地質導向鉆井工藝研究綜述（上）
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[時間:2009-10-16 全球石油網 關注度:0]
摘要: 論文摘要：本文在綜述國內外地質導向鉆井技術發展狀況的基礎上，綜合介紹了勝利鉆井院承擔的中石化集團公司項目“地質導向鉆井工藝技術研究”的部分研究成果與應用效果，利用初步形成的地質導向現場應用技術成功地實施了地質導向鉆井，為薄油層、厚油層頂...
論文摘要：本文在綜述國內外地質導向鉆井技術發展狀況的基礎上，綜合介紹了勝利鉆井院承擔的中石化集團公司項目“地質導向鉆井工藝技術研究”的部分研究成果與應用效果，利用初步形成的地質導向現場應用技術成功地實施了地質導向鉆井，為薄油層、厚油層頂部剩余油等復雜油氣藏開發提供了技術支撐，應用效果良好。
關鍵詞：地質導向 鉆井工藝 LWD 自然伽馬 電阻率 復雜油氣藏
引言
地質導向鉆井（Geo-Steering Drilling）技術是近年來國內外發展起來的前沿鉆井技術之一，是用地質信息、隨鉆測井（LWD-Logging While Drilling）儀器響應和用于引導井眼進入目的層并保持在目的層內的解釋技術的一種綜合[1]。在鉆井過程中，通過實時測量多種井底信息，對所鉆地層的地質參數進行實時評價，從而精確地控制井下鉆具命中最佳地質目標。
世界上先進的地質導向系統已經應用了近鉆頭傳感器，可以測量距鉆頭1～2m范圍內的井斜角、方位角、地層電阻率、伽馬射線和轉速等數據，通過無線傳輸系統（電磁波）把這些數據從鉆頭附近傳到MWD系統。這樣可以更好地引導鉆頭穿過薄層和復雜地層，利用測井數據直接進行地質導向鉆井，而不是按預先設計的井眼軌道鉆井。該系統集井眼軌跡測量控制技術和隨鉆測井技術為一體，相當于在鉆頭上開了一個“窗口”，現場地質師和定向工程師根據儀器反映的所鉆地層巖性及其孔隙流體的客觀情況，能夠及時“看到”所鉆井眼的井身軌跡、地層巖性及其孔隙流體物性，并以此來設計和控制井眼軌跡的走向，及時調整和修改原鉆井設計，使鉆頭能夠安全有效地沿著油層目標鉆進[2,3]。
國外的地質導向鉆井技術已經相當成熟，能夠實時測量近鉆頭處的地質參數和工程參數。而目前國內因儀器研制與技術研究起步較晚，基本處于國外第一代產品的初期水平，實時地質參數較少，測點離鉆頭較遠。然而，地質導向鉆井的重要性和潛在經濟價值早就為國內鉆井界所矚目，研制地質導向工具、研究地質導向鉆井工藝已勢在必行。
地質導向工具在老油田后期開發、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。勝利油田存在著大量的復雜斷塊油藏、隱蔽油藏、薄油藏和老油田長期開采剩余的邊底水構造油藏等復雜油氣藏，地質導向鉆井技術為開發上述類型油藏提供了強有力的技術支撐，具有廣闊的應用市場。
1 國內外地質導向鉆井技術發展狀況
1.1 國外地質導向鉆井技術發展狀況
1993年Anadrill公司首次提出地質導向概念并研制出了第一套地質導向工具。Halliburton、Baker Hughes Inteq和挪威國家石油公司（Statoil）等也相繼研制出了他們各自的地質向導工具。Anadrill公司研制的綜合鉆井評價和測井系統（IDEAL-Integrated Drilling Evaluation And Logging）由一個在其外殼內裝有定向測量和地層評價測井傳感器的可轉向儀表化泥漿馬達和一個可以直接接在鉆頭上的近鉆頭電阻率測井接頭組成。可以探測出距鉆頭1～2m范圍內的地層電阻率、伽瑪射線、井斜、地層孔隙壓力以及其他有用數據，然后通過無線電傳輸系統（電磁波）把數據從鉆頭處傳送到位于鉆柱上部位置的隨鉆測量（MWD）工具，再經MWD把數據傳輸到地面。目前IDEAL己在實際鉆井中得到了廣泛應用。到1996年底，僅在歐洲和非洲就有13家公司應用該技術在6個國家鉆井近50口井，總進尺超過32000m，取得了良好效果。
1994年Baker Hughes Inteq首次推出第一套NaviTrak小曲率MWD系統和NaviGator產層導向系統。
1995年在小井眼隨鉆電阻率測井儀器方面成果頗豐。Sperry Sun推出Slim1 Phase4內存型φ120.65mm（ ）儀器。Anadrill研制出ARC-5儀器。Baker Hughes Inteq推出NaviMPR、IDS儀器。Halliburton公司在1995年研制出了名為PZST（Pay Zone Steering Tool）的地質導向工具，將它直接裝在泥漿馬達和鉆頭之間，可以提供伽瑪射線、井斜和地層電阻率數據。該工具己于1996年起納入工業應用。1995年挪威國家石油公司（Statoil公司）研制出了應用聲波反射原理探測井眼軌跡與地層流體界面和地層界面相對位置的POSLOG地質導向工具。但目前還未見到這種地質導向工具成功推廣應用的報道。
20世紀90年代后期，Anadrill公司擁有隨鉆測井儀器CDN／CDR、地質導向儀器Geostreeing、隨鉆聲波儀器ISONIC以及Powerpulse MWD儀器系列等主導產品。Halliburton以HDSIM、CWRGM、CLSS和DNSC為其主要服務產品。Anadrill公司的隨鉆成像儀器已投入商業使用。同時，Anadrill公司在2000年新推出了 ARC-6和ARC-8等來取代現有的系列儀器。目前的隨鉆測量工具己完全具備了隨鉆測井及地質導向的能力，并使隨鉆定向測量及測井工具傳感器更加接近鉆頭。Baker Hughes Inteq公司最新推出了連續旋轉閉環定向鉆井系統（AutoTrak RCLS-AutoTrak Rotary Closed Loop System，簡稱AutoTrak），該系統集鉆進和隨鉆測量為一體，由旋轉鉆井下部導向鉆具組合、CDR隨鉆測量系統、帶CDR和AND的隨鉆測井系統和地面計算機監控系統組成，其核心為旋轉導向鉆具，能夠在連續旋轉過程中提供精確的定向控制，實現方位和井斜的調節。
國際上的MWD／LWD制造公司主要有八家，生產約20個系列的8種產品，可以測量30多種參數。儀器外徑從 到 ，基本上能夠滿足各種定向井類型的需要。近年來，在MWD／LWD的實效性、高利潤和先進性的誘惑和驅使下，世界上大的石油工程服務公司都加強了隨鉆測井技術的研發力度。目前該項技術主要被Schlumberger、Halliburton和Baker Hughes三大公司所壟斷。Schlumberger為隨鉆測井技術的集大成者，服務領域從早期主要集中在海洋鉆井平臺服務逐步向陸地鉆井服務中推進。
國外典型的地質導向鉆井系統是法國安納森公司的綜合鉆井評價和測井系統，己在北海定向井和墨西哥灣水平井等項目中施工了50多口井，取得了良好的經濟效益。
目前，國外不但有較先進的地質導向硬件工具，而且具有與之配套的隨鉆地質工程參數解釋與地質導向應用軟件系統。國外地質導向鉆井技術的發展趨勢是隨鉆測量儀器的多樣化、測量參數向鉆頭靠近的鉆頭智能化、基于地質－鉆井可視化的地質建模、實時對比解釋和鉆井施工過程的系統化。
1.2 國內地質導向鉆井技術發展狀況
1996年中油北京地質錄井技術公司（現中油測井公司）從美國Halliburton引進了國內第一套PathFinder LWD和SLIM1 GR MWD裝備。經過近幾年的技術消化和吸收，組建了自己的作業隊伍和研究力量，分別在大慶、塔里木、華北、大港、海上油田順利完成了隨鉆測井作業。近幾年來，曾先后在國內的十幾口探井和開發井中提供了隨鉆測井服務，取得了很好的測井效果和經濟效益，培養了一批具有一定隨鉆測井服務經驗的現場工程師，為油田勘探開發提供了一項全新的測井方式。
1999年勝利鉆井工程技術公司引進了美國Halliburton Sperry-Sun的隨鉆地層評價儀器（FEWD-Formation Evaluation While Drilling），新疆石油管理局等油田也陸續引進了帶自然伽瑪的地質導向工具。勝利鉆井院、長慶油田也引進了英國Geolink公司生產的帶自然伽瑪和電阻率兩道參數的地質導向測量工具，并在勝利油田的邊底水剩余油區塊和塔里木油田的超薄油藏區塊投入了生產應用，通過對比隨鉆測井曲線和鄰井資料，及時獲得地質特征的變化，在井眼軌跡實時控制方面發揮了積極作用，為開展地質導向鉆井技術研究打下了良好的應用基礎。
2003年中海油田服務股份有限公司引進了Halliburton Sperry-Sun的FEWD和Baker Hughes的LWD。
2001年勝利鉆井院依托重大裝備國產化研究項目—“MWD、隨鉆自然伽瑪測量儀國產化研制”和中石化集團公司項目（2002年）“隨鉆感應電阻率測量儀的研制”開始了MWD/LWD國產化研究工作，并成功地研制出了具有自主知識產權的新型正脈沖MWD、隨鉆自然伽瑪測量儀和隨鉆感應電阻率測量儀，并投入了現場應用，取得了良好效果。
1999年中石油勘探開發研究院開始進行地質導向鉆井技術研究工作。
目前國內總體上處于應用引進儀器和部分國產化儀器的地質導向初級階段，尚未形成規模化應用的生產局面，開展地質導向鉆井技術研究已是當務之急。
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