CGDSNB近鉆頭地質導向鉆井技術

1、CGDS172NB近鉆頭地質導向鉆井技術在江漢油田的應用王偉摘 要 目前，常規(guī)LWD在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、 相關地層巖性、儲層特性及儲層位置，無法實現真正意義上的地質導向鉆井。針對這一難題，本文介 紹了我國首套 CGDS172NB近鉆頭地質導向鉆井系統(tǒng)的性能特點，并結合在江漢油田的應用實例，分析 了近鉆頭地質導向鉆井技術的優(yōu)越性和重要性，對在國內推廣應用國產化近鉆頭地質導向儀器及近鉆 頭地質導向鉆井技術具有重要意義。關鍵詞 近鉆頭 地質導向 LWD引言地質導向鉆井（ Geo-Steering Drilling ）技 術是近年來國內外發(fā)展起來的前沿鉆井

2、技術之 一，它是一項集定向測量、導向工具、地層地質 參數測量、隨鉆實時解釋等一體化的測量控制技 術，其特征在于把鉆井技術、測井技術及油藏工 程技術融合為一體，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、 側鉆井和 深探井。目前，國內對地質導向鉆井系統(tǒng)的研究 還處于較為落后階段，能夠實時測量近鉆頭處的 多種地質參數和工程參數的先進的地質導向鉆井 系 統(tǒng) 等 前 沿 鉆 井 技 術 只 有 Schlumberger 、 Halliburton 、 Baker Hughes 等幾家大公司能夠 掌握，并且實施技術壟斷政策：只租借不出售， 日租金高達數萬甚至數十萬美元，而且無法得到

3、 地質導向鉆井核心技術。而國內現用的各種地質 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參數， 技 術比較落后，無法實現真正意義上的地質導向。 本文通過分析常規(guī) LWD存在的弊端，介紹了我國 首套 CGDS172NB近鉆頭地質導向鉆井系統(tǒng)在江漢 油田超薄油層水平井的成功應用，總結了技術經 驗，對近鉆頭地質導向鉆井技術在國內油田的發(fā) 展具有重要意義。1、存在問題分析 對地質導向鉆井來講， 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。目前國內在水平井和大斜度井施工 中基本采用的是常規(guī) LWD+導向鉆具組合進行地 質導向， L

4、WD儀器各測量傳感器都裝在遠離鉆頭 位置的螺桿上方的無磁鉆鋌內，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 13 15 m，井斜、方位測量 點距鉆頭約 17 21 m。井眼軌跡參數測量相對滯 后，井底工程數據預測十分困難，無法準確預計 井眼軌跡的走向。同時，地質參數的嚴重滯后造成地質人員無法掌握實時的地層資料，現場地層分析困難，無法準確判斷近鉆頭處的井眼傾角、相關地層巖性、儲層特性及儲層位置。圖 1 常規(guī) LWD測量盲區(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。地質導向的基本要求是使鉆頭軌跡在油 層中上部順層經過，盡量控制在目的層頂面 1

5、 m 之內。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計一樣符合，按 照設計軌跡鉆進時， 往往會出現油層提前、 滯后、 鉆頭出層或其它異常情況。由于常規(guī)LWD測量盲區(qū)的存在，現場地質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量。加之 目的層多為松散砂巖，砂粒極細，經振動篩振動 和淘洗后，巖屑中很難發(fā)現真實含油巖屑，給巖 屑描述和落實油氣顯示

6、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、 轉速等工程參數變化較大， 鉆 時與巖性相關性降低，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)現和落實油氣 顯示。在實鉆過程中，如果出現油層薄、工具造斜 率發(fā)生突變、地層構造發(fā)生變化等現象，極有可 能會導致無法找到油層。因此，在實際施工中， 常規(guī) LWD儀器較大的測量盲區(qū)對地質參數測量、 地層識別、尋找儲層

7、、軌跡預測和計算都十分不 利，基本起不到真正的地質導向作用，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 結構穩(wěn)定的水平井、大斜度井施工。2、CGDS172N近B鉆頭地質導向系 統(tǒng)簡介由中國石油集團鉆井工程技術研究院、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 CGDS172NB近鉆頭地質導向系統(tǒng)填補了國 內近鉆頭地質導向儀器的空白，是我國具有獨立 知識產權的鉆井裝備。儀器結構CGDS172NB近鉆頭地質導向系統(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

8、率、方位電阻率、方位 自然伽瑪、井斜、溫度、工具面等參數。用無線 短傳的方式把近鉆頭測量參數傳至上方的無線短 傳接收系統(tǒng)。正脈沖無線隨鉆測量系統(tǒng)通過鉆柱 內泥漿通道中的壓力脈沖信號進行通信并協(xié)調工 作，實現鉆井過程中井下工具的狀態(tài)、 井下工況、 及有關測量參數（包括井斜、方位、工具面等定 向參數，伽瑪、電阻率等地質參數及鉆壓等其它 工程參數）的實時監(jiān)測。儀器特點（1）測量盲區(qū)短，實現了實時地質導向。 近鉆頭參數具有鉆頭電阻率、方位電阻率、方位自然伽瑪三條地質曲線及井斜、工具面兩個 工程參數，并且測量零長都在 2 3m范圍內，其 中近鉆頭電阻率可探測鉆頭以下 0.7m 的范圍，真 正實現了實時地

9、質導向（見圖 2）。由于可提供近 鉆頭實時地質參數，能夠幫助現場人員隨時監(jiān)控 地質參數的變化情況，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)LWD更早發(fā)現油層，并能根據實時地質參數及時隨時調 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、方位自然伽瑪及時判斷鉆頭在油層中所處的位置， 提前判斷鉆頭是否即將出層。 在鉆頭鉆出油層時，

10、 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。（3）可通過近鉆頭工程參數指導定向施工。近鉆頭工程參數包括井斜和工具面兩個參數，由于測量盲區(qū)很?。?2.85m），能根據近鉆頭 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， 數據傳輸速度快， 全套 參數（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

11、和渦輪發(fā)電機兩種。（ 7）測傳馬達為可調式彎螺桿， 度數調整范 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，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的GDS172NB近鉆頭地質導向鉆井系統(tǒng)， 取得了很好的使用效果。 下面以近鉆頭地質導向鉆井技術在江漢油田嚴 7 平 1 井的應用進行實例分析?；緮祿嗀 靶垂深 2820.48

12、m ，設計閉合位移 282.44m， 設計閉合方位；B 靶垂深 2820.98m ，設計閉合位移 417.66m， 設計閉合方位；靶框半徑上下 0.5m、水平方向 6m。施工難點（ 1）地層構造陡， 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）地質結構不明，油層薄，預計油層厚， 實鉆油層垂厚 1.33m，穿層難度大，風險高。近鉆頭地質導向施工過程在井深 2942m、井斜 74時下入近鉆頭地質 導向儀器，可調彎螺桿度數調為，并從井深 2800m 開始補測伽瑪、電阻率曲線，同地質撈砂 描樣曲線進行數據對比，曲線基本吻合。根據所 測地質曲線與鄰井資料對比，

13、確認標志層垂深， 將垂深 2816m 暫定為砂頂（比設計提前 4.48m）。設計水平段長 149.16m，設計水平段井斜降斜施工至 3091m 時，井斜，伽瑪值上升為了把工具造斜率和地層油頂的不確定性， 以及儀器本身因測量滯后所產生的誤差影響控制 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，烴值升高， 確認已進入油層， 實際目的層 垂深比設計提前 3.26m 。繼續(xù)復合鉆進 4m 下切油 層后，準備增斜至水平。但

14、在循環(huán)測量方位電阻 率、方位伽瑪時，發(fā)現向下時伽瑪值為、電阻率 .m，向上時伽瑪值為 API 、電阻率 .m，判斷 此時鉆頭在油層頂部穿行，靠近上部泥巖。如按 原設計進行增斜，會從上部穿出油層，同時由于 地質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。至 120 API ，結合撈砂、氣測值數據，顯示鉆頭 已出層。根據地質資料及鄰井對比，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

15、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)現向下時伽瑪值為93API、電阻率 7 .m，向上時伽瑪值為 API 、電阻率 .m，中間伽瑪值 47 API、電阻率 10.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，

16、地質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。下探砂層過程中又發(fā)現一層油層顯示，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，斜長 12m，油層垂厚； 井段， 斜長 25.5m，油層垂厚 1.33m； 井段，斜長 6m，油層垂厚。4、結論（1）地質導向鉆井技術是當今鉆井的 一項高新前沿技術，它體現了鉆井、測井和 油藏工程的結合， 對提高勘探開發(fā)具有重要 意義和作用。 地質導向鉆

17、井技術具有幾何導 向無可比擬的技術優(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 “地質中靶” ，大大降低了因地質目標不確 定性而帶來的鉆探風險， 大幅度提高了復雜 油氣藏的開發(fā)成功率， 具有巨大的社會經濟 效益。（2）CGDS172NB近鉆頭地質導向系統(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參數， 實時地解釋 地層特性，快速真實地掌握地層情況， 指導 鉆井軌跡的及時調整， 從而保證實鉆軌跡位 于油層內設計位置， 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）近鉆頭地質導向鉆井技術可為開 發(fā)利用常規(guī)鉆井技術難以開采的復雜油氣 藏提供強有力的技術支撐。 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 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 地質導向無線隨鉆測 量儀器現場使用問題探討 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 J. 石油鉆探技術， 2002，30（4）：1