6随钻测量
随钻测量

这种系统有几个优点:
(1)数据传输速度快,载波信息量大;
(2)受泥浆介质和水泵特性的影响小,即使在提下钻过程中也能检测数据。
(1)电传导(硬导线系统)
(2)电磁发射;
(3)地震(声)波;
(4)钻井液压力脉冲。
直到1960年,这些遥测系统的研究主要是为了随钻测井。定向井的日益增加,特别是花费高昂的近海地区,刺激了人们去开发既能处理定向测量数据又能处理地层评价数据的随钻测量系统。由于在海上平台中利用传统测量工具费用很高,人们不久就认识到使用定向随钻测量仪器更具有商业潜力。起初的MWD系统就只提供定向数据,紧接着就有了可以附加测量钻井参数和地层数据的另外—些工具。尽管有关其它3种遥测方法的研究还在继续着,但迄今为止却只有这些依靠钻井液压力脉冲的MWD系统在技术上和经济上是成熟的。
第二节
信号发射器和地面的信号接收、处理设备一起构成了钻井液压力脉冲式MWD信号传输系统。现有的钻井液脉冲传输系统的主要区别是采用哪种处理方法来传送数据。目前使用的钻井液压力脉冲式MWD主要采用三种方式在井底将数据编码、信号传输和在地面上译码,这三种钻井液脉冲传输方式井内仪器执行元件控制。
(1)坚固可靠的传感器,可在钻进动态条件下在钻头处或钻头附近测量需要的数据;
(2)将资料传送到地面的方法简单有效;
(3)可以方便地在任何钻机上安装并操作的系统,对正常钻进作业影响不大;
(4)成本合理,并能给作业者带来效益。
为开发满足这些要求的系统,人们作过多次尝试。主要问题是井下和地面之间的遥测传输系统。从1930年到1960年,人们研究了4种不同的遥测系统:
随钻测量与控制技术—概述

DRI
国外发展历程与现状
DRI
1. 发展历程回顾 /随钻测井LWD
Schlumberger、Halliburton和Baker-Hughes三大石 油服务公司掌握先进的LWD随钻测井技术,拥有完 备的LWD系列装备
他们经历了几十年的发展和积累,是主要技术和专 利的拥有者,是主要装备的生产者,是服务的主要 提供者,是市场的主要占有者
地面可调弯角
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国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /导向钻井技术
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滑动导向
旋转导向
摩阻大 低钻速 低钻压
转盘旋转钻进过 程中随钻完成导 向功能
摩阻小 钻速高 实效高 井眼清洁
20世纪90年代国际上开始了旋转导向钻井 轨迹光滑
系统的研究。
延伸能力强
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国外发展历程与现状
DRI
1. 发展历程回顾 /导向钻井技术
DRI
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国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /随钻测量MWD
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智能钻柱系统
无线电磁波随钻测量(EM-MWD)
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声波随钻测量系统
国外发展历程与现状
1. 发展历程回顾 /工程参数测量
地面仪表 间接测量
钻压 压力 流量
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MWD
参数随钻 直接测量
压力 扭矩 温度 振动 转速
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国外发展历程与现状
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2. 国外发展现状 /随钻测量MWD /Halliburton
ABI Sensor-近钻头井斜传感器
PWD-随钻压力测量系统
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国外发展历程与现状
DRI
2. 国外发展现状 /随钻测量MWD /BakerHugues
随钻测井仪器介绍

斯派里森公司MWD、斯伦贝榭SLIM-ONE、 贝克休斯公司Navi-Gator 科学钻井SDI-MWD、英国吉奥林公司Orienteer 英国吉奥林公司Orienteer 科学钻井SDI-MWD、通用公司QDT-MWD 通用公司QDT-MWD 科学钻井SDI-MWD、通用公司QDT-MWD 通用公司QDT-MWD 斯派里森公司MWD、通用公司QDT-MWD 通用公司QDT-MWD
井身轨迹控制测量
一、有线随钻测量仪器 二、无线随钻测量仪器
水利脉冲式无线随钻测量仪 电磁波无线随钻测量仪 三、陀螺随钻测量仪器
有线随钻测量仪器
有线随钻测量仪器
有线随钻测量仪器
无线随钻测量仪器
地质导向作业
地质参数随钻测量仪器
MWD / LWD
MWD – Measurement While Drilling . LWD – Logging While Drilling. FEWD – Formation Evaluation While Drilling.
二、井身轨迹控制(随钻监测)测量 地层压力、井径、超声波、核磁共振测井随钻测井仪
石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介, 钻井过程中测量施工的特点 通用公司QDT-MWD 电子多点测斜仪适用于精度要求较高的定向井、无邻井磁干扰的丛式井、大斜度井、水平井中或海洋钻井平台上与无磁钻铤配合使用, 为井下钻具组合定向或测取井身轨迹数据。 由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器。
发展历程
定向井、水平井施工特点
1、井下信息的间接性 2、施工连续性 3、施工环境的恶劣性
钻井过程中测量施工的特点
1、测量施工的连续性 2、数据获取的及时性 3、测量数据的真实性 4、测量方式多样性 5、仪器尺寸多样化 6、仪器类型多样化
随钻测量技术的研究与认识

随着钻井技术的不断发展,定向井工艺技术的出现推动了随钻测量技术的不断发展。
从上世纪50年代,随钻测量技术就已经开始使用,到上世纪70年代无线随钻测量技术研发并现场试验成功,引起了人们的关注,使其迅速发展。
伴随着水平井施工任务的不断增加,高难度井的数量也在不断增加,随钻测量技术也突破一个又一个难题发展到现在的随钻测井技术和旋转导向技术。
一、随钻测量技术的分类随钻测量技术就是指在钻进过程中通过井下测量仪器测量所需的井眼轨迹数据,然后利用各种不同的方式将数据传输至地面,地面系统接收后进行解码得到井下所测数据。
目前,随钻测量技术根据其功能可以分为随钻测井技术(LWD)、随钻测量技术(MWD)等,其中随钻测量技术主要是测量轨迹控制所需要的参数,如井斜角、方位角、工具面角等;而随钻测井技术除要提供上述参数外,还要测量所钻地层的地质参数,如自然伽马、电阻率、中子密度等。
随钻测量技术根据其采用的数据传输方式不同,可以分为有线随钻测量技术、无线随钻测量技术和其他方式。
有线随钻测量技术具有传输速率高,测量项目齐全等优势,但是其施工不方便,需要停止钻井作业才能施工,因此会耽误较多时间。
无线随钻测量技术又可以根据其传输介质分为泥浆脉冲方式、电磁波方式、声波方式;其中泥浆脉冲方式技术最为成熟,使用受限较小,所以其应用最为广泛,但是它受到泥浆性能的影响严重,比如在泡沫欠平衡钻井中就无法使用;电磁波传输方式不受钻井液性能的影响,所以适合于欠平衡钻井,但是它的传输深度受到地层电阻率的限制,所以其应用范围并不广泛,只能在某些区块应用较多;声波传输方式目前还处于研发阶段,最近也有报道该方式现场试验成功的案例,但是还没有形成商业规模;其他的无线随钻测量技术主要是指智能钻杆,其传输速率快,同时不受泥浆性能的限制,但是其生产成本高,现在只处于试验阶段,距离规模化商业应用还有一段时间。
二、随钻测量技术的研究现状近年来,国内外石油企业和高校对在不断的研发更加先进高效的随钻测量仪器,所以随钻测量技术也在不断的快速发展。
随钻测量技术

由中子源、中子探测器、密度源、密度探测器和超声探测器等构成 • 世界首创方位核子测井工具 • 方位核子测量能认识非均匀性地层,并在不规则井眼中很好应用 • 与电缆测量的密度和孔隙度的精度相同 • 可用超声进行偏离间隙测量 • 可允许大泥浆排量 • 放射源易于安装打捞
• 高频感应能在各种泥浆中工作 • 补偿井眼的影响 • 伽马射线能谱分析 • 探测两种深度:(中深RPS(?)是相位测量,深RAD(放射的)是通过
衰感测量,使用目的是对比所钻地层,对地层进行评估)
2020/6/9
李琪主讲
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Integrated Drilling Evaluation and Logging (IDEAL) —— ARC5 Array Resistivity Compensated
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6.3 LWD 随钻测井系统
6.3.1 与电缆测井的比较
•使测井在地层被破坏或被污染之前完成 • 部分信息能实时测量,可使钻井过程更有效 • 使测井更安全保险(某些井环境恶劣、下电缆困难) • 避免了仪器落入井中又无法回收等事故 • 几乎能完成所有电缆测井工作,且有相同的测量精度 • 成本高、尺寸大 • 海上钻井作业中,使用LWD的比例高达95% • 每年随钻测井服务产值已占整个测井行业产值的25%
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李琪主讲
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6.3.2 系统组成及性能
CDN——补偿中子密度 CDR——补偿双电阻率
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李琪主讲
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指向性
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李琪主讲
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李琪主讲
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6.3.3 随钻测井工具
煤矿井下随钻测量定向钻进技术

东翼胶带巷 东翼回风巷 东翼轨道巷
113槽回运风料顺道 113工作面一号联络巷 113工作面二号联络巷
实 例——陕西彬长亭南煤矿试验
113运输顺槽
2-1分支孔
1-2分支孔 1-3分支孔
113回风顺槽
2#主孔 1#主孔
1-1分支孔
1# 主孔终孔深度1046m,创造了当时我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记 录,并施工3个分支孔,1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出; 2# 主孔深度822m,施 工1个分支孔,从运顺巷道中部中靶穿出。
随钻测量定向钻进设备组成
设备组成: 1.定向钻机 2.钻杆 3.钻头 4.泥浆泵 5.螺杆钻具 6.随钻测量系统
定向钻机
定向钻机: ZDY6000LD、ZDY6000LD(A)、ZDY4000LD
定向钻机
ZDY6000LD(A)钻机为整体式布局,由主机、电机泵 组、操纵装置、履带车体、稳固装置、电磁起动器、 泥浆泵八大部分组成,各部分之间用高压胶管和螺栓 连接。
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
本煤层定向孔 煤矿井下随钻测量定向钻进技术适用于普氏硬度系数大
于等于1(f≥1)的较完整煤层,但不能在煤层断层带或煤层 陷落柱区域内钻进。 a 单孔抽放 b 主孔与分支孔联合抽放(羽状分支孔)
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
梳状定向孔 煤层硬度系数较小,煤质松软,在煤层中难以成孔,采用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
中煤科工集团西安研究院钻探所
定向钻进定义
• 石油钻井中定向钻进的定义:沿着预先设计的井 眼轴线钻达目的层的钻井方法。
• 地质勘探中定向钻进的定义:利用钻孔自然弯曲 规律或采用人工造斜工具,使钻孔按设计要求进 行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。
煤矿井下随钻测量技术

技术发展历程
应用场景:煤矿井下随钻测量技术主要用于井下钻孔的测量,包括竖井、斜井、平巷等场合,也可用于其他矿产资源的勘探和开发。
优势
高精度:可以实现对钻孔的深度、方位角、工具面等参数的高精度测量。
实时性:可以实时获取钻孔参数,及时调整钻进方向和深度。
可靠性:采用高可靠性的传感器和数据处理技术,保证了测量结果的准确性和稳定性。
安全性:可以避免因人为因素导致的测量误差,提高了煤矿开采的安全性。
应用场景与优势
02
煤矿井下随钻测量技术系统组成
采用高强度、高耐磨性的合金钢和不锈钢制造,以确保钻具的耐用性和可靠性。
钻具材料
钻具尺寸
钻具附件
根据不同的地层条件和测量需求,选择不同直径和长度的钻具。
如钻头、稳定器、扩孔器等,用于适应不同地层和扩大钻孔直径。
定向钻进技术
定向钻具
测量与控制系统
定向钻进原理
数据传输流程
随钻测量技术中的数据传输包括数据采集、数据处理和数据传输三个步骤。其中数据采集是依靠传感器收集钻孔过程中的各种参数;数据处理是对采集到的数据进行处理和分析,提取有用的信息;数据传输是将处理后的数据实时传输至地面控制中心。
数据传输协议
随钻测量技术中的数据传输协议通常采用国际通用的协议,如MODBUS协议等,以保证数据的通用性和兼容性。同时,为了提高数据传输的效率和稳定性,通常会采用压缩算法对数据进行压缩处理。
导航部分
导航定位
根据导航定位信息,控制钻具的移动轨迹,确保钻孔的准确性和稳定性。
导航控制
将导航信息以图形或数字形式显示在控制面板或计算机屏幕上,方便操作人员监控和操作。
导航显示
采用可充电电池或太阳能板等可再生能源作为电源,以确保持续供电。
MWD、LWD区别

随钻测量(MWD):英文“Measurement While Drilling”的缩写。
无线随钻测量仪器可在钻井过程中及时进行测量,即在不停钻情况下,泥浆脉冲发生器将井下探头测得的数据发送到地面,经计算机系统采集处理后,得到实时的井身参数及地层参数。
随钻测量仪可在钻井过程中测量井身的倾角、方位角、工具面角和地层自然伽玛强度,为大斜度井及水平井的钻井及时提供井身参数和地层评价资料。
该仪器是在定向井及水平井钻井作业中,为提高钻井速度和保证钻井质量必不可少的技术装备。
随钻测井(LWD):英文“Log While Drilling”的缩写/。
首先是进行电阻率测量,而后是中子、密度等。
区别在与求取的参数不同。
MWD主要是随钻测量。
测量井的方位、井斜、工具面(磁力、重力)、指导打钻。
LWD在测量井的方位、井斜、工具面之上还有测量电阻率,自然伽马、井压、孔隙度、密度等,它能够代替现在的电缆测井。
井下信号传送装置的参数变为脉冲或压力波通过钻杆内钻井液为导体传至地面,进入系统的地面部分。
地面部分由一般装在立管上的信号接收器将参数变为电讯号通过电缆传至计算机,进行滤波、解码、显示和记录。
目前通用两种信号传送系统,一种是脉冲型,另一种是连续波型。
脉冲型又分正压、负压脉冲两种。
正压脉冲系统是利用柱塞瞬时地堵塞钻井液通道,造成立管压力突然上升出现一个峰值;负压脉冲系统是利用一泄流阀瞬时打开使钻井液泄流至环形空间,造成立管压力突然下降出现负峰值。
连续波系统是利用一组带槽的定子、转子、钻井液通过时产生一定频率的低频波,信号以此波为载波传至地面。
使用脉冲型的MWD工具测量时,一般要停泵、停转盘。
1/ 2使用连续波型的MWD工具测量时可随钻进作业连续进行,不需停止钻进作业。
连续波的频率一般比正脉冲和负脉冲高普通的讲两者的区别就是LWD比MWD更全面。
一般的使用MWD就是探管+电池+脉冲+电池+伽马,一般的LWD就是探管+电池+脉冲+电池++伽马+电阻率2/ 2。
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Li Qi 随钻测量与地质导向工具是一项钻井技术的“地下革命”定向钻井技术在勘探、开发中的功用海上或陆地丛大位移定Li Qi 第2页盐丘式井工程救险井因事故复杂进行侧钻多目标勘探与开发控制断层钻探水平井进行开发地面条件限制向井侧钻分支井6.1.1 6.1.1 随钻信息实时测量随钻信息实时测量--控制控制--通讯流程图6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi第3页(下行测量信息通道)6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第4页6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第5页 6.1.4 6.1.4 随钻测量数据传输系统随钻测量数据传输系统6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第6页z 声波遥传系统(声波遥传系统(ATS ATS)载波频段在)载波频段在400400~~2000Hz6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi第7页 6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi第8页探管脉冲发生器脉冲发生器6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi第9页由钻柱来的高速泥浆推动涡轮发电机叶轮旋转从而带动驱动磁铁旋转,驱动磁铁带动从动磁铁及固定连接在其上的主轴及旋转斜盘旋转,旋转斜盘转动使柱塞泵柱塞产生往复运动,实现柱塞泵工作。
在主轴斜盘下端镶有磁铁即转子磁铁,转子磁铁旋转时在其下的定子线流体压力作用下向上运动,进而带动蘑菇头向上运动,实现脉冲信号传输。
脉冲发生器本体系统6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第10页Li Qi 第11页脉冲发生器外围件系统6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第12页6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi第13页 6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第14页高粘泥浆环境蘑菇头牢牢粘死高粘泥浆将定子12个水眼中的8个堵死。
泥浆流通受阻,冲击力变大这样6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第15页击力变大。
这样转子转速偏高,同时对脉冲外围件冲蚀严重,大大减少使用寿命。
6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第16页6.1 6.1 随钻测量信息系统概述随钻测量信息系统概述Li Qi 第17页 6.2 MWD 6.2 MWD 随钻测量系统随钻测量系统Li Qi 第18页6.2 MWD 6.2 MWD 随钻测量系统随钻测量系统Li Qi 第19页井下传感器组装工具Li Qi 第20页System for Diagnostic System for Diagnostic--While While--Drilling(DWD)Sandia National LaboratoriesMeasurement Sub:Li Qi第21页•Three-axis accelerationSystem for Diagnostic System for Diagnostic--While While--Drilling(DWD)Sandia National LaboratoriesData-transmission formatA stream of digital, bi-phase encoded frames Data linkDigital data rate = 200,000 bits per secondA commercially available data link called Wet-connect wireline is chosed Surface displayLi Qi 第22页6.3 LWD 6.3 LWD 随钻测井系统随钻测井系统Li Qi 第23页CDN——补偿中子密度CDR——补偿双电阻率6.3.2 6.3.2 系统组成及性能系统组成及性能6.3 LWD 6.3 LWD 随钻测井系统随钻测井系统Li Qi 第24页指向性6.3 LWD 6.3 LWD 随钻测井系统随钻测井系统Li Qi 第25页 6.3 LWD 6.3 LWD 随钻测井系统随钻测井系统Li Qi 第26页Li Qi第27页Integrated Drilling Evaluation and Logging (IDEAL)——ARC5 Array Resistivity CompensatedLi Qi 第28页The ARC5 Array Resistivity Compensated tool provides 2The ARC5 Array Resistivity Compensated tool provides 2--MHz borehole MHz borehole--compensated•High High--quality real quality real--time measurements available for correlation and geosteering.——ARC5 Array Resistivity CompensatedFeatures of the ARC5 tool•combine to give 10 vertically matched, borehole borehole-resistivities.•estimation and correlation.Li Qi第29页•tool to be run while drilling or while tripping.•1* MWD system•and vertical resistivities (R resistivity (R invasion profile.6.3.3 6.3.3 随钻测井工具随钻测井工具Li Qi 第30页•方位核子测量能认识非均匀性地层,并在不规则井眼中很好应用6.3.3 6.3.3 随钻测井工具随钻测井工具Li Qi 第31页方位核子测量能认识非均匀性地层并在不规则井眼中很好应用•与电缆测量的密度和孔隙度的精度相同•可用超声进行偏离间隙测量•可允许大泥浆排量•放射源易于安装打捞————AND Azimuthal Density Neutron AND Azimuthal Density NeutronLi Qi 第32页•是提供方位核子测量的第一个随钻测井工具;•AND tool measures borehole AND tool measures borehole--compensated formation density, neutron porosity,photoelectric factor (光电因子)and ultrasonic standoffs (间隙).•These are individually measured in four quadrants (象限) around the borehole around the borehole ----top, bottom, left and right bottom, left and right ----along with average measurements around the borehole.•Quadrant readings allow detection of bed boundaries and heterogeneous formations.(4)近钻头电阻率)近钻头电阻率RAB RAB((Resistivity At Bit)Li Qi第33页————RAB Resistivity RAB Resistivity--at at--the the--Bit方位电极Li Qi第34页应用:•地层评价(地层评价(Formation evaluation Formation evaluation))-盐水泥浆或高电阻率地层可精确测量电阻率-Battery power and Battery power and downhole downhole memory to log while tripping相关性(Correlation Correlation))Resistivity at the bit for instantaneous detection of casing points using the bit as the measurement electrode ————RAB Resistivity RAB Resistivity--at at--the the--BitLi Qi第35页and coring points,using points,using the bit as the measurement electrode and rate of turn to extend BHA and drill bit life——ISONIC Tool ISONIC Tool ((9090年代)年代)(5)随钻声波测井()随钻声波测井(Isonic Isonic Tool Tool))Li Qi第36页在钻头上在钻头上1212米处的钻铤内装置发射和阵列接收探头,钻进时发射探头产生米处的钻铤内装置发射和阵列接收探头,钻进时发射探头产生声脉冲,声波通过泥浆和地层传播到达声脉冲,声波通过泥浆和地层传播到达44接受探头阵列,接受探头阵列,ISONIC ISONIC 工具获得声波工具获得声波(5)随钻声波测井()随钻声波测井(Isonic Tool Isonic Tool))贝克休斯贝克休斯INTEQ INTEQ公司:声波参数随钻测量系统公司:声波参数随钻测量系统Li Qi第37页APX(Acoustic Properties APX(Acoustic Properties eXplorer eXplorer),),能以单极子、偶极子、四极子模式获取声波资料。
Sperry Sun Sperry Sun公司:公司:9.5in 9.5in双模式声波仪器(双模式声波仪器(BAT BAT),),适用于在大井眼(适用于在大井眼(1414--3/43/4~~26in )26in )中获取声波速资料,中获取声波速资料,能提供孔隙压力资料。
磁波)把数据从钻头处传到磁波)把数据从钻头处传到MWD MWD系统。
系统。
6.3.4 6.3.4 地质导向地质导向GST GST((Geosteering tool)Li Qi 第38页可以更好地指导钻井井眼穿过薄层和复杂地区,利用测井数据直接进行地质导向钻井。