CGDSNB近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

1、CGDS172NB鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在江漢油田的應(yīng)用王偉摘 要 目前，常規(guī)LWDE鉆井實(shí)際應(yīng)用中由于測(cè)量盲區(qū)長(zhǎng)， 無(wú)法準(zhǔn)確判斷近鉆頭處的井眼傾角、 相關(guān)地層巖性、儲(chǔ)層特性及儲(chǔ)層位置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。針對(duì)這一難題，本文介 紹了我國(guó)首套 CGDS172N航鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，并結(jié)合在江漢油田的應(yīng)用實(shí)例，分析 了近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的優(yōu)越性和重要性，對(duì)在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀器及近鉆 頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)具有重要意義。關(guān)鍵詞近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向LWD引言地質(zhì)導(dǎo)向鉆井（Geo-Steering Drilling ）技 術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展起來(lái)的前沿鉆井技術(shù)之 一，

2、它是一項(xiàng)集定向測(cè)量、導(dǎo)向工具、地層地質(zhì) 參數(shù)測(cè)量、隨鉆實(shí)時(shí)解釋等一體化的測(cè)量控制技 術(shù)，其特征在于把鉆井技術(shù)、測(cè)井技術(shù)及油藏工 程技術(shù)融合為一體，被廣泛應(yīng)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(guó)內(nèi)對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的研究 還處于較為落后階段，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量近鉆頭處的 多種地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)的先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)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(shí)施技術(shù)壟斷政策：只租借不出售， 日租金高達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)美元，而且無(wú)法得到 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井核心技術(shù)。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)用

3、的各種地質(zhì) 導(dǎo)向儀器均存在較大的測(cè)量盲區(qū)（測(cè)量傳感器至 鉆頭的距離），無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量近鉆頭地質(zhì)參數(shù)，技 術(shù)比較落后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的地質(zhì)導(dǎo)向。 本文通過(guò)分析常規(guī) LWD在的弊端，介紹了我國(guó) 首套CGDS172NB£鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在江漢 油田超薄油層水平井的成功應(yīng)用，總結(jié)了技術(shù)經(jīng) 驗(yàn)，對(duì)近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)在國(guó)內(nèi)油田的發(fā) 展具有重要意義。1、存在問(wèn)題分析對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井來(lái)講，儀器越靠近鉆頭越好， 可以及時(shí)確定井底地層情況和井眼軌跡，進(jìn)而制 定相應(yīng)方案。目前國(guó)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(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，LWD儀器各測(cè)量傳感器都裝在遠(yuǎn)離鉆頭 位置的

4、螺桿上方的無(wú)磁鉆鋌內(nèi)，存在很大的測(cè)量 盲區(qū)（見(jiàn)圖1）。電阻率探測(cè)點(diǎn)距鉆頭約 89 m, 伽瑪測(cè)量點(diǎn)距鉆頭約 1315 m井斜、方位測(cè)量 點(diǎn)距鉆頭約1721僮 井眼軌跡參數(shù)測(cè)量相對(duì)滯 后，井底工程數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)十分困難，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)計(jì) 井眼軌跡的走向。同時(shí)，地質(zhì)參數(shù)的嚴(yán)重滯后造成地質(zhì)人員無(wú)法掌握實(shí)時(shí)的地層資料，現(xiàn)場(chǎng)地層分析困難，無(wú)法準(zhǔn)確判斷近鉆頭處的井眼傾角、 相關(guān)地層巖性、儲(chǔ)層特性及儲(chǔ)層位置。電阻例量點(diǎn)他馬測(cè)量點(diǎn)井斜方位測(cè)量點(diǎn)砧頭單彎螺桿鉆具 電阻率短節(jié)無(wú)磁鉆鋌 MWD短節(jié)圖1 常規(guī)LWD®量盲區(qū)示意圖水平段導(dǎo)向成功與否，直接影響水平井的鉆探效果。地質(zhì)導(dǎo)向的基本要求是使鉆頭軌跡在油 層中上部

5、順層經(jīng)過(guò)，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(shí)鉆過(guò) 程中，并不是所有的井都能與設(shè)計(jì)一樣符合，按照設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)時(shí)，往往會(huì)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(chǎng)地質(zhì)人員只能采用原始的撈取砂 樣、鉆時(shí)對(duì)比、測(cè)錄井的方法進(jìn)行地質(zhì)分析卡層， 而這些方法只能作為參考，并不能準(zhǔn)確、直接地 反應(yīng)出當(dāng)前所鉆地層的特性，因?yàn)椋?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(gè)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(xì)，經(jīng)振動(dòng)篩振動(dòng) 和淘洗后，巖屑中很難發(fā)現(xiàn)真實(shí)含油巖屑，給巖 屑

6、描述和落實(shí)油氣顯示增加了難度。(2)由于鉆進(jìn)模式的多變(定向鉆進(jìn)、復(fù)合 鉆進(jìn)交替)，鉆壓、轉(zhuǎn)速等工程參數(shù)變化較大， 鉆 時(shí)與巖性相關(guān)性降低，鉆時(shí)資料難以真實(shí)反映地 層巖性，鉆時(shí)參考價(jià)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(jī)潤(rùn)滑劑的混入，直接造成氣測(cè)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(cè)異常預(yù)報(bào)難 度加大，同時(shí)直接影響熒光錄井發(fā)現(xiàn)和落實(shí)油氣 顯示。在實(shí)鉆過(guò)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(huì)導(dǎo)致無(wú)法找到油層。因此，在實(shí)際施工中， 常規(guī)LWD4器較大的測(cè)量盲區(qū)對(duì)地質(zhì)參數(shù)測(cè)量、 地層識(shí)別、尋找

7、儲(chǔ)層、軌跡預(yù)測(cè)和計(jì)算都十分不 利，基本起不到真正的地質(zhì)導(dǎo)向作用，只是起到 了對(duì)所鉆過(guò)的地層巖性起到驗(yàn)證作用，不適應(yīng)于 薄油層水平井施工，但可應(yīng)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(dǎo)向系 統(tǒng)簡(jiǎn)介由中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院、北京 石油機(jī)械廠和中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井儀器廠共同研發(fā) 完成的CGDS172N近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó) 內(nèi)近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀器的空白，是我國(guó)具有獨(dú)立 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鉆井裝備。儀器結(jié)構(gòu)CGDS172NB鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)由測(cè)傳馬 達(dá)、無(wú)線接收系統(tǒng)、正脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)和地面信息處理與導(dǎo)向決策軟件系統(tǒng)組成。近鉆頭 測(cè)傳短節(jié)可測(cè)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(wú)線 短傳的方式把近鉆頭測(cè)量參數(shù)傳至上方的無(wú)線短 傳接收系統(tǒng)。正脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)鉆柱 內(nèi)泥漿通道中的壓力脈沖信號(hào)進(jìn)行通信并協(xié)調(diào)工 作，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程中井下工具的狀態(tài)、井下工況、及有關(guān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。儀器特點(diǎn)(1)測(cè)量盲區(qū)短，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)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(gè) 工程參數(shù)，并且測(cè)量零長(zhǎng)都在23m范圍內(nèi)，其中近鉆頭電阻率可探測(cè)鉆頭以下0.7m的范圍，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向(見(jiàn)圖2)。由于

9、可提供近鉆頭實(shí)時(shí)地質(zhì)參數(shù)，能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)人員隨時(shí)監(jiān)控 地質(zhì)參數(shù)的變化情況，實(shí)時(shí)判斷是否鉆遇泥巖以 及識(shí)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(shí)時(shí)地質(zhì)參數(shù)及時(shí)隨時(shí)調(diào) 整鉆頭姿態(tài)，保證鉆頭始終在油層中鉆進(jìn)，適合 于復(fù)雜地層、薄油層鉆進(jìn)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(jìn)入油層 的準(zhǔn)確性和在油層內(nèi)的進(jìn)尺，具有隨鉆辨識(shí)油氣 層、導(dǎo)向功能強(qiáng)的特點(diǎn)。圖2儀器測(cè)量零長(zhǎng)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(shí)，可通過(guò)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(shí)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(shí),(3)可通過(guò)近鉆頭工程參數(shù)指導(dǎo)定向施工。近鉆頭工程參數(shù)包括井斜和工具面兩個(gè)參 數(shù)，由于測(cè)量盲區(qū)很小(2.85m),能根據(jù)近鉆頭 的井斜定性指導(dǎo)定向工程師及時(shí)進(jìn)行軌跡計(jì)算和 工具造斜率預(yù)測(cè)，并在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)角差是否存 在誤差，避免了因造斜率預(yù)測(cè)不準(zhǔn)、角差誤差等 因素導(dǎo)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(cè)量只需要 5060 秒，十分有利于定向施工和地層識(shí)別。(5)具有較強(qiáng)的信號(hào)處理和識(shí)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(jī)兩種。(7)測(cè)傳馬達(dá)為可調(diào)式彎螺桿，度數(shù)調(diào)整范

11、圍為。、1。、。、。，檢測(cè)周期200小時(shí)。該儀器近 鉆頭模塊安裝在測(cè)傳馬達(dá)內(nèi)，如測(cè)傳馬達(dá)需要檢 修，可單獨(dú)將近鉆頭模塊拆卸下來(lái)對(duì)馬達(dá)進(jìn)行修 理。(8)由于采用開(kāi)放式總線設(shè)計(jì)，該儀器可兼 容其它型號(hào)的脈沖發(fā)生器正常工作。3、實(shí)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(yán)7平1和廣13平1三口 薄油層水平井應(yīng)用了北石廠生產(chǎn)的 GDS172NB近 鉆頭地質(zhì)導(dǎo)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(dǎo)向鉆井技術(shù)在江漢油田嚴(yán) 7 平1井的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例分析?；緮?shù)據(jù)A靶垂深2820.48m,設(shè)計(jì)閉合位移 282.44m, 設(shè)計(jì)閉合方位。；B靶垂深2820.98m,設(shè)計(jì)

12、閉合位移 417.66m, 設(shè)計(jì)閉合方位。；設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)149.16m,設(shè)計(jì)水平段井斜。，靶框半彳5上下 0.5m、水平方向6nl施工難點(diǎn)(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(biāo)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(yù)計(jì)油層厚， 實(shí)鉆油層垂厚1.33m,穿層難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向施工過(guò)程在井深2942nl井斜74°時(shí)下入近鉆頭地質(zhì) 導(dǎo)向儀器，可調(diào)彎螺桿度數(shù)調(diào)為。，并從井深 2800m開(kāi)始補(bǔ)測(cè)伽瑪、電阻率曲線，同地質(zhì)撈砂 描樣曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，曲線基本吻合。根據(jù)所 測(cè)地質(zhì)曲線與鄰井資料對(duì)比，確認(rèn)標(biāo)志層垂深， 將垂深2816m暫定為

13、砂頂(比設(shè)計(jì)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(cè)量滯后所產(chǎn)生的誤差影響控制 在探油頂段，決定應(yīng)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(jìn)至井深3079m時(shí)，井斜。，垂深2817.22m, 鉆時(shí)加快，同時(shí)伽瑪值由泥巖基值 120API下降為 60API,煌值升高，確認(rèn)已進(jìn)入油層， 實(shí)際目的層 垂深比設(shè)計(jì)提前3.26m o繼續(xù)復(fù)合鉆進(jìn)4m下切油 層后，準(zhǔn)備增斜至水平。但在循環(huán)測(cè)量方位電阻 率、方位伽瑪時(shí)，發(fā)現(xiàn)向下時(shí)伽瑪值為、電阻率 Q .m,向上時(shí)伽瑪值為 API、電阻率 .m,判斷 此時(shí)鉆頭在油層頂部穿行，靠近上部泥巖。

14、如按 原設(shè)計(jì)進(jìn)行增斜，會(huì)從上部穿出油層，同時(shí)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(jì)劃進(jìn)行定向降斜施工。降斜施工至3091m時(shí)，井斜。，伽瑪值上升至120 API ,結(jié)合撈砂、氣測(cè)值數(shù)據(jù)，顯示鉆頭 已出層。根據(jù)地質(zhì)資料及鄰井對(duì)比，認(rèn)為鉆遇泥 巖夾層，并且實(shí)際地層傾角要大于設(shè)計(jì)傾角，決 定繼續(xù)以較小井斜鉆進(jìn)。在鉆至井深3115.10m時(shí)，循環(huán)測(cè)量方位電阻率、方位伽瑪，發(fā)現(xiàn)向下 時(shí)伽瑪值為、電阻率 .m,向上時(shí)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(jìn)。在井深3131.5m時(shí)再次鉆遇油層，伽瑪值穩(wěn) 定在40 API左右，證明前期通過(guò)近

15、鉆頭儀器所測(cè) 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(fù)合鉆穩(wěn)斜鉆進(jìn)至 井深3157m時(shí)，油砂含量降低，循環(huán)測(cè)量方位電阻率、方位伽瑪，發(fā)現(xiàn)向下時(shí)伽瑪值為93API、電阻率 7Q.m,向上時(shí)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(shí)有可能從 下部出層，決定定向增斜鉆進(jìn)。由于定向鉆進(jìn)時(shí)托壓嚴(yán)重、粘卡，摩阻大， 定向增斜十分困難，無(wú)法保證井下施工安全。同 時(shí)，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(zhēng)取把下部油層情況和含油性做到詳細(xì)了 解。下

16、探砂層過(guò)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(cè)井曲線見(jiàn)圖3、圖4）。圖3嚴(yán)7平1斜深隨鉆測(cè)井曲線圖4嚴(yán)7平1垂深隨鉆測(cè)井曲線最終鉆遇油層：井段一，斜長(zhǎng)12m油層垂厚；井段一，斜長(zhǎng)25.5m,油層垂厚1.33m； 井段一，斜長(zhǎng)6m油層垂厚。4、結(jié)論(1)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是當(dāng)今鉆井的 一項(xiàng)高新前沿技術(shù)，它體現(xiàn)了鉆井、測(cè)井和 油藏工程的結(jié)合，對(duì)提高勘探開(kāi)發(fā)具有重要 意義和作用。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)具有幾何導(dǎo) 向無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，它將井眼軌跡控制 標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)幾何導(dǎo)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(biāo)不確 定性而帶來(lái)的鉆探風(fēng)險(xiǎn)，大幅度提高了復(fù)

17、雜 油氣藏的開(kāi)發(fā)成功率，具有巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì) 效益。(2) CGDS172N近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí) 時(shí)性好，隨鉆識(shí)別儲(chǔ)層、導(dǎo)向功能強(qiáng)，能夠 及時(shí)準(zhǔn)確地獲取地層地質(zhì)參數(shù)，實(shí)時(shí)地解釋地層特性，快速真實(shí)地掌握地層情況，指導(dǎo)鉆井軌跡的及時(shí)調(diào)整，從而保證實(shí)鉆軌跡位 于油層內(nèi)設(shè)計(jì)位置，極大地提高地層的分辨 率、油層界面卡準(zhǔn)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(jī)械 速度、縮短鉆井周期、提高鉆井效率、保護(hù) 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(dǎo)向鉆井技術(shù)可為開(kāi) 發(fā)利用常規(guī)鉆井技術(shù)難以開(kāi)采的復(fù)雜油氣 藏提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在老油田后期開(kāi)發(fā)、提高采收率及油層薄、形狀特殊的難采 油藏開(kāi)采方面具有明顯的效果和顯著的經(jīng) 濟(jì)效益，潛力巨大，應(yīng)用前景廣闊，具有較 高推廣應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1史建剛.LWD地質(zhì)導(dǎo)向無(wú)線隨鉆測(cè) 量?jī)x器現(xiàn)場(chǎng)使用問(wèn)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