地质导向技术
随钻测井及地质导向钻井技术
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
系统组成
有线随钻测斜仪以重力加速度和地磁 场强度为基准矢量。探管将经过高精度A/T 变换得到的各传感器数据, 通过单芯电缆 从探管传到地面计算机。计算机经一系列 计算得到INC、AZ、TF等钻井工程参数, 显 示、打印并传送到井台司钻显示器。
二、随钻测量技术
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
磁通门
用来测量地磁场的传感器。采用交流励磁, 使由高导磁材料做成的磁芯磁化饱和, 此时, 绕 在磁芯上的探测线圈中感应的电动势e只含有励磁 电 流 基 波 的 奇 次 谐 波 分 量 ( 不 含 偶 次 谐 波 分 量 ), 感应电压是对称的，这时T1=T2。而当待测的直流 磁场和交流励磁同时作用时, 则感应电动势e不仅 奇次谐波分量, 而且也含有偶次谐波分量, 这时, 感应电压变得不对称, 即T1≠T2, 测量这种不对 称性即可测得待测磁场。
随钻测井及地质导向钻井技术
张海花 二○○七年九月
报告提纲
一、地质导向钻井技术概述 二、随钻测量技术 三、LWD地质导向仪器 四、地质导向技术应用实例 五、结论与认识
一、地质导向钻井技术概述
按照预先设计的井眼轨道钻井。
任务是对钻井设计井眼轨道负责，使
实钻轨迹尽量靠近设计轨道，以保证
现
几何导向
井眼准确钻入设计靶区。（由于地质
地质导向钻井技术
组成
概念
根据地质导向工具提供的井下实时 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 轨迹保持在产层延伸。
•钻头处进行测量的地质导向工具 •功能完备的井场信息系统
关键
近钻头地质导向技术交流(丹诺)
• 3.经济价值明显,前景广阔.
• 在老油田后期开发、提高采收率及油层薄、形状特殊的难采油藏 开采方面具有明显的效果和显著的经济效益，潜力巨大，应用前 景沙 层
实际结果
断层
倾角变化
三.(2)应用实例高8-33平5井
• 由左图可以看出LWD 电磁波电阻率和近钻 头电磁波电阻率误差 为正负3欧姆,井段全 部位于储层中(大于10 欧姆可认为是储层 ),1447-1449米,是阻值 高区,表示此区间的储 层发育比较好
三.(2)应用实例高8-33平5井
近钻头地质导向技 术简介
汇报内容
引言:优秀水平井满足的特点
一、常规实钻水平井技术介绍 二、近钻头地质导向技术介绍
三、现场实际应用效果
四、总结
引言:优秀的水平井应该有以下特点
• 高油藏钻遇率 ( > 90%)
– 增加有效泻油面积，提高水平井产量
• 井眼轨迹位于油藏最佳位置
– 井身定位于物性较好的油藏部分 – 井眼轨迹保持在油水界面安全距离之上 – 进一步提高水平井产量
近钻头方位地质导向服务
• 实时方位密度和中子 (测量井眼上下左右方)
– 实时确认井眼轨迹和地层的关系 – 实时地层倾角计算和更新
及时发现断层
及时发现地层倾角变化
实时密度层像 – 地层倾角计算和更新
近钻头实时井斜测量
更能精确的控制 和优化井眼轨迹
三.(1)现场实际应用效果 Philips China 2002 Jan
• 没有方位性测量 (只靠平均值)
• 存在很大的测量盲区（见下图）。电阻率 探测点距钻头约8～9 m， 伽玛测量点距钻 头约13～15 m，井斜、方位测量点距钻头 约17～21 m。井眼轨迹参数测量相对滞后 ，井底工程数据预测十分困难，无法准确 预计井眼轨迹的走向。
浅谈地质导向技术
浅谈地质导向技术通过近几年的产能建设，大牛地区块水平井开发已经进入中后期阶段，一些储层厚度大，物性好的储层已经开发殆尽，为了能更好的完成产能任务及新建产能，就必须对许多复杂气藏，难动用储量进行开发，复杂的地质因素给现场的综合录井工作带来了较大的困难，具体体现在水平井A靶点着陆和水平段施工时储层厚度变薄或缺失导致的着陆失败或者回填，造成了大量无效进尺，延长施工周期，增加投资成本，导致现在采用的技术已无法满足目前的综合录井需要，急需通过新方法和新技术来指导工作，地质导向的作用就越来越突出和重要。
标签：地质导向水平井地层对比油气层分析地质导向的水平井钻取需要诸多的技术支持，其中录井和定向技术是必不可少的。
以往的水平井在钻进过程中往往运用地质等方面的资料进行推测钻取，具有一定的盲目性。
录井和定向技术具有实时性、具体性，可以更精确为钻井提供技术支持。
目前，录井公司大胆的将录井和定向结合在一起，成立定录一体录井队，能够更有效的发挥出地质导向的作用。
水平井可以大大增加井眼在产层中的长度和产层的泄油气面积，其成本略高于直井，但单井产量却是直井的数倍，在薄层、低渗透、稠油、页岩气等油气藏及底水和气顶活跃的油气藏中得到广泛使用。
当前，致密砂岩油气藏、页岩油气藏正成为中国油气勘探开发的主流和热点，这些非常规油气资源只有通过水平井开采才能获得更好的经济效益。
在水平井钻井过程中，随钻地质导向具有非常重要的作用。
在国外，随钻地质导向技术已得到广泛使用，如贝克休斯公司的Trak 随钻测井系列，包括深探测方位电阻率测井（AziTrak）、高精度地层密度和中子孔隙度测井（LithoTrak）、随钻核磁共振测井（MagTrak）、实时声波阵列测井（SoundTrak）、高分辨率随钻电成像测井（StarTrak）、实时地层压力测试（TesTrak）等，国内LWD（Logging While Drilling）技术刚刚兴起，主要还是采用录井（包含综合录井）、MWD（Measurement While Drilling）等技术进行随钻地质导向。
向高端地质导向技术看齐(上)——世界地质导向技术研究综述
但是由于随钻测井技术发展滞后 、 射 陛测量的 自然伽玛模块 （ 含方位伽玛 定 向钻井控制装 备仅限于马达等低端技 和井身轨迹控制 ，保证井眼轨迹最大限 和 自然伽玛成像 ）、地层密度测量和孔 度地在油气层 （ 目的层 ）中钻 进 ，以最 术 ，使得定 向井技术的推广受 到极 大的 含方位密度 、中子测量 限制 。所 以世界三大石油服务公司先后 隙度测量模块 （
查 ，向地 面报告井下仪器的工作状态 ，
数据采集软件
并 为所有 电子仪器提供 电力 。其中双向
通讯是指 负责将井 下实时测量到的所 有
软
件
地球 物理 测量相关 参数 ，和井眼轨迹控 实时数据采集、 仪器检测 软件、井下通讯软件 制数 据编 码后通过 钻井液压力波传到地 面计算机 数据 采集模 块 ； 需要对井下 在
４ 个人工岛和２ 个码头上而 。每天人们驱 导 向技术 已成为海上油气 田开发必不可 车经过 时，并没有注意到地表下有这么 少的主力钻井和实时地层评价手段 ，占 多且复 杂的定 向井分布结构 。作为世界
上井眼最拥 挤的油 田之 一 ，Ｔ ＨＵＭＳ 项 目体现 了地质导 向技术的发展成果 。
少时间实现最大限度提高单井产量和油
气藏的勘探开发水平 。 来自井下几何参数测量模块 （ 井 投 巨资 ，甚至重金邀请美国航天空 中导 及成像 ）、
航领域 的技术精英参与石油地下钻 井的 斜 、方位 、工具面角 ）、井下机械参数 地下导航——地质导向技术研 究。随着 测量模块 （ 环空压力 、温度 、扭矩 、钻 自上世纪７ 年代末 以来 ，大斜度井和水 柱机械振动 、震动 ）、地层压力测试与 Ｏ 平 井钻井活动的增加 ，地质导向技术获 取样模块 、 声波测量模块等 。
地质导向技术PPT课件
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11
地质导向钻井技术
MWD/DWD工作原理 及施工方式
井下仪器随钻具下 到井底，系统进入工 作状态以后，随时可 以根据施工的需要进 行测量或随钻施工。
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12
地质导向钻井技术
四种信号传输方式 连续波方法
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2
地质导向钻井技术
60年代初期，ARPS公司和LANE WELLS公 司联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪 器，在有限的几口井中成功投入使用。 由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能 受到限制，钻井工艺落后，该技术没有广泛推 广，但为以后的地质导向钻井技术打下了基础。
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3
地质导向钻井技术
60年代后期到70年代，人们认识到了测量技 术在钻井工业中的重要地位，开始重点研制井下 测量仪器，先后开发出有线随钻测量仪器(SST) 和无线随钻测量仪器（MWD/DWD）。
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地质导向钻井技术
四种信号传输方式
正脉冲
泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔 的相对位置能够改变泥浆流道在此的 截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压 力的升高，针阀的运动是由探管编码 的测量数据通过调制器控制电路来实 现。在地面通过连续地检测立管压力 的变化，并通过译码转换成不同的测 量数据。
优点：下井仪器结构简单、尺寸小， 使用操作和维修方便，不需要专门的 无磁钻铤。
第二部分地质导向钻井技术
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1
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术是在导向钻井技术的基础上发展 起来的。
地质导向钻井技术由地质导向仪器和导向工具共同 组成。地质导向仪器和导向工具的每一次发展，都会 带动地质导向钻井技术向新的境界发展。
地质导向方法
地质导向方法地质导向方法是勘探工作中常用的一种技术手段。
它通过对地质特征的观察、研究和分析，结合物探数据进行综合判断，以达到找矿的目的。
本文将介绍10种关于地质导向方法的技术手段，并对其进行详细描述。
1. 地质调查地质调查是一种了解地球表层结构和矿产资源分布的方法。
通过对地质地貌、矿床地质、矿床储量和分布等方面的调查，确定矿产资源的类型和分布规律，为后续的工作提供依据。
2. 地球物理勘探地球物理勘探是通过地球物理方法获取地下和地表的物理信息，来推测地下结构、矿床存在和分布的方法。
如重力法、电磁法、地震法、磁法等。
3. 钻探技术钻探技术是通过钻取地下岩层，获取岩石样品来分析地下构造特征、岩石类型、矿物成分等信息。
常用的钻探方法有钻孔、工程钻井、岩心钻取等方法。
4. 地球化学勘探地球化学勘探通过对地球表层和地下矿体周边物质的化学分析，寻找有矿质点的分布规律和矿体性质。
常用的地球化学方法有土壤丈量、水样分析、岩石分析、矿物测定等。
5. 矿物学分析矿物学分析是通过对地质样品中的成分和结构进行分析，寻找矿物和矿床的特征和规律。
矿物学分析方法可以包括矿物形态分析、EBSD(电子背散射衍射)分析等。
6. 地质雷达勘探地质雷达勘探是通过测定地下介质内的物理对象的电磁波反射、折射等现象，获取地下岩石结构等信息。
常用的地质雷达勘探有单频雷达、多频带雷达等。
7. 计算机辅助矿产普查计算机辅助矿产普查是基于计算机技术和地理信息系统的手段，在数字化数据收集、管理和分析方面比传统普查方法更有效。
技术包括数据收集、数据分析与可视化、智能模型等。
8. 地形地貌分析地形地貌分析是通过对地形地貌特征的研究，确定矿床的分布规律和形成条件，从而推测矿源所在地。
分析方法包括地形测量、数字高程模型分析、三维可视化等。
9. 遥感技术遥感技术是通过对卫星图像等无人机获取的地表信息的处理，来推测地表相应的岩层构造信息以及影响加成等因素。
遥感技术包括光学遥感、雷达遥感等。
水平井地质导向技术认识
水平井地质导向技术认识第一部分前言水平井地质导向技术的关键是把以前的几何钻井方式向地质导向钻井的转变。
以前打井，只要钻遇事先确定的几何目标，即使没有发现油层，钻井工作也算大功告成。
地质导向钻井让目标不再固定不变，而是根据储层的位置随时调整，实现了“钻头跟着设计走”到“钻头跟着储层走”的转变。
首先通过对区域地质、地震、测井和油藏资料的综合研究，结合工程施工的要求设计出井眼轨迹，然后交由现场施工人员去实施。
但是钻前研究所使用的资料具有很大的不确定性，往往会导致实钻过程中沿着设计轨迹钻进的水平井不在油藏预期最佳的位置，从而影响了目的层的钻遇效果，以及影响到后期投产后采油或注水效果，进而影响到生产单位的投资回报。
地质导向的过程是互动的钻井方式，地质导向师利用随钻测井，随钻测量，定向工具及导向模型软件，在水平井的钻进过程中不断的调整最初的设计，指挥钻进的方向，将井眼轨迹调整到油藏最佳的位置，以达到最佳的产油（气）或注水效果。
精确的地质导向可帮助油田提高钻井投资的回报。
在水平井钻进的过程中，地质导向人员需要与钻井研究所、录井公司、钻井公司及相关技术人员及时沟通协调。
根据现场掌握的第一手资料及时调整井眼轨迹。
达到施工设计的地质、工程要求。
从事地质导向的地质导向师，需要具有丰富的地质，油藏，测井，地震，及定向井施工知识。
第二部分：地质导向工作流程一、准备阶段1、资料的收集准备阶段包括：设计目的，设计原则，设计风险评估，甲方地质认识，区域构造资料，（油气藏的性质，断层在本井区的分布及认识情况等）地震资料和认识，沉积相的认识，物源的来源方向及特征，砂体的三维二维空间展布情况，区域及本井区油气水分布特征及性质，邻井的测井资料，地质小层数据，邻井的试油数据2、建模阶段：包括：井区的三维模型，所施工井的设计轨迹与地层关系的二维模型3、制定施工实际方案阶段首先由地质导向师制定施工预案，其次把预案与甲方及设计方进行沟通，征求意见，修改施工预案，使预案更完善，从而能有效指导现场施工。
水平井地质导向技术简介
MagTrak
37
工程应用软件和电脑技术
38
地质导向服务的组成部分
甲方现场管理人员 的作用不可或缺。
39
人员紧密结合，实时互动式导向模式
Petrophysical Analysis
Drilling Parameters Trajectory monitoring against Seismic
O
水平位移——过测点铅垂线 与过井口的铅垂线之间的距 离 视平移——测点水平位移在 设计方位线上的投影 水平投影长度——测点与井 口之间的井眼长度在水平面 的投影长度 闭合方位角——在水平投影 图上测点处正北方向与闭合 方位线间的夹角
10
dN
dE
dH
L
井眼的曲率K：井眼切线的 方向相对于井深的变化率 全角变化率，狗腿严重度 井斜变化率 ：井斜角对井 深的变化率。 方位变化率：方位角对井 深的变化率。
28
随钻测井技术的发展
方向GR
15
近钻头 4-6in探测深度
5
29
随钻测井技术的发展
非方向性电阻率
15
低分辨率 4ft 探测深度
5
30
随钻测井技术的发展
方向性成像
15
高分辨率 1in 探测深度 必须钻遇构造层面、断层等
5
31
传统的钻井方式---地质几何钻井
Geometric al
水泥伞
177.8mm激光割缝筛管， 钢级TP100H，壁厚 9.19mm，BTC扣。
17
表层套管273mm，BTC扣
177.8mm油层套管，钢级 TP100H，壁厚9.19mm，BTC扣
全井注水泥，油层段 射孔完井。
浅述录井工作中的岩性识别技术与地质导向技术
浅述录井工作中的岩性识别技术与地质导向技术摘要：随着油田油气勘探开发程度不断提高，油气勘探目标的日趋复杂，钻井新技术、新工艺快速发展，录井工作面临严峻挑战。
录井适时开展研磨式钻井条件下的岩性识别技术、小井眼加深条件下的油气显示识别评价技术和水平井地质导向技术等现场录井方法研究和探索，综合运用各项资料破解录井难题，在现场实际录井过程中取得了较好效果。
关键词：录井岩性识别地质导向一、研磨式钻井条件下的岩性识别技术识别岩性是录井工作的基础和关键，只有在准确识别岩性、客观恢复地层剖面的基础上，才能搞好地层对比，卡准取心层位及潜山界面，准确描述油气显示，进而客观地评价储层流体。
传统的岩性识别方法主要是通过观察岩屑实物，参考钻时进行岩性定名，目前由于钻井条件的变化，仅依靠上述方法已难以准确识别岩性，因而在岩性定名中就要充分考虑各种影响因素，针对不同的情况采取不同的识别方法进行综合判断。
无论是哪种岩性组合或是使用何种钻井条件，岩性不同，可钻性就有差异，反映在钻时上总是有所区别。
在PDC钻头条件下，不同岩性的钻时差别极小，常用的钻时曲线比例难以发现不同岩性钻时的区别，因此对钻时曲线进行相应地处理，凸现钻时的细微差别，强化钻时指相意义，就可以将不同岩性的细微钻时差别显现出来。
钻时处理法主要有横向比例放大法、对数显示法、微钻时处理法以及钻时校正法，每种方法均有其使用的优势和局限性，在实际使用过程中，应根据实际情况进行选择。
其中，钻时校正法是通过校正的钻时，消除了部分钻井参数的影响，因此它更能反映地层的可钻性，识别岩性更有效，尤其是在小井眼加深等特殊工况井中作用突出。
钻时校正法是通过消除钻压、转盘转速、动力钻具等影响因素，从而建立起标准钻时曲线的方法。
鉴于常用的dc指数法所得到的曲线起伏小，变化不明显，且公式复杂，因此，依据钻速与钻头转速、钻压、地层可钻性成正比，与钻头直径成反比的原理，获得地层可钻性指数K，地层可钻性越好，K指数越小，地层可钻性差，则K指数变大。
地质导向钻井技术.
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
下面以 Anadrill 公司于1993 年推出的 IDEAL 系统 (Intergrated Drilling Evaluation and Logging，综合钻井评价和测井系统)为例，来介绍地质 导向钻井系统的结构特征。
一 般 来 说 ， 地质 导 向 钻井系统包括：
IDEAL 地面综合处理信息系统
卫星通讯
井 场 信 息 系 统 是 IDEAL 系统的中枢，通过结合 所有的地面数据和井下 数据来监测钻井过程。 原始数据由解释程序转 换成井场决策人员所需 信息，并在高分辨率彩 色监控器上以彩图的方 式直观显示，使用方便。
司钻台
地面控制室 用户
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
(六) 国外地质导向钻井技术现状及在油田应用效果
IDEAL 系统已在北海获 得了成功应用，钻成几 口复杂的水平井。
在墨西哥湾的某一油田， 先前所钻 8 口井的总产 量仅为923桶/天；后来， Anadrill公司应用地质 导向技术在该油田钻成 一口高质量的水平井， 日产原油达1793桶，使 这一枯竭的油田得以重 新复活。
(1) 具有近钻头参数的地质导向系统在每次油藏丢失之后，可 减少100ft的非生产进尺，这对于经济钻井十分关键；
(2) 由于有了地质导向钻井技术，现在考虑从英寸的精度而不 是英尺的精度来控制垂深已成为可能。这对于存在水、气运 移问题及较少渗透障碍的油藏来说，可带来巨大的经济效益。
(七) 我国十分需要此项技术
2. 几何导向
几何导向的任务就是对钻井井眼设计轨道负责，使实钻轨 道尽量靠近设计轨道，以保证准确钻入设计靶区 (由于地质 不确定度带来的误差，原设计靶区可能并非是储层) 在地质导向技术问世之前，常规的井眼轨道控制技术均应 属于几何导向范畴
随钻测井地质导向技术在水平井钻井中的应用
162当前，最常用的技术方法是最小二乘法。
LWD技术是一种基于钻探过程中的地质条件（井眼轨迹、钻头位置、井眼角度等）与地层电阻率之间的相互影响，实现对油气层进行有效的定位和定向的一种新兴的测井技术，可实现对油气层位置和岩性的动态监测。
在此基础上，提出了一种基于 LWD技术的新型测井方法。
水平井是一口高产量、低廉的油田，其钻探成功率与油气藏的钻探工艺密切相关。
随钻测井技术具有指导地质导向和实时评价储层物性等优点，对改善储层钻进速度、缩短完井周期和降低水平井测井风险具有重要意义。
在大斜度井和水平井的勘查和开发中，采用了随钻测井技术。
1 发展概况当前，在水平井中使用的随钻测井技术有：一是识别岩性，测定地层倾角，测定水平段长度；二是利用已有的地层岩性和构造信息，对水平剖面进行轨道控制；三是利用地层的岩性和结构信息，对水平线的航迹进行了动态修正。
从国内外的研究进展来看，随着随钻测井技术的不断发展，随着随钻测井技术的不断深入，人们对该技术的认识也越来越深入。
在水平井技术、随钻测井技术等方面取得长足进步的同时，也使随钻测井技术在今后的研究中占有越来越重要的地位。
基于岩性、断裂、沉积相、气顶等特征，对岩性及岩性进行识别，而上述特征均受外部环境的制约，其识别效果会有很大的改变。
另外，常规的地质方向法在实际运用中也面临着诸多问题，如：因勘探设备与岩层间的间距较小，不能对岩层的变形情况进行准确的判定；但在实际应用中，因检波器与地层相距太近，不能准确判别出含油层；但在实际应用中，因检测仪与岩层相距很近，不能对岩层的地质变形做出精确的判定。
随着我国石油资源的日益丰富，石油资源的日益丰富，采用常规的地质导引方式已难以适应石油资源的需求。
为此，必须对现有的地质导引技术进行改进与创新。
随着随钻录井技术的不断发展，随钻录井的地导技术也在不断发展。
地质导向技术在水平井钻井中的应用将形成一套完整的水平井测量工艺、轨迹控制与安全钻井的技术体系，可有效保障钻井轨迹在油层中的最优穿越，提升油层的钻井效率，推动水平井钻井技术的发展与提升。
地质导向钻井技术
Halliburton 现有的 Pathfinder 系统只是 LWD( 随钻测井 ) ， 还无近钻头测量短节，当配用螺杆马达时其最下端的传感器 离钻头距离约为 17m ，最上端的传感器距离钻头约 22m ，尚无 法用于地质导向，也不能实现精确的几何导向。
(三) 地质导向与其他几种技术概念间的区别与 联系
4. 随钻测量(MWD)
随钻测量 (Measurement While Drilling) 是在钻井过程 中进行井下信息的实时测量和上传的技术的简称(MWD)
通常意义的 MWD 仪器系统，主要限于对工程参数 ( 井斜，方 位，工具面)的测量 由井下部分 ( 脉冲发生器，驱动电路 , 定向测量探管，井下 控制器，电源等 ) 和地面部分 ( 地面传感器，地面信息处理 和控制系统)组成，以钻井液作为信息传输介质。脉冲发生 器有正脉冲、负脉冲和连续脉冲三种，井下电源可分为电 池和井下涡轮发电机两类 它只是一种测量仪器，而无直接导向钻进的功能
IDEAL 地面综合处理信息系统
卫星通讯
井 场 信 息 系 统 是 IDEAL 系统的中枢，通过结合 所有的地面数据和井下 数据来监测钻井过程。 原始数据由解释程序转 换成井场决策人员所需 信息，并在高分辨率彩 色监控器上以彩图的方 式直观显示，使用方便。
司钻台
地面控制室 用户
(四)
地质导向钻井系统的结构特征
(三) 地质导向与其他几种技术概念间的区别与 联系
1. 地质导向(Geosteering)
地质导向的任务是对准确钻入油气目的层负责，为此，它具有 测量、传输和导向三大功能，具体为：
(1) 近钻头测量参数(电阻率、自然伽玛)和工程参数(井斜角)测 量； (2) 用随钻测量仪器(MWD)或随钻测井仪器(LWD)作为信息传输通 道，把所测的井下信息(部分)传至地面处理系统，作为导向决 策的依据；
地质导向钻井技术
Compan.地质导向钻井的钻具组成
3.地质导向钻井的工作原理 4.地质导向钻井的施工工艺
5.地质导向钻井的优缺点
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一.地质导向钻井技术的发展
1.地质导向钻井的定义：
在定向钻井作业的同时,能实时测量地层参数和井眼 轨迹,并能绘制各种测井曲线的一种钻井技术。
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一.地质导向钻井技术的发展
导向钻井 技术 地质导向 钻井技术 旋转导向 钻井技术 闭环 钻井技术
导向 仪器 有 线 随 钻 （ 我 国 ） 无 线 随 钻 MWD
导向 工具 井 下 动 力 钻 具
导向 仪器 FEWD
导向 工具 井 下 动 力 钻 具
导向 仪器 FEWD/MWD
Company Logo
二.地质导向钻井的钻具组成
地质导向仪器由MWD和能够测量地质参数的地质传感器共同 组成。MWD仪器和导向钻井技术的MWD通用，主要用来测量工程 参数、采集各地质参数并将工程、地质参数按一定的格式编码 后，向地面发射这些测量数据。 目前用于地质导向的测井仪器包括自然伽玛测井仪、电阻 率测井仪、岩层密度测井仪、中子孔隙度测井仪、声波测井仪、 井径测井仪、地层压力/温度测井仪等。
井下地质导向仪器LWD
将根据要求组装的井下地质仪器和MWD连接，随钻具下入井底。系统进入 工作状态后，井下地质仪器开始测量地质参数，井下MWD探管测量工程参 数并根据预先设置的工作方式采集地质仪器测量到的地质参数，按一定 的格式编码后，控制脉冲发生器向地面以泥浆脉冲信号或电磁波的形式 发送。地面信号检波器将检测到的井下信号经信号过滤传输系统传输到 地面数据处理系统。地面数据处理系统对井下信号进行解码、处理、计 算后，得到实际的井下模拟数据，并将该数据与深度追踪系统测量到的 深度一一映射对应后存储，根据用户的指令进行打印、绘图、向地面数 据显示系统（司钻阅读器）发送，从而完成了地质导向实时测量任务。
水平井地质导向技术
设计油顶
油水界面
— — -1861.98 — — 。. .. -1874 。. .. 。.
-1882
— — —— — — 。. .. 。. .. 。. .. 。. .. 。. .. — — ..。. .. 。. .. 。. .. 。. ..
实际油顶
。. ..
着陆点,
2150米，气测 全烃变化幅度不 大，但Bh于Wh 曲线相交 2200米至 2250米Wh、 Bh曲线反向相 交
高104-5平6
高104-5平6井井身轨迹示意图
海拔深度
时，一般靶前距在10m左右或直接进入A点。
（2）井斜角的确定 井斜角的选择，必须考虑井眼轨迹“即可以增
加垂深，又可以容易增斜上挑”的原则，决不能
完全按照设计执行。 当油层提前时，能够及时增斜，而且进入油层 深度有限；当油层推后时，及时增加垂深，尽量 在A点前探到油层或少损失水平段。依对比情况确定 目前，我们所选用的探油顶的井斜角，一般选 择小于地层倾角的4-5度，效果比较好。宜上宜下
地质导向系统
地质导向系统是把井眼轨迹测量和地层特性参数测量 的传感器以短节的形式装在近钻头位置，测量的数据通过 电磁波或电缆传给MWD，再通过泥浆脉冲把信息传到地面， 供控制人员和导向人员识别地下情况，调整井眼轨迹。
地质导向系统的组成
马达 电阻率测井仪 伽马射线测井仪 几何参数测量仪
海 拔 m
冀东油田水平井地质导向方法
实时分析
地面 系统
工程师
优 质 工 程
实时解释
NaviGamma
可靠的MWD实时导向控制 涡轮发电机供电 测量数据交会进行界面确定 近钻头导向 井眼定位 泥浆脉冲传输／井下存储 适用钻具： 4¾"－9½"
地质导向技术介绍_Final_Client_New
近钻头电阻率4.8m 近钻头井斜9.9m 侧向电阻率以及电阻率成像10.3m MicroScope伽玛11.7m 感应电阻率16.1米 方位井斜17.67m
优点：
IMPulse伽玛18.28m
1）侧向电阻率成像实时拾取地层倾角变化进行精确地质导向、裂缝评价； 2） 近钻头测量进行实时评价储层岩性及构造变化；
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地质导向关键测量技术（2）近钻头孔隙度及早确定物性
EcoScope 常规LWD
中子密度距钻头10米以内; 比传统技术缩短了14米
提前发现穿层，及早采取导向措施 低孔地层
14米
近钻头孔隙度
传统技术
中子密度 孔隙度
中子密度 孔隙度
高孔地层 提前发现横向变化，及早采取地质决策 高孔地层
低孔地层
存在侧钻风险
Cap rock
Reservoir Shale or Water Zone
22 1/4/2016
PeriScope_经典组合
TeleScope
PeriScope
PD X6
Bit
GR, 2.19m D&I survey, Gamma Ray, 10.29m 2.44m Multi-Depth Resistivity, 12..01m D & I Survey, 18.32m
传统技术 近钻头孔隙度
在低孔渗储层, 提供最早的地质导向决策依据
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岩性油藏地质导向测量经典组合推荐
（最佳地质导向及储层评价方案）
MWD LWD
定向工具
简单的钻具组合： “一支MWD工具，一支LWD工具，一支定向工具” 最有效的地质导向组合： 1） 全部测量整体靠近钻头，尤其是“孔隙度”测井更靠近钻头； 2） 具有随钻成像资料，实时判断分析构造变化，调整轨迹； 最全的测井组合：提供“伽马，电阻率，中子，密度，井径，光电指数，ECS能谱，西格玛”等
地质导向技术在水平井钻探中的应用研究
地质导向技术在⽔平井钻探中的应⽤研究⼀、⽔平井概述和冀东油⽥地质导向技术应⽤概况（⼀）⽔平井概述⽔平井是指钻⼊储集层部分的井眼轨迹呈近⽔平状态的井。
与常规⽣产井相⽐，它的优势在于有效地增加油⽓层的泄露⾯积，提⾼油⽓采收率，提⾼单井产量；并且可以解决以下难题：1、解决⾼稠油、超稠油的开发问题；2、解决地层致密和低渗透层采油产量低的问题；3、有效的开发断层遮挡剩余油藏及构造⾼点油⽓富集区。
（⼆）国内外各油⽥⽔平井技术发展及现状⽔平井最早出现于美国⼆⼗世纪20～30年代，40～70年代美国、前苏联等国实施了⼀批⽔平试验井，因受当时技术⽔平的限制，各项技术不配套，虽能钻成⽔平井，但难以⽤于⽣产，加之钻井费⽤⾼，限制了⽔平井的发展。
80年代，随着新技术发展，加上⼀些特殊油藏⽤直井的⽅法已⽆法开发，或者效益很低，因⽽，⽔平井技术⼜得到了发展，美国、加拿⼤、法国等国开展了⽤⽔平井开发油⽓藏的研究，在⽔平井油藏⼯程、钻井、完井、测井、射孔、增产措施、井下⼯具以及井下作业等⽅⾯均有重⼤突破，尤其是80年代中期因油价较低⽔平井技术得到迅速发展，⽔平井开采技术已逐步配套。
90年代开始⼤规模推⼴应⽤，已作为成熟的常规技术应⽤于⼏乎所有类型的油藏。
到⼆⼗世纪末，全世界已完钻⽔平井23385⼝，主要分布于美国、加拿⼤、前苏联等69个国家，其中以美国和加拿⼤为主（分别为10066⼝和9665⼝），每年完钻1000⼝左右。
应⽤⽔平井技术的油藏主要是裂缝性油藏，约占53%；其次是底⽔和⽓顶油藏，约占33%。
据不完全统计，⽔平井钻井成本已降⾄直井的1.5～2倍，甚⾄有的⽔平井成本只是直井的1.2倍，产量是直井的4～8倍。
我国在⼆⼗世纪60年代开始初步应⽤⼤斜度井和⽔平井，1965年在四川磨溪钻成第⼀⼝⽔平井—磨3井，但限于当时的技术⽔平，未取得应有的效益。
“⼋五”期间，我国将⽔平井技术列为重点攻关技术，相继在胜利、新疆、辽河等油⽥开展攻关，率先进⾏了⽔平井的研究和实践，⼆⼗世纪90年代中后期，该项技术开始得到了快速发展和⼴泛应⽤。
三维地质导向技术及应用实例
三维地质导向技术及应用实例随着经济发展对能源需求的不断增加以及油气勘探形势的日趋严峻，老油区面临剩余储量难动用，采收率低；新探区面对勘探开发难度越来越大，成本越来越高的现实，水平井成为开发特殊类型油气藏及老区挖潜，提高采收率的重要手段。
随钻地质导向技术是20世纪90年代国际钻井界发展起来的前沿钻井技术之一[1]，其在开发薄油层、致密油气层、复杂断块油藏、油水关系复杂油藏方面发挥了重要的作用，但是目前的地质导向技术严格来讲是二维地质导向。
1 二维地质导向简述二维地质导向一般使用一口邻井资料作为导向建模的参考依据，主要考虑地层属性的垂向分布，导向过程相对简单。
其主要使用的数据局限在地质、测井数据，在一定程度上能够满足水平井地质导向的要求；地震数据包含了更多潜在的地层及油气信息，能够反映地层形态、岩层性质及油气储层位置等，在目前的二维地质导向过程中几乎没有或很少应用。
目前，国内油气田一般采用MWD（带GR或GR+RT）或LWD（带GR、RT）结合综合录井进行水平井地质导向工作。
二维地质导向不能准确反映井眼轨迹三维空间展布形态，以及井眼轨迹周围地层构造变化与储层各向非均质性变化，无法准确描述断层、裂缝形态的，无法利用地震数据的储层反演结果，因此给地质导向工作带来了一定的不确定性。
2 三维地质导向2.1 基本思路三维地质导向是将地质导向的理念与三维地质建模结合起来，即在三维地质模型里实现水平井、大斜度井的地质导向功能。
具体过程如下：在钻前应用已有的地质、物探数据建立地质模型精细刻画地下构造及油藏特性；在钻井过程中通过井场各种数据的补充不断修正地质模型，模拟井轨迹在三维地质模型中的穿越，参考模型数据为地质导向提供井眼轨迹调整建议，通过可视化显示邻井，辅助解决多井眼防碰问题。
2.2 关键技术2.2.1 地质建模与模型调整构建定量储层地质模型是三维地质导向的核心和基础，对地下油藏特性进行准确、精细的刻画是导向成功的前提。
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。
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地质导向钻井技术
四种信号传输方式 负脉冲 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的 无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器 的泄流阀，可使钻柱内的泥浆经泄流阀与 无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空，从而 引起钻柱内部的泥浆压力降低，泄流阀的 动作是由探管编码的测量数据通过调制器 控制电路来实现。在地面通过连续地检测 立管压力的变化，并通过译码转换成不同 的测量数据。 优点：数据传输速度较快，适合传输定 向和地质资料参数。 缺点是：下井仪器的结构较复杂，组装、 操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。
地质导向钻井技术
90年代，地质导向钻井技术进入大规模应用阶段。 井下导向工具功能更全，出现了近钻头地质仪器动力钻 具，如SPERRY-SUN公司的EWR/ABI、DGR/ABI仪器动 力钻具等。 各种功能全面、性能优良、能满足各种井眼尺寸的地质 测量仪器相继出现，如SPERRY-SUN公司四极多深度电磁 波电阻率、声波、井径、井下压力测井仪器等系列随钻测 井仪、HALLIBURTON公司的SCOUT随钻声波测井仪等。 这一时期地质导向仪器全面发展，能实时进行全面的地 质评价，地质导向钻井技术进入了极盛时期。
旋转导向钻井技术简介
钻具的组成
旋转导向钻井技术由导向 仪器和旋转导向工具共同组 成 导向仪器包括MWD或LWD 导向工具主要是井下旋转 导向工具，其它的配套工具 都相同。
旋转导向钻井技术简介
旋转导向钻井工具之一：静态可调式旋转导向工具
旋转导向钻井技术简介
静态可调式旋转导向工具工作原理 静态可调式旋转导向工具的静态 稳定器套装在钻具外面，不随钻具 转动。 稳定器套外面均匀分布三个可以 控制其伸缩的、由液压提供动力的 可伸出翼片。 根据施工需要，在地面可以控制 该旋转导向工具稳定器上的翼片伸 出或缩回，从而形使钻具轴心偏向， 在钻头处形成一个侧向力，实现旋 转导向。
右图为两种典型的导向具组合
地质导向钻井技术
导向钻井技术的导向工具主要是马达 其它配套钻井工具包括钻头、定向接头、弯接头或定向弯 接头、无磁钻杆、井下仪器MWD悬挂短节、无磁钻铤、短无 磁钻铤、钻铤、短钻铤、加重钻杆、斜坡钻杆、井下加力器、 震击器、扶正器、单向阀和其它无磁/非无磁配合接头等 。
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术
四种信号传输方式 电磁波 电磁波信号传输主要是依靠地层介质 来实现的。井下仪器将测量的数据加载 到载波信号上，测量信号随载波信号由 电磁波发射器向四周发射。地面检波器 在地面将检测到的电磁波中的测量信号 卸载并解码、计算，得到实际的测量数 据。 优点：数据传输速度较快，适合于普 通泥浆、泡沫泥浆、空气钻井、激光钻 井等钻井施工中传输定向和地质资料参 数。 缺点是：地层介质对信号的影响较大， 低电阻率的地层电磁波不能穿过，电磁 波传输的距离也有限，不适合超深井施 工。
旋转导向钻井技术简介
旋转导向钻井工具之二
动态可调式旋转导向工具
旋转导向钻井技术简介
动态可调式旋转导向工具工作原理
动态可调式旋转导向工具由测角控制装臵、控制阀、旋转 偏心装臵共同组成。测角控制装臵测量并控制旋转偏心装臵 的偏心方向，控制阀控制旋转导向装臵在钻具旋转时翼片轮 流伸出，由旋转导向装臵实现旋转导向。 翼片在控制阀的控制下伸出时，与井壁接触，给井壁施加 一个外力，这时钻具也同样受到一个与翼片伸出位臵相反的 力，这个力就是实现钻具偏心的力。 旋转装臵的偏心方向不同，钻具受到的侧向力不同，这样 通过测角控制装臵调整旋转偏心装臵的偏心方向，就可实现 旋转导向的目的。
旋转导向钻井技术简介
钻具组合
静态可调式旋转导向工具钻具组合 （例）
旋转导向钻井技术简介
钻具组合 动态可调式旋转导向工具钻具组合（例）
旋转导向钻井技术简介
钻具组合 最原始的旋转导向工具钻具组合（例）
地质导向钻井技术
60年代初期，ARPS公司和LANE WELLS公司 联合研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器， 在有限的几口井中成功投入使用。 由于遥测技术没有发展成熟，井下工具性能 受到限制，钻井工艺落后，该技术没有广泛推 广，但为以后的地质导向钻井技术打下了基础。
地质导向钻井技术
60年代后期到70年代，人们认识到了测量技
地质导向钻井技术
80年代，MWD/LWD 技术已经成熟，导向钻井技术进入
大规模应用阶段，地质导向钻井技术也开始应用于生产。 各种性能优良井下导向工具开始出现，如SPERRY-SUN 公司的可调弯度动力钻具、可变径动力钻具AGM、可变径 扶正器AGS、近钻头井斜传感器ABI等，HALLIBURTON公司 的TRACE可变径稳定器等。 各种地质测量仪器也相继出现，如SPERRY-SUN公司先 后推出具有具有商业应用价值的电磁波感应电阻率、中子 孔隙度、地层密度等随钻测井工具， HALLIBURTON公司的 CWRGDX系统等。 这一时期地质导向仪器能满足部分地质评价需要，但 不能进行全面的地质评价，地质导向钻井技术没有全面发 展。
术在钻井工业中的重要地位，开始重点研制井下 测量仪器，先后开发出有线随钻测量仪器(SST) 和无线随钻测量仪器（MWD/DWD）。 这一时期，井下作业工具也开始蓬勃发展，井 下动力钻具的性能得到了极大的改善，并生产出 了即可转动又可滑动的异向双弯（DTU）动力钻 具，导向钻井技术在钻井工业中进入应用阶段。 地质导向仪器也开始着手研制，但没有达到商 业应用地步，没有投入使用。
地质导向钻井技术
四种信号传输方式
正脉冲
泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔 的相对位臵能够改变泥浆流道在此的 截面积，从而引起钻柱内部的泥浆压 力的升高，针阀的运动是由探管编码 的测量数据通过调制器控制电路来实 现。在地面通过连续地检测立管压力 的变化，并通过译码转换成不同的测 量数据。 优点：下井仪器结构简单、尺寸小， 使用操作和维修方便，不需要专门的 无磁钻铤。 缺点：数据传输速度慢，不适合传输 地质资料参数。
有线随钻工作原理和施工工艺
SST地面仪器给井下仪器通过电缆供电 井下仪器完成对数据的实时采集后，按一 定数据格式通过电缆传送至地面，地面仪 器对接受到的信号经解码、处理、计算后 得到井下实时数据，并在司钻阅读器上显 示。 需要利用SST进行导向钻进或测量时， 将井下仪器通过电缆下放到井底进行测量 或座键后随钻施工。测量完毕或地面所接 单根钻完后，起出仪器。根据施工需要重 复上述过程进行测量或接单根继续施工。 在大位移、大角度井段，仪器难以下放 到井底，需要采用开泵泵冲仪器到井底、 开泵座键等施工工艺。
地质导向钻井技术由地质导向仪 器和导向工具共同组成 地质导向仪器包括LWD， 此外还有井径测量仪、钻压/扭矩 传感器、 井下压力传感器等 导向工具主要是井下动力钻具、 近钻头井斜传感器、可调径稳定器、 仪器马达等 其它的配套钻井工具与导向钻井技 术的相同 MWD
电阻率
右图为两种地质导向具组合实例。
地质导向钻井技术
第二部分地质导向钻井技术
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术是在导向钻井技术的基础上发展
起来的。 地质导向钻井技术由地质导向仪器和导向工具共同 组成。地质导向仪器和导向工具的每一次发展，都会 带动地质导向钻井技术向新的境界发展。 随着科学技术的不断发展，地质导向钻井技术也越 来越完善，应用领域也越来越广泛，由此推动了现代 钻井工业的不断发展。
地质导向钻井技术
MWD/DWD工作原理 及施工方式
井下仪器随钻具下 到井底，系统进入工 作状态以后，随时可 以根据施工的需要进 行测量或随钻施工。
地质导向钻井技术
四种信号传输方式 连续波方法
连续发生器的转子在泥浆的作用 下产生正弦或余弦压力波，由井下探 管编码的测量数据通过调制系统控制 的定子相对于转子的角位移使这种正 弦或余弦压力波在时间上出现相位移， 在地面连续地检测这些相位移的变化， 并通过译码、计算得到测量数据。 优点：数据传输速度快、精度高。 缺点：结构复杂，数字译码能力较差。
地质导向钻井工 具
导向钻井技术的 导向工具主要是马 达 为了满足施工的 需要，又陆续开发 除了可调径马达、 仪器马达、可调径 稳定器、近钻头井 斜传感器、井下加 力器等先进工具。 其它配套钻井工 具与导向钻井的相 同。
地质导向钻井技术
地质导向仪器 地质导向仪器主要包括电 阻率测量仪、自然伽玛测量 仪、中子孔隙度测量仪器、 地层密度测量仪、随钻声波 测井仪、井径测量仪等。如 右图所示。 为了满足施工的需要，现 在又出现了ABI、EWR/ABI、 DGR/ABI等新的地质仪器， 同时还有钻头压力/扭矩测量 仪、井底压力测量仪等钻井 参数测量仪。 其它配套钻井工具与导 向钻井的相同
导向 工具 井 下 动 力 钻 具
导向 仪器 FEWD
Hale Waihona Puke 导向 工具 井 下 动 力 钻 具
导向 仪器 FEWD/MWD
导向 工具 旋 转 可 调 导 向 工 具
导向仪器 地面 仪器 计 算 机 控 制 中 心 导向 仪器
导向 工具
井 下 计 算 机
旋 转 可 调 导 向 工 具
FEWD/MWD
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术
导向钻井技术施工特点
导向钻井技术在提高钻井速度、缩短建井周期、精确 控制轨迹几何走向方面发挥积极的作用，但不能确保轨 迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰 到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真 实的目的层或重新评价其开发价值
地质导向钻井技术
地质导向钻井技术钻具的组成
地质导向钻井技术
现在，在已经成熟的地质导向基础上， 人们又开始了性能更优越的旋转导向钻井 技术和闭环钻井技术的开发和研究。 相信在不久的将来，旋转导向钻井技 术、闭环钻井技术一定会成为钻井工业的 主导技术。
地质导向钻井技术
导向钻井 技术 地质导向 钻井技术 旋转导向 钻井技术 闭环 钻井技术
导向 仪器 有 线 随 钻 SST （ 我 国 ） 无 线 随 钻 MWD