孫經(jīng)理
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廣饒快速地熱回灌井施工公司
一.井口操作
我們經(jīng)常碰見的井大都是定向井,就算有直井,也會打偏而定向糾偏。
那么在打一口定向井,或者水平井時,對直井段的要特別注意,必須要加以控制。參看資料1中對3000米內(nèi),地層傾角大于30度的井有水平位移的要求,一般可以通過單點測斜來獲得當前井斜,方位的數(shù)據(jù)。在起鉆前把多點從鉆柱內(nèi)投到靠進鉆頭處,然后在起鉆過程中利用每起一個立柱靜止卸口的時間進行測量和記錄。也就是說每上提一柱,司鉆在本子上記錄當前時間。起鉆完后將一起把記錄本和儀器送到定向服務中心做數(shù)據(jù)分析來了解當前井的軌跡,如果需要提前下入定向儀器糾偏,會打聯(lián)絡什么時候上定向的儀器和人員。井下定向法是先用正常下鉆法將造斜工具下到井底,然后從鉆柱內(nèi)下入儀器測量工具面在井下的實際方位;如果實際方位與預定方位不符,亦可在地面上通過轉盤將工具面扭到預定的定向方位上。在定向組合鉆具入井時,我們經(jīng)常看見定向工程師在井口量角差。這個角差是有螺桿上的高邊方向線和定向接頭上的定向鍵動力鉆具在工作中,液流作用于轉子并產(chǎn)生扭矩,傳給鉆頭去破碎巖石。液體同時也作用于定子,使定子受到一反扭矩。此反扭矩將有使鉆柱旋轉的趨勢,但由于鉆柱在井口處是被鎖住的,所以只能扭轉一定的角度,此角稱為反扭角。
現(xiàn)場中,我們在轉盤做一道記號,調(diào)整工具面,在加壓使紅線到0度位置。另外一種方法是,接完單根,定向工程師不做要求,讓司鉆加壓到120KN直接打,看工具面前后的變化,知道120KN下反扭角有多少(在工具面穩(wěn)定的狀況下,這幾分鐘的忙打不會有多少進尺,也不會影響到定向作業(yè))。然后準確的調(diào)整工具面。
軟件操作
先來介紹下,一般下井的定向儀器的結構與功能。
儀器是將傳感器測得的井下參數(shù)按照一定的方式進行編碼,產(chǎn)生脈沖信號,該脈沖信號控制伺服閥閥頭的運動,利用循環(huán)的泥漿使主閥閥頭產(chǎn)生同步的運動,這樣就控制了主閥閥頭與下面的限流環(huán)之間的泥漿流通面積。在主閥閥頭提起狀態(tài)下,鉆柱內(nèi)的泥漿可以較順利地從限流環(huán)通過;在主閥閥頭壓下狀態(tài)時,泥漿流通面積減小,從而在鉆柱內(nèi)產(chǎn)生了一個正的泥漿壓力脈沖。定向探管產(chǎn)生的脈沖信號控制著主閥閥頭提起或壓下狀態(tài)的時間,從而控制了脈沖的寬度和間隔。主閥閥頭與限流環(huán)之間的泥漿流通面積決定著信號的強弱,我們可以通過選擇主閥閥頭的外徑和限流環(huán)的內(nèi)徑尺寸來控制信號強弱,使之適用于不同井眼不同排量、不同井深的工作環(huán)境。實際上,整個過程涉及到如何在井下獲得參數(shù)以及如何將這些數(shù)據(jù)輸送到地面,這兩個功能分別由探管和泥漿脈沖發(fā)生器完成。
定向探管
這種測斜儀是利用當?shù)匾阎闹亓龊偷卮艌鲎鰹榛鶞识x方向參數(shù)的,并利用定向探管坐標系與基準的相互關系計算出方向參數(shù),因此需要建立探管測量頭坐標系是很自然的。伽馬探管 伽馬探管是綜合測量地殼巖層自然放射性強度的儀器。由于地殼巖層中存在自然放射性核素(主要是鈾(U238)、釷(TH232)、鉀(K40)),在自然衰變時放射出γ射線,測井時用γ射線探測器沿井眼實時進行地殼巖層的測量,得到地層剖面的自然伽馬記錄。
根據(jù)地球化學和地球物理學知識可知,地殼巖層的巖性(如:巖層的種類、生成方式、沉積環(huán)境、形成年代等)與其自然放射性γ射線強度有著一定的結合其它測井方法的測量結果即可有效的推測生油巖層,這也是自然伽馬測井應用的主要目的。 無線伽馬與有線伽馬測井相比,除有效的完成自然伽馬測井記錄外,還具有眾多突出優(yōu)點,首先,無線伽馬測井記錄具有更高的可信度,因為在地層被鉆開很短的時間內(nèi)即進行測量,地層暴露時間較短,受泥漿沖洗較少,記錄更真實可靠;其次是測量數(shù)據(jù)對鉆井施工具有較好的指導作用,可以優(yōu)選鉆井參數(shù),提高鉆井功效,降低鉆井成本;再有,可以有效回避風險,降低鉆井事故的發(fā)生率;還有,在水平鉆井作業(yè)中,可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)有效的調(diào)整鉆井方位,使井眼有效的穿越儲集層,提高礦藏的采收率和經(jīng)濟效率;另外,還可以有效的在鉆井事故發(fā)生時獲得*手有效的測井數(shù)據(jù),避免寶貴數(shù)據(jù)的丟失。
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泥漿發(fā)生器
泥漿脈沖隨鉆測斜儀是通過電磁機構控制閥門頭與限流環(huán)之間的流通面積,進而引起在鉆桿內(nèi)流動的泥漿壓力產(chǎn)生變化,達到傳輸信號的目的。由電磁機構直接帶動閥門頭需要相當大的功率,在井下實現(xiàn)是不現(xiàn)實的,在設計中,采用了利用流動的泥漿由伺服閥閥頭帶動主閥閥頭的方式。如下圖所示,沒有信號時,伺服閥閥頭處于壓下狀態(tài),在無磁鉆鋌內(nèi)高速流動的泥漿在限流環(huán)處產(chǎn)生反向的壓力,使主閥閥頭提起,彈簧被壓縮,主閥閥頭與限流環(huán)之間的流通面積較大,泥漿可以快速通過,鉆桿內(nèi)泥漿的壓力較小。當有信號時,如圖4所示,伺服閥閥頭被提起,泥漿可以從伺服閥閥頭處流入,儀器內(nèi)外的壓力平衡,原來被壓緊的彈簧將釋放,主閥閥頭與限流環(huán)之間的流通面積減小,鉆桿內(nèi)泥漿的壓力將升高,信號被傳輸出去。遠程數(shù)據(jù)處理操作 遠程數(shù)據(jù)處理器(司顯)具有顯示隨鉆測量數(shù)據(jù)、脈沖波形、簡短文字消息和為立管壓力傳感器提供電氣接口的功能。通過該設備,操作者可以將立管壓力信號度盤/消息區(qū) 該區(qū)域用于顯示定向度盤或來自于計算機的短消息(用1鍵切換)。作為度盤顯示時,用戶可以其顯示的內(nèi)容(即從井斜、方位、工具面中選擇一個作為度盤指針所指示的數(shù)據(jù))。度盤上顯示的指針共有五段,從內(nèi)圈到外圈依次代表從到zui舊五個不同時間的解碼數(shù)據(jù);每一段的指針是等腰三角形(空心三角形指針代表重力工具面,否則為磁性工具面),其頂角所指即是其代表的角度。作為短消息顯示時,該區(qū)域的左上方顯示消息的序號(zui多16條,用↑,↓鍵可翻閱),其余部分顯示消息內(nèi)容;若文字較長,會自動折行顯示;若在新消息到來之前已經(jīng)設置了自動顯示消息(用3鍵切換),則新消息在收到后會自動出現(xiàn)在屏幕上,否則需要用戶手動顯示消息(即通過切換度盤/消息或前后翻閱來顯示新收到的消息)。
數(shù)據(jù)區(qū)
該區(qū)域位于屏幕的右上方,主要用于顯示各種數(shù)據(jù)的數(shù)值。在該區(qū)域zui上方顯示當前工作狀況:工作/空閑(當遠程數(shù)據(jù)處理儀連接到系統(tǒng)中,并且計算機一側正在處于解碼工作狀態(tài)時,顯示為工作,否則為空閑),以及當前的日期/時間(該時間在計算機與遠程數(shù)據(jù)處理儀建立通信時自動校準,也可由用戶在計算機軟件中的“司顯設置”窗口中校準,校準用的時間基準取自計算機時鐘)。接下來的部分用較大字體顯示主要的測量數(shù)據(jù)(井斜、方位、工具面、立管壓力等),用較小的字體顯示相對次要的測量數(shù)據(jù)(定向傳感器采樣值、電壓、溫度等)。數(shù)據(jù)顯示格式為數(shù)據(jù)名稱+數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)值均來自于計算機的解碼輸出,并且與計算機同時更新。在井斜、方位、工具面三個數(shù)據(jù)前,狀的標志來指出當前度盤指針所指示的數(shù)據(jù)內(nèi)容(即度盤指示的是井斜、方位,還是工具面);在度盤顯示方式下,通過“↑,↓”鍵可以移動該標志的位置,從而選擇度盤顯示內(nèi)容。解碼的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)名稱會高亮(即反白)顯示;磁性工具面的數(shù)據(jù)值會高亮(即反白)顯示。
波形區(qū)
波形區(qū)位于屏幕的下方,用于描繪當前立管壓力的波形。波形顯示的橫坐標軸為時間,縱坐標軸為壓力(以千帕為單位),隨計算機一側同步調(diào)節(jié)。
定向井的基本應用
定向鉆井目前已成為陸地和海上油田開發(fā)的主要手段。定向井在石油勘探與開發(fā)中得到了廣泛的應用。在地面上難以建立井場和安裝鉆井設備進行鉆井的地區(qū),要勘探開發(fā)地下的油氣資源,*的辦法就是從該地區(qū)附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探開發(fā)石油,是建立固定平臺,或采用移動式鉆井平臺,或從岸邊打定向井、叢式定向井。當在鉆達油氣層所經(jīng)過的地層中有難以穿過的復雜地層時,用定向井可以繞過這些復雜地層,稱為繞障定向井。在發(fā)生斷鉆具、卡鉆以及井噴著火等惡性事故的情況下,采用側鉆井、救援井是處理此類事故的有效方法。近年來,各類水平井、大位移井、多分支井和二維及三維多目標井的出現(xiàn)和發(fā)展,更是把定向井的應用推進到了優(yōu)化油藏開發(fā)方案,增加產(chǎn)量,提高釆收率的范圍。另外,在非石油勘探開發(fā)領域,例如煤層氣、鹵水、地熱、天然氣水合物、固體礦產(chǎn)等的勘探和開采,以及地下核試驗的采樣等,定向鉆井技術也有著非常廣泛的應用。[2]
地面限制
油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復雜的地下,或井場設置和搬家安裝碰到障礙時,通常在他們附近鉆定向井。
地下地質(zhì)條件要求
用直井難以穿過的復雜層、鹽丘和斷層等,常采用定向井。
如:安718段塊的井漏、二連地區(qū)巴音區(qū)塊的井,自然方位120-150度。
鉆井技術需要
遇到井下事故無法處理或不易處理時,常采用定向井技術。如:掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。
經(jīng)濟有效的勘探開發(fā)油氣藏的需要
Ⅰ原井鉆探落空,或鉆通油水邊界和氣頂時,可在原井眼內(nèi)側鉆定向井。
Ⅱ遇多層系或斷層斷開的油氣藏,可用一口定向井鉆穿多組油氣層。
Ⅲ對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井,提高單井產(chǎn)量和采收率。
Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地區(qū),可用叢式井開采油氣。
定向井基本分類
隨著定向鉆井技術的發(fā)展,定向井的種類越來越多。[3]
按設計井眼軸線形狀分
Ⅰ兩維定向井:井眼軸線在某個鉛垂平面上變化的定向井,井斜變化,方位不變化。
Ⅱ三維定向井:井眼軸線在三維空間變化的定向井,井斜變化,方位變化??煞譃椋喝S糾偏井和三維繞障井。
按設計zui大井斜角分
Ⅰ低斜度定向井:井斜xiao于15度,鉆井時井斜、方位不易控制,鉆井難度大。
Ⅱ中斜度定向井:井斜在15-45度之間,鉆井時井斜、方位易控制,鉆井難度相對較xiao,是使用zui多的一種。
Ⅲ大斜度定向井:井斜在46-85度之間,其斜度大,水平位移大,增加了鉆井難度和成本。
Ⅳ水平井:井斜在86-120度之間,其鉆井相對較難,需要特殊設備、鉆具、工具、儀器。
按鉆井的目的分
救援井、多目標井、繞障井、多底井等。
按一個井場或平臺的鉆井數(shù)分
Ⅰ單一定向井
Ⅱ雙筒井:一臺鉆機,鉆出井口相距很近的兩口定向井。
Ⅲ叢式井(組):在一個井場或平臺上,鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井。
狀態(tài)區(qū)
該區(qū)域位于屏幕的zui下方,用于顯示一些提示信息。是否自動顯示消息的狀態(tài)即顯示在該區(qū)域的zui右側,反復按3鍵,即可看到該狀態(tài)顯示在變化。 淺層測試 儀器裝入套管后,即可開泵進行淺層測試。觀察脈沖信號的波形,并可繼續(xù)測出一組數(shù)據(jù),以判斷儀器是否工作正常。若出現(xiàn)異常需要取出儀器進行檢查、采取相應措施,必要時也可以更換有關部件
度盤指示的是井斜、方位,還是工具面);在度盤顯示方式下,通過“↑,↓”鍵可以移動該標志的位置,從而選擇度盤顯示內(nèi)容。解碼的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)名稱會高亮(即反白)顯示;磁性工具面的數(shù)據(jù)值會高亮(即反白)顯示。
波形區(qū)
波形區(qū)位于屏幕的下方,用于描繪當前立管壓力的波形。波形顯示的橫坐標軸為時間,縱坐標軸為壓力(以千帕為單位),隨計算機一側同步調(diào)節(jié)。
狀態(tài)區(qū)
該區(qū)域位于屏幕的zui下方,用于顯示一些提示信息。是否自動顯示消息的狀態(tài)即顯示在該區(qū)域的zui右側,反復按3鍵,即可看到該狀態(tài)顯示在變化。
淺層測試
儀器裝入套管后,即可開泵進行淺層測試。觀察脈沖信號的波形,并可繼續(xù)測出一組數(shù)據(jù),以判斷儀器是否工作正常。若出現(xiàn)異常需要取出儀器進行檢查、采取相應措施,必要時也可以更換有關部件。
軟件的主窗口被分成了多個區(qū)域,用于顯示不同種類的數(shù)據(jù),它們分別是:立管壓力值顯示區(qū)、度盤顯示區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)及波形顯示區(qū),下面分別加以介紹。立管壓力值顯示區(qū) 以柱狀圖和數(shù)值方式顯示立管壓力值,單位為MPa。柱狀圖上又分成了三個區(qū):藍色的欠壓區(qū),綠色的正常區(qū)和紅色的過壓區(qū)。當壓力值處于某個區(qū)域之內(nèi)時,用于表示壓力值的柱狀圖會以該區(qū)的顏色顯示。這些區(qū)的分界點是隨壓力傳感器標定數(shù)據(jù)一同保存的,可以在壓力傳感器標定窗口中修改。波形圖顯示區(qū) 以波形的形式顯示立管壓力的變化。另外用一條綠色虛線顯示當前設定的脈沖檢測門限值。度盤顯示區(qū) 度盤中顯示的內(nèi)容包括:當前井斜、方位、工具面的數(shù)值和圖示,度盤的zui外圈表示的是井斜,次外圈是方位,內(nèi)部的五圈表示的是工具面,從內(nèi)到外分別顯示著五段不同時刻的工具面值,zui內(nèi)圈的是值。磁性工具面和重力工具面以不同顏色區(qū)分,重力工具面以純灰色顯示,磁性工具面以藍灰色顯示。隨度盤一同用大字體顯示的數(shù)值都是的值,除數(shù)據(jù)本身外還顯示該數(shù)據(jù)的到達時刻,供現(xiàn)場人員判斷數(shù)據(jù)的新舊程度和有效性。
•進行磁偏角校正時按以下公式計算:
真方位角=磁方位角+東偏磁偏角
真方位角=磁方位角-西偏磁偏角
6)井斜變化率:是指井斜角隨井深變化的快慢程度。
7)井深方位變化率:實際應用中簡稱方位變化率,•是指井斜方位角隨井深變化的快慢程 度。
8)全角變化率(狗腿嚴重或井眼曲率):
從井眼內(nèi)的一個點到另一個點,井眼前進方向變化的角度(兩點處井眼前進方向線之間的夾角),
•該角度既反映了井斜角度的變化又反映了方位角度的變化,通常稱為全角變化值。 《特殊工藝井軌道設計》這個軟件,是本油田常用的軟件,也是定向工程師(不是指儀器工程師)常用的軟件。雖然它不夠全面,但已經(jīng)滿足油田定向井施工要求。這款軟件自帶有使用說明《特殊井軌跡設計說明.doc》,里面有zui基本的操地面應用軟件子系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)處理分析、鉆井軌道設計與導向決策等軟件組成,另外還有效果評價、數(shù)據(jù)管理和圖表輸出等模塊。應用該軟件系統(tǒng)可對鉆井過程中實時上傳的近鉆頭電阻率、自然伽馬等地質(zhì)參數(shù)進行處理和分析,從而對新鉆地層性質(zhì)作出解釋和判斷,并對待鉆地層(鉆頭下方某一深度內(nèi))進行前導模擬;再根據(jù)實時上傳的工程參數(shù),對井眼軌道作出必要的調(diào)整設計,進行決策和隨鉆控制。由此可提高探井、開發(fā)井對油層的鉆遇率和成功率,大幅度提高進入油層的準確性和在油層內(nèi)的進尺。頭地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)具有測量、傳輸和導向三大功能:
1) 測量在近鉆頭測傳短節(jié)中裝有電阻率傳感器、自然伽馬傳感器和井斜傳感器,在無線短傳接收短節(jié)中裝有接收線圈。近鉆頭測傳短節(jié)可測量鉆頭電阻率、方位電阻率、自然伽馬和近鉆頭井斜角、工具面角,這些參數(shù)由無線短傳發(fā)射線圈以電磁波方式,越過導向螺桿馬達,分時傳送至無線接收短節(jié)中的接收線圈。
2) 傳輸無線接收線圈接收到馬達下方的信息后,由數(shù)據(jù)連接系統(tǒng)融入位于其上方的CGMWD正脈沖隨鉆測量系統(tǒng),CGMWD通過正脈沖發(fā)生器在鉆柱內(nèi)泥漿通道中產(chǎn)生的壓力脈沖信號,把所測的近鉆頭信息(部分)傳至地面處理系統(tǒng),同時還上傳CGMWD自身測量信息,包括井斜、方位、工具面和井下溫度等參數(shù)。
3) 導向地面處理系統(tǒng)接收和采集井下儀器上傳的泥漿壓力脈沖信號后,進行濾波降噪、檢測識別、解碼及顯示和存儲等處理,將解碼后的數(shù)據(jù)送向司鉆顯示器供定向工程師閱讀;同時由CFDS導向決策軟件系統(tǒng)進行判斷、決策,以井下導向馬達(或轉盤鉆具組合)作為導向執(zhí)行工具,指揮導向工具準確鉆入油氣目的層