钻井工程风险评估与控制系统的设计与软件研发

为了提高国内钻井风险评估水平、缩小与国外的技术差距,开发了一套集“钻前风险预测、钻进风险监控、钻后风险总结”于一体的钻井工程风险评估与控制系统,并完成了相关的软件研发。该系统包括5个子系统:含不确定度钻井地质力学参数钻前描述及随钻更新子系统、钻前工程设计风险评估与控制子系统、钻井作业过程动态风险评估与控制子系统、钻后工程风险总结与分析子系统以及钻井工程风险数据库子系统。该软件可以实现对井下复杂与事故的钻前工程风险预测和钻进过程中的工程风险监测以及钻后的风险总结,为钻前优化钻井工程设计方案、钻中规避钻进过程中的工程风险和后期待钻井工程设计方案的优化制定提供技术指导和科学依据。     

综合录井技术在实时监测钻井事故中的应用

综合录井技术在钻井作业过程中实时采集地质参数、钻井液参数、工程参数等信息,进行快速数字化处理,直观地展现随钻过程中的钻井情况,并实时监测钻井事故。结合大庆地区的钻井工程实例,重点阐述了综合录井技术在实时监测井漏、井涌、油气水侵、井塌、溜钻、顿钻、放空、卡钻、遇阻、刺钻具、刺泵、掉水眼、堵水眼、掉钻具等钻井事故中的重要作用。结果表明．该技术在钻井作业过程中实时监测井下复杂情况的准确性较高。     

随钻地震技术综述

随钻地震(SWD)技术是一种利用钻井过程中钻头破岩时的振动作为震源．用地面检波器排列接收信号进行地震测量的井中地震技术。它与逆垂直地震剖面(VSP)技术有着相似的观测方式，司样可以提供井旁逆VSP剖面。该技术与钻井作业同时进行，不需要安装井下仪器，不中断钻井过程．实时地采集地震信息。通过现场数据处理，可以确定钻头在地面地震时间剖面上的实时位置．并可以实时地预测钻头前方的地层压力情况，协助钻井安全决策和优化套管设计。其独特的观测方式和应用潜力在开发地震巾有着再要的意义。文章对随钻地震技术的基本原理、实际应用和进展情况作了综述性的介绍。     

随钻地震技术及其新进展

根据采集方式的不同,随钻地震技术可分为钻头随钻地震和随钻VSP。钻头随钻地震采用钻头破岩时的振动作为震源,能量较弱,信噪比低,在深井、高斜度井、水平井、大位移井、使用PDC钻头、钻遇软岩层等情况下震源信号不佳,近年来应用逐渐减少。而在钻头上方安装水力脉冲冲击器使井底产生脉冲冲击和瞬时负压的方式,可增加震源信号的强度,提高随钻地震信号的信噪比。随钻VSP采用海面气枪震源或地面可控震源、炸药激发,井下地震检波器接收,泥浆脉冲遥测系统实时传输校验炮、初至波数据,实时更新随钻速度、压力模型,提高成像精度。与常规电缆VSP相比,随钻VSP在钻井过程的自然间隙,例如连接钻杆的过程中进行采集,不干扰钻井过程,避免电缆VSP在水平井、高斜度井等的操作风险,降低钻井成本。目前,随钻VSP技术日趋成熟,可实现钻头前准确的速度预测、地层压力预测和精细构造成像,从而预见性地指导钻井过程。针对新探区、钻前地层压力预测风险较大的地区、非常规油气藏、常规电缆VSP部署风险大的地区、复杂油气藏等在高精度构造成像、准确地层压力预测等方面的需求,开展随钻VSP技术应用研究具有现实意义,可降低钻井风险和成本,提高油气勘探开发效益。     

基于贝叶斯理论的含可信度孔隙压力随钻修正方法

地层压力预测与监测一直是油气钻井的一项重要任务,准确预测地层压力是保证钻井从设计到施工顺利安全进行的重要前提。地层压力钻前预测法是通过地震资料来预测地层压力,但是预测结果精度不高,孔隙压力预测结果与井底实际压力之间存在较大误差。为了根据随钻测量数据动态更新孔隙压力预测结果,不断降低其不确定度,提出了基于Bayes理论的含可信度孔隙压力随钻修正方法。孔隙压力后验概率信息综合了钻前孔隙压力预测信息以及随钻孔隙压力观测信息,在钻前预测的基础上利用随钻资料进行修正与更新,最大限度地保证了钻进过程中钻头位置局部孔隙压力预测准确度。该研究可以为钻井作业过程中动态风险评估提供实时且更为准确的孔隙压力,辅助钻井作业人员快速、准确地进行施工方案的决策,减少由于压力信息不准确带来的钻井风险。     

渤海油田裂缝性油藏地质工程一体化井漏预警技术

为了解决渤海油田裂缝性油藏钻井过程中因断层、裂缝引起的井下漏失等问题,提出了地质工程一体化井漏预警技术。在叠后地震大中尺度断层刻画的基础上,通过滤波、断裂增强等特殊处理,进行属性优选及多属性融合,精细刻画中小尺度裂缝,建立了多尺度裂缝三维空间分布模型,设计井眼轨道时避开漏层,进行钻前风险提示,指导钻井作业采取相应的防漏堵漏措施;钻进过程中开展井漏风险随钻跟踪,实时调整并反馈井漏风险预测结果,及时优化井眼轨道,形成了随钻过程中漏层动态避钻技术,以充分保障钻井作业安全,降低钻井成本。钻前风险预测、钻进中井漏跟踪及随钻井眼轨迹实时优化等技术在旅大X油田应用后,实现了一趟钻规避断层漏失段。地质工程一体化井漏预警技术能够降低钻井风险,保障裂缝性油藏的钻井安全,为渤海油田增储上产提供了技术支撑。      

随钻地震技术在莺歌海盆地高温高压地层钻井中的应用

南海莺歌海盆地高温高压地层的钻井安全风险较高,为降低钻井风险,需要准确预测高压地层的压力和深度。为此,在预探井DF-X1井钻井过程中研究应用了随钻地震技术,利用随钻地震数据获得时深关系和地层层速度,实时更新钻头在地震剖面中的位置,确定钻头前方高压储层的深度和地层压力系数。在DF-X1井实钻过程中,应用随钻地震技术准确预测了高压储层A1砂体的地层孔隙压力系数、破裂压力系数和深度,高压储层A1砂体的预测深度与实钻深度相差仅6.00 m,确保了?244.5 mm套管成功下到高压储层上部的泥岩中,确保了?212.7?mm 井段的安全压力窗口;A1砂体孔隙压力系数和破裂压力系数的预测精度分别达到3.0%和1.0%,确保了该探井的顺利完钻。研究结果表明,随钻地震技术可以准确预测地层压力和高压储层深度,能有效降低钻井风险,提高作业效率。      

应用随钻地震技术认识钻井地层环境因素

随钻地震技术是国外近年来发展起来的,可以预测异常地层压力,有利于及时发现油气层,是钻井工程中降低风险,提高钻井效率的新手段,介绍了其组成,工作原理及原始数据处理过程,并对该项技术在钻井工程中的应用进行了探讨。     

基于神经网络的卡钻预测

针对钻井过程的复杂性、不确定性等特点,提出应用神经网络技术预测卡钻事故,建立事故预测模型.选取对卡钻事故的发生有较大影响的变量作为神经网络的输入项,分析钻井现场实时监测的卡钻数据和正常运行的数据,应用钻井现场数据对神经网络进行训练以此建立卡钻事故预测模型,最终通过钻井现场数据证实该网络具有对卡钻事故做出准确预测的能力以及良好的泛化能力.     

钻井风险实时监测与诊断系统设计及应用

随着国内外钻井综合信息采集技术的发展,特别是随钻测量工具应用的增加,钻井施工决策的准确性得到极大提高。目前,国内在管理、分析和应用钻井综合数据方面与国外相比存在较大差距,严重制约了钻井工程技术科学化、信息化、智能化及自动化的发展。钻井风险实时监测与诊断系统,主要是通过对钻井工程数据和随钻测量数据进行实时处理分析,结合多参数融合算法技术对井下钻井风险进行实时监测和诊断分析,实现钻井风险监测与诊断的定量化和智能化。文中主要介绍了钻井风险实时监测与诊断系统的工艺流程及关键技术,并对其在辽河兴隆台油田的现场应用进行了详细介绍。现场应用结果表明,该系统能够很好地监测与诊断钻井风险。     

综合考虑成本和钻速的PDC钻头钻进参数优化设计

传统的钻进参数优化模型不适用于PDC钻头。针对传统模型的不足,在牙轮钻头钻进参数优化理论的基础上,引入钻井成本和钻速权重系数,结合PDC钻头钻速方程、磨损方程和钻速随累积进尺的变化规律等基本方程,建立了钻井成本和钻速双目标约束下的PDC钻头钻进参数优化模型。该模型可根据降低成本或提速的具体目标设置钻井成本系数和钻速系数,在同时考虑成本和钻速的条件下对钻进参数进行优化设计。川西新场地区实钻资料的计算结果显示,经过参数优化后PDC钻头的单位进尺成本降低,同时钻速提高,这表明该模型可以用于双目标下PDC钻头钻进参数的优化设计。      

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随着油气勘探开发难度的提高,钻井的复杂程度也相应地增加。为了获得良好的钻井效益,应加强钻井、地质和地球物理学科的交流,尽可能多地使用钻井、地质、地球物理测井的相关资料。文章描述了三维可视化技术在钻井工程中的应用,即可以将已钻井数据、待钻井设计数据及其与之相关的力学、地质和地球物理数据紧密地结合,在三维可视化环境中形象直观地展示数据之间的相互关系,在钻前设计、钻进监测、钻井事故预测与处理及钻后分析中,有效提高钻井人员分析复杂数据和提取有效信息的能力,加速他们与相关学科的交流和协作,从而提高钻井效益。     

用实钻资料研究方位漂移规律

收集了大港油田１９６个井段的井史资料和１１口井的６５０００点井径数据。通过对这些资料进行分析研究，总结了下部钻具组合、区域地质条件、井斜角、井径扩大等因素对方位漂移的影响。     

钻井风险控制系统关键技术

为了减少钻井中的井下故障,并提高钻井效率、控制钻井成本,研究了钻井风险控制系统的关键技术。分析了NDS系统及时传递信息的技术思路和随钻测量、地质力学模型、钻井风险管理、孔隙压力预测和可视化等技术,研究了eDrilling系统钻井模拟器的实时监测、虚拟井筒等关键因素和设计、钻进、培训及钻后评估等阶段的应用,以及Copilot系统通过测量井下工具受力诊断预测复杂情况的作用,明确了我国发展钻井风险控制系统应研究的关键技术,指出目前钻井风险控制系统研究中存在的问题。研究认为,钻井风险控制系统的关键技术包括随钻测量技术、数据质量管理技术、数据库管理技术、实时模型、可视化技术、风险控制软件系统和配套的基础设施。其中,实时模型包括流动模型、摩阻扭矩模型、振动模型、机械钻速模型、井壁稳定模型和地质力学模型等。关键技术的确定和实时模型内容的具体描述,可为我国研究发展钻井风险控制系统提供技术参考。      

缅甸M区块推覆构造复杂地层钻井工程实践

缅甸M区块属于三次推覆体构造,在钻井过程中存在着井壁坍塌严重、地层孔隙压力高达2.38 g/cm3、软泥岩缩径严重等技术难题。以RM19-3-1井为实例,从地层孔隙压力预测,井身结构优化设计,新型钻井工具、配套钻井设备研制等方面入手,开展了提高推覆构造地层机械钻速机理研究,通过采取浅部油气层井控技术措施、推覆体地层防塌技术措施、软泥岩钻井工艺、高密度钻井液工艺、高密度水泥浆固井工艺、井斜控制技术措施、加重剂回收工艺等措施,使RM19-3-1井的机械钻速比同类井提高了20个百分点。推覆体构造钻井工程实践表明,地层压力预测、井身结构、钻井工具和钻井液等是制约钻井速度的主要因素,该研究为以后在这种多次推覆构造复杂地层进行钻井施工提供了较好的借鉴。     

超深水平井钻井技术

水平井的施工风险和难度随施工井深的增加而增加,特别是6000 m以上的超深水平井,存在着较高的施工风险和难度。塔里木油田东河塘区块油藏深度在5740 m左右,目前已先后完成了6口单、双台阶超深水平井,完钻井深均在6300 m以上。水平井投产后,油气产量明显提高,水平井平均单井油气产量为开发水平井前单井产量的3~5倍,取得较好的效果,经济效益显著。通过6口水平井的施工,超深水平井技术也在不断完善和提高,已日臻成熟。针对塔里木油田东河塘地区自身特点,以东河1-H3井和东河1-H5井为例,从难点分析、优化钻井设计、轨迹控制、分段技术措施、水平井钻井液等方面作了较详细的论述。该区块水平井的成功经验,对超深水平井施工有一定的指导和借鉴意义。     

天然气钻井人因失误事故风险定量评价方法

天然气钻井行业的事故率一直较高且人因失误占较高比例,目前尚无针对钻井施工过程人因失误事故风险的定量评价方法。为此,提出了应用德尔菲专家判断法定量评价钻井施工人因事故风险的方法,通过专家评分获得了与11类钻井作业活动相关的10种风险类别的可能性和严重度数据,计算了不同作业活动的风险水平。研究数据显示,钻井施工人因失误事故风险最高的风险类型是物体打击;人因失误事故风险最高的作业活动是钻进作业。研究结果可应用于跟踪钻井过程异常高风险时段,以便有针对性地采取风险消减措施,合理地部署现场安全工作,避免高风险的累加效应。该方法在5支钻井队应用后取得了较好的效果,可报告事故率由7.54%下降到5.24%。     

地质导向技术在Assel -15H水平井的应用

以Assel- 15H为例,将三维地质建模与传统地质导向技术相结合,充分利用随钻地质导向实时数据,取得厚油层钻遇的良好效果,成功地解决了地质导向技术在苏丹复杂断块油田的技术难题.     

基于实例和规则集成推理的钻井事故诊断处理系统

石油钻井中的事故诊断与处理既凭经验又离不开相关知识，为此，将基于实例推理（CBR）和基于规则推理（RBR）两种方法集成为一体，以更好地解决该类问题。介绍了CBR和RBR混合推理的钻井事故诊断与处理专家系统。该系统根据钻井事故诊断与处理的特点，将专家经验采用产生式规则表示，并建立基于规则的知识库；将实例采用规则、框架和过程的混合知识表达形式表示，并建立系统的实例库。实例库包括用RBR系统自动生成的基本实例库及无确定规则的特殊实例，在使用中还可不断地增加新实例以提高系统判断复杂事故的能力。该系统采用RBR确定事故类型，再利用CBR获取事故处理措施。由于采用了混合推理，事故诊断快速可靠，自学习能力也得到了很大提高。     

干热岩钻井钻具磨损及防磨技术研究

为了明确干热岩钻井过程中的钻具磨损机理,并采取合适的防磨技术方案来降低钻具磨损,首先分析了井眼内钻柱的运动状态,描述了钻柱与井壁的接触关系,并采用有限单元法建立了钻柱动力学有限元理论分析模型;然后以某干热岩典型实钻井为例,通过求解钻柱动力学模型,分析了钻具与井壁的接触状态;最后以降低钻具与井壁间的接触作用力为目标,探讨了钻具组合和钻进参数对钻具动态特性的影响规律,并进行了钻具组合优化和钻进参数优选,给出了钻具组合、钻进参数防磨推荐技术方案。该防磨技术在某干热岩井钻井作业中进行了试验,进尺116.00 m,稳定器外径磨损3.0 mm,取得了较好的钻具防磨效果。研究给出的钻具组合、钻进参数防磨技术方案,为解决干热岩钻井钻具磨损问题提供了新的技术手段。