中钻进。
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3. 地质导向项目概要
钻大斜度井的目的和原因 开钻钻到造斜点进入定向阶段
评估可用的地震资料
地层对比和目标控制
量化和评估邻井测井数据 在末造斜段按需要调整轨道
评价邻井/油田生产数据
在水平段入窗点着陆
选择目的层
评价大斜度段轨道和导向能力
设计和优化井眼轨道
了解前方地质构造和预测异常位置
目标允许偏差和风险
钻水平段(滑动/转动)
确定该项目需要的服务级别 当地质异常作方位测试确定作业
最终选定项目组成员
井壁稳定性对确定总井深的影响
完井评价/完井设计
增加或减小结构弯角 调整工具面
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主要技术指标
– 可测3个近钻头地质参数:钻头电阻率,方位电阻率,方位自然伽马 – 可测2个近钻头工程参数: 井斜角,重力工具面角 – 可测3个定向参数:井斜角,方位角,工具面角 – 钻头电阻率测量范围、分辨率和探测深度:0.2~2000-m、1.8m和0.45m – 方位电阻率测量范围、分辨率和探测深度:0.2~200-m、0.1m和0.3m – 自然伽马测量范围、分层能力:0~250API、20cm – 钻头电阻率、方位电阻率、方位伽马、井斜/工具面测点到钻头地面的距离