CGDSNB近鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)

1、CGDS172NB鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)在江漢油田的應用王偉摘 要 目前，常規(guī)LWDE鉆井實際應用中由于測量盲區(qū)長， 無法準確判斷近鉆頭處的井眼傾角、 相關(guān)地層巖性、儲層特性及儲層位置，無法實現(xiàn)真正意義上的地質(zhì)導向鉆井。針對這一難題，本文介 紹了我國首套 CGDS172N航鉆頭地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)的性能特點，并結(jié)合在江漢油田的應用實例，分析 了近鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)的優(yōu)越性和重要性，對在國內(nèi)推廣應用國產(chǎn)化近鉆頭地質(zhì)導向儀器及近鉆 頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)具有重要意義。關(guān)鍵詞近鉆頭地質(zhì)導向LWD引言地質(zhì)導向鉆井（Geo-Steering Drilling ）技 術(shù)是近年來國內(nèi)外發(fā)展起來的前沿鉆井技術(shù)之 一，

2、它是一項集定向測量、導向工具、地層地質(zhì) 參數(shù)測量、隨鉆實時解釋等一體化的測量控制技 術(shù)，其特征在于把鉆井技術(shù)、測井技術(shù)及油藏工 程技術(shù)融合為一體，被廣泛應用于水平井（尤其 是薄油層水平井）、大位移井、分支井、側(cè)鉆井和 深探井。目前，國內(nèi)對地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)的研究 還處于較為落后階段，能夠?qū)崟r測量近鉆頭處的 多種地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)的先進的地質(zhì)導向鉆井 系統(tǒng)等前沿鉆井技術(shù)只有 Schlumberger > Halliburton 、Baker Hughes 等幾家大公司能夠 掌握，并且實施技術(shù)壟斷政策：只租借不出售， 日租金高達數(shù)萬甚至數(shù)十萬美元，而且無法得到 地質(zhì)導向鉆井核心技術(shù)。而國內(nèi)現(xiàn)用

3、的各種地質(zhì) 導向儀器均存在較大的測量盲區(qū)（測量傳感器至 鉆頭的距離），無法實時測量近鉆頭地質(zhì)參數(shù)，技 術(shù)比較落后，無法實現(xiàn)真正意義上的地質(zhì)導向。 本文通過分析常規(guī) LWD在的弊端，介紹了我國 首套CGDS172NB£鉆頭地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)在江漢 油田超薄油層水平井的成功應用，總結(jié)了技術(shù)經(jīng) 驗，對近鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)在國內(nèi)油田的發(fā) 展具有重要意義。1、存在問題分析對地質(zhì)導向鉆井來講，儀器越靠近鉆頭越好， 可以及時確定井底地層情況和井眼軌跡，進而制 定相應方案。目前國內(nèi)在水平井和大斜度井施工 中基本采用的是常規(guī)LWD+I向鉆具組合進行地質(zhì)導向，LWD儀器各測量傳感器都裝在遠離鉆頭 位置的

4、螺桿上方的無磁鉆鋌內(nèi)，存在很大的測量 盲區(qū)（見圖1）。電阻率探測點距鉆頭約 89 m, 伽瑪測量點距鉆頭約 1315 m井斜、方位測量 點距鉆頭約1721僮 井眼軌跡參數(shù)測量相對滯 后，井底工程數(shù)據(jù)預測十分困難，無法準確預計 井眼軌跡的走向。同時，地質(zhì)參數(shù)的嚴重滯后造成地質(zhì)人員無法掌握實時的地層資料，現(xiàn)場地層分析困難，無法準確判斷近鉆頭處的井眼傾角、 相關(guān)地層巖性、儲層特性及儲層位置。電阻例量點他馬測量點井斜方位測量點砧頭單彎螺桿鉆具 電阻率短節(jié)無磁鉆鋌 MWD短節(jié)圖1 常規(guī)LWD®量盲區(qū)示意圖水平段導向成功與否，直接影響水平井的鉆探效果。地質(zhì)導向的基本要求是使鉆頭軌跡在油 層中上部

5、順層經(jīng)過，盡量控制在目的層頂面1 m之內(nèi)。由于地下油層展布的不確定性，在實鉆過 程中，并不是所有的井都能與設(shè)計一樣符合，按照設(shè)計軌跡鉆進時，往往會出現(xiàn)油層提前、滯后、 鉆頭出層或其它異常情況。由于常規(guī)LWDM量盲區(qū)的存在，現(xiàn)場地質(zhì)人員只能采用原始的撈取砂 樣、鉆時對比、測錄井的方法進行地質(zhì)分析卡層， 而這些方法只能作為參考，并不能準確、直接地 反應出當前所鉆地層的特性，因為：(1)井斜較大，井底往往形成巖屑床， 造成 上返巖屑量少、巖樣混雜、代表性差，甚至滯后 多個錄井間距，直接影響到巖屑錄井質(zhì)量。加之 目的層多為松散砂巖，砂粒極細，經(jīng)振動篩振動 和淘洗后，巖屑中很難發(fā)現(xiàn)真實含油巖屑，給巖 屑

6、描述和落實油氣顯示增加了難度。(2)由于鉆進模式的多變(定向鉆進、復合 鉆進交替)，鉆壓、轉(zhuǎn)速等工程參數(shù)變化較大， 鉆 時與巖性相關(guān)性降低，鉆時資料難以真實反映地 層巖性，鉆時參考價值低。(3)在水平井及大斜度井中， 為保證井下施 工安全順利，原油、柴油等大量有機潤滑劑的混入，直接造成氣測假異常，或基值全線抬升，掩 蓋了地層中真正的油氣顯示，使氣測異常預報難 度加大，同時直接影響熒光錄井發(fā)現(xiàn)和落實油氣 顯示。在實鉆過程中，如果出現(xiàn)油層薄、工具造斜 率發(fā)生突變、地層構(gòu)造發(fā)生變化等現(xiàn)象，極有可 能會導致無法找到油層。因此，在實際施工中， 常規(guī)LWD4器較大的測量盲區(qū)對地質(zhì)參數(shù)測量、 地層識別、尋找

7、儲層、軌跡預測和計算都十分不 利，基本起不到真正的地質(zhì)導向作用，只是起到 了對所鉆過的地層巖性起到驗證作用，不適應于 薄油層水平井施工，但可應用于油層較厚、地質(zhì) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水平井、大斜度井施工。2、CGDS172NB鉆頭地質(zhì)導向系 統(tǒng)簡介由中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院、北京 石油機械廠和中國石油集團測井儀器廠共同研發(fā) 完成的CGDS172N近鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)填補了國 內(nèi)近鉆頭地質(zhì)導向儀器的空白，是我國具有獨立 知識產(chǎn)權(quán)的鉆井裝備。儀器結(jié)構(gòu)CGDS172NB鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)由測傳馬 達、無線接收系統(tǒng)、正脈沖無線隨鉆測量系統(tǒng)和地面信息處理與導向決策軟件系統(tǒng)組成。近鉆頭 測傳短節(jié)可測量鉆頭電阻率、

8、方位電阻率、方位 自然伽瑪、井斜、溫度、工具面等參數(shù)。用無線 短傳的方式把近鉆頭測量參數(shù)傳至上方的無線短 傳接收系統(tǒng)。正脈沖無線隨鉆測量系統(tǒng)通過鉆柱 內(nèi)泥漿通道中的壓力脈沖信號進行通信并協(xié)調(diào)工 作，實現(xiàn)鉆井過程中井下工具的狀態(tài)、井下工況、及有關(guān)測量參數(shù)(包括井斜、方位、工具面等定 向參數(shù)，伽瑪、電阻率等地質(zhì)參數(shù)及鉆壓等其它 工程參數(shù))的實時監(jiān)測。儀器特點(1)測量盲區(qū)短，實現(xiàn)了實時地質(zhì)導向。近鉆頭參數(shù)具有鉆頭電阻率、方位電阻率、方位自然伽瑪三條地質(zhì)曲線及井斜、工具面兩個 工程參數(shù)，并且測量零長都在23m范圍內(nèi)，其中近鉆頭電阻率可探測鉆頭以下0.7m的范圍，真正實現(xiàn)了實時地質(zhì)導向(見圖2)。由于

9、可提供近鉆頭實時地質(zhì)參數(shù)，能夠幫助現(xiàn)場人員隨時監(jiān)控 地質(zhì)參數(shù)的變化情況，實時判斷是否鉆遇泥巖以 及識別泥巖位于井眼的位置，能夠比常規(guī)LW皿早發(fā)現(xiàn)油層，并能根據(jù)實時地質(zhì)參數(shù)及時隨時調(diào) 整鉆頭姿態(tài)，保證鉆頭始終在油層中鉆進，適合 于復雜地層、薄油層鉆進的水平井，可提高油層 鉆遇率、成功率和采收率，大幅度提高進入油層 的準確性和在油層內(nèi)的進尺，具有隨鉆辨識油氣 層、導向功能強的特點。圖2儀器測量零長示意圖(2)可用于判斷鉆頭在油層中所處位置。在水平穿越油層時，可通過方位電阻率、方可以判斷出鉆頭是從上方還是下方出層，非常適用于探井、薄油層及超薄油層水平井施工。位自然伽瑪及時判斷鉆頭在油層中所處的位置，

10、提前判斷鉆頭是否即將出層。在鉆頭鉆出油層時,(3)可通過近鉆頭工程參數(shù)指導定向施工。近鉆頭工程參數(shù)包括井斜和工具面兩個參 數(shù)，由于測量盲區(qū)很小(2.85m),能根據(jù)近鉆頭 的井斜定性指導定向工程師及時進行軌跡計算和 工具造斜率預測，并在第一時間發(fā)現(xiàn)角差是否存 在誤差，避免了因造斜率預測不準、角差誤差等 因素導致的井眼軌跡控制失敗。(4)儀器分辨率高，數(shù)據(jù)傳輸速度快，全套 參數(shù)(工具面+伽瑪+電阻率)測量只需要 5060 秒，十分有利于定向施工和地層識別。(5)具有較強的信號處理和識別能力，可傳深度4500m以上。(6)供電方式有鋰電池和渦輪發(fā)電機兩種。(7)測傳馬達為可調(diào)式彎螺桿，度數(shù)調(diào)整范

11、圍為。、1。、。、。，檢測周期200小時。該儀器近 鉆頭模塊安裝在測傳馬達內(nèi)，如測傳馬達需要檢 修，可單獨將近鉆頭模塊拆卸下來對馬達進行修 理。(8)由于采用開放式總線設(shè)計，該儀器可兼 容其它型號的脈沖發(fā)生器正常工作。3、實例分析為了解決目前存在的地質(zhì)難題，江漢油田于2010年先后在浩平 2、嚴7平1和廣13平1三口 薄油層水平井應用了北石廠生產(chǎn)的 GDS172NB近 鉆頭地質(zhì)導向鉆井系統(tǒng)，取得了很好的使用效果。下面以近鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)在江漢油田嚴 7 平1井的應用進行實例分析。基本數(shù)據(jù)A靶垂深2820.48m,設(shè)計閉合位移 282.44m, 設(shè)計閉合方位。；B靶垂深2820.98m,設(shè)計

12、閉合位移 417.66m, 設(shè)計閉合方位。；設(shè)計水平段長149.16m,設(shè)計水平段井斜。，靶框半彳5上下 0.5m、水平方向6nl施工難點(1)地層構(gòu)造陡，磁偏角大，井眼軌跡可控 性不高；(2)油層前標志層不確定；(3)地層傾角不確定；(4)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不明，油層薄，預計油層厚， 實鉆油層垂厚1.33m,穿層難度大，風險高。近鉆頭地質(zhì)導向施工過程在井深2942nl井斜74°時下入近鉆頭地質(zhì) 導向儀器，可調(diào)彎螺桿度數(shù)調(diào)為。，并從井深 2800m開始補測伽瑪、電阻率曲線，同地質(zhì)撈砂 描樣曲線進行數(shù)據(jù)對比，曲線基本吻合。根據(jù)所 測地質(zhì)曲線與鄰井資料對比，確認標志層垂深， 將垂深2816m暫定為

13、砂頂(比設(shè)計提前4.48m)。為了把工具造斜率和地層油頂?shù)牟淮_定性， 以及儀器本身因測量滯后所產(chǎn)生的誤差影響控制 在探油頂段，決定應用“安全著陸法”，即將井斜 控制在86。穩(wěn)斜探油頂，探到油層后再增至水 平。鉆進至井深3079m時，井斜。，垂深2817.22m, 鉆時加快，同時伽瑪值由泥巖基值 120API下降為 60API,煌值升高，確認已進入油層， 實際目的層 垂深比設(shè)計提前3.26m o繼續(xù)復合鉆進4m下切油 層后，準備增斜至水平。但在循環(huán)測量方位電阻 率、方位伽瑪時，發(fā)現(xiàn)向下時伽瑪值為、電阻率 Q .m,向上時伽瑪值為 API、電阻率 .m,判斷 此時鉆頭在油層頂部穿行，靠近上部泥巖。

14、如按 原設(shè)計進行增斜，會從上部穿出油層，同時由于 地質(zhì)撈砂顯示該油層物理特性不佳，因此決定改 變計劃進行定向降斜施工。降斜施工至3091m時，井斜。，伽瑪值上升至120 API ,結(jié)合撈砂、氣測值數(shù)據(jù)，顯示鉆頭 已出層。根據(jù)地質(zhì)資料及鄰井對比，認為鉆遇泥 巖夾層，并且實際地層傾角要大于設(shè)計傾角，決 定繼續(xù)以較小井斜鉆進。在鉆至井深3115.10m時，循環(huán)測量方位電阻率、方位伽瑪，發(fā)現(xiàn)向下 時伽瑪值為、電阻率 .m,向上時伽瑪值為 API、 電阻率 .m,判斷鉆頭正貼著油層上頂部穿行， 繼續(xù)控制85。左右井斜鉆進。在井深3131.5m時再次鉆遇油層，伽瑪值穩(wěn) 定在40 API左右，證明前期通過近

15、鉆頭儀器所測 的方位伽瑪、方位電阻率值得出的“油層在井眼 軌跡下方”的結(jié)論的正確性。復合鉆穩(wěn)斜鉆進至 井深3157m時，油砂含量降低，循環(huán)測量方位電阻率、方位伽瑪，發(fā)現(xiàn)向下時伽瑪值為93API、電阻率 7Q.m,向上時伽瑪值為 API、電阻率 Q .m,中間伽瑪值 47 API、電阻率10Q .m,判斷 軌跡目前雖然仍在油層中穿行，但隨時有可能從 下部出層，決定定向增斜鉆進。由于定向鉆進時托壓嚴重、粘卡，摩阻大， 定向增斜十分困難，無法保證井下施工安全。同 時，地質(zhì)撈砂情況顯示油砂顯示不理想，下部油 層變薄變差。綜合考慮后，決定繼續(xù)穩(wěn)斜探下部 地層，爭取把下部油層情況和含油性做到詳細了 解。下

16、探砂層過程中又發(fā)現(xiàn)一層油層顯示，由于 物性顯示不理想，穩(wěn)斜穿出后打足口袋完鉆（隨 鉆測井曲線見圖3、圖4）。圖3嚴7平1斜深隨鉆測井曲線圖4嚴7平1垂深隨鉆測井曲線最終鉆遇油層：井段一，斜長12m油層垂厚；井段一，斜長25.5m,油層垂厚1.33m； 井段一，斜長6m油層垂厚。4、結(jié)論(1)地質(zhì)導向鉆井技術(shù)是當今鉆井的 一項高新前沿技術(shù)，它體現(xiàn)了鉆井、測井和 油藏工程的結(jié)合，對提高勘探開發(fā)具有重要 意義和作用。地質(zhì)導向鉆井技術(shù)具有幾何導 向無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，它將井眼軌跡控制 標準由原來幾何導向的 “工程中靶”上升為 “地質(zhì)中靶”，大大降低了因地質(zhì)目標不確 定性而帶來的鉆探風險，大幅度提高了復

17、雜 油氣藏的開發(fā)成功率，具有巨大的社會經(jīng)濟 效益。(2) CGDS172N近鉆頭地質(zhì)導向系統(tǒng)實 時性好，隨鉆識別儲層、導向功能強，能夠 及時準確地獲取地層地質(zhì)參數(shù)，實時地解釋地層特性，快速真實地掌握地層情況，指導鉆井軌跡的及時調(diào)整，從而保證實鉆軌跡位 于油層內(nèi)設(shè)計位置，極大地提高地層的分辨 率、油層界面卡準率，在提高井眼軌跡控制、 提高油層的鉆遇率和成功率、提高鉆井機械 速度、縮短鉆井周期、提高鉆井效率、保護 油氣層和降低鉆井成本等方面都具有十分 重要的作用。(3)近鉆頭地質(zhì)導向鉆井技術(shù)可為開 發(fā)利用常規(guī)鉆井技術(shù)難以開采的復雜油氣 藏提供強有力的技術(shù)支撐。在老油田后期開發(fā)、提高采收率及油層薄、形狀特殊的難采 油藏開采方面具有明顯的效果和顯著的經(jīng) 濟效益，潛力巨大，應用前景廣闊，具有較 高推廣應用價值。參考文獻：1史建剛.LWD地質(zhì)導向無線隨鉆測 量儀器現(xiàn)場使用問題探討J. 鉆采工藝， 2008, 31 (2): 143-145.2孫海芳，賀兆順，楊成新.超薄油 藏水平井鉆井技術(shù)J.石油鉆探技術(shù)，2002, 30