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1、一些前沿钻井技术智能井技术优化油藏性能1.智能井技术智能井技术并不是新近才出现的。早在1997年第一次智能完井即采用了SCRAM专利系统。它的特点是可以进行永久的监测，能够控制油藏内流体的流动。而6年之后，供应商与专业服务公司就在世界范围内安装了超过185个智能井系统。一些论坛分析认为，对智能井技术的投资已接近10亿美元。智能井技术要想在经济上可行，就不能仅仅局限于试验基础上单方面的应用，而要在各种各样的油井中作为油田开发一个重要而不可缺少的部分。可喜的是，虽然发展速度缓慢，但这一切正在得以实现。智能井技术是油藏实时管理的主要构成部分。通过安置在油藏平面上的传感器与控制阀，石油工程师们就可以对
2、油藏与油井的动态进行实时监测，分析数据，制定决策，改变完井方式，以及对设备的性能进行优化。2.智能井技术的应用智能井技术的应用范围很广，主要用于油藏开采过程的管理，这对于二次采油与三次采油非常重要。它可以控制一口油井的注入水或注入气在不同产层或不同油藏之间的分布，也可以封堵产自其他产层的水或气，因而可以控制注入水或驱替出的油扫过油藏中未波及的区域。这对于复杂结构井，如大位移井、长水平井或多分支井以及各向异性的油藏来说非常重要。作为一种有力的工具，智能井技术不仅可以处理油田开发中经常出现的问题，也可以处理很多井下突发事件，并通过对这些突发事件的处理创造价值，从而给资产增值。3.结论智能井技术在油
3、田开发中的优点主要在于：优化油藏性能，从而提高油藏采收率，增加油井产量；减少作业中投入的劳动力，从而减少安全事故，更有效地进行油藏管理。目前，已采用智能井技术的油井接近200口。这同那些正计划采用与正在采用该技术的多口油井开发项目共同表明了，该技术可以实现预期的目的。油田开发要尽可能快地降低开发成本，并使油藏的采收率达到最大。人们也期望能通过智能井技术来提高开采难度较大的复杂油田的效益。研究表明，由于该技术可以提高开发项目的经济效益，因而在当今商业环境中仍会继续存在。前景广阔的激光钻井从1997年起，美国重新开展了激光钻井研究，已经取得了令人鼓舞的成果。1.旋转钻井100年来没有根本性的变化，
4、市场需要有一种更加有效的替代方法旋转钻井这种机械破岩方式于20世纪初取代顿钻以来，虽然不断取得进展，但并没有根本性的变化，而且随着钻井难度越来越大，钻井成本总体上呈上升趋势。要想大幅度降低钻井成本，需要开发一种更加有效的替代方法。2.激光技术发展很快，应用领域不断扩大早在20世纪60年代和70年代，国外就开展过激光钻井研究。但是由于当时的激光技术水平有限，研究认为：在技术上，用激光钻井需要的能量太大，实现不了；在经济上，激光钻井太昂贵，不合算。正是这一结论在此后25年的时间妨碍了激光技术在石油钻井领域的研究与应用，尽管这期间激光技术取得了飞速的发展，特别是冷战期间美国星球大战计划开发的激光武器
5、，其能量足以击袭毁导弹，摧毁地面目标。3.激光钻井优势明显，前景广阔与常规钻井相比，激光钻井具有如下潜在优势：a.激光钻机重量轻，一辆拖车可运到井场；b.激光钻井的井场很小，也许只有普通井场的十分之一甚至更小；c.激光能够穿透各种类型的岩石，而且速度很快，用常规钻井方法需要天才能钻成的井，用激光钻井也许只需天时间；d.激光钻井不需要常规钻头和常规钻柱，钻成的井眼小，激光将岩石熔化，在井壁形成一种陶瓷样的保护层，无需下套管固井，因此钻井成本很低，也许只有常规旋转钻井的十分之一甚至更低；e.激光钻井是一种清洁钻井，激光击碎、熔化和蒸发岩石，钻井中无钻屑上返到地面，对环境的影响其微；f.过程具有导向
6、性。激光钻井经过七年的研究，已经取得了许多研究成果，尽管现在还处于室内实验阶段，还有大量的工作要做，且有美国能源部的支持和世界一流的油气服务公司的参与。美国“亚力山大油气通讯”（AlexandersOil&GasConnec-tion）杂志追述了石油钻井中的激光钻井技术起源。1998年2月24日，由美国气体研究院、美国空军、美国海军联合发起了一个研究计划，即“激光钻井”，这是利用美国军方的“星球大战”技术转化到民用工业应用系列项目的一个内容。这项计划预计用5年时间，耗资600万美元，研制目的包括激光钻井与完井，其直接研制产品是一台激光钻机。激光钻井有2种激光发生器。一是利用化学的氧化碘激光发生
7、器（COIL），这种发生器最初是美国空军用于跟踪和击毁敌方导弹的激光武器。这种激光器所具有的波长与振幅的准确控制性，使得在气田中钻探定向井、侧钻井成为可能，其钻探深度可为5000米；其能量为1.6兆瓦，波长为3.4米。二是红外线激光发生器（MIRACL），这原来是海军装备在舰船上，用以将来袭的导弹或飞机上“穿洞”，以达到将其击毁的目的，其能量为7千瓦，波长为1.34米。据军方的研究人员介绍，此方法近来由美国PHILLIPSE公司进行现场试验，其穿透“像三明治一样的岩层几乎就在数秒之间”。与常规钻井相比，激光钻井10小时的钻井进尺，常规钻井需要钻井10天。PHILLIPSE公司使用化学氧化碘激光
8、发生器，利用光纤输送能量，在岩石上钻出1英寸的孔，这或许是真正的小井眼钻井。与常规钻井过程相比，激光钻井不需要钻井液、钻头、油管和套管，也不产生钻屑，可以大幅度降低成本。美国军方人员称，将这一军事技术转为民用，最大的受益是从根本上减少石油钻井成本，并且降低石油开采的风险。钻工对未来钻井的设想设想1：“柔性钻杆”将让井架消失现代钻井用的钻井工具真是太笨重了，起钻对钻工而言是一件痛苦的事情。未来的钻井生产可能要被一种“柔性钻杆”代替，它们强度高，耐压力、拉力，并且能自如地卷在一种巨大的“轱辘”上面。起下钻很方便，只要转动“轱辘”，就能把“柔性钻杆”下到井底去或者从井底拉起来，既省掉了现代钻井中接“
9、单根”的麻烦，也不容易破损，太方便了。由于使用了“柔性钻杆”，未来的钻井队可能就没有井架了。设想2：“激光钻头”真厉害现在的钻头寿命太短，效率低下，用不了多久就要起下钻。未来的“钻头”将会是“激光钻头”，它通过分布在钻头周周的“高能量束”切割周围的岩石。“激光钻头”至少有以下优点：一是它通过能量束切割岩石，效率很高；二是由于不直接接触岩石，不易磨损，它的寿命将会很长；三是可通过控制“激光束”随意确定井眼的走向，所以目标命中率会很高；四是井壁光滑，并且能量束的高温会让部分岩石熔化并迅速凝结在井壁周围，减少井壁垮塌。另外还有可能诞生“超声波钻头”，通过超声波来震碎井底坚硬的岩石。设想3：“机器钻工
10、”会取代人力随着人工智能机器人的发展，未来的钻工将会被“机器钻工”取代。“机器钻工”很了不起。一是它们能适应野外、沙漠、滩涂、海洋等等诸多恶劣的钻井环境。二是它们有高智能，通过“电脑思维”，它们能从事许多复杂的钻井作业，并能应对像井喷等许多危险的事故。三是它们效率高，不知疲倦，能每天24小时地工作，最大限度地提高钻井的效率。设想4：“井喷事故”将成陌生名词未来可能会在钻头及“柔性钻杆”上面安装“电脑眼”，随时监测井下的情况。并通过无线信号传到地面的“智能控制系统”。“智能系统”会及时启动相应措施应对井下复杂情况。因此，在未来的钻井作业中，“井喷事故”将会成为一个陌生的名词，更不可能发生像122
11、3那样的井喷事故。设想5：钻井成本会大大降低由于许多高技术的运用，未来的钻井成本将大为降低，并更为随意。一是不再修那漫长的“乡村公路”。由于采用了王世勇所说的“柔性钻具”等一系列的新工艺，钻井设施将十分轻便，只要选择了钻井点，只需用飞机或者钻井专用直升机，把那些轻便的设备空运到目的地就行了。二是由于省去了耗时费力的起下钻和接单根作业，又有“机器钻工”的参与，钻井周期将大为缩短。不仅如此，由于“高智能机器人”的参与，钻井将不会受地域限制，海底、深山、河谷、沙漠甚至外星球，都将成为我们的钻井地点。用智能井开采海上边际油田墨西哥湾东喀麦隆油田属边际油田，其原因是补钻的一批油井没有找到钻前预测的高产油
12、层。若要把油田开发成本控制到最低，用回接技术把完井系统回接到主平台上是经济可行的。能源技术公司于2001年5月在墨西哥湾东喀麦隆油田打了EC374-1井，这口井的测深为6755ft,垂深为5389ft,钻遇了3层油层。为了达到最高采收率，开发方案要求同时开采3层油层。下部的2层采用混层开采，上部的1层采用选择性开采，以延长油井的寿命。3层油层采出的原油通过2个遥控的滑套进入完井装置。完井井段分为3段独立的砾石充填井段。4000ft深的砂岩油层和3700ft深的砂岩油层是主力产层，压裂后合采。3100ft的砂岩油层采用砾石充填封隔油层并采用智能完井的选择性滑套采油。完井系统由95/8in31/2
13、in可回收生产封隔器组成,封隔器下方的滑套由两条31/2in液压管线控制。上部滑套控制上部井段从环空到油管的液流,下部滑套面控制下部井段从环空到油管的液流。2个滑套各有一条独立的开启液压管线，但2个滑套共用1条液压关闭管线。为了保证各层的分层开采，在智能完井装置的下面下一密封总成。用交互修井控制系统（IWOCSs）和快速连接液压导向控制系统代替采油树的液压中转控制盒，管线的接头则用联接油管的四通代替。采油树上的所有1in阀门全部改换最先进的阀门以确保可靠性。因为油井处于较浅水域，所以在完井及安装采油树时使用了导向索。井口上安装了油管头并下入井眼防护装置，然后开始完井。4000ft处的砂岩井段和
14、3700ft处的砂岩井段分别安装了沉砂封隔器。3700ft处的砂岩段采用油管传送射孔枪射孔。在3700ft和4000ft处的井段分别安装了分流隔离阀，以防止射孔后发生层间窜槽。用钻杆回收井眼保护器之后，接着用钻杆安装为油管悬挂器定向的斜口管鞋。采油树安装在甲板上。采油树的顶部安装了修井隔水管总成和应急快速拆除系统，并把修井控制系统与应急快速拆除系统连接起来。然后对采油树贯通性和常规功能进行测试。3100ft砂岩储层试油结果是1050万ft3/d。而这口井的最终的估计产量为150万ft3/d。把智能完井与海上完井技术结合起来，可以使没有经济前景的海上边际油田转化为有开采价值的海上油田。多学科工作
15、组成员通过创新，把原先在2200ft水深使用的完井设备改造成适用于水深425ft和经济环境的完井设备。这口井完井所耗用的时间为20天，据估计节省了3天的钻机占用时间。由于是在大斜度井眼中完井，如果使用连续管进行作业，会节省大量的下管线时间。目前，油公司打算用同样的方法进一步拓宽海上边际油田的前景。应用油藏性描述及3D可视化技术促进海上油田的二次开发在圣巴巴拉海峡的南Ellwood油田，海上作业者Venoco公司利用先进的油藏特性描述技术识别油田二次开发的选择方案。该公司在描述油藏特性方面所作的工作包括：(1)重新处理第一代3D地震资料；(2)综合地层倾角、井眼电视(BHTV)、微电成像(FMI
16、)测井资料及定向岩心分析资料；(3)用新的Pipeline网络模型模拟裂缝；(4)进行生产测井，以确定油水界面，并识别回堵及二次完井的时机。南Ellwood油田于1972年从中中新世Monterey含硫地层中采油。Monterey为地质情况复杂的裂缝性燧石油藏，地层产液的含水率很高。根据岩心分析资料估算的原始地下原油储量约超过20亿bbl。由于一些重要的问题，如断层的复杂性、对裂缝系统了解不足、以及油水界面不可预测的移动，导致在该油田的许多钻井活动不成功。1999年，Venoco公司与南加利福利亚大学合作，研究裂缝性Monterey地层原油生产的高含水问题。该研究项目分三期进行。第一期研究活动
17、包括：通过新的测井技术、地震资料二次处理及裂缝模拟来描述油藏特征。第二期研究将从2004年1月开始，包括井下分离器电潜泵的应用以及钻两口新井。1982年，阿科公司在该油田采集了第一代3D地震测量资料。2000年，用现代算法对这些地震资料进行二次处理，结果清楚地显示出原来的简单背斜构造被断层切割，形成大量具有潜在独立油水界面的区块。另外两组数据有助于作业者了解该油田结构的复杂性：(1)从钻入Monterey地层的40多口井获得的高质量地层倾角测井资料；(2)Monterey地层非常一致地贯穿整个油田，从而能通过仔细对比测井资料来确定可能存在的遗漏或重复的区块。2002年56月，Venoco公司沿
18、背斜脊向PRC3242区块边界钻了第一口井。采集了高分辨率成像测井资料，并在严重裂缝性下Monterey地层的油水界面处完井。最初的试井结果令人失望，井的产液量为1700bbl/d，含水率达90%。生产测井资料显示的油水界面高于预期深度100ft。压力恢复数据显示，该井的流体来自与主油田分开的断块。地质模型指出，一个大的冲断层在上Monterey地层与井眼相交，而且该断层可能是密封性断层。2003年2月，该井在断层下面二次完井。最初试井结果的油气产量分别为812bbl/d和200万ft3/d。生产资料显示，这口新钻的井对断层顶壁的其它井没有影响。新钻的这口井已经生产原油20万bbl以上，并收回
19、了400万美元的钻井费用。常规测井技术无法成功预测Monterey地层的流体含量。对7口新钻的井进行了GHOST/DEFT测井，并在其中的5口井中坐放了过油管膨胀式桥塞。桥塞所封堵的出水量为2000bbl/d，使其它井的原油产量增加。其中，3242-18井的原油增量为500bbl/d，增产时间保持了18个多月。递减分析认为，由于采取了回堵措施，该井估算的最终开采量已经增加了600万bbl。根据二次处理的3D资料识别出两个未泄油的Monterey断块：即北部侧翼断块和EagleCangon断块。另外，3D资料对Sesoe圈闭新的解释将油藏延伸到西部地区。由于北部侧翼断块的潜在原油储量可能达300
20、0万bbl，而且距Holly平台较近，因此该断块是最具吸引力的目标区块。由于Sespe圈闭含高比重无硫原油，因此该断块也是一个具有吸引力的目标区域。根据北部侧翼井的钻井结果，2005年将可能在EagleCangon断块钻井。高温高压深井钻井前沿专项技术研究为完成西气东输和油气产量接替战略任务，加大天然气开发力度已成为石油天然气集团公司的当务之急。已确定为找气重点的四个盆地（四川盆地、陕甘宁盆地、柴达木盆地、塔里木盆地）的深层蕴藏丰富的天然气资源，而深层气井大都是高温高压井。国内过去高温高压井遇到很少，特别是超高温（大于220）尚未形成配套技术，需要组织攻关及提早作好技术准备。本课题所列研究内容
21、与十五主流攻关课题高温高压深井钻井技术相衔接，目标是逐步形成更高层次的高温高压深层气井钻井技术，共设置两个专题：1.高温高压深井泥页岩井壁稳定周期预测技术；2.220-250钻井液研究；创新点:建立了泥页岩井壁应力状态的力学化学耦合计算模式及其数值计算方法，提出了地层坍塌周期的预测方法并编制完成了计算软件，研究成果使泥页岩水化对井壁稳定的影响规律首次实现定量化。建立了高温井钻井过程中井壁温度分布动态变化规律的计算模式，建立了温度变化对井壁产生的附加热应力的数学模式，定量分析了温度变化对井壁坍塌压力及破裂压力的影响规律。建立了井壁失稳实例数据库模型，编制完成了数据库结构软件。研制出了具有独立知识
22、产权的降粘剂（代号THIN）和降滤失剂，通过引入具有耐温抗盐功能的结构单位，它们抗盐抗钙抗高温能力强，且完全适用于恶劣环境的高密度钻井液。完成了220C高温、高密度(2.0g/cm3)钻井液体系及性能控制研究，形成抗高温抗盐的高密度水基钻井液体系。华北油田：采油四厂建立油田地面工程可视化系统油田地面工程可视化管理系统是一项以计算机为基础的新兴技术，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理。并可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。依据油田开采及管理的特点，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性科学。该系统分为数据录入
23、维护、地理信息查询，图文管理、产能分布、生产数据分析统计，基础信息管理查询、全文检索七个系统。1、运用GPS等手段将地面设备、工艺流程、地下管网数字化管理，根据底层数据信息的支持，运用Maptitude二次语言开发，实现了电子地图矢量化、数字化。2、应用全文检索技术，实现施工总结智能查询，减少技术人员的工作量。3、利用虚景现实技术，完成了联合站三维动画，实现了从全方位观察站貌及三维工艺流程图，直接点击了解设备基本情况，为下步虚景检查打下基础。4、应用先进的多媒体技术，建立地面工程图库，通过图像、声音、图片和动画、影片字幕等多方手段直观的描述了地面工程以及生产信息的概况。5、应用关系型数据库技术
24、实现了与现有快速反应系统相结合，实现通过可视化地图连接到全厂、工区、断块、井组、单井各级生产情况。油田地面工程信息可视化管理系统的建立，打破了专业界限，在全厂范围内实现了资料流通和共享，提高了资料的利用率和措施的准确率；为生产现场的管理提供了技术支持，减少经济损失：减少了工程技术人员的资料统计工作量，使之能够投入更多的精力从事采油工程工艺技术研究，为合理配置技术人员，实现办公自动化打下基础。自运行以来得到了开发处领导的赞扬和工程技术人员的欢迎。Oseberg油田借助4D弹性反演确定加密井Oseberg油田是NorskHydro公司在北海经营的主要油气田，距挪威海岸约140km，油藏由中侏罗统布
25、伦特组的3个向东倾斜的砾岩断块组成。Oseberg油田的开采始于1988年，产量高峰出现在1992年，1996年产量开始递减，目前约有85%的原始储量已被采出。NorskHydro公司面临的挑战就是通过提高采收率使油田的经济价值最大化。根据4D解释结果，钻加密井是作为提高采收率的有效途径。1.4D处理与数据预处理数据采用CGG软件来处理，目标是设计一个优化程序，尽可能重复利用两组数据，并进行弹性反演预处理。Cambois（2000年）已说明，多次波的能量、剩余时差及子波变化的偏移距会影响AVO反演结果，并强调在反演前进行适当的预处理的重要性。2.约束与耦合4D弹性反演耦合3D地层反演用于弹性反
26、演，弹性参数是基于分层、块状模型估算的，每层的厚度与弹性参数有横向变化，用地震道反演进行估算。初始层状模型根据解释的层位、地质模型和地层倾角信息来建立，平均层厚度由地震分辨率来确定。为使反演结果能用已知井信息进行质量控制并核对，井信息不用于初始建模与约束。开发的约束与耦合4D反演法，将一处老资料的反演结果用于下一处老资料的初始模型，在储层段修改被约束储层。在这些储层内，可以只修改层厚度，或者只修改弹性参数，或同时修改二者。试验之后，决定只修改弹性参数，并保留1999年测定的储层。3.反演结果在加密井方案中的成功应用反演结果是岩石特性的3D数据体（阻抗、柏松比等）与层位间的地震反射系数相关，这一
27、点与地震振幅数据相反。Oseberg油田的前期试验已表明，通过3D虚拟现实可视化系统综合应用储层模型和井数据反演结果较好。对两处老资料的声波阻抗（AI）和泊松比（PR）数据进行深度转换，并与井数据和储层模型一起输入NorskHydro的InsideRealityVR系统中，对各种数据体进行筛选。4D地震与4D弹性反演已被证明在Oseberg油田的应用是成功的。4D弹性反演法结合现代3D可视化技术已展示了其巨大潜力，数据已被成功用于指导加密井位的确定。对Oseberg油田未来的工作将更多地集中于反演结果和孔隙压力与饱和度之间变化。（摘自网）利用波阻抗反演预测地层孔隙度孔隙度资料能直接反映储层孔隙
28、发育情况，是储层描述中的一个重要参数。而测井解释的孔隙度，只能在有钻井的位置从纵向上对地层孔隙发育情况进行评价，若要在横向上对地层孔隙发育情况进行评价，就需要借助地震反演资料来进行。1.岩性预测要进行地层孔隙度预测，首先要预测目的层岩性。对于碎屑岩地层，需要给出目的层段的泥岩百分含量平面图。（1）可行性研究首先，要能够利用速度参数来区分不同岩性，研究区内各种岩性的地层是否具有不同的速度特征，这些特征在现有的资料中能否识别，这是整个岩性预测的前提。其次，研究区内速度的一般变化规律和速度本身的误差。第三，分析工区内的地质条件、研究程度与上述资料条件、地球物理条件是否匹配，如在构造复杂地区，地震资料
29、分辨率又不高，就不能进行高精度的岩性预测。最后，应从地质条件上尽量排除其他干扰因素。（2）数据预处理a.倾角校正如果地层是倾斜的，要利用视速度定理将叠加速度转换成层速度。b.压实校正通常需要消除异常压实段的数据，如果数据太小不能剔除，则需要对数据进行压实校正。其方法是计算出异常压实段数据的重心与正常压实曲线的距离，然后将压实段的数据平移到正常压实线上。c.深度校正地层孔隙度随埋深的增大而减小，为了消除孔隙度和压实胶结程度的影响，需要将全部地层速度数据按速度趋势变化规律平移到某层的深度基准线上来。（3）岩性预测a.研究范围的确定进行孔隙度预测的地层往往是可能含气的砂体，针对该砂体的研究范围应包括
30、砂体及上、下泥岩围岩段的整个深度范围，在上、下围岩段中尽量包括大段纯泥岩地层。这样能够提高计算泥岩百分含量的准确度。b.收集纯泥岩、砂岩的速度资料在一定深度范围内，由于不同岩性具有不同速度特征，可以利用速度资料来区分岩性。对于碎屑岩地区，首先要确定纯砂岩和纯泥岩的速度(VP，泥和VP，秒)。利用多井交会图的方法，做出目的层范围内的GR-AC交会图。在高GR的散点区可以确定纯泥岩的速度值，低GR的散点区可以确定纯砂岩的速度值。c.泥岩百分含量的计算在小规模的平面范围和深度范围内，地层速度的下降和地层泥质含量的增加呈正相关，因此，可用速度资料来计算目的层的泥质含量。2.泥岩含量的校正给出的泥质含量
31、平面图在过井位置与测井解释的泥质含量可能有一定差异，需要用测井解释的目的层泥质含量进行校正，使给出的泥质含量平面图更加准确。3.地层孔隙度预测(1)孔隙度计算层速度与孔隙度之间有非常密切的关系，根据Wyllie公式用速度资料计算地层孔隙度。需要注意的是，计算出的孔隙度没有考虑油气的影响。如果地层含有油气，计算出的孔隙度会比实际孔隙度偏大，由于通常把具有大孔隙度的地层作为油气有利区域，因此，在实际计算中应考虑油气校正。(2)孔隙度校正计算出的地层孔隙度与测井解释孔隙度有一定差异，可以将井旁计算的孔隙度数据与钻井解释的孔隙度数据进行统计分析，得到两种数据的差异。对计算出的地层孔隙度进行差异校正后，所得到的结果更接近于实际情况。通过对波阻抗数据体和测井解释资料的分析，建立地震速度数据体与地层岩性的相关关系，并利用Wyllie公式预测地层孔隙度的平面展布情况。经实际应用验证，这种方法得到的结果接近实际情况
