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隨著勘探開(kāi)發(fā)向深層、深海、非常規(guī)等復(fù)雜領(lǐng)域進(jìn)軍，鉆井地質(zhì)因素描述不清，鉆井設(shè)計(jì)和與現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)快鉆井與地質(zhì)因素融合不夠，導(dǎo)致鉆井復(fù)雜多、成本高，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效安全鉆井面臨著諸多的技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)鉆井地質(zhì)因素難以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，缺少與鉆井地質(zhì)因素充分融合的優(yōu)快鉆井設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)方法，缺少系統(tǒng)有效隨鉆實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井理論與方法這些難題，優(yōu)化鉆井（優(yōu)快鉆井）技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院原院長(zhǎng)路保平教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究，形成了比較系統(tǒng)的優(yōu)化鉆井技術(shù)理論、方法與技術(shù)流程。
路院長(zhǎng)40年來(lái)一直從事石油工程技術(shù)研發(fā)與技術(shù)管理工作，長(zhǎng)期致力于深層特深層、頁(yè)巖油氣與海洋等領(lǐng)域優(yōu)化鉆井理論與技術(shù)研究，隊(duì)總結(jié)出深度融合鉆井地質(zhì)因素的優(yōu)化(快）鉆井技術(shù)，為我國(guó)石油鉆井技術(shù)的進(jìn)步與油氣勘探開(kāi)發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)。在日前召開(kāi)的“第二屆中國(guó)深井超深井發(fā)展論壇”上，路院長(zhǎng)做了相關(guān)技術(shù)報(bào)告。
鉆井地質(zhì)因素描述技術(shù)
鉆井地質(zhì)描述技術(shù)就是創(chuàng)新完善綜合描述技術(shù)，建立隨鉆前探預(yù)測(cè)技術(shù)
。該技術(shù)體系主要包括：地層壓力體系預(yù)測(cè)，巖石可鉆性求取技術(shù)，地層抗鉆特性求取技術(shù)，多源數(shù)據(jù)耦合的鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)等技術(shù)。
地層壓力體系預(yù)測(cè)。層壓力體系通常指地層孔隙壓力Pp、地層坍塌壓力Pc 和地層破裂壓力Pf，其精確預(yù)測(cè)對(duì)科學(xué)的井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理泥漿密度確定與安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井具有重要意義。技術(shù)分為：以壓實(shí)規(guī)律為基礎(chǔ)的砂泥巖地層孔隙壓力預(yù)（檢）測(cè)技術(shù)；基于地層流體聲速的碳酸鹽巖孔隙壓力預(yù)（檢）測(cè)方法；地層坍塌壓力求取技術(shù)；地層與工程環(huán)境耦合作用的復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法
巖石可鉆性求取技術(shù)是指在一定的技術(shù)條件下鉆進(jìn)地層巖石的難易程度，可鉆性級(jí)值越高地層越難鉆，反之亦然，因此它反映了巖石在鉆井過(guò)程中的一種綜合性質(zhì)。這種綜合性質(zhì)對(duì)于鉆頭類型的選擇、鉆速的預(yù)測(cè)和進(jìn)行鉆井參數(shù)優(yōu)選有著十分重要的意義。
巖石力學(xué)參數(shù)求取。巖石力學(xué)參數(shù)反映巖石力學(xué)綜合性質(zhì)，它由巖石力學(xué)彈性參數(shù)和巖石力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)兩大部分組成，正確地掌握巖石力學(xué)參數(shù)對(duì)于鉆頭類型與鉆井參數(shù)的優(yōu)選、地層坍塌壓力、地層破裂壓力計(jì)算以及完井、儲(chǔ)層改造等新工藝、新技術(shù)的推廣與應(yīng)用具有十分重要的意義。
地層抗鉆特性求取技術(shù)。正確地掌握和應(yīng)用影響鉆速的地層抗鉆特性，對(duì)于認(rèn)識(shí)鉆井規(guī)律、優(yōu)選鉆井參數(shù)、制定科學(xué)的鉆井方案以及合理而有效地實(shí)施有著十分重要的意義。影響鉆速的地層抗鉆特性在反映鉆井客觀規(guī)律的鉆井?dāng)?shù)學(xué)模式中體現(xiàn)，反映地層對(duì)鉆井參數(shù)的敏感程度，是鉆井參數(shù)優(yōu)選的主要影響因素。
多源數(shù)據(jù)耦合的鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)。鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)一般包括井漏、井塌、溢流與井噴等井下復(fù)雜情況。對(duì)其進(jìn)行正確地預(yù)測(cè)與描述對(duì)于高水平的鉆井設(shè)計(jì)與優(yōu)化鉆井的有效實(shí)施有著十分重要的意義。導(dǎo)致鉆井風(fēng)險(xiǎn)的主要地質(zhì)因素主要是地層的壓力體系、異常地層及縫洞的發(fā)育程度等。因此應(yīng)用井震、工程等多源信息對(duì)地質(zhì)因素進(jìn)行描述是預(yù)測(cè)鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)最重要的內(nèi)容多地震屬性協(xié)同預(yù)測(cè)鉆井地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)。
優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
該技術(shù)體系包括了以下幾個(gè)部分：鉆井方式優(yōu)選技術(shù)，綜合利用數(shù)據(jù)科學(xué)和經(jīng)典工程理論，依據(jù)鉆井地質(zhì)因素，建立了以成本最低為目標(biāo)，以井壁穩(wěn)定、儲(chǔ)層保護(hù)、提速潛力評(píng)價(jià)為核心內(nèi)容的鉆井方式適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法，采用孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的范例推理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鉆井液體系的智能推薦。
基于多壓力剖面與風(fēng)險(xiǎn)概率的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，針對(duì)深探井地層壓力預(yù)測(cè)可信度低問(wèn)題，應(yīng)用預(yù)測(cè)模型參數(shù)概率分布，構(gòu)建出含可信度的地層壓力修正方法以及與壓力系統(tǒng)相關(guān)的井漏、井涌、井塌及壓差卡鉆等事故的風(fēng)險(xiǎn)概率分析模型，根據(jù)地層孔隙壓力、漏失壓力、坍塌壓力及破裂壓力及井控規(guī)定附加值計(jì)算安全鉆井液密度窗口區(qū)間，奠定了地層信息不確定條件下鉆井井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；
通過(guò)多壓力剖面、工程風(fēng)險(xiǎn)的可信度表征，概率統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建區(qū)域井身結(jié)構(gòu)方案合理性判別準(zhǔn)則，采用自上而下或自下而上的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，拓展了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，降低了深探井施工風(fēng)險(xiǎn)。
基于地層抗鉆特性的鉆頭優(yōu)選設(shè)計(jì)方法。鉆頭選擇是鉆井設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。研究表明聲波時(shí)差可以反映巖石強(qiáng)度、變形及剪切特征以及巖石硬度、可鉆性和抗壓強(qiáng)度等巖石力學(xué)參數(shù)?？v波時(shí)差表明了巖石強(qiáng)度與變形的特征，橫波時(shí)差反映巖石的剪切性質(zhì)。巖石可鉆性是最常用的鉆頭設(shè)計(jì)方法之一，鉆井行標(biāo)規(guī)定了地層可鉆性級(jí)別與鉆頭IADC碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成了用巖石可鉆性優(yōu)選鉆頭型號(hào)的方法。
以及基于地層特性與環(huán)空狀態(tài)的鉆井液流變參數(shù)設(shè)計(jì)，基于地層水力特性與環(huán)空狀態(tài)的鉆井水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法，復(fù)合鉆井方式鉆井機(jī)械參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法等等。
可預(yù)測(cè)的隨鉆優(yōu)化鉆井技術(shù)
實(shí)踐證明在深層、深海與非常規(guī)等復(fù)雜地層鉆井中，應(yīng)用鄰井資料進(jìn)行鉆井地質(zhì)因素鉆前描述預(yù)測(cè)并外推到設(shè)計(jì)井中一般均存在較大的誤差，鉆井設(shè)計(jì)針對(duì)性實(shí)用性不強(qiáng)，難于實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆井。因此急需建立一種鉆井過(guò)程中隨鉆前視預(yù)測(cè)鉆井地質(zhì)因素以及隨鉆實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井的技術(shù)方法。隨鉆優(yōu)化鉆井技術(shù)體系構(gòu)建見(jiàn)下圖所示。
地震速度與成像模型隨鉆快速修正：對(duì)上部已鉆地層應(yīng)用錄井層位信息與測(cè)井信息構(gòu)建一維地震速度，以地質(zhì)構(gòu)造張量約束插值將速度模型擴(kuò)展到井周三維空間（3km以上），構(gòu)建已鉆地層三維地震速度。對(duì)待鉆地層，以已鉆地層速度為約束，應(yīng)用層析反演進(jìn)行速度建模，隨鉆修正偏移速度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待鉆地層地震速度與成像體的快速更新。
基于人工智能技術(shù)建立了井震數(shù)據(jù)與地震速度場(chǎng)的非線性映射關(guān)系，結(jié)合疊后地震反演約束，開(kāi)發(fā)了基于縱波速度的待鉆地層地震橫波速度及巖石密度預(yù)測(cè)模型，待鉆地層地震速度模型分辨率提升至米級(jí)，為待鉆地層巖石力學(xué)與抗鉆特性隨鉆求取奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
鉆井地質(zhì)因素隨鉆超前描述技術(shù)：鉆頭前方待鉆地層地質(zhì)特征快速解釋技術(shù)：基于修正后的地震數(shù)據(jù)體，結(jié)合原始數(shù)據(jù)體解釋成果，利用已鉆地層層位標(biāo)定，塊速解釋關(guān)鍵層位，巖性、裂縫，產(chǎn)狀、斷層等地質(zhì)特征。
鉆頭前方待鉆地層巖石力學(xué)與抗鉆特性隨鉆預(yù)測(cè)技術(shù)：以修正后的地震速度體為基礎(chǔ)，利用巖石力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，智能匹配巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算模型，對(duì)鉆前預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行隨鉆修正，將地層速度與抗鉆特性模型和鉆井參數(shù)結(jié)合，對(duì)可鉆性、研磨性、門限鉆壓等抗鉆特性隨鉆預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率>92%。
鉆頭前方待鉆地層地層壓力隨鉆預(yù)測(cè)技術(shù)：基于隨鉆修正的速度體、地層特性以及壓力預(yù)測(cè)的有關(guān)方法，對(duì)地應(yīng)力和地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力和漏失壓力進(jìn)行隨鉆超前預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度穩(wěn)定在90%以上。
鉆井風(fēng)險(xiǎn)概率隨鉆超前定量預(yù)測(cè)技術(shù)：應(yīng)用隨鉆修正的待鉆地層速度體與成像體，結(jié)合地質(zhì)裂縫因素與工程因素的鉆井漏失風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯推理網(wǎng)絡(luò)、漏失風(fēng)險(xiǎn)與多類裂縫檢測(cè)地震屬性及工程因素的先驗(yàn)映射響應(yīng)概率，定量超前預(yù)測(cè)待鉆地層鉆井風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)了鉆頭前方百米至千米級(jí)地層漏失風(fēng)險(xiǎn)的超前定量預(yù)測(cè)，實(shí)鉆吻合率大于83%，實(shí)現(xiàn)了由定性到定量超前預(yù)測(cè)的突破。
隨鉆優(yōu)化鉆井技術(shù)：基于隨鉆前探預(yù)測(cè)的鉆井地質(zhì)因素，創(chuàng)建了套管下深、鉆具組合、鉆井參數(shù)、井眼軌跡等實(shí)時(shí)優(yōu)化與控制技術(shù)，發(fā)明了“噴、漏、塌、卡”故障實(shí)時(shí)預(yù)警與防控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)優(yōu)化鉆井，提高了鉆速，拓寬了風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的時(shí)間窗口，降低了復(fù)雜時(shí)效，形成了井震信息融合隨鉆指導(dǎo)鉆井技術(shù)。建立了基于井震信息融合的鉆井地質(zhì)因素隨鉆前探預(yù)測(cè)技術(shù)，提高了預(yù)測(cè)精度，創(chuàng)建隨鉆優(yōu)化鉆井技術(shù)理論與方法，促進(jìn)了優(yōu)快鉆井技術(shù)的發(fā)展
技術(shù)推廣與應(yīng)用
路院長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)成果在國(guó)內(nèi)外深井超深井、頁(yè)巖氣田產(chǎn)能建設(shè)、高酸性油氣田及常規(guī)油氣、海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)得到廣泛應(yīng)用，對(duì)鉆井方案編制與工程示范提供了有效的技術(shù)支撐，保障了一批大型油氣田的勘探發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)能建設(shè)。
例如，“一字號(hào)”井及重點(diǎn)井示范，支撐了中國(guó)大陸科學(xué)鉆探工程CCSD-1井、塔深1井、川深1井、順北1井等“一字號(hào)”井及1400余口重點(diǎn)井鉆完井設(shè)計(jì)及施工，地層壓力等地質(zhì)力學(xué)參數(shù)預(yù)測(cè)精度平均90%以上，支撐了塔河、順北、元壩等重點(diǎn)超深層領(lǐng)域的勘探突破及產(chǎn)能建設(shè)，機(jī)械鉆速提高50%。
在8000米超深特深層鉆井中應(yīng)用，指導(dǎo)了順北鷹1井、順北5井、順北56井等8000m以深百余口井的設(shè)計(jì)與施工，鉆成8000m以深井132口，約占全國(guó)55%，9000m以深井7口，占全國(guó)60%，優(yōu)快鉆井技術(shù)示范應(yīng)用使平均鉆井周期降至150天左右，多次打破并長(zhǎng)期保持亞洲最深井紀(jì)錄，推動(dòng)我國(guó)深井超深井鉆井跨入世界前列。在海外油氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，朗、哈薩克斯坦、沙特、也門、加蓬、喀麥隆、尼日利亞等地區(qū)200余口井應(yīng)用。伊朗雅達(dá)油田成功解決了碳酸鹽巖壓力預(yù)測(cè)、瀝青層安全鉆井等世界性難題，機(jī)械鉆速提高45%，非生產(chǎn)時(shí)間降低31.7%，成井率100%。
總之，經(jīng)持續(xù)多年的研究與實(shí)踐創(chuàng)新發(fā)展了鉆井地質(zhì)因素描述技術(shù)，建立了與鉆井地質(zhì)因素充分融合的鉆井設(shè)計(jì)技術(shù)，創(chuàng)建了基于鉆井地質(zhì)因素前視預(yù)測(cè)的隨鉆優(yōu)化鉆井技術(shù)，形成了地質(zhì)與工程一體化優(yōu)快鉆井技術(shù)體系，指引了優(yōu)快鉆井的技術(shù)發(fā)展方向；基于地質(zhì)與工程一體化的優(yōu)快鉆井技術(shù)體系是保障深層深海與非常規(guī)等復(fù)雜地層領(lǐng)域安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井的有效技術(shù)手段；基于地質(zhì)與工程一體化優(yōu)快鉆井技術(shù)體系還需進(jìn)一步加大研究與應(yīng)用力度并逐步完善。
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