第八章 隨鉆測井地層評價技術(shù).doc

1、隨鉆測井地層評價技術(shù) 與常規(guī)測井資料相比，隨鉆資料更為客觀真實地反映了地層的實際地質(zhì)特征。當一些井不能用電纜測井，或者在某些特殊地層條件下操作困難，花費鉆井時間過多，就可以用隨鉆測井代替電纜測井。近年來，隨著大斜度定向井和水平井技術(shù)的發(fā)展，隨鉆測井地層評價（FEMWD）技術(shù)無論是在理論上，還是在儀器設(shè)備方面都日趨完善，所取得的各種資料在復(fù)雜儲集層地區(qū)的地層評價、巖性對比、油藏描述以及鉆井設(shè)計和實施過程中的應(yīng)用更為廣泛，所帶來的經(jīng)濟效益比較明顯。隨鉆測井技術(shù)發(fā)展初期，主要是提供鉆井力學參數(shù)，監(jiān)控鉆井過程，當時只能提供自然伽馬和電極電價率等幾個參數(shù)，不能解決水平井或高角度斜井在非均質(zhì)地層中的測井問

2、題。目前的隨鉆測井技術(shù)主要包括電阻率測量、聲波測量、放射性測量以及井徑測量等。 FEMWD資料目前主要用于加密的、高斜度或非常規(guī)井的設(shè)計、評價工作，包括地質(zhì)導向，建立計算機模型，劃分氣、輕油、重油和水的分界面，獲取儲集層巖石物性參數(shù)，以及為電纜測井優(yōu)選井段、提高經(jīng)濟效益等。 盡管隨鉆測井地層評價技術(shù)起步較晚，但其發(fā)展前景是廣闊的，尤其是在各油田勘探開發(fā)日趨成熟的今天，它的應(yīng)用已經(jīng)帶來了一定的經(jīng)濟效益，并且隨著隨鉆測井地層評價技術(shù)的逐步完善，必將產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。隨鉆測井地層評價技術(shù)是一項高度集成化的技術(shù)，與油藏地質(zhì)、鉆井工藝、測井解釋技術(shù)和信息工程等密切相關(guān)。該技術(shù)的開發(fā)，需要涉及到幾何方位

3、探測、地質(zhì)環(huán)境條件、力學參數(shù)、巖石物性以及流體力學參數(shù)的測量。所以，各種儀器的研制，必須考慮到資料的采集、信息的發(fā)送與傳輸及處理和解釋軟硬件的開發(fā)，另外，鉆速與泥漿泵速也不能忽視。總之，F(xiàn)EMWD技術(shù)的發(fā)展需要多學科綜合研究。第一節(jié) 隨鉆測井技術(shù)發(fā)展史圖1 隨鉆電阻率實時與時間推移測井曲線對比圖1997年在中國石油天然氣集團公司（CNPC）的大力支持下，中油北京地質(zhì)錄井技術(shù)公司從美國哈里伯頓公司引進了國內(nèi)首套隨鉆測井（Logging While Drilling）裝備，并組建了自己的作業(yè)隊伍和研究力量。幾年來，先后在國內(nèi)各大油田的7口探井中提供了隨鉆測井服務(wù)，取得了很好的測井效果和經(jīng)濟效益，為

4、油田的勘探開發(fā)提供了一項全新的測井方式。 隨鉆測井新技術(shù)體現(xiàn)出一種新的鉆井服務(wù)思路，就是以最低的成本生產(chǎn)出油和氣為宗旨，為更準確地進行地層評價而引入了復(fù)雜的定向井工藝。也為擴充井和水平井生產(chǎn)，提供了一種合作式的優(yōu)化井的思路，以便最大限度地增加儲層油氣產(chǎn)量。隨鉆測井技術(shù)把隨鉆測井工程師與現(xiàn)場的鉆井工程師和地質(zhì)專家結(jié)合起來，提供高水平的儲層區(qū)評估開采服務(wù)，這將使設(shè)計井位和勘探開發(fā)的目的性體現(xiàn)得更加準確。 常規(guī)隨鉆測井服務(wù)系統(tǒng)包括定向井，隨鉆測井和其它相關(guān)服務(wù)。其中定向井服務(wù)包含井下實時井斜角、方位角和工具面角等的測量；隨鉆測井包括隨鉆電阻率測井、自然伽馬測井、放射性測井、光電因子（Pe）測井、井徑

5、測井及聲波測井；其他服務(wù)如隨鉆溫度測量、隨鉆震動測量、隨鉆鉆頭鉆壓測量、隨鉆地層壓力測量和隨鉆可變徑扶正器等，以其高精度的測量和可靠的服務(wù)具備了取代電纜測井的能力。 概括地講，隨鉆測井技術(shù)的應(yīng)用主要包括：定向測斜導向，提供精確的軌跡測量，達到對井身的實時控制；地層評價，在地層未受到污染的情況下提供實時和時間推移的地層物性測量和油氣藏分析（如圖1所示），顯著增強了地層評價能力；地質(zhì)導向功能，則強化了前導模擬技術(shù)在現(xiàn)場的應(yīng)用，使鉆頭長上“眼睛”，提高了鉆井成功率，對油田的整體開發(fā)有著積極意義；提高鉆井效率，降低鉆井風險；提高鉆井安全，避免鉆井事故發(fā)生，提升井的經(jīng)濟價值；方便的鉆井信息集成，達到鉆井

6、、地質(zhì)、測井信息的實時匯總和系統(tǒng)分析，捆綁式的服務(wù)提高了信息的利用率和效率。 幾十年來，隨鉆測井技術(shù)的發(fā)展并不是一帆風順的，它與工業(yè)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，也同人們的認識和應(yīng)用水平有著直接關(guān)系。正是在20世紀8090年代，隨鉆測井技術(shù)才得到了迅猛的發(fā)展與推廣，各種“隨鉆”技術(shù)似乎將已經(jīng)成為石油勘探開發(fā)新技術(shù)的一種代名詞。 一、隨鉆測井技術(shù)的發(fā)展史1 早期隨鉆測井系統(tǒng)的發(fā)展與技術(shù)特征 自從1927年Schlumberger兄弟第一次成功地在法國實施了電纜測井開始，人們就有了將其用于“隨鉆”中的想法。也正是這種積極的開拓和不斷的實踐，推進了隨鉆測井技術(shù)的發(fā)展。早在1929年，Jakosky先生就申請了

7、泥漿脈沖發(fā)生器概念的專利技術(shù)。在其后的30年代和40年代，工程師們試圖將電纜測井的導電電極捆綁在鉆桿上進行嘗試性的測量，Stanolind油氣公司也嘗試采用將電纜測井的電纜穿在鉆桿內(nèi)進行“隨鉆”測井。在50年代初期，隨著泥漿錄井和電纜測井成為地層評價的主流概念，以及當時鉆井器具機械性能的限制，隨鉆技術(shù)尤其是早期的遙測遙傳技術(shù)被放棄而停止發(fā)展。實際上在這個時期，由于第二次世界大戰(zhàn)的影響，也極大地影響了人們對石油新技術(shù)的開發(fā)與探討。 在50年代后期，Arp先生發(fā)明了正脈沖的泥漿遙傳系統(tǒng)，并由 Arps公司和 Lane Walls共同進行了開發(fā)和發(fā)展，這套系統(tǒng)在60年代初期曾進行了幾次成功的自然伽馬

8、測井和電阻率測井。這是有關(guān)隨鉆測井文集中可以查閱到的隨鉆測井技術(shù)成功實施的首次記載。在60年代后期，Redwine和Osbome開發(fā)出一套“隨鉆單電極電阻率測井”儀器，遙測儀器也應(yīng)運而生并開發(fā)出正泥漿脈沖的機械式傾角計，來測量井斜角和方位角，這套系統(tǒng)甚至在今天的北海油田仍偶有使用。Mobil油公司的G0dbey公司也開發(fā)出簡單的正弦波的泥漿傳輸系統(tǒng)。而更具有劃時代意義的是由于ELF石油公司積極推廣使用正脈沖泥漿遙傳系統(tǒng)，直接促成了Teleco公司的創(chuàng)立，也正是Teleco發(fā)展了隨鉆測量的工業(yè)化基準的服務(wù)標準和系統(tǒng)可靠性與性能標準。從此，隨鉆的概念正式以一項成功技術(shù)全面浮出水面。然而，也是在這個

9、時期，由于隨鉆系統(tǒng)在設(shè)計上的缺陷和缺乏經(jīng)濟利益的驅(qū)使，降低了人們對隨鉆技術(shù)的興趣和技術(shù)研究，這種情況一直持續(xù)到70年代初。 在70年代，隨鉆技術(shù)由于人們的再認識而得到了充分關(guān)注和發(fā)展。此時的OPEC企業(yè)聯(lián)合體就對隨鉆測量（Measure While Drilling）系統(tǒng)產(chǎn)生了濃厚興趣，ELF公司也大加推廣使用。1971年，正弦波泥漿遙傳系統(tǒng)第一次由 Mobil RD公司實驗成功；19701973年，B J Hughes公司推出有商業(yè)價值的Teledrift井下儀器；1972年ELF與Raymond工程公司合資組建了TELECO公司，并在1978年開發(fā)出第一套商業(yè)化的MWD系統(tǒng)TELECO定向

10、MWD系統(tǒng)。1979年 Gearhart Owen公司推出NPT定向自然伽馬井下儀器。 在隨鉆測井儀器發(fā)展的早期（20世紀3070年代），由于處于概念性的摸索階段而費時較多，儀器檔次與質(zhì)量也難有保障，數(shù)據(jù)傳輸速度緩慢，當時典型的隨鉆測量儀器技術(shù)指標為：測斜時間4 min5 min，工具面角更新一次需要2 min，儀器鉆鋌尺寸為 7 3/4 in9 1/2 in（l in25.4 mm），體現(xiàn)儀器正常工作指標的MTBF指標則僅為50h。 2現(xiàn)代隨鉆測井系統(tǒng)的發(fā)展與技術(shù)特征 （l）80年代階段 80年代是隨鉆測量（MWD）技術(shù)發(fā)展的革命性年代，之所以稱為革命是因為眾多的公司相繼成立與推出了自己的主

11、導MWD產(chǎn)品，儀器的設(shè)計工藝與質(zhì)量得到了有效保障。同時，隨著油田對儀器功能需求的不斷提高，隨鉆測井（LWD）技術(shù)開始嶄露頭角，相繼投人試驗和商業(yè)化的應(yīng)用。 1980年Schlumberger下屬子公司Anadrill公司取得Gearhart公司授權(quán)在其NPT多傳感器MWD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上推出MST多傳感器MWD系統(tǒng)。1981年Gentrix(即EASTMAN)PPT型MWD系統(tǒng)；EXLOG推出帶內(nèi)存記錄的NPT型多傳感器MWD系統(tǒng)。1983年 Teleco首先推出2 MHz RGD型電阻率測量與定向參數(shù)測量于一體的儀器。1984年NL Baroid開發(fā) 出RLL（巖性記錄測井儀），是一種電磁傳播電

12、阻率和自然伽馬儀器；EXLOG首次引入井下震動測量概念的儀器DHVM；同時在這重要的一年里，Teleco、EXLOG、Anadrill、Gearhart公司都相繼推出了RGD類型的商業(yè)服務(wù)。 1985年Teleco與Anadrill同時給業(yè)界引入了隨鉆鉆頭機械性能測量的概念和儀器；EXLOG公司則進一步推出了可回收式定向探管儀器DMWD。1986年NL Baroid首次引入了隨鉆中子孔隙度測井儀器；而Gearhart公司首次推出側(cè)向與鉆頭電阻率測井儀器。1987年EXLOG公司推出聚焦電流電阻率儀器。1988年Gerhart公司推出聚焦自然伽馬儀器。1989年ENSCO進入了MWD服務(wù)市場，他

13、給隨鉆儀器家族帶來了小尺寸的儀器種類；同年，NL Sperry首次開發(fā)出第一套三組合井下儀器，這是隨鉆測井技術(shù)新的里程碑！三組合儀器意味著隨鉆測井技術(shù)可以對地層的物性和孔隙度、滲透率、飽和度特性進行全面的評估。Schlumberger Anadrill公司也當仁不讓的推出了自己的三組合儀器和相應(yīng)的配套軟件MELSPIN；此時，隨鉆電阻率儀器也進行了新的理論更新，其結(jié)果是更符合隨鉆測量的特點，這就是Teleco公司開發(fā)的雙極電磁波傳播電阻率儀器。 （2）90年代階段 隨鉆測井技術(shù)在90年代經(jīng)歷了快速的發(fā)展。同時，作為儀器開發(fā)商的服務(wù)公司也進行了一系列大的購并與重組，使得各公司的研發(fā)實力和服務(wù)能力

14、得以顯著的加強，基本形成了“三雄爭霸”的局面，他們是 Schlumberger、Halliburton和 Baker Hughes公司。比如 Halliburton公司于 1993年 1月購入 Smith International隨鉆測井技術(shù)，形成 DIS型，BGD型，至1995年的Pathfinder型隨鉆測井儀器，其后在1998年又成功購入Sperry Sun的LWD技術(shù)，以期形成在隨鉆測井行業(yè)上的龍頭，但因美國反壟斷法的制約而被迫出售了看家的 Pathfinder LWD技術(shù)。 隨鉆測井技術(shù)在90年代的發(fā)展進程如下： 1991年NL Sperry公司首次研究出EPR Phase 4型多

15、探測深度的電阻率隨鉆測井儀器；Western Atlas引入了IMHz的RGD型電阻率儀器概念；Anadrill公司購買了加拿大Positec 的專利技術(shù)推出 Slim 1型可回收式隨鉆測井儀器。1992年Anadrill公司首次推出IDEAL（綜合鉆井評價和測井軟件包）并引入了近鉆頭電阻率儀器 RAB和聲波井徑儀器；NL Sperry則首次推出近鉆頭傾角儀；Baker Hughes收購了Teleco公司并兼并了Eastman Christensen公司成立了當時全球的最強的MWD和鉆井服務(wù)公司EASTMAN TELECO公司；Baker Hughes公司推出小井眼的NaviTrak定向自然伽

16、馬井下儀器。1993年Smith International公司將其“Performance Drilling System Services”系統(tǒng)買給 Halliburton Geodata公司；Baker Hughes INTEQ公司成立，它由以下公司重組兼并而成：EASTMAN，TELECO，DEVELCO，MILPARK，DRILLINGFLUIDS,EXLOG 和 BAKER SAND CONTROL。1994年 Bakr Hughes INTEQ首次推出第一套NaviTrak短曲率MWD系統(tǒng)和NaviGator儲層導向系統(tǒng)。1995年是隨鉆測井儀器小井眼電阻率儀器豐收的一年：Spe

17、rry Sun的 Slim Phase4內(nèi)存型 43/4in儀器；Anadrill研制出ARC5儀器；Baker Hughes INTEQ推出 NaviMPR,IDS儀器；Halliburton公司研究出原型儀器。 90年代后期，Anadrill公司隨鉆測井儀器以CDNCDR，Geostreeing地質(zhì)導向儀器和ISONIC隨鉆聲波儀器以及 Powerpulse MWD儀器系列為主導產(chǎn)品；Halliburton公司以HDSIM，CWRGM，CLSS，DNSC為其主要服務(wù)產(chǎn)品；Baker Hughs INTEQ以 Navi系列儀器為主要服務(wù)產(chǎn)品。在這幾年里，以上“三大家族”努力推陳出新，開發(fā)新品

18、，目標向著隨鉆核磁共振，隨鉆地震，隨鉆聲波成像，隨鉆電阻率成像儀器發(fā)展，并取得了一定的成績。Anadrill公司已經(jīng)將隨鉆成像儀器投入了商業(yè)使用，同時，在2000年新推出ARC6，ARC8等來取代現(xiàn)有的系列儀器。 在這個階段，隨鉆測井儀器的主要技術(shù)特征為儀器種類更多，體積更小，數(shù)據(jù)傳輸更快，信息量更大，可靠性更高，地面解釋軟件功能更強等六個顯著的特點。測斜時間90s130s；工具面更新時間9s18s；鉆鋌直徑31/8in912in；井下儀器平均無故障時間（MTBF）為純定向時 300 h以上和隨鉆測井時200h以上。 二、未來發(fā)展的展望 生產(chǎn)實踐證明，隨鉆測井技術(shù)作為一項日新月異地快速發(fā)展的技

19、術(shù)，正得到越來越多的石油公司的認可和使用。根據(jù)1998年統(tǒng)計資料表明，在全球測井服務(wù)30億美元的市場中，隨鉆測井服務(wù)已經(jīng)占到8億美元。由此可見，該技術(shù)將會發(fā)展成為未來石油勘探開發(fā)服務(wù)領(lǐng)域的重點高新技術(shù)，同時也是邁向自動化，智能化鉆井的重要技術(shù)中間環(huán)節(jié)。因此，國外石油儀器制造廠商都在開足馬力，加大隨鉆領(lǐng)域的投入和并購步伐，向著更大更強的方向發(fā)展。在我們國內(nèi)，隨鉆測井技術(shù)的重要性及其潛在的經(jīng)濟價值，其實也早就為測井界所矚目。早在1965年玉門測井公司的夢龍，尚?；I和王和元等人就已從事了一些基礎(chǔ)性的研究，并對隨鉆測斜儀進行了嘗試，其他油田也做過類似的工作，但終因當時技術(shù)條件的限制未能奏效。時至今日，

20、我們國內(nèi)無線隨鉆測井技術(shù)的全面研究開發(fā)尚處于初級階段，研究隨鉆技術(shù)領(lǐng)域的廠商和研究所屈指可數(shù)。可以列舉的如西安石油勘探儀器總廠擁有Halliburton公司BGD型MWD的全套生產(chǎn)線，并成功地推出了自己的產(chǎn)品。大港定向井公司研制的MWD儀器處于井下運轉(zhuǎn)壽命試驗，并已成功進行了幾口井的作業(yè)。但我們有理由相信隨著國內(nèi)勘探開發(fā)力度的加大，對新技術(shù)的應(yīng)用需求將得到有效增長，隨鉆測井技術(shù)也必將在國內(nèi)迅速推廣，隨鉆測井儀器的研制與大規(guī)模開發(fā)也必然會擺在國內(nèi)有識商家的辦公桌上。第二節(jié) 隨鉆地震技術(shù)一、簡介隨鉆地震(seismic while drilling,簡稱SWD)技術(shù)是地震勘探技術(shù)與石油鉆井技術(shù)相結(jié)

21、合的產(chǎn)物,是國外近年來發(fā)展起來一種逆垂直地震測井(VSP)的井中地震方法。它以井底的鉆頭振動能量為震源,只需在鉆桿頂部安裝傳感器和在井場附近的地表埋置陣列檢波器就可以進行應(yīng)用。在測量過程中,不單獨占用鉆井臺時,數(shù)據(jù)的采集與鉆進同時進行,并實時傳送測量數(shù)據(jù),且不用擔心引起井下工程事故。該技術(shù)在探井鉆井中可以預(yù)測異常地層壓力,為及時發(fā)現(xiàn)油氣層提供重要的地質(zhì)資料;能為定向井、水平井井眼軌跡控制提供地質(zhì)導向依據(jù);還能取得碳酸鹽巖等裂縫型油藏地層信息,可在油氣層保護等方面起到積極作用。意大利AGIP公司較早開始了該項技術(shù)的研究,并在深井鉆井中進行了井下工業(yè)性試驗并取得成功。隨后,世界一些石油大國相繼對該

22、項技術(shù)進行了研究。近年來,隨鉆地震技術(shù)逐漸發(fā)展完善并在鉆井工程應(yīng)用中取得了巨大的經(jīng)濟效益。目前我國一些科研機構(gòu)及石油高校已開始對隨鉆地震進行了試驗研究。同時,國外的石油公司已為我國海上等高風險井提供了隨鉆地震技術(shù)服務(wù),并收到了良好的效果。二、工作原理隨鉆地震系統(tǒng)一般由三部分組成(見圖1):牙輪鉆頭作為震源;井口鉆桿上方放置加速度計,用于接收鉆頭振動引起的沿鉆桿傳播的軸向波;在地面布置陣列檢波器,用于接收地層的反射波和直接傳播的直達波。鉆井過程中,牙輪鉆頭的周期振動產(chǎn)生巨大的聲波能量,并由三種不同的路線向周圍的地層傳播:(1)直接波,即沿著最短的路徑傳至地面的鉆頭聲波;(2)反射波,鉆頭產(chǎn)生的聲

23、波向地層下部傳播,經(jīng)下部地層的界面反射再向上傳播至地面;(3)鉆桿波,由鉆桿通道直接傳至地面。圖1 隨鉆地震系統(tǒng)的組成直接波與反射波由地面(或海底)布置的地震檢波器接收,鉆桿波由在井口鉆桿上方安裝的導桿傳感器接收。將鉆桿波信號與地面(海底)接收的直接波與反射波信號進行互相關(guān)技術(shù)處理,就可得到可利用的地層地震波信息。井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個多組分地震加速度檢波器,它牢固地安裝在轉(zhuǎn)軸上,用于探測振動。陣列檢波器在陸地上是專用的,但在海上是在海底布置水下檢波器,使用萬向架固定式檢波器陣列組合。海上安裝一般采用12.5m間隔的12個站點。地面檢波器陣列接收了來自鉆機的大音量面波(如噪聲等)和來自鉆頭的、

24、直接和反射的地震波信號,地面處理系統(tǒng)過濾掉一些無用的信號,并分辨出通過鉆柱傳播來的地層地震波。接收地面地震波的儀器組成:前端處理器、二次處理器、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備及操作箱(用于將系統(tǒng)牢固安放在鉆機上)。前端處理器通過數(shù)字遙測接收來自所有傳感器的信號,將互相關(guān)的結(jié)果疊加起來產(chǎn)生中間疊加,同時排除不鉆進時(如鉆柱連接時)傳感器取得的所有數(shù)據(jù)。二次處理器完成最終疊加,計算旅行時間和層速度,輸出設(shè)備可隨時輸出處理結(jié)果,提供給現(xiàn)場工程技術(shù)人員。三、原始數(shù)據(jù)處理隨鉆地震系統(tǒng)井場原始資料的數(shù)據(jù)處理通常包括以下步驟:自動選取只有鉆進時采集的資料,剔除非鉆進時(泥漿循環(huán)和換鉆桿等作業(yè))采集的資料;鉆進時對記錄一定時間

25、間隔的原始數(shù)據(jù)進行中途疊加,每鉆進一定井深間隔,進行一次中途疊加,當鉆進一定井深后,進行一次最終疊加并保留疊加結(jié)果;對加速度計記錄的數(shù)據(jù)進行自相關(guān)分析,產(chǎn)生鉆桿反射系數(shù)序列,沿鉆桿傳播的軸向波能反映出鉆桿接頭的位置;用鉆桿圖提取濾波因子,消除鉆桿多次波;對互相關(guān)的資料經(jīng)進一步處理后,消除隨機噪音和鉆井井場噪音等,得到疊加后資料的全波場;以及計算初至時間、靜校正、幅度補償、帶通濾波、波場分離、反格積、走廊疊加等。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,可提供的井場數(shù)據(jù)文件有:班報列表文件、時深關(guān)系文件、層速度文件、單程時全波場圖、雙程時反射波場圖、鉆前危險深度點預(yù)測圖、走廊疊加道嵌入過井地震剖面等。四、評價利用鉆進中鉆

26、頭產(chǎn)生的振動作震源,在早期處理技術(shù)中存在的鉆柱變換和處理不充分,使得在過濾鉆機和鉆柱產(chǎn)生的偽噪聲后取得的實用信噪比不能滿足要求。近年,由于噪聲分辨率的提高,從而實現(xiàn)了實時應(yīng)用動態(tài)濾波器組,利用鉆頭作震源的最大優(yōu)點是不再需要井下儀器,同時不妨礙正常鉆進。目前隨鉆地震技術(shù)仍存在著一定的局限性,主要表現(xiàn)在鉆頭類型、鉆頭信號變化和井斜等鉆井客觀因素對該項技術(shù)的影響。采用牙輪鉆頭取得的信號最強,而PDC等類型的鉆頭由于不能給鉆柱傳遞足夠的軸向振動,因此信號較差。鉆頭信號的變化是受鉆井參數(shù)、巖性和鉆頭條件的影響,各種條件不同,震源信號的特征也就不同,這方面與VSP信號的處理有較大的不同。另外,井斜也對該項

27、技術(shù)有著一定的影響。據(jù)有關(guān)資料報道,國外在井斜角為65°的井中應(yīng)用隨鉆地震技術(shù)也取得了成功。但通常認為,當井斜角過大時在鉆桿與井壁接觸的地方會出現(xiàn)大量信號損失,使用井下動力鉆具同樣也會遇到這類問題。隨鉆地震技術(shù)是一項可降低鉆井風險、提高鉆井效率的先進技術(shù),由于其特有的優(yōu)點,越來越受到國內(nèi)外石油工程界的普遍重視。國外某石油公司曾為我國海上某井提供隨鉆地震技術(shù),成功地預(yù)測出了超高壓異常地層壓力的過渡帶,為該井的后續(xù)施工提供了重要依據(jù),并成功鉆達目的層,這也是該地區(qū)唯一一口鉆達目的層的油氣井。可以預(yù)見,隨鉆地震技術(shù)將會在未來的石油鉆井中發(fā)揮越來越大的作用。第三節(jié) 地質(zhì)導向技術(shù) 常規(guī)定向鉆井

28、大都依據(jù)鄰井資料和地質(zhì)設(shè)計預(yù)先確定好的路徑，根據(jù)鉆頭方向的井斜數(shù)據(jù)，進行幾何導向。這種技術(shù)在目的層很厚、地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單時應(yīng)用效果很好，但在目的層較薄、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或?qū)Φ叵虑闆r不很清楚時，則導向效率就較低。而鉆大角度井或水平井時，在薄油層或有復(fù)雜褶皺、斷層的油藏中，一般將井身與界面（如油層頂部、油水界面等）保持一定距離，這就使幾何導向面臨著挑戰(zhàn)。 80年代初開發(fā)的伽馬和電阻率測量工具由于離鉆頭較遠而只能用于數(shù)據(jù)回放參考，并且多用于地層對比。后來在幾何導向基礎(chǔ)上測量的地層評價參數(shù)有所增加，但傳感器一般離鉆頭 1030 m。這樣只能在一定鉆井進尺后才能識別出地層的變化，而不能保證井眼一直維持在目的層中

29、，進入90年代以來，地質(zhì)導向技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，隨鉆測量傳感器已下移至鉆頭處，該技術(shù)在幾何導向的基礎(chǔ)上注重于使井眼最大限度地暴露油層，使現(xiàn)場人員能實時得到有關(guān)的地下信息，明確復(fù)雜油層的位置，鉆更復(fù)雜的井。地質(zhì)導向技術(shù)具有優(yōu)化井身軌跡、避免底水錐進、以及在薄層中保證鉆井和控制高壓層的功用。其應(yīng)用已經(jīng)擴展到非裂縫或裂縫滲透油藏的近海水平井完井，已在美國 Guif coast地區(qū)、北海、西非、阿拉斯加和中東等地成功地進行了應(yīng)用。 近年來我們在總公司有關(guān)部門的大力支持下，投入很大資金，在國內(nèi)首次引進了Halliburton最先進的 Pathfinder LWD和 Schlumberger的 Sli

30、ml地質(zhì)導向工具。這次重大的技術(shù)引進對于我國測井、錄井行業(yè)技術(shù)進步及老油田的勘探開發(fā)水平再上新臺階具有重要意義。 一、地質(zhì)導向技術(shù)介紹地質(zhì)導向技術(shù)就是根據(jù)地質(zhì)導向工具提供的實時井下地質(zhì)信息和定向數(shù)據(jù)，辨明所鉆遇的地質(zhì)環(huán)境并預(yù)報將要鉆遇的地下情況，引導鉆頭進入油層并將井眼保持在產(chǎn)層中。它由在鉆頭處進行測量的地質(zhì)導向工具和功能完備的井場信息系統(tǒng)兩大部分組成。當?shù)刭|(zhì)情況復(fù)雜或在薄產(chǎn)層中進行鉆井導向時，測量點（即傳感器）與鉆頭之間的距離和前導模擬軟件的質(zhì)量很關(guān)鍵。地質(zhì)導向鉆井要時刻注意鉆頭位置、當前井身軌跡、未來井身軌跡及必要的井身軌跡校正。但僅僅依靠鉆頭處或近鉆頭處的電阻率、井斜及自然伽碼傳感器有時

31、會有明顯的不足，這就需要前導模擬這種功能強大的軟件來幫助地質(zhì)導向。前導模擬軟件是鉆水平井處理復(fù)雜情況時地質(zhì)導向成功的關(guān)鍵。（一）地質(zhì)導向工具 地質(zhì)導向工具提供實時的高質(zhì)量地層測量與評價，使現(xiàn)場人員能以最快的速度實時決策，以最大限度臧少井深校正，提高鉆井效率。工具內(nèi)包括有三軸加速器、傳感器、電阻率工具及所有對應(yīng)傳感器電路部件。加速器能進行井斜和工具面角的測量，它位于鉆鋌的外殼離鉆頭很近（0.3m或更近）,能很快提供BHA（井底鉆具組合）的方位、斜度信息，以便于地面對井眼軌道進行連續(xù)控制，射線傳感器由NaI晶體和光電倍增管組成；它隱蔽于工具一側(cè)或?qū)?yīng)180°分布于鉆鋌內(nèi)壁提供不同方位的射

32、線測量，離鉆頭約0.3m。伽馬檢測可為標志層、套管下入深度及鉆井取心提供理想的對比，判斷鉆頭是否穿出地層的頂界或底界。 電磁波電阻率測量有400 kHz和2 MHz兩種類型。這種傳感器離鉆頭約0.3m，它們和電子通訊裝置都裝在泥漿馬達鉆鋌內(nèi)壁。2MHz連續(xù)電磁波傳播（CWP）電阻率工具探測深度很深、性能穩(wěn)定。一般情況下可用于預(yù)測工具響應(yīng)和大角度井、水平井的地質(zhì)特征對比。由于大多數(shù)CWP系統(tǒng)都有多個發(fā)射器-接收器源距，每一電阻率測量在井眼離電阻率界面一定距離處的相應(yīng)均不同，因而能建立一電祖率剖面來監(jiān)控鉆頭，使其與界面（油-氣、油-水界面）間的垂直距離保持在某一期望值內(nèi)。近鉆頭方位電阻率是由一個或

33、多個紐扣電極測量的，它能從多個方向來指明相對于井身上下、左、右?guī)r性邊界或孔隙流體邊界的為止，告知現(xiàn)場人員油-水、右-氣和其它液相界面液體邊界的方向。轉(zhuǎn)動式鉆井能在給定時間范圍內(nèi)提供一平均電阻率值和最高紐扣讀數(shù)與最低紐扣讀數(shù)之比值。比值能幫助判斷地層均質(zhì)性及鉆頭是否穿過薄層或穿過孔隙流體邊界。在轉(zhuǎn)動式鉆井中環(huán)狀電極比紐扣電極測量的面積大且精度更高，環(huán)狀電阻率測量可探測小于5cm的薄層。方位電阻率及環(huán)狀電阻率測量均不適用油基泥漿。 伽馬射線和電阻率測量綜合用于鑒別巖性、地層含油氣和鉆后侵入記錄監(jiān)控等。這些傳感器裝在導向馬達或可調(diào)彎接頭與鉆頭之間的鉆鋌內(nèi)。所有傳感器均設(shè)計成模塊式，這樣當任一探測部位

34、癱瘓時均可更換。導向馬達能讓司鉆控制鉆頭一直沿幾何或地質(zhì)路徑穿過產(chǎn)層。 實時數(shù)據(jù)的傳輸由無線遙測系統(tǒng)或位于泥漿馬達上部至MWD（隨鉆測量）脈沖發(fā)射器之間的單根通訊電纜實現(xiàn)。測量數(shù)據(jù)有無限遙測裝置發(fā)送至離鉆頭較遠的MWD工具后用泥漿脈沖遙測裝置以一定速度實時發(fā)送到地面。在地面，數(shù)據(jù)的記錄、顯示、監(jiān)控、解釋和地下工具的控制均由井場信息系統(tǒng)完成。地質(zhì)導向工具由于在鉆頭處具備傳感器，因而檢測的滯后時間接近于零，這樣就消除了數(shù)據(jù)推延，易于使井眼保持在油層中。例如，北海Tern油田的鉆井目標是使水平段完全能打在Brent砂層組的上部，避開油水界面。應(yīng)用常規(guī)LWD（隨鉆測井）電阻率測量探測Brent砂層組上

35、部時，由于測量點距離鉆頭 15 m，因此當井場人員識別出Brent砂層組時，鉆頭已鉆過產(chǎn)層進入水層。而使用地質(zhì)導向工具在進入目的層的同時就能立即識別出Brent砂層組，不需回填就直接鉆水平段，圖1 所示為地質(zhì)導向工具測量點在鉆頭處，而不是距鉆頭 15 m，因而使井從一開始便能在靶區(qū)及目的層內(nèi)鉆進。圖1地質(zhì)導向工具與常規(guī)LWD工具實時鉆井功能比較圖LDN-密度和中子工具（補償密度中子）；CDR-電阻率工具；Power Pulse- MWD泥漿脈沖遙測工具； RWOB-接收者/鉆壓/扭矩工具；Geosteering Tool 地質(zhì)導向工具；Power Pak PDM-地面可調(diào)，可導向容積式馬達 目

36、前各家地質(zhì)導向工具的差距主要在于傳感器的穩(wěn)定性、精確度和整體工具的制造材料及工藝是否能適應(yīng)長時間的井下惡劣工作環(huán)境。 （二）井場信息系統(tǒng) 工具的應(yīng)用與井場信息系統(tǒng)的軟件解釋包使用是連為一體的。目前的井場信息管理系統(tǒng)都是運行在高檔微機上，以 Unix或 Windows NT操作系統(tǒng)為系統(tǒng)軟件，充分利用系統(tǒng)軟件的良好圖形用戶接口（GUI）和網(wǎng)絡(luò)能力，采用面向?qū)ο蠓椒ǖ刃录夹g(shù)設(shè)計的專家系統(tǒng)。井場信息系統(tǒng)是司鉆掌握鉆頭情況的一個窗口，是為水平井和大角度鉆井的實時管理而設(shè)計的。它不但具備常規(guī)MWD軟件所具有的鉆頭工具面角上、下、左、右的計算機顯示和解碼等所有功能，更重要的是還能顯示工具面所對應(yīng)的電阻率和

37、射線測量等與巖性或孔隙流體有關(guān)的信息，顯示對地質(zhì)構(gòu)造模型的檢查和修正、顯示井身軌跡的變化。井場信息管理系統(tǒng)最先進的是它的交互性。用戶可根據(jù)情況改制采集格式和屏幕參數(shù)、更換比例尺、進行深度-時間的顯示轉(zhuǎn)換和制作標記。數(shù)據(jù)處理與綜合等任務(wù)是系統(tǒng)自動進行的。該系統(tǒng)的兩個重要顯示面板為地質(zhì)導向屏幕和記錄屏幕。記錄屏幕的參數(shù)直接來源于井下傳感器。當井下情況相對簡單時，定向井司鉆就用它進行導向。它記錄有紐扣電阻率、重力工具面角和射線測量。射線響應(yīng)畫在工作記錄極坐標圖上，當穿過一砂泥巖邊界時可從其上方和下方區(qū)別。井身環(huán)空不同方向的記錄讀值能判斷鉆頭是否鉆穿產(chǎn)層的頂或底，是否穿過地層流體或巖性邊界。 地質(zhì)導向

38、屏幕是前導模擬軟件的人機界面。前導模擬是預(yù)測電阻率及其它工具響應(yīng)的軟件系統(tǒng)，是井場信息系統(tǒng)的核心部分。它利用現(xiàn)場專家們的已有的知識和經(jīng)驗，根據(jù)輸入的信息（如：鄰井地質(zhì)資料、測井資料、LWD測量資料等），在鉆前結(jié)合鉆井計劃，通過常規(guī)（垂直）測井響應(yīng)與大斜度井段（包括水平井）測井響應(yīng)的綜合對比建立地質(zhì)模型。利用地質(zhì)模型結(jié)合精確的井身軌跡就能獲得一條有用的模擬曲線，它能自動模擬垂直段、水平段或任意角度的相應(yīng)井身軌跡及真實垂直深度時的工具響應(yīng)。井場人員比較模擬曲線與實時曲線就可看出鉆頭是否沿正確的軌跡鉆進，并及時進行軌跡校正來獲得最佳靶點。它完美地統(tǒng)一了實時測量與實時解釋，提高了現(xiàn)場決策質(zhì)量，對提高導

39、向的準確性和及時性具有重要意義。當井身斜度大于45°時，預(yù)測工具響應(yīng)的能力是地質(zhì)導向服務(wù)成功的關(guān)鍵。前導模擬要求工具響應(yīng)有固定特點，2 MHz CWP具是常用工具。它能得出不同巖性與相對應(yīng)地層傾角的測井響應(yīng)，分辨出預(yù)測與真實記錄間的差別。在水平井中，電阻率界面的工具響應(yīng)能提示司鉆使鉆頭不穿出邊界。 二、不同鉆井階段中的應(yīng)用 地質(zhì)導向技術(shù)已滲透到水平井服務(wù)的所有階段。地質(zhì)導向技術(shù)綜合所有從傳感器得到的信息并能以一種有用的方式為工具導向進行指導，即先根據(jù)鉆井設(shè)計所定的巖石物理和地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境對井進行模擬，確定一垂直的參考地層電阻率（Rt）曲線。這關(guān)系到該井造斜段和穩(wěn)斜段的工作質(zhì)量。鉆前設(shè)計

40、時對該井可否導向和失敗危險進行評價也很重要。 在鉆前設(shè)計時，電阻率模型的導出非常重要，然而鉆前預(yù)測的地層電阻率很難達到理想情況。電阻率模型通常根據(jù)離該井有一定距離的相似井的電阻率測量資料，并應(yīng)用空間分辨率為 1017 m的地球物理控制進行模擬，亦可用鄰井或?qū)а鄣碾娎|測井資料或CWP隨鉆測井資料進行模擬。在造斜段作設(shè)計時的目標是能按預(yù)定位置進入預(yù)定的地質(zhì)層位。利用前導模擬技術(shù)對預(yù)測的記錄響應(yīng)進行設(shè)計，可在造斜期間觀測到突出的地質(zhì)“標志”，從而使工具能進行相應(yīng)的地質(zhì)定位。仔細觀察測量曲線并與預(yù)測記錄響應(yīng)進行對比，就可初步看出井身軌跡是否偏離軌道和地層條件是否發(fā)生了變化。在穩(wěn)斜段設(shè)計時，目標就是使井

41、眼能在預(yù)定地層中保持住穩(wěn)定的相對位置。由于多源距 CWP工具的視電阻率響應(yīng)在接近巖層界面時會出現(xiàn)特征電阻率剖面，因而該工具很適合于此應(yīng)用。應(yīng)用前導模擬技術(shù)可制作出顯示視電阻率值與高電阻率界面垂直距離之間關(guān)系的界面圖。 在鉆井施工中有兩個重要階段，即造斜段和穩(wěn)斜段。造斜段重點對測量曲線和模擬曲線進行定性比較。由于能及時地分析出單一的巖性變化及因測量不確定性引起的偏差，因而能對預(yù)定目標進行準確定位。在穩(wěn)斜段，井身已進入設(shè)計層位，鉆井重點轉(zhuǎn)到使井身達到并維持在油層的預(yù)定位置。此階段定位是通過測量電阻率與模型界面圖間定量對比完成的。造斜段的大角度段測量曲線可用于模型和界面圖的修正，并允許考慮非均質(zhì)性和介電效應(yīng)。穩(wěn)斜段測量電阻