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隨著勘探開發向深層、深海、非常規等復雜領域進軍，鉆井地質因素描述不清，鉆井設計和與現場優快鉆井與地質因素融合不夠，導致鉆井復雜多、成本高，實現優質高效安全鉆井面臨著諸多的技術問題。針對鉆井地質因素難以精準預測，缺少與鉆井地質因素充分融合的優快鉆井設計關鍵技術方法，缺少系統有效隨鉆實時優化鉆井理論與方法這些難題，優化鉆井（優快鉆井）技術應時而生。中國石化石油工程技術研究院原院長路保平教授帶領科研團隊經過多年研究，形成了比較系統的優化鉆井技術理論、方法與技術流程。
 
路院長40年來一直從事石油工程技術研發與技術管理工作，長期致力于深層特深層、頁巖油氣與海洋等領域優化鉆井理論與技術研究，隊總結出深度融合鉆井地質因素的優化(快）鉆井技術，為我國石油鉆井技術的進步與油氣勘探開發做出了重要貢獻。在日前召開的“第二屆中國深井超深井發展論壇”上，路院長做了相關技術報告。
 
鉆井地質因素描述技術
 
鉆井地質描述技術就是創新完善綜合描述技術，建立隨鉆前探預測技術。該技術體系主要包括：地層壓力體系預測，巖石可鉆性求取技術，地層抗鉆特性求取技術，多源數據耦合的鉆井地質風險預測技術等技術。
 
地層壓力體系預測。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，其精確預測對科學的井深結構設計，合理泥漿密度確定與安全優質高效鉆井具有重要意義。技術分為：以壓實規律為基礎的砂泥巖地層孔隙壓力預（檢）測技術；基于地層流體聲速的碳酸鹽巖孔隙壓力預（檢）測方法；地層坍塌壓力求取技術；地層與工程環境耦合作用的復雜地層井壁穩定性評價方法
 
巖石可鉆性求取技術是指在一定的技術條件下鉆進地層巖石的難易程度，可鉆性級值越高地層越難鉆，反之亦然，因此它反映了巖石在鉆井過程中的一種綜合性質。這種綜合性質對于鉆頭類型的選擇、鉆速的預測和進行鉆井參數優選有著十分重要的意義。
 
巖石力學參數求取。巖石力學參數反映巖石力學綜合性質，它由巖石力學彈性參數和巖石力學強度參數兩大部分組成，正確地掌握巖石力學參數對于鉆頭類型與鉆井參數的優選、地層坍塌壓力、地層破裂壓力計算以及完井、儲層改造等新工藝、新技術的推廣與應用具有十分重要的意義。
 
地層抗鉆特性求取技術。正確地掌握和應用影響鉆速的地層抗鉆特性，對于認識鉆井規律、優選鉆井參數、制定科學的鉆井方案以及合理而有效地實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律的鉆井數學模式中體現，反映地層對鉆井參數的敏感程度，是鉆井參數優選的主要影響因素。
 
 
多源數據耦合的鉆井地質風險預測技術。鉆井地質風險一般包括井漏、井塌、溢流與井噴等井下復雜情況。對其進行正確地預測與描述對于高水平的鉆井設計與優化鉆井的有效實施有著十分重要的意義。導致鉆井風險的主要地質因素主要是地層的壓力體系、異常地層及縫洞的發育程度等。因此應用井震、工程等多源信息對地質因素進行描述是預測鉆井地質風險最重要的內容多地震屬性協同預測鉆井地質風險技術。


 
優化鉆井設計關鍵技術
 
該技術體系包括了以下幾個部分：鉆井方式優選技術，綜合利用數據科學和經典工程理論，依據鉆井地質因素，建立了以成本最低為目標，以井壁穩定、儲層保護、提速潛力評價為核心內容的鉆井方式適應性評價方法，采用孿生神經網絡的范例推理技術，實現了鉆井液體系的智能推薦。
 
基于多壓力剖面與風險概率的井身結構設計方法，針對深探井地層壓力預測可信度低問題，應用預測模型參數概率分布，構建出含可信度的地層壓力修正方法以及與壓力系統相關的井漏、井涌、井塌及壓差卡鉆等事故的風險概率分析模型，根據地層孔隙壓力、漏失壓力、坍塌壓力及破裂壓力及井控規定附加值計算安全鉆井液密度窗口區間，奠定了地層信息不確定條件下鉆井井深結構設計的基礎；
 
通過多壓力剖面、工程風險的可信度表征，概率統計分析方法構建區域井身結構方案合理性判別準則，采用自上而下或自下而上的設計方法進行井身結構設計，拓展了傳統設計方法，降低了深探井施工風險。
 
基于地層抗鉆特性的鉆頭優選設計方法。鉆頭選擇是鉆井設計的一個重要內容。研究表明聲波時差可以反映巖石強度、變形及剪切特征以及巖石硬度、可鉆性和抗壓強度等巖石力學參數。縱波時差表明了巖石強度與變形的特征，橫波時差反映巖石的剪切性質。巖石可鉆性是最常用的鉆頭設計方法之一，鉆井行標規定了地層可鉆性級別與鉆頭IADC碼的對應關系，形成了用巖石可鉆性優選鉆頭型號的方法。
 
以及基于地層特性與環空狀態的鉆井液流變參數設計，基于地層水力特性與環空狀態的鉆井水力參數優化設計技術方法，復合鉆井方式鉆井機械參數優化設計技術方法等等。
 
可預測的隨鉆優化鉆井技術
 
實踐證明在深層、深海與非常規等復雜地層鉆井中，應用鄰井資料進行鉆井地質因素鉆前描述預測并外推到設計井中一般均存在較大的誤差，鉆井設計針對性實用性不強，難于實現優快鉆井。因此急需建立一種鉆井過程中隨鉆前視預測鉆井地質因素以及隨鉆實時優化鉆井的技術方法。隨鉆優化鉆井技術體系構建見下圖所示。
 
地震速度與成像模型隨鉆快速修正：對上部已鉆地層應用錄井層位信息與測井信息構建一維地震速度，以地質構造張量約束插值將速度模型擴展到井周三維空間（3km以上），構建已鉆地層三維地震速度。對待鉆地層，以已鉆地層速度為約束，應用層析反演進行速度建模，隨鉆修正偏移速度場，實現對待鉆地層地震速度與成像體的快速更新。
 
基于人工智能技術建立了井震數據與地震速度場的非線性映射關系，結合疊后地震反演約束，開發了基于縱波速度的待鉆地層地震橫波速度及巖石密度預測模型，待鉆地層地震速度模型分辨率提升至米級，為待鉆地層巖石力學與抗鉆特性隨鉆求取奠定了數據基礎
 
鉆井地質因素隨鉆超前描述技術：鉆頭前方待鉆地層地質特征快速解釋技術：基于修正后的地震數據體，結合原始數據體解釋成果，利用已鉆地層層位標定，塊速解釋關鍵層位，巖性、裂縫，產狀、斷層等地質特征。
 
鉆頭前方待鉆地層巖石力學與抗鉆特性隨鉆預測技術：以修正后的地震速度體為基礎，利用巖石力學參數數據庫，智能匹配巖石力學參數計算模型，對鉆前預測結果進行隨鉆修正，將地層速度與抗鉆特性模型和鉆井參數結合，對可鉆性、研磨性、門限鉆壓等抗鉆特性隨鉆預測，準確率>92%。
 
鉆頭前方待鉆地層地層壓力隨鉆預測技術：基于隨鉆修正的速度體、地層特性以及壓力預測的有關方法，對地應力和地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力和漏失壓力進行隨鉆超前預測，預測精度穩定在90%以上。
 
鉆井風險概率隨鉆超前定量預測技術：應用隨鉆修正的待鉆地層速度體與成像體，結合地質裂縫因素與工程因素的鉆井漏失風險貝葉斯推理網絡、漏失風險與多類裂縫檢測地震屬性及工程因素的先驗映射響應概率，定量超前預測待鉆地層鉆井風險發生概率，實現了鉆頭前方百米至千米級地層漏失風險的超前定量預測，實鉆吻合率大于83%，實現了由定性到定量超前預測的突破。
 
隨鉆優化鉆井技術：基于隨鉆前探預測的鉆井地質因素，創建了套管下深、鉆具組合、鉆井參數、井眼軌跡等實時優化與控制技術，發明了“噴、漏、塌、卡”故障實時預警與防控技術，實現了實時優化鉆井，提高了鉆速，拓寬了風險響應的時間窗口，降低了復雜時效，形成了井震信息融合隨鉆指導鉆井技術。建立了基于井震信息融合的鉆井地質因素隨鉆前探預測技術，提高了預測精度，創建隨鉆優化鉆井技術理論與方法，促進了優快鉆井技術的發展
 
 
 
技術推廣與應用
 
路院長團隊的技術成果在國內外深井超深井、頁巖氣田產能建設、高酸性油氣田及常規油氣、海洋油氣勘探開發得到廣泛應用，對鉆井方案編制與工程示范提供了有效的技術支撐，保障了一批大型油氣田的勘探發現和產能建設。
 
例如，“一字號”井及重點井示范，支撐了中國大陸科學鉆探工程CCSD-1井、塔深1井、川深1井、順北1井等“一字號”井及1400余口重點井鉆完井設計及施工，地層壓力等地質力學參數預測精度平均90%以上，支撐了塔河、順北、元壩等重點超深層領域的勘探突破及產能建設，機械鉆速提高50%。
 
在8000米超深特深層鉆井中應用，指導了順北鷹1井、順北5井、順北56井等8000m以深百余口井的設計與施工，鉆成8000m以深井132口，約占全國55%，9000m以深井7口，占全國60%，優快鉆井技術示范應用使平均鉆井周期降至150天左右，多次打破并長期保持亞洲最深井紀錄，推動我國深井超深井鉆井跨入世界前列。在海外油氣勘探開發中的應用，朗、哈薩克斯坦、沙特、也門、加蓬、喀麥隆、尼日利亞等地區200余口井應用。伊朗雅達油田成功解決了碳酸鹽巖壓力預測、瀝青層安全鉆井等世界性難題，機械鉆速提高45%，非生產時間降低31.7%，成井率100%。
 
總之，經持續多年的研究與實踐創新發展了鉆井地質因素描述技術，建立了與鉆井地質因素充分融合的鉆井設計技術，創建了基于鉆井地質因素前視預測的隨鉆優化鉆井技術，形成了地質與工程一體化優快鉆井技術體系，指引了優快鉆井的技術發展方向；基于地質與工程一體化的優快鉆井技術體系是保障深層深海與非常規等復雜地層領域安全優質高效鉆井的有效技術手段；基于地質與工程一體化優快鉆井技術體系還需進一步加大研究與應用力度并逐步完善。