第八章 随钻测井地层评价技术.doc

1、随钻测井地层评价技术 与常规测井资料相比，随钻资料更为客观真实地反映了地层的实际地质特征。当一些井不能用电缆测井，或者在某些特殊地层条件下操作困难，花费钻井时间过多，就可以用随钻测井代替电缆测井。近年来，随着大斜度定向井和水平井技术的发展，随钻测井地层评价（FEMWD）技术无论是在理论上，还是在仪器设备方面都日趋完善，所取得的各种资料在复杂储集层地区的地层评价、岩性对比、油藏描述以及钻井设计和实施过程中的应用更为广泛，所带来的经济效益比较明显。随钻测井技术发展初期，主要是提供钻井力学参数，监控钻井过程，当时只能提供自然伽马和电极电价率等几个参数，不能解决水平井或高角度斜井在非均质地层中的测井问

2、题。目前的随钻测井技术主要包括电阻率测量、声波测量、放射性测量以及井径测量等。 FEMWD资料目前主要用于加密的、高斜度或非常规井的设计、评价工作，包括地质导向，建立计算机模型，划分气、轻油、重油和水的分界面，获取储集层岩石物性参数，以及为电缆测井优选井段、提高经济效益等。 尽管随钻测井地层评价技术起步较晚，但其发展前景是广阔的，尤其是在各油田勘探开发日趋成熟的今天，它的应用已经带来了一定的经济效益，并且随着随钻测井地层评价技术的逐步完善，必将产生更大的经济效益。随钻测井地层评价技术是一项高度集成化的技术，与油藏地质、钻井工艺、测井解释技术和信息工程等密切相关。该技术的开发，需要涉及到几何方位

3、探测、地质环境条件、力学参数、岩石物性以及流体力学参数的测量。所以，各种仪器的研制，必须考虑到资料的采集、信息的发送与传输及处理和解释软硬件的开发，另外，钻速与泥浆泵速也不能忽视。总之，FEMWD技术的发展需要多学科综合研究。第一节 随钻测井技术发展史图1 随钻电阻率实时与时间推移测井曲线对比图1997年在中国石油天然气集团公司（CNPC）的大力支持下，中油北京地质录井技术公司从美国哈里伯顿公司引进了国内首套随钻测井（Logging While Drilling）装备，并组建了自己的作业队伍和研究力量。几年来，先后在国内各大油田的7口探井中提供了随钻测井服务，取得了很好的测井效果和经济效益，为

4、油田的勘探开发提供了一项全新的测井方式。 随钻测井新技术体现出一种新的钻井服务思路，就是以最低的成本生产出油和气为宗旨，为更准确地进行地层评价而引入了复杂的定向井工艺。也为扩充井和水平井生产，提供了一种合作式的优化井的思路，以便最大限度地增加储层油气产量。随钻测井技术把随钻测井工程师与现场的钻井工程师和地质专家结合起来，提供高水平的储层区评估开采服务，这将使设计井位和勘探开发的目的性体现得更加准确。 常规随钻测井服务系统包括定向井，随钻测井和其它相关服务。其中定向井服务包含井下实时井斜角、方位角和工具面角等的测量；随钻测井包括随钻电阻率测井、自然伽马测井、放射性测井、光电因子（Pe）测井、井径

5、测井及声波测井；其他服务如随钻温度测量、随钻震动测量、随钻钻头钻压测量、随钻地层压力测量和随钻可变径扶正器等，以其高精度的测量和可靠的服务具备了取代电缆测井的能力。 概括地讲，随钻测井技术的应用主要包括：定向测斜导向，提供精确的轨迹测量，达到对井身的实时控制；地层评价，在地层未受到污染的情况下提供实时和时间推移的地层物性测量和油气藏分析（如图1所示），显著增强了地层评价能力；地质导向功能，则强化了前导模拟技术在现场的应用，使钻头长上“眼睛”，提高了钻井成功率，对油田的整体开发有着积极意义；提高钻井效率，降低钻井风险；提高钻井安全，避免钻井事故发生，提升井的经济价值；方便的钻井信息集成，达到钻井

6、、地质、测井信息的实时汇总和系统分析，捆绑式的服务提高了信息的利用率和效率。 几十年来，随钻测井技术的发展并不是一帆风顺的，它与工业技术的发展息息相关，也同人们的认识和应用水平有着直接关系。正是在20世纪8090年代，随钻测井技术才得到了迅猛的发展与推广，各种“随钻”技术似乎将已经成为石油勘探开发新技术的一种代名词。 一、随钻测井技术的发展史1 早期随钻测井系统的发展与技术特征 自从1927年Schlumberger兄弟第一次成功地在法国实施了电缆测井开始，人们就有了将其用于“随钻”中的想法。也正是这种积极的开拓和不断的实践，推进了随钻测井技术的发展。早在1929年，Jakosky先生就申请了

7、泥浆脉冲发生器概念的专利技术。在其后的30年代和40年代，工程师们试图将电缆测井的导电电极捆绑在钻杆上进行尝试性的测量，Stanolind油气公司也尝试采用将电缆测井的电缆穿在钻杆内进行“随钻”测井。在50年代初期，随着泥浆录井和电缆测井成为地层评价的主流概念，以及当时钻井器具机械性能的限制，随钻技术尤其是早期的遥测遥传技术被放弃而停止发展。实际上在这个时期，由于第二次世界大战的影响，也极大地影响了人们对石油新技术的开发与探讨。 在50年代后期，Arp先生发明了正脉冲的泥浆遥传系统，并由 Arps公司和 Lane Walls共同进行了开发和发展，这套系统在60年代初期曾进行了几次成功的自然伽马

8、测井和电阻率测井。这是有关随钻测井文集中可以查阅到的随钻测井技术成功实施的首次记载。在60年代后期，Redwine和Osbome开发出一套“随钻单电极电阻率测井”仪器，遥测仪器也应运而生并开发出正泥浆脉冲的机械式倾角计，来测量井斜角和方位角，这套系统甚至在今天的北海油田仍偶有使用。Mobil油公司的G0dbey公司也开发出简单的正弦波的泥浆传输系统。而更具有划时代意义的是由于ELF石油公司积极推广使用正脉冲泥浆遥传系统，直接促成了Teleco公司的创立，也正是Teleco发展了随钻测量的工业化基准的服务标准和系统可靠性与性能标准。从此，随钻的概念正式以一项成功技术全面浮出水面。然而，也是在这个

9、时期，由于随钻系统在设计上的缺陷和缺乏经济利益的驱使，降低了人们对随钻技术的兴趣和技术研究，这种情况一直持续到70年代初。 在70年代，随钻技术由于人们的再认识而得到了充分关注和发展。此时的OPEC企业联合体就对随钻测量（Measure While Drilling）系统产生了浓厚兴趣，ELF公司也大加推广使用。1971年，正弦波泥浆遥传系统第一次由 Mobil RD公司实验成功；19701973年，B J Hughes公司推出有商业价值的Teledrift井下仪器；1972年ELF与Raymond工程公司合资组建了TELECO公司，并在1978年开发出第一套商业化的MWD系统TELECO定向

10、MWD系统。1979年 Gearhart Owen公司推出NPT定向自然伽马井下仪器。 在随钻测井仪器发展的早期（20世纪3070年代），由于处于概念性的摸索阶段而费时较多，仪器档次与质量也难有保障，数据传输速度缓慢，当时典型的随钻测量仪器技术指标为：测斜时间4 min5 min，工具面角更新一次需要2 min，仪器钻铤尺寸为 7 3/4 in9 1/2 in（l in25.4 mm），体现仪器正常工作指标的MTBF指标则仅为50h。 2现代随钻测井系统的发展与技术特征 （l）80年代阶段 80年代是随钻测量（MWD）技术发展的革命性年代，之所以称为革命是因为众多的公司相继成立与推出了自己的主

11、导MWD产品，仪器的设计工艺与质量得到了有效保障。同时，随着油田对仪器功能需求的不断提高，随钻测井（LWD）技术开始崭露头角，相继投人试验和商业化的应用。 1980年Schlumberger下属子公司Anadrill公司取得Gearhart公司授权在其NPT多传感器MWD系统的基础上推出MST多传感器MWD系统。1981年Gentrix(即EASTMAN)PPT型MWD系统；EXLOG推出带内存记录的NPT型多传感器MWD系统。1983年 Teleco首先推出2 MHz RGD型电阻率测量与定向参数测量于一体的仪器。1984年NL Baroid开发 出RLL（岩性记录测井仪），是一种电磁传播电

12、阻率和自然伽马仪器；EXLOG首次引入井下震动测量概念的仪器DHVM；同时在这重要的一年里，Teleco、EXLOG、Anadrill、Gearhart公司都相继推出了RGD类型的商业服务。 1985年Teleco与Anadrill同时给业界引入了随钻钻头机械性能测量的概念和仪器；EXLOG公司则进一步推出了可回收式定向探管仪器DMWD。1986年NL Baroid首次引入了随钻中子孔隙度测井仪器；而Gearhart公司首次推出侧向与钻头电阻率测井仪器。1987年EXLOG公司推出聚焦电流电阻率仪器。1988年Gerhart公司推出聚焦自然伽马仪器。1989年ENSCO进入了MWD服务市场，他

13、给随钻仪器家族带来了小尺寸的仪器种类；同年，NL Sperry首次开发出第一套三组合井下仪器，这是随钻测井技术新的里程碑！三组合仪器意味着随钻测井技术可以对地层的物性和孔隙度、渗透率、饱和度特性进行全面的评估。Schlumberger Anadrill公司也当仁不让的推出了自己的三组合仪器和相应的配套软件MELSPIN；此时，随钻电阻率仪器也进行了新的理论更新，其结果是更符合随钻测量的特点，这就是Teleco公司开发的双极电磁波传播电阻率仪器。 （2）90年代阶段 随钻测井技术在90年代经历了快速的发展。同时，作为仪器开发商的服务公司也进行了一系列大的购并与重组，使得各公司的研发实力和服务能力

14、得以显著的加强，基本形成了“三雄争霸”的局面，他们是 Schlumberger、Halliburton和 Baker Hughes公司。比如 Halliburton公司于 1993年 1月购入 Smith International随钻测井技术，形成 DIS型，BGD型，至1995年的Pathfinder型随钻测井仪器，其后在1998年又成功购入Sperry Sun的LWD技术，以期形成在随钻测井行业上的龙头，但因美国反垄断法的制约而被迫出售了看家的 Pathfinder LWD技术。 随钻测井技术在90年代的发展进程如下： 1991年NL Sperry公司首次研究出EPR Phase 4型多

15、探测深度的电阻率随钻测井仪器；Western Atlas引入了IMHz的RGD型电阻率仪器概念；Anadrill公司购买了加拿大Positec 的专利技术推出 Slim 1型可回收式随钻测井仪器。1992年Anadrill公司首次推出IDEAL（综合钻井评价和测井软件包）并引入了近钻头电阻率仪器 RAB和声波井径仪器；NL Sperry则首次推出近钻头倾角仪；Baker Hughes收购了Teleco公司并兼并了Eastman Christensen公司成立了当时全球的最强的MWD和钻井服务公司EASTMAN TELECO公司；Baker Hughes公司推出小井眼的NaviTrak定向自然伽

16、马井下仪器。1993年Smith International公司将其“Performance Drilling System Services”系统买给 Halliburton Geodata公司；Baker Hughes INTEQ公司成立，它由以下公司重组兼并而成：EASTMAN，TELECO，DEVELCO，MILPARK，DRILLINGFLUIDS,EXLOG 和 BAKER SAND CONTROL。1994年 Bakr Hughes INTEQ首次推出第一套NaviTrak短曲率MWD系统和NaviGator储层导向系统。1995年是随钻测井仪器小井眼电阻率仪器丰收的一年：Spe

17、rry Sun的 Slim Phase4内存型 43/4in仪器；Anadrill研制出ARC5仪器；Baker Hughes INTEQ推出 NaviMPR,IDS仪器；Halliburton公司研究出原型仪器。 90年代后期，Anadrill公司随钻测井仪器以CDNCDR，Geostreeing地质导向仪器和ISONIC随钻声波仪器以及 Powerpulse MWD仪器系列为主导产品；Halliburton公司以HDSIM，CWRGM，CLSS，DNSC为其主要服务产品；Baker Hughs INTEQ以 Navi系列仪器为主要服务产品。在这几年里，以上“三大家族”努力推陈出新，开发新品

18、，目标向着随钻核磁共振，随钻地震，随钻声波成像，随钻电阻率成像仪器发展，并取得了一定的成绩。Anadrill公司已经将随钻成像仪器投入了商业使用，同时，在2000年新推出ARC6，ARC8等来取代现有的系列仪器。 在这个阶段，随钻测井仪器的主要技术特征为仪器种类更多，体积更小，数据传输更快，信息量更大，可靠性更高，地面解释软件功能更强等六个显著的特点。测斜时间90s130s；工具面更新时间9s18s；钻铤直径31/8in912in；井下仪器平均无故障时间（MTBF）为纯定向时 300 h以上和随钻测井时200h以上。 二、未来发展的展望 生产实践证明，随钻测井技术作为一项日新月异地快速发展的技

19、术，正得到越来越多的石油公司的认可和使用。根据1998年统计资料表明，在全球测井服务30亿美元的市场中，随钻测井服务已经占到8亿美元。由此可见，该技术将会发展成为未来石油勘探开发服务领域的重点高新技术，同时也是迈向自动化，智能化钻井的重要技术中间环节。因此，国外石油仪器制造厂商都在开足马力，加大随钻领域的投入和并购步伐，向着更大更强的方向发展。在我们国内，随钻测井技术的重要性及其潜在的经济价值，其实也早就为测井界所瞩目。早在1965年玉门测井公司的梦龙，尚海筹和王和元等人就已从事了一些基础性的研究，并对随钻测斜仪进行了尝试，其他油田也做过类似的工作，但终因当时技术条件的限制未能奏效。时至今日，

20、我们国内无线随钻测井技术的全面研究开发尚处于初级阶段，研究随钻技术领域的厂商和研究所屈指可数。可以列举的如西安石油勘探仪器总厂拥有Halliburton公司BGD型MWD的全套生产线，并成功地推出了自己的产品。大港定向井公司研制的MWD仪器处于井下运转寿命试验，并已成功进行了几口井的作业。但我们有理由相信随着国内勘探开发力度的加大，对新技术的应用需求将得到有效增长，随钻测井技术也必将在国内迅速推广，随钻测井仪器的研制与大规模开发也必然会摆在国内有识商家的办公桌上。第二节 随钻地震技术一、简介随钻地震(seismic while drilling,简称SWD)技术是地震勘探技术与石油钻井技术相结

21、合的产物,是国外近年来发展起来一种逆垂直地震测井(VSP)的井中地震方法。它以井底的钻头振动能量为震源,只需在钻杆顶部安装传感器和在井场附近的地表埋置阵列检波器就可以进行应用。在测量过程中,不单独占用钻井台时,数据的采集与钻进同时进行,并实时传送测量数据,且不用担心引起井下工程事故。该技术在探井钻井中可以预测异常地层压力,为及时发现油气层提供重要的地质资料;能为定向井、水平井井眼轨迹控制提供地质导向依据;还能取得碳酸盐岩等裂缝型油藏地层信息,可在油气层保护等方面起到积极作用。意大利AGIP公司较早开始了该项技术的研究,并在深井钻井中进行了井下工业性试验并取得成功。随后,世界一些石油大国相继对该

22、项技术进行了研究。近年来,随钻地震技术逐渐发展完善并在钻井工程应用中取得了巨大的经济效益。目前我国一些科研机构及石油高校已开始对随钻地震进行了试验研究。同时,国外的石油公司已为我国海上等高风险井提供了随钻地震技术服务,并收到了良好的效果。二、工作原理随钻地震系统一般由三部分组成(见图1):牙轮钻头作为震源;井口钻杆上方放置加速度计,用于接收钻头振动引起的沿钻杆传播的轴向波;在地面布置阵列检波器,用于接收地层的反射波和直接传播的直达波。钻井过程中,牙轮钻头的周期振动产生巨大的声波能量,并由三种不同的路线向周围的地层传播:(1)直接波,即沿着最短的路径传至地面的钻头声波;(2)反射波,钻头产生的声

23、波向地层下部传播,经下部地层的界面反射再向上传播至地面;(3)钻杆波,由钻杆通道直接传至地面。图1 随钻地震系统的组成直接波与反射波由地面(或海底)布置的地震检波器接收,钻杆波由在井口钻杆上方安装的导杆传感器接收。将钻杆波信号与地面(海底)接收的直接波与反射波信号进行互相关技术处理,就可得到可利用的地层地震波信息。井口数据采集系统是一个多组分地震加速度检波器,它牢固地安装在转轴上,用于探测振动。阵列检波器在陆地上是专用的,但在海上是在海底布置水下检波器,使用万向架固定式检波器阵列组合。海上安装一般采用12.5m间隔的12个站点。地面检波器阵列接收了来自钻机的大音量面波(如噪声等)和来自钻头的、

24、直接和反射的地震波信号,地面处理系统过滤掉一些无用的信号,并分辨出通过钻柱传播来的地层地震波。接收地面地震波的仪器组成:前端处理器、二次处理器、数据输出设备及操作箱(用于将系统牢固安放在钻机上)。前端处理器通过数字遥测接收来自所有传感器的信号,将互相关的结果叠加起来产生中间叠加,同时排除不钻进时(如钻柱连接时)传感器取得的所有数据。二次处理器完成最终叠加,计算旅行时间和层速度,输出设备可随时输出处理结果,提供给现场工程技术人员。三、原始数据处理随钻地震系统井场原始资料的数据处理通常包括以下步骤:自动选取只有钻进时采集的资料,剔除非钻进时(泥浆循环和换钻杆等作业)采集的资料;钻进时对记录一定时间

25、间隔的原始数据进行中途叠加,每钻进一定井深间隔,进行一次中途叠加,当钻进一定井深后,进行一次最终叠加并保留叠加结果;对加速度计记录的数据进行自相关分析,产生钻杆反射系数序列,沿钻杆传播的轴向波能反映出钻杆接头的位置;用钻杆图提取滤波因子,消除钻杆多次波;对互相关的资料经进一步处理后,消除随机噪音和钻井井场噪音等,得到叠加后资料的全波场;以及计算初至时间、静校正、幅度补偿、带通滤波、波场分离、反格积、走廊叠加等。经过数据处理后,可提供的井场数据文件有:班报列表文件、时深关系文件、层速度文件、单程时全波场图、双程时反射波场图、钻前危险深度点预测图、走廊叠加道嵌入过井地震剖面等。四、评价利用钻进中钻

26、头产生的振动作震源,在早期处理技术中存在的钻柱变换和处理不充分,使得在过滤钻机和钻柱产生的伪噪声后取得的实用信噪比不能满足要求。近年,由于噪声分辨率的提高,从而实现了实时应用动态滤波器组,利用钻头作震源的最大优点是不再需要井下仪器,同时不妨碍正常钻进。目前随钻地震技术仍存在着一定的局限性,主要表现在钻头类型、钻头信号变化和井斜等钻井客观因素对该项技术的影响。采用牙轮钻头取得的信号最强,而PDC等类型的钻头由于不能给钻柱传递足够的轴向振动,因此信号较差。钻头信号的变化是受钻井参数、岩性和钻头条件的影响,各种条件不同,震源信号的特征也就不同,这方面与VSP信号的处理有较大的不同。另外,井斜也对该项

27、技术有着一定的影响。据有关资料报道,国外在井斜角为65°的井中应用随钻地震技术也取得了成功。但通常认为,当井斜角过大时在钻杆与井壁接触的地方会出现大量信号损失,使用井下动力钻具同样也会遇到这类问题。随钻地震技术是一项可降低钻井风险、提高钻井效率的先进技术,由于其特有的优点,越来越受到国内外石油工程界的普遍重视。国外某石油公司曾为我国海上某井提供随钻地震技术,成功地预测出了超高压异常地层压力的过渡带,为该井的后续施工提供了重要依据,并成功钻达目的层,这也是该地区唯一一口钻达目的层的油气井。可以预见,随钻地震技术将会在未来的石油钻井中发挥越来越大的作用。第三节 地质导向技术 常规定向钻井

28、大都依据邻井资料和地质设计预先确定好的路径，根据钻头方向的井斜数据，进行几何导向。这种技术在目的层很厚、地质结构简单时应用效果很好，但在目的层较薄、地质结构复杂或对地下情况不很清楚时，则导向效率就较低。而钻大角度井或水平井时，在薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中，一般将井身与界面（如油层顶部、油水界面等）保持一定距离，这就使几何导向面临着挑战。 80年代初开发的伽马和电阻率测量工具由于离钻头较远而只能用于数据回放参考，并且多用于地层对比。后来在几何导向基础上测量的地层评价参数有所增加，但传感器一般离钻头 1030 m。这样只能在一定钻井进尺后才能识别出地层的变化，而不能保证井眼一直维持在目的层中

29、，进入90年代以来，地质导向技术有了突飞猛进的发展，随钻测量传感器已下移至钻头处，该技术在几何导向的基础上注重于使井眼最大限度地暴露油层，使现场人员能实时得到有关的地下信息，明确复杂油层的位置，钻更复杂的井。地质导向技术具有优化井身轨迹、避免底水锥进、以及在薄层中保证钻井和控制高压层的功用。其应用已经扩展到非裂缝或裂缝渗透油藏的近海水平井完井，已在美国 Guif coast地区、北海、西非、阿拉斯加和中东等地成功地进行了应用。 近年来我们在总公司有关部门的大力支持下，投入很大资金，在国内首次引进了Halliburton最先进的 Pathfinder LWD和 Schlumberger的 Sli

30、ml地质导向工具。这次重大的技术引进对于我国测井、录井行业技术进步及老油田的勘探开发水平再上新台阶具有重要意义。 一、地质导向技术介绍地质导向技术就是根据地质导向工具提供的实时井下地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼保持在产层中。它由在钻头处进行测量的地质导向工具和功能完备的井场信息系统两大部分组成。当地质情况复杂或在薄产层中进行钻井导向时，测量点（即传感器）与钻头之间的距离和前导模拟软件的质量很关键。地质导向钻井要时刻注意钻头位置、当前井身轨迹、未来井身轨迹及必要的井身轨迹校正。但仅仅依靠钻头处或近钻头处的电阻率、井斜及自然伽码传感器有时

31、会有明显的不足，这就需要前导模拟这种功能强大的软件来帮助地质导向。前导模拟软件是钻水平井处理复杂情况时地质导向成功的关键。（一）地质导向工具 地质导向工具提供实时的高质量地层测量与评价，使现场人员能以最快的速度实时决策，以最大限度臧少井深校正，提高钻井效率。工具内包括有三轴加速器、传感器、电阻率工具及所有对应传感器电路部件。加速器能进行井斜和工具面角的测量，它位于钻铤的外壳离钻头很近（0.3m或更近）,能很快提供BHA（井底钻具组合）的方位、斜度信息，以便于地面对井眼轨道进行连续控制，射线传感器由NaI晶体和光电倍增管组成；它隐蔽于工具一侧或对应180°分布于钻铤内壁提供不同方位的射

32、线测量，离钻头约0.3m。伽马检测可为标志层、套管下入深度及钻井取心提供理想的对比，判断钻头是否穿出地层的顶界或底界。 电磁波电阻率测量有400 kHz和2 MHz两种类型。这种传感器离钻头约0.3m，它们和电子通讯装置都装在泥浆马达钻铤内壁。2MHz连续电磁波传播（CWP）电阻率工具探测深度很深、性能稳定。一般情况下可用于预测工具响应和大角度井、水平井的地质特征对比。由于大多数CWP系统都有多个发射器-接收器源距，每一电阻率测量在井眼离电阻率界面一定距离处的相应均不同，因而能建立一电祖率剖面来监控钻头，使其与界面（油-气、油-水界面）间的垂直距离保持在某一期望值内。近钻头方位电阻率是由一个或

33、多个纽扣电极测量的，它能从多个方向来指明相对于井身上下、左、右岩性边界或孔隙流体边界的为止，告知现场人员油-水、右-气和其它液相界面液体边界的方向。转动式钻井能在给定时间范围内提供一平均电阻率值和最高纽扣读数与最低纽扣读数之比值。比值能帮助判断地层均质性及钻头是否穿过薄层或穿过孔隙流体边界。在转动式钻井中环状电极比纽扣电极测量的面积大且精度更高，环状电阻率测量可探测小于5cm的薄层。方位电阻率及环状电阻率测量均不适用油基泥浆。 伽马射线和电阻率测量综合用于鉴别岩性、地层含油气和钻后侵入记录监控等。这些传感器装在导向马达或可调弯接头与钻头之间的钻铤内。所有传感器均设计成模块式，这样当任一探测部位

34、瘫痪时均可更换。导向马达能让司钻控制钻头一直沿几何或地质路径穿过产层。 实时数据的传输由无线遥测系统或位于泥浆马达上部至MWD（随钻测量）脉冲发射器之间的单根通讯电缆实现。测量数据有无限遥测装置发送至离钻头较远的MWD工具后用泥浆脉冲遥测装置以一定速度实时发送到地面。在地面，数据的记录、显示、监控、解释和地下工具的控制均由井场信息系统完成。地质导向工具由于在钻头处具备传感器，因而检测的滞后时间接近于零，这样就消除了数据推延，易于使井眼保持在油层中。例如，北海Tern油田的钻井目标是使水平段完全能打在Brent砂层组的上部，避开油水界面。应用常规LWD（随钻测井）电阻率测量探测Brent砂层组上

35、部时，由于测量点距离钻头 15 m，因此当井场人员识别出Brent砂层组时，钻头已钻过产层进入水层。而使用地质导向工具在进入目的层的同时就能立即识别出Brent砂层组，不需回填就直接钻水平段，图1 所示为地质导向工具测量点在钻头处，而不是距钻头 15 m，因而使井从一开始便能在靶区及目的层内钻进。图1地质导向工具与常规LWD工具实时钻井功能比较图LDN-密度和中子工具（补偿密度中子）；CDR-电阻率工具；Power Pulse- MWD泥浆脉冲遥测工具； RWOB-接收者/钻压/扭矩工具；Geosteering Tool 地质导向工具；Power Pak PDM-地面可调，可导向容积式马达 目

36、前各家地质导向工具的差距主要在于传感器的稳定性、精确度和整体工具的制造材料及工艺是否能适应长时间的井下恶劣工作环境。 （二）井场信息系统 工具的应用与井场信息系统的软件解释包使用是连为一体的。目前的井场信息管理系统都是运行在高档微机上，以 Unix或 Windows NT操作系统为系统软件，充分利用系统软件的良好图形用户接口（GUI）和网络能力，采用面向对象方法等新技术设计的专家系统。井场信息系统是司钻掌握钻头情况的一个窗口，是为水平井和大角度钻井的实时管理而设计的。它不但具备常规MWD软件所具有的钻头工具面角上、下、左、右的计算机显示和解码等所有功能，更重要的是还能显示工具面所对应的电阻率和

37、射线测量等与岩性或孔隙流体有关的信息，显示对地质构造模型的检查和修正、显示井身轨迹的变化。井场信息管理系统最先进的是它的交互性。用户可根据情况改制采集格式和屏幕参数、更换比例尺、进行深度-时间的显示转换和制作标记。数据处理与综合等任务是系统自动进行的。该系统的两个重要显示面板为地质导向屏幕和记录屏幕。记录屏幕的参数直接来源于井下传感器。当井下情况相对简单时，定向井司钻就用它进行导向。它记录有纽扣电阻率、重力工具面角和射线测量。射线响应画在工作记录极坐标图上，当穿过一砂泥岩边界时可从其上方和下方区别。井身环空不同方向的记录读值能判断钻头是否钻穿产层的顶或底，是否穿过地层流体或岩性边界。 地质导向

38、屏幕是前导模拟软件的人机界面。前导模拟是预测电阻率及其它工具响应的软件系统，是井场信息系统的核心部分。它利用现场专家们的已有的知识和经验，根据输入的信息（如：邻井地质资料、测井资料、LWD测量资料等），在钻前结合钻井计划，通过常规（垂直）测井响应与大斜度井段（包括水平井）测井响应的综合对比建立地质模型。利用地质模型结合精确的井身轨迹就能获得一条有用的模拟曲线，它能自动模拟垂直段、水平段或任意角度的相应井身轨迹及真实垂直深度时的工具响应。井场人员比较模拟曲线与实时曲线就可看出钻头是否沿正确的轨迹钻进，并及时进行轨迹校正来获得最佳靶点。它完美地统一了实时测量与实时解释，提高了现场决策质量，对提高导

39、向的准确性和及时性具有重要意义。当井身斜度大于45°时，预测工具响应的能力是地质导向服务成功的关键。前导模拟要求工具响应有固定特点，2 MHz CWP具是常用工具。它能得出不同岩性与相对应地层倾角的测井响应，分辨出预测与真实记录间的差别。在水平井中，电阻率界面的工具响应能提示司钻使钻头不穿出边界。 二、不同钻井阶段中的应用 地质导向技术已渗透到水平井服务的所有阶段。地质导向技术综合所有从传感器得到的信息并能以一种有用的方式为工具导向进行指导，即先根据钻井设计所定的岩石物理和地质构造环境对井进行模拟，确定一垂直的参考地层电阻率（Rt）曲线。这关系到该井造斜段和稳斜段的工作质量。钻前设计

40、时对该井可否导向和失败危险进行评价也很重要。 在钻前设计时，电阻率模型的导出非常重要，然而钻前预测的地层电阻率很难达到理想情况。电阻率模型通常根据离该井有一定距离的相似井的电阻率测量资料，并应用空间分辨率为 1017 m的地球物理控制进行模拟，亦可用邻井或导眼的电缆测井资料或CWP随钻测井资料进行模拟。在造斜段作设计时的目标是能按预定位置进入预定的地质层位。利用前导模拟技术对预测的记录响应进行设计，可在造斜期间观测到突出的地质“标志”，从而使工具能进行相应的地质定位。仔细观察测量曲线并与预测记录响应进行对比，就可初步看出井身轨迹是否偏离轨道和地层条件是否发生了变化。在稳斜段设计时，目标就是使井

41、眼能在预定地层中保持住稳定的相对位置。由于多源距 CWP工具的视电阻率响应在接近岩层界面时会出现特征电阻率剖面，因而该工具很适合于此应用。应用前导模拟技术可制作出显示视电阻率值与高电阻率界面垂直距离之间关系的界面图。 在钻井施工中有两个重要阶段，即造斜段和稳斜段。造斜段重点对测量曲线和模拟曲线进行定性比较。由于能及时地分析出单一的岩性变化及因测量不确定性引起的偏差，因而能对预定目标进行准确定位。在稳斜段，井身已进入设计层位，钻井重点转到使井身达到并维持在油层的预定位置。此阶段定位是通过测量电阻率与模型界面图间定量对比完成的。造斜段的大角度段测量曲线可用于模型和界面图的修正，并允许考虑非均质性和介电效应。稳斜段测量电阻