地质导向技术

（二）地质导向地质导向是在拥有几何导向能力的同时，又能根据随钻测井（LWD）得出的地层岩性、地层层面、油层特点等地质特征参数，随时控制井下轨迹，使钻头沿地层最优位置钻进。

在预先并不掌握地层性质特点、层面特征的情况下，实现精确控制。

美国Anadrill公司的地质导向钻井系统已取得商业性成功，并在一些油田得到较好应用。

值得一提的是，目前导向技术大多是以几何导向为特征，而且由于控制机构在地面，还没有实现井下自动导向控制。

在实际钻井中究竟使用哪一种导向方式，应视其具体工作环境而定。

对于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特点了解较清楚的场合，使用几何导向较适宜，既能满足精度要求，又能降低成本。

而对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄的场合，使用地质导向更为合适。

根据导向工具特点及导向方式，井下自动导向钻井系统可采用如下四种组合方式：1、几何导向十滑动式井下自动导向钻井系统；2、地质导向十滑动式井下自动导向钻井系统；3、几何导向十旋转式井下自动导向钻井系统；4、地质导向十旋转式井下自动导向钻井系统。

井下自动导向钻井系统采用上述哪种方式更为合适，应从发展的观点加以论证。

目前国外的几何导向系统与地质导向系统还是分离的，尚无一家公司的样机兼备这两项功能。

今后的发展方向是把二者结合在一个系统中，实现真正的“几何--地质”导向控制。

四、地质导向技术（一）地质导向技术的概况地质导向技术是水平井钻井的一项重大发展，它标志着水平井钻井技术上升到一个更高的层次。

地质导向技术是根据钻头处的实时地质数据和储层数据作出调整井眼轨迹的决定，引导钻头前进。

其中的技术关键是要求能实时测量钻头处有关地层、井眼和钻头作业参数等方面的数据，并及时将这些数据传送至地面，便于作业人员迅速作出决策。

应用地质导向技术可以确保水平井眼准确进入和保持在目标层内（即使储层很薄），保证在产层内井眼与油水或油气界面之间保持一定距离，并可连通数个断裂储层。

应用常规导向钻井技术时，MWD工具离钻头较远（10--30m之间），所测得的井斜、方位和地层评价数据只反映了测量点处而不是钻头处的地层情况，也许钻头已经偏离了设计轨迹，也许钻头已经离开了目的层，从而降低了作业人员决策的及时性和准确性。

为了实时准确地测量钻头处的真实地层情况，便于作业人员及时、准确地作出决策，国外开展了对地质导向技术的研究。

1993年，Sch1umberger-Anadrill公司推出的综合钻井评价和测井系统--IDEAL系统，弥补了这一缺陷，实现了地质导向。

地质导向技术的优越性有以下几个方面：1、连续的井眼轨迹控制、减少了起下钻次数。

2、钻头处的井斜传感器减少了大斜度井、水平井的井斜误差，减少了井眼的曲折度，增强了井眼位移延伸能力，减少了摩阻对钻柱的磨损。

3、钻头钻速传感器能使司钻最佳使用导向马达，由此可提高机械钻速，延长马达的使用寿命，减少起下钻换钻具的时间。

4、近钻头传感器使钻头处参数测量的滞后时间接近于零，能使井眼最大限度地保持在油藏内。

5、方位伽马射线测量能在钻头处进行地层对比，这对探测标志层、确定套管下深和取心层位是非常有用的，同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部。

6、定性的电阻率测量能够实时显示油气和岩性，这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的。

7、方位电阻率可使司钻得知油水、油气和其它液相界面流体边界的方向。

正是由于地质导向技术具备以上优点，地质导向工具在老油田后期开发，提高采收率，开采那些油层薄、形状特殊的难采油区效果明显，经济效益显著。

（二）地质导向的原理和方法地质导向可以精确地控制大斜度井和水平井的动靶。

地质导向技术包括导向系统、改进的新型地层物理测量、测井数据模型、近钻头传感器和测传马达，另外还要具有三维地震方法处理的详细储层图。

地质导向设计的步骤为：1、对大斜度井的预期目标建立依据；2、评估可用的地震资料；3、计算和评估邻井的测井数据；4、评估邻井／油田的生产数据；5、选择目标段；6、设计和优化井身轨迹剖面；7、确定目的层内井眼合适位置的允许误差及风险：8、完成钻井评估／完井计划；9、开钻，将垂直井段钻至造斜点并进行初始定向钻井；10、进行地质对比和目标控制；11、需要时在最后的造斜段调整井眼轨迹剖面；12、在水平入口点处着陆（1and well）；13、监测大斜度井段的轨迹及导向能力；14、确定钻头的前探距离及预测到的异常情况的位置；15、钻水平段时，用定向钻进方式改变方向，用旋转钻进方式稳斜；16、对地质上的意外情况采取补救方法，必要时采取绕障法或做出侧钻决策；17、用关于井眼稳定性风险评价的最新资料来有效地确定总井深；18、根据达到的设计目标或已钻井段中所遇到的不可接受的风险值来确定总井深。

钻井之前首先要了解地质结构。

把地震数据、邻井的相关测井资料和其它石油物理数据结合在一起进行精心细致地分析。

地震资料能揭示出大量的地质特性，如地层倾角、断裂、横向延伸以及不连续性。

利用对结构模型与地下特性有关的不确定性进行定性和定量分析。

通过以上研究分析可得到7.6-15.2m的结构分辨率。

因为通常水平井的靶区在量级上较小，所以需要较高的分辨率进行修正。

这是通过把石油物理及取心资料同地震资料结合在一起来完成的。

现在能分辨出小尺度地层特征，如层状、页岩柱以及砂质变化，提高了倾角计算精度，减小了这些小尺度地层特征的空间分布的不确定性。

正是这些小尺度地层特性会引起意想不到的地质情况，其结果会错过一些层段。

在垂直井中，0.6m的页岩柱是不显眼的，但当钻一口216mm（8 1/2”）水平井眼时，它会显得无限大。

了解这些小尺度特征的三维分布，大大减少了钻井时碰到意外地质情况的机会，这使钻遇产层的机会有所增加。

根据掌握的资料可绘出详细的油藏图，它可以确定流体的接触情况、压力分布以及油藏参数的空间变化，能够用于敏感性研究，以确定井眼位置对产能的影响。

把以上资料、限制条件以及轨迹设计中有关的不确定因素结合起来设计定向井轨迹，对不同的方案进行成本／利益分析，可得到一个优化的目标和井身设计。

钻水平井眼时，有多种实时测量方法能用于地层评价。

在墨西哥湾，伽马射线、密度及中子测量在储层内一般变化很小。

在这些环境中电阻率的测量是第一位的。

在白垩系储层，用伽马射线的测量数据来显示裂缝。

在碳酸盐储层，电阻率值一般很高，伽马射线的响应没有规律，而且由于孔隙率低，密度测量精度偏低，最好选用中子测量。

测量方法的选择也受到其它因素的制约，像井眼状况、钻机在用时间、井底钻具组合设计限制以及排量要求等。

对一种测量方法的评价必须依据它在地质导向中的有用程度。

石油物理数据在地质导向中的主要用途是确定地质结构，地层评价是第二位的。

项目的成功取决于在目的层中实时确定井身，轨迹的位置。

近钻头测量及方位传感器对地质导向十分关键。

当进行地质导向时，可获得优质的测井数据，而在水平井中，不论是电缆测井还是钻杆测井都是昂贵的。

因此，地层评价需求必须适当和正确，过分强调测量方面的实时地层评价就会限制地质导向的能力。

任何地层评价都必须与相关的地质结构解释联系起来。

石油物理特性的变化可区别岩性及流体的界面。

为了细化项目最初建立的地质结构，对这些信息必须进行解释。

各种测井方法都在一定程度上受到各向异性的影响，即传感器从不同方向对一个单元体进行测量时，将显示不同结果。

在水平井中的测井特性响应明显不同于垂直井。

大多数的测井仪器是为垂直井而设计的，它们测量的是垂直于井眼和平行于层面的地层特性。

在水平井中这些测量垂直于地层界面，大多数的传感器受这些差别的影响不大。

然而，电阻率测量明显受各向异性的影响。

感应式和电式测量是阻抗式测量的两种主要形式这两种传感器各向异性的影响。

电阻率和各向异性与层间的粒度变化有关，但这些异常通常很小，以致多数电阻率测量仪器都测量不到。

在水平面（Rh）中电阻测量结果小于垂直平面（Rv）中电阻率测量结果，Rv／M 可高达50。

当这一比率大子10时，各向异性对油井数据的影响是显著的。

除了各向异性的影响之外，在大斜度井中感应测量还受到地层界面处的“尖角”影响。

这些尖角对边界提供了很大的区别显示。

在有尖角的情况下，不能做出定量的电阻率数据分析。

当地层厚度大于1.5m时，一个界面可由于存在尖角而且尖角对感应电阻率测量有影响而被识别出来。

地层厚度小于1.5m时。

电阻率就小于相邻地层，单独使用传播式电阻率测量就不能进行识别。

在层状和薄地层的情况下，电式电阻率测量能给出非常好的地层界面显示。

感应式电阻率装置是测量垂直于仪器方向的电阻率。

仪器是随勘测不同深度而设计的，这样便可检测到距仪器较远且垂直于井眼的界面。

仪器的响应模型可用来估算到界面的距离，这一距离称为地质导向系统的前探距离。

界面检测是建立在电阻率变化的基础上的，一般2％的电阻率变化被认为是指示一个地层界面。

对实际测井，粒度及渗透性方面的差异使电阻率数据的变化减少为10％一20％的量级。

如果看不到电阻率的显著变化，就不可能精确检测界面。

仅当仪器位于界面0.3m之内或穿过该界面时，这种变化才是可能的。

两种不同类型传感器结合检测地层界面比任何一单独测量方法都有效。

把邻井数据的预测响应进行模型化处理，可以减小电阻率数据因各向异性影响所造成的混乱。

测井数据是一维的，通常呈线性关系，因而无法获得地层的三维特性。

如果没有邻井数据，遇到层状页岩之类的情况将导致不正确的关系或不正确的地质结构解释。

模型化可把所测到的数据同已经模型化的仪器响应特性联系起来加以比较，从而确定地质结构，显示边界的存在。

模型还能提供关于各向异性量级的信息，但不能提供足够的信息对边界的方向做出明确的判断。

所有的标准测井数据都受到这一方法的限制。

地质导向设计的关键是识别界面，以及用这些信息来确定方位的测试方法是否适用。

一旦地层的位置和方向被确定，就能进行定量分析（包括地层评价）。

还需要一些新的术语来对大斜度井所钻穿的地层进行标定：真垂深（TVT）定义为在垂直方向上的一个测量段的厚度，它与在垂直井看到的地层厚度相类似；真实地层厚度（TST）定义为垂直于地层面的测量厚度。

在钻过倾斜地层的斜井和水平井的地质结构图上，只有用TVT或TST才能获得精确的相互关系。

大斜度井电阻率的测量受各向异性影响并且读值比直井大得多。

为了与邻井成功地联系起来，测得的电阻率值必须转换成相当于直井的电阻率值。

这是用上述两个电阻率计算来完成的。

Rh是在水平所测得的电阻率值，这与电缆测井或标准测井的情况类似，该仪器是垂直或接近垂直的。

Rv是在垂直平面的电阻率值，这种情况发生在水平井测井。

在水平段中，从多次感应电阻率计算得到的Rh，实际上与垂直井的电阻率相类似。

在地质导向中遇到的风险或不确定因素主要表现在以下四个方面：1、结构；2、地层；3、数据解释；4、钻井和控制。