国外测井技术 ＷＯＲＬＤ ＷＥＬＬ Ｌ０ＧＧＩＮＧ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ 水平井地质导向及解释技术研究及应用 孙金浩 （长城钻探测井公司数解中心辽宁省盘锦市１２４０１ １） 摘 要：地质导向是及时引导钻头走向，最大限度地钻遏油层的一项水平井钻井技术。国内由于缺 乏水平井测井仪器及软件，水平井地质导向与高端的测井解释服务被国外技术服务公期垄断。 本文将结合本公司在水平井地质导向、水平井资料解释等相关技术上的研究成果及工作人员现场 经验进行简要阐述。 关键词：水平井地质导向；地质建模；ＣＰＲ随钻测井仪器 地质构造模型也称作格架模型，由地质反射层 ０引 言 和断层构成。模型的建立需要综合利用现有地震、地 质、测井等资料，通过对反射层位的准确标定和追 目前国内由于缺乏水平井测井仪器及软件，水 踪，断层体系的正确识别等技术手段建立起来。 平井地质导向与高端的测井解释服务被国外技术服 构造建模技术发展很快，飞速发展的地震解释 务公期垄断，也已经成为制约国内水平井有效 技术也使得服务于叠前深度偏移的构造模型可以建 开发的“瓶颈”。虽然近几年国内各服务公司相继 立得更好，精度和分辨率更高。目前国内外建立构造 引进了一些国外的ＬＷＤ测井设备，但与其配套的 模型的主要技术手段和方法包括层位标定技术、地 地质导向技术却一直没有得到足够重视，致使ＬＷＤ 层追踪技术、面块切片技术．以及相干体、方差体和 设备只做工程导向应用。并且由于没有合适的解释 三维可视化技术等。但每种技术均各有优缺点，需要 软件应用于水平井测井资料，导致测井资料不能够 多种技术共同配合才能比较精确的建立所需的构造 得到很好的应用，大大影响了水平井的开发效率。 模型。 本文将结合一定的现场服务经验和公司多年来在水 在作水平井地质导向构造建模时．一般先要导 平井开发相关技术方面的研究成果，对水平井地质 人邻井测井、地质资料与工区地震资料，利用地层对 导向、水平井资料解释的技术进行阐述。 比及地震资料结合对地层进行划分。但假如邻井有 足够多，则也可只利用测井资料来建立地质模型。井 １ 地质建模 震联合对比解释可以使所建地质模型能更准确的反 映地层的构造（见图１）。地层对比完成后，利用自 应用地质导向钻进的水平井在钻进之前，首先 主开发的地质建模软件对工区进行网格化，然后把 要建立水平井初期地质模型。地质建模可分为构造 各井的地质分层信息与地震解释的层面信息在工区 建模与属性建模，构造建模利用井震资料结合进行 空间上进行描述，井的地质分层会被描述成一个个 地质构造建模；属性建模则是利用已知岩石物理属 的点，地震分层会被描述成初期的分层面，然后 性对区域内地质体的岩石物理属性进行建模。 对相同分层的点、面进行插值及边界约束后形成最 １．１构造建模 终的地质分层面，相邻的分层面之间形成了地层，整 第一作者简介：孙金浩（１９７７一），男，工程师，２ＯＯ１年毕业于江汉石油学院应用地球物理专业，现从事测井资料综合评价和解释 方法及软件开发工作。 国外测井技术 一墨兽磐毒Ｅ盂。 蚤ｌ＾ 搴｝蚺蕾 茗妻 ｄｄ《 固定的，而地质导向的目标是随实时情况调整的。在 ｛ ＃＃《一一’｜ 一＝筹 井轨迹控制时要利用前期地质模型与当前测井、录 帮淳 ｌ ０ 井资料做 综合分析，确定下一步钻进井斜与方位＝ 如果利用的是有方向性的ＬＷＤ洲井仪器就可以利 用测井曲线反演 当前轨迹与地层界面的距离 方 向关系，反过来对地质模型进行调整。如果是无方位 ｌ 譬舞 ｝ ｉ； ： ０ １ ｊ 图６ ＣＰＲ随钻电阻率测井仪２Ｍ 信号示意图 发射接收２Ｍ Ｈｚ与４００ＫＨｚ的两种频率的电磁波信 号，通过计算Ｒ 、Ｒ：接收到的电磁波信号的相位差 与幅度衰减得到高低频的相位差与幅度衰减共８条 电阻率曲线。 短源距电阻率的计算与长源距的计算类似。在 计算中利用了上下发射器信号做补偿，可以消除温 度对天线尺寸的影响和井眼环境对测量造成的影 响。（图７）是ＣＰＲ仪器实测的曲线。 一一…… １～ ＿＿一一 … ６１５０ ６２００ ６２５ｃ 聃ｅａｓｕｒｅｄ Ｄ￣ｐｔｈ ｆｆｅｅｔ） 图７ ＣＰＲ实测曲线 ３．２实时地质导向 地质导向，是上世纪９０年代发展起来的前沿钻 井技术。它是以油藏为目标点，通过对实时采集的数 据进行分析、研究，然后以人机对话方式，采用滑动 和转动钻井方式，来控制井眼轨迹的一项导向钻井 技术，使井眼轨迹在油藏中钻进。在施工前，先要对 目标区建模进行数值建模，并与实时的随钻测量数 据和随钻地层评价测井资料进行对比，从而及时进 行修正井眼轨迹。该系统的关键是对邻井资料的收 集处理及实时测井数据的分析判断，确保避水高度 及油层最大钻遇率。 具体来说地质导向就是要解决以下问题： （１）目的层Ａ点准确人靶； （２）井身参数实时计算与预测； ’ （３）测井、地质实时解释与井轨迹最优化调整。 地质导向不同于工程导向，工程导向的目标是 的ＬＷＤ仪器就只能完全依靠前期模型的准确性。 ３．２．１ ＣＰＲ仪器测井曲线实时解释 对于薄层测量，ＣＰＲ的低频信号受到围岩影响 过大，其纵向分辨率很低，不能很好的反应薄层地 层，相比之下高频信号更能反应薄层的地层信息 由 于ＣＰＲ仪器属于感应类仪器，其测量的动态范围较 窄，现场使用时我们发现，在电阻率大于５０Ｑ・ｍ时 幅度衰减电阻率已经饱和，在电阻率大于５０（）Ｑ・ｍ 时大部分相位差电阻率曲线已变形或饱和。感应类 仪器在穿过地层界面，有时会出现犄角效应，如ｆ网 ８）所示，在高低阻界面地方 现界面异常响应，我们 可以根据该异常的大小判断仪器进入地层的角度？ ＬＷＤ在测井时泥浆侵入还比较小，电阻率曲线上各 条曲线重合度较高。此外由于ＬＷＤ测井条件恶劣， 有时曲线会出现一些跳点也是正常的：在利用ＬＷＤ 测井曲线与模拟曲线的对比时要剔除这些异常值， 然后将ＬＷＤ测井曲线与ＭＷＤ数据输入到前期地 质模型中，我们就可以解释当前地层的岩性、含油性 等参数，为下一步钻进做ｍ预测与规划。 耄。 曼∞ ４ 害静 薯 崖 婚、 图８ ＣＰＲ层界面异常响应 ３．２．２录井资料利用 感应类电阻率ＬＷＤ仪器测量点与钻头有１０ 多米的延迟，这就使得预测当前钻头附近的地层变 得十分困难。通过岩屑录井和气测资料我们可以更 早的了解钻头附近的地层信息；钻时有时可以反应 岩性的变化，相同钻压下泥岩的钻时比砂岩的要高。 ３．２＿３工程参数计算与控制 利用量角器（见图９）功能我们可以测量 某 ２０１０年第４期 孙金浩：水平井地质导向及解释技术研究及应用 ’１７‘ ， ｜螗謦 掌｛ｆ雾 蛳 鞋 Ｉ 曩 ｒ｝ 辑 ＃Ｉ｜ 蟒 尊４ ｒ掣 髯＊ 尊溶 酷 辑艚 曹 毒 ‘ ， ．． 篁簟霉 图９量角器 一层面或井轨迹与水平面的夹角，在综合ＬＷＤ测 井曲线与ＭＷＤ测井数据以及录井资料后，可以计 算当前钻头位置与前方控制点连线与水平面的夹 角和方位角，进而计算出应该以多大井斜角和方位 向前钻进，这两个参数是指导工程导向的关键。在 调整时要考虑工程实现的要求，需要考虑自然降斜 与增斜率、人工增斜降斜的能力以及井身参数，例 如一般要将狗腿度控制在８￣／３０ｍ内。 ３．２．４防碰系统 在井轨迹设计中有邻井防碰扫描的功能，这个 功能是为了防止在井设计过程中出现穿过邻井的 失误，在实时导向时也有一个实时防碰扫描功能， 当前井轨迹与邻井距离在设定的防碰距离范围内 时会自动发出报警，并将距离大地坐标显示出来， 提示导向人员要注意防止钻遇邻井。 ３．２．５专家咨询系统 地质导向系统很重要的功能就是专家咨询系 统，在现场施工人员遇到疑难问题时可以通过远程 会话和公司的数据共享平台请求协助，由基地经验 丰富的咨询专家提供技术指导。其数据的传输由 ＷＩＴＳＭＬ接口提供规范。 ３．３水平井地质导向应用实例 （图１０）是利用地质模型正在进行地质导向的一 图１Ｏ龙深１一Ｈ２井地质导向模型 个实例。在第一次施工时，只参考了两口邻井目的层 的深度，而没有进行地质建模，设计的井轨迹为龙深 １一Ｈ２原井，当钻进到垂深１７６０时还没有发现预期 应在１７５２米处出现在目的层，只能填井重打。第二 次施工我们将工区内可以利用的邻井资料以及龙深 ｌ—Ｈ２原井测井资料都用来做地质建模，经过地质建 模得到了工区三维地质模型，在地质模型中我们可 以看出在龙深ｌ－Ｈ２原井之所以没有能钻遇到目的 层是因为在相应深度发育了一套由玄武岩侵入后形 成的玄武质砂岩。由此我们对龙深ｌ—Ｈ２井轨迹进 行重新设计，重新设计的轨迹为图中“龙深ｌ—Ｈ２设 计”这条轨迹，然后沿设计轨迹将三维模型剖切形 成二维剖面。并在预期深度成功实现了Ａ点入靶。 由此我们可以看出地质建模在地质导向中起到了＿＝ｉ｝ 常重要的作用，特别是对于国内应用的ＣＰＲ类双参 数ＬＷＤ仪器更是如此，因为ＣＰＲ类仪器测量的是 一个体积效应，不具有方向性，在判断轨迹与地层界 面时必须要结合地质模型才能作出判断。 ４水平井测井资料解释与处理 ４．１水平井与直井的差别 ４．１．１测并仪器探测的特征 按测井仪器的径向探测特性可把它们分为两大 类：径向平均型测井仪和定向聚焦型测井仪。 径向平均型测井仪测量的是以井筒为中心的且 与井筒垂直的一个“地层圆盘”的加权平均值（见 图１１左图）。在垂直井中，地层相对井轴是相对对 称的，径向平均型测井仪一般可提供能反映地层真 实特性的测井数值。然而，在水平井中，由于井眼上 部的地层可能完全不同于井眼下部或者两侧的地 层，井眼周围的地层与井轴近于平行，测井响应的 “地层圆盘”与地层近于垂直，这时，径向平均型测 。 、＼ ＼ 图１ １径向平均型、定向聚焦测井仪器探测特性 国外测井技术 ２０１０年８月 ……～ 。。…—＇ 井仪的测量值不能准确地代表实际地层的真实信 息。这时应采用具有方位的定向聚焦测井仪器（见 图１１右图）会非常有用。 ４．１．２井眼特征 … 在水平井中，井眼受到水平地应力和铅直地应 力的作用，特别是上覆地层重力的作用，水平井眼一 般呈椭圆状，椭圆的长轴一般是铅直方向的，井眼上 部比井眼两侧或井底部更加不规则，有时还会出现 螺纹井眼。 ４．１．３井眼与地层的关系 如（图ｌ２）所示水平井与地层界面有多种关 系，仪器在大斜度井和水平井中测量已不能简单的 将地层看成是各向同性的层状介质。在电阻率等测 井响应中，存在宏观各向异性和微观各向异性，宏观 各向异性主要与地层上下地层电阻率反差程度和上 下地层的相对厚度有关，即与井眼轨迹与地层的相 对位置有关。通过实验发现电阻率微观各向异性随 地层孔隙度、含水饱和度和地层水矿化度而变化，而 且在不同井区和层位都有差异，因此地层的各向异 性对测井仪器具有无法预计的影响。 图１２并眼轨迹与地层界面的关系 ４．１．４泥浆侵入 在垂直井中，将简单的侵入剖面模拟为环绕井 眼的圆柱体。水平井中的侵入剖面非常复杂，目前 的一些理解是： （１）在以原生孑Ｌ隙为主的地层中，垂直渗透率 常常低于水平渗透率。因此水平井中最初的侵入剖 面可能是绕井轴的椭圆体（见图１３）。 （２）由于井眼周围地层的各向异性，所以指示 渗透率变化的层面有可能造成复杂的侵入剖面。在 砂岩地层中，泥浆滤液侵入剖面多为倒置的“鸭梨” （见图１４）状。 ４．２水平井测井资料预处理 图１ ３垂直井与水平井测井解释侵入模型 澄 寂封闯“ ｛ ｔ・可趸的水串菇侵入 蕾 图１４渗透率随时间变化的侵入剖面 对于ＬＷＤ测井曲线，会存在着一些异常跳点， 预处理时需要进行曲线编辑去除这些异常点，有时 由于地层电阻率较高，超过了仪器测量动态范围时， 某条曲线整条出现饱和现象，应该在解释时将该曲 线去除。一般情况下，ＬＷＤ测井曲线与钻杆深度校 正不一致时，还需要进行深度校正。 对于ＴＬＣ电缆传输测井，由于仪器测量方式有 缺陷，ＴＬＣ测井曲线经常会在换接钻杆的地方出现 跳点，需要对这些跳点进行曲线编辑。ＴＬＣ测井需要 将仪器深度校正到钻杆深度。由于在测井过程中电 缆速度与钻杆起下速度往往不一致，会导致曲线在 一根钻杆深度内出现深度的压缩或拉长。 由于水平井地层的各向异性对测井仪器具有无 法预计的影响以及泥浆侵入具有非常复杂，要想对 水平井测井曲线做出准确的环境校正是非常闲难 的，目前也没有相应的解释数学模型。 ４－３水平井解释的思路 对于水平井解释来说，我们最关心的是油藏的 构造与分布的变化。钻头在产层内吗？我们是否已钻 人了泥岩层？如果我们钻出了产层，那么，是从产层 顶部还是从底部钻出的呢？产层的形状、倾角以及横 向连续性如何？哪些测井响应是由靠近界面引起的？ 哪些是由地层的非均质性引起的？哪些是地层流体 的变化响应？流体界面在什么位置？如果井眼穿过了 ２０１０年第４期 孙金浩：水平井地质导向及解释技术研究及应用 ’１９。 一个断层．那么目前所在位置是在上升盘还是在下 降盘？ 近年来随着地质建模技术的逐渐成熟，在油田 的油藏描述中得到了大量应用。如果在水平井钻前 进行了地质建模和水平井轨迹设计，在钻进水平段 时在应用地质导向和实时建模技术，那么回答上述 问题就显得很简单。因为在地质导向过程中已经融 入了对油藏的认识，我们可借助二维、三维软件技术 绘制出水平井的区域构造、岩性解释成果、油气解释 结论等。 如果使用的是ＴＬＣ测井系统，可以在测井完成 后利用水平井周围的邻井资料建立地质模型。即将 邻井测井资料等通过投影到水平井主方位，来建立 水平井二维地质剖面，我们将这种方法称为水平井 二维初期解释。（图１５）是利用自主研发的软件进 行二维解释的例子，从图中可以清楚的看出水平井 井眼轨迹与上下地层的关系，据此我们可以判断出 哪些测井响应是由界面引起的，哪些是穿过界面引 起的，之后我们才能通过精确的资料分析来划分出 岩性和油气水结论。在１６９５—１７５２．５米之间两层电 阻率较低，单纯的测井资料综合解释结论为油水同 层；然而根据二维地质模型，此两层电阻率低是因为 井轨迹靠近下部泥岩层界面引起，应为油层。 图１５水平井测井二维解释实例 水平井轨迹二维投影剖面法，虽然一定程度上 解决了水平井与地层的相互关系问题，但是在将邻 井资料投影到水平井主方位时，如果地层具有一定 倾角及渐变甚至于相变，那么投影后的曲线就会失 去其代表的构造特征。于是我们进一步开发了水平 井三维解释软件，来做地层对比、地质建模。这样测 井曲线就不再需要投影，而是直接在三维空间进行 绘制，然后确定地层的构造，这样建立的地质模型会 更加可靠精准。通过邻井的地层评价和测井解释成 果的外推（属性建模），我们就可以得到沿水平井轨 迹上的岩性、物性以及油水界面等信息。（图１６）是 一口水平井的三维解释模型。 ； 一 图１６水平井三维地质解释模型 相对于直井求取地层孔渗饱等参数来说，能在 水平井中进行构造解释的如电阻率扫描等成像测井 方法可能更为有利，但遗憾的是至今国内测井服务 公司在这方面的应用还是空白。国内目前应用的 ＬＷＤ测井项目主要为前面介绍的感应类测井与ＧＲ 组合的双参数测井。 ５ 结 论 （Ｉ）使用具有方位的定向聚焦测量仪器来评价 水平井，得到的结论会更为准确。 （２）使用三维的地质建模、地质导向等技术会 使水平井的钻进事半功倍。 （３）使用三维的地质模型能有效的提高水平井 的测井解释的精度。 参考文献： 【１】Ｃａｓｅ Ｓｔｒｕｙｋ，Ａｎｄｒｅｗ Ｐｏｏｎ，水平井测井解释（Ｃ］，朱桂清 译，水平井测井技术译文集，北京：石油工业出版社，１９９４ 年１月第１版：１１２－１１８ 【２】周灿灿、王昌学，水平井测井解释技术综述Ｕ），地球物理 学进展，２００６，２１（０１） ｆ３１国际测井新方法研讨会资料集，Ｂａｋｅｒ Ａｔａｌｓ ＬＷＤ技术介 绍（Ｒ），湖北荆州：２００９ 【４］夏宏泉、陈平等，随钻测井曲线的模拟生成及其地质导向 应用研究Ｕ】，天然气工业，２００３（３） 【５】刘岩松、衡万富等，水平井地质导向方法Ｕ】，石油钻采工 艺，２ｆｉ０７，２９（９）
