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随着勘探开发向深层、深海、非常规等复杂领域进军，钻井地质因素描述不清，钻井设计和与现场优快钻井与地质因素融合不够，导致钻井复杂多、成本高，实现优质高效安全钻井面临着诸多的技术问题。针对钻井地质因素难以精准预测，缺少与钻井地质因素充分融合的优快钻井设计关键技术方法，缺少系统有效随钻实时优化钻井理论与方法这些难题，优化钻井（优快钻井）技术应时而生。中国石化石油工程技术研究院原院长路保平教授带领科研团队经过多年研究，形成了比较系统的优化钻井技术理论、方法与技术流程。
 
路院长40年来一直从事石油工程技术研发与技术管理工作，长期致力于深层特深层、页岩油气与海洋等领域优化钻井理论与技术研究，队总结出深度融合钻井地质因素的优化(快）钻井技术，为我国石油钻井技术的进步与油气勘探开发做出了重要贡献。在日前召开的“第二届中国深井超深井发展论坛”上，路院长做了相关技术报告。
 
钻井地质因素描述技术
 
钻井地质描述技术就是创新完善综合描述技术，建立随钻前探预测技术。该技术体系主要包括：地层压力体系预测，岩石可钻性求取技术，地层抗钻特性求取技术，多源数据耦合的钻井地质风险预测技术等技术。
 
地层压力体系预测。层压力体系通常指地层孔隙压力Pp、地层坍塌压力Pc 和地层破裂压力Pf，其精确预测对科学的井深结构设计，合理泥浆密度确定与安全优质高效钻井具有重要意义。技术分为：以压实规律为基础的砂泥岩地层孔隙压力预（检）测技术；基于地层流体声速的碳酸盐岩孔隙压力预（检）测方法；地层坍塌压力求取技术；地层与工程环境耦合作用的复杂地层井壁稳定性评价方法
 
岩石可钻性求取技术是指在一定的技术条件下钻进地层岩石的难易程度，可钻性级值越高地层越难钻，反之亦然，因此它反映了岩石在钻井过程中的一种综合性质。这种综合性质对于钻头类型的选择、钻速的预测和进行钻井参数优选有着十分重要的意义。
 
岩石力学参数求取。岩石力学参数反映岩石力学综合性质，它由岩石力学弹性参数和岩石力学强度参数两大部分组成，正确地掌握岩石力学参数对于钻头类型与钻井参数的优选、地层坍塌压力、地层破裂压力计算以及完井、储层改造等新工艺、新技术的推广与应用具有十分重要的意义。
 
地层抗钻特性求取技术。正确地掌握和应用影响钻速的地层抗钻特性，对于认识钻井规律、优选钻井参数、制定科学的钻井方案以及合理而有效地实施有着十分重要的意义。影响钻速的地层抗钻特性在反映钻井客观规律的钻井数学模式中体现，反映地层对钻井参数的敏感程度，是钻井参数优选的主要影响因素。
 
 
多源数据耦合的钻井地质风险预测技术。钻井地质风险一般包括井漏、井塌、溢流与井喷等井下复杂情况。对其进行正确地预测与描述对于高水平的钻井设计与优化钻井的有效实施有着十分重要的意义。导致钻井风险的主要地质因素主要是地层的压力体系、异常地层及缝洞的发育程度等。因此应用井震、工程等多源信息对地质因素进行描述是预测钻井地质风险最重要的内容多地震属性协同预测钻井地质风险技术。


 
优化钻井设计关键技术
 
该技术体系包括了以下几个部分：钻井方式优选技术，综合利用数据科学和经典工程理论，依据钻井地质因素，建立了以成本最低为目标，以井壁稳定、储层保护、提速潜力评价为核心内容的钻井方式适应性评价方法，采用孪生神经网络的范例推理技术，实现了钻井液体系的智能推荐。
 
基于多压力剖面与风险概率的井身结构设计方法，针对深探井地层压力预测可信度低问题，应用预测模型参数概率分布，构建出含可信度的地层压力修正方法以及与压力系统相关的井漏、井涌、井塌及压差卡钻等事故的风险概率分析模型，根据地层孔隙压力、漏失压力、坍塌压力及破裂压力及井控规定附加值计算安全钻井液密度窗口区间，奠定了地层信息不确定条件下钻井井深结构设计的基础；
 
通过多压力剖面、工程风险的可信度表征，概率统计分析方法构建区域井身结构方案合理性判别准则，采用自上而下或自下而上的设计方法进行井身结构设计，拓展了传统设计方法，降低了深探井施工风险。
 
基于地层抗钻特性的钻头优选设计方法。钻头选择是钻井设计的一个重要内容。研究表明声波时差可以反映岩石强度、变形及剪切特征以及岩石硬度、可钻性和抗压强度等岩石力学参数。纵波时差表明了岩石强度与变形的特征，横波时差反映岩石的剪切性质。岩石可钻性是最常用的钻头设计方法之一，钻井行标规定了地层可钻性级别与钻头IADC码的对应关系，形成了用岩石可钻性优选钻头型号的方法。
 
以及基于地层特性与环空状态的钻井液流变参数设计，基于地层水力特性与环空状态的钻井水力参数优化设计技术方法，复合钻井方式钻井机械参数优化设计技术方法等等。
 
可预测的随钻优化钻井技术
 
实践证明在深层、深海与非常规等复杂地层钻井中，应用邻井资料进行钻井地质因素钻前描述预测并外推到设计井中一般均存在较大的误差，钻井设计针对性实用性不强，难于实现优快钻井。因此急需建立一种钻井过程中随钻前视预测钻井地质因素以及随钻实时优化钻井的技术方法。随钻优化钻井技术体系构建见下图所示。
 
地震速度与成像模型随钻快速修正：对上部已钻地层应用录井层位信息与测井信息构建一维地震速度，以地质构造张量约束插值将速度模型扩展到井周三维空间（3km以上），构建已钻地层三维地震速度。对待钻地层，以已钻地层速度为约束，应用层析反演进行速度建模，随钻修正偏移速度场，实现对待钻地层地震速度与成像体的快速更新。
 
基于人工智能技术建立了井震数据与地震速度场的非线性映射关系，结合叠后地震反演约束，开发了基于纵波速度的待钻地层地震横波速度及岩石密度预测模型，待钻地层地震速度模型分辨率提升至米级，为待钻地层岩石力学与抗钻特性随钻求取奠定了数据基础
 
钻井地质因素随钻超前描述技术：钻头前方待钻地层地质特征快速解释技术：基于修正后的地震数据体，结合原始数据体解释成果，利用已钻地层层位标定，块速解释关键层位，岩性、裂缝，产状、断层等地质特征。
 
钻头前方待钻地层岩石力学与抗钻特性随钻预测技术：以修正后的地震速度体为基础，利用岩石力学参数数据库，智能匹配岩石力学参数计算模型，对钻前预测结果进行随钻修正，将地层速度与抗钻特性模型和钻井参数结合，对可钻性、研磨性、门限钻压等抗钻特性随钻预测，准确率>92%。
 
钻头前方待钻地层地层压力随钻预测技术：基于随钻修正的速度体、地层特性以及压力预测的有关方法，对地应力和地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力和漏失压力进行随钻超前预测，预测精度稳定在90%以上。
 
钻井风险概率随钻超前定量预测技术：应用随钻修正的待钻地层速度体与成像体，结合地质裂缝因素与工程因素的钻井漏失风险贝叶斯推理网络、漏失风险与多类裂缝检测地震属性及工程因素的先验映射响应概率，定量超前预测待钻地层钻井风险发生概率，实现了钻头前方百米至千米级地层漏失风险的超前定量预测，实钻吻合率大于83%，实现了由定性到定量超前预测的突破。
 
随钻优化钻井技术：基于随钻前探预测的钻井地质因素，创建了套管下深、钻具组合、钻井参数、井眼轨迹等实时优化与控制技术，发明了“喷、漏、塌、卡”故障实时预警与防控技术，实现了实时优化钻井，提高了钻速，拓宽了风险响应的时间窗口，降低了复杂时效，形成了井震信息融合随钻指导钻井技术。建立了基于井震信息融合的钻井地质因素随钻前探预测技术，提高了预测精度，创建随钻优化钻井技术理论与方法，促进了优快钻井技术的发展
 
 
 
技术推广与应用
 
路院长团队的技术成果在国内外深井超深井、页岩气田产能建设、高酸性油气田及常规油气、海洋油气勘探开发得到广泛应用，对钻井方案编制与工程示范提供了有效的技术支撑，保障了一批大型油气田的勘探发现和产能建设。
 
例如，“一字号”井及重点井示范，支撑了中国大陆科学钻探工程CCSD-1井、塔深1井、川深1井、顺北1井等“一字号”井及1400余口重点井钻完井设计及施工，地层压力等地质力学参数预测精度平均90%以上，支撑了塔河、顺北、元坝等重点超深层领域的勘探突破及产能建设，机械钻速提高50%。
 
在8000米超深特深层钻井中应用，指导了顺北鹰1井、顺北5井、顺北56井等8000m以深百余口井的设计与施工，钻成8000m以深井132口，约占全国55%，9000m以深井7口，占全国60%，优快钻井技术示范应用使平均钻井周期降至150天左右，多次打破并长期保持亚洲最深井纪录，推动我国深井超深井钻井跨入世界前列。在海外油气勘探开发中的应用，朗、哈萨克斯坦、沙特、也门、加蓬、喀麦隆、尼日利亚等地区200余口井应用。伊朗雅达油田成功解决了碳酸盐岩压力预测、沥青层安全钻井等世界性难题，机械钻速提高45%，非生产时间降低31.7%，成井率100%。
 
总之，经持续多年的研究与实践创新发展了钻井地质因素描述技术，建立了与钻井地质因素充分融合的钻井设计技术，创建了基于钻井地质因素前视预测的随钻优化钻井技术，形成了地质与工程一体化优快钻井技术体系，指引了优快钻井的技术发展方向；基于地质与工程一体化的优快钻井技术体系是保障深层深海与非常规等复杂地层领域安全优质高效钻井的有效技术手段；基于地质与工程一体化优快钻井技术体系还需进一步加大研究与应用力度并逐步完善。