水平井随钻地质导向及实时解释方法研究

水平井随钻地质导向及实时解释方法研究邢强侯庆功吕幸端（中国石化胜利石油管理局测井公司，山东东营 257096）摘要：水平井的随钻地质导向和实时解释对于保证目的层A点的准确入靶、控制井眼轨迹保持在目的层中以及划分油水层有重要的作用和意义。

本文在导入先导地质模型的基础上，利用随钻电磁波测井仪在三维水平井条件下的正演图版，在随钻过程中，实时反演层界面距离和目的层真电阻率，可以实时修改先导地质模型，得到正确的地质构造。

在实时解释方法中，本文利用GR曲线进行砂泥岩剖面分析，计算泥质含量；由于反演得到了目的层的真电阻率，计算的含水饱和度更加接近于真实值，能够准确地划分油水层。

同时，在地质导向软件中，实现了随井眼轨迹测井曲线、其垂直投影、其水平投影以及二维、三维地质模型及井眼轨迹和实时解释结果的综合显示，更加直观。

在实际应用中，取得了较好的效果。

1引言随着科技的发展进步，在电缆测井及定向钻井技术基础上，研究者们又开发了一种更实用更高级的技术即随钻测井技术，它改变了对传统钻井理念的认识，实现了在钻井过程中实时进行储层的地质评价和地质导向，体现了现代钻井技术与测井、油藏工程技术的完美结合。

此项技术的问世，不仅实现了钻井满足地质，地质满足开发的总体目标，并提高了作业者对动态钻井过程的了解，从而提高了钻进效率，降低了风险和费用，有很高的实用价值，受到了广大石油公司的青睐。

随钻测井技术作为一种降低风险、高回报技术，正广泛的使用在世界各大石油及服务公司中，带来的经济效益越来越明显。

目前，随钻测井已经成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻井油藏评价的重要手段，是定向井关键技术之一；随钻测井技术也是完成大斜度井、水平井钻井设计、实时井场数据采集、解释和现场决策以及地质导向的关键技术，被誉为钻头的眼睛[1,2]。

胜利油田的大多数区块已处于开发中后期，且由于地下油水关系十分复杂，薄层、小断块油气藏的特点，随钻测井技术的应用市场会越来越大，技术的发展空间也很大，对提高采收率和指导完井，建立合理的生产制度有重大的现实意义。

本文研究了水平井中基于随钻电磁波测井的地质导向和实时解释方法，提出了一种基于随钻电磁波测井仪在三维水平井条件下正演图版的实时反演策略，以实时修改地质模型；同时，利用实时反演的目的层电阻率，在实时解释过程中计算含水饱和度。

水平井中地质导向和实时解释方法的研究，对于保证目的层A 点的准确入靶、控制井眼轨迹保持在目的层中以及划分油水层有重要的作用和意义。

本文在地质导向软件中，还实现了随井眼轨迹测井曲线、其垂直投影、其水平投影以及二维、三维地质模型及井眼轨迹和实时解释结果的综合显示。

2地质导向中地质模型的实时修正方法[3,6]首先根据先导地质模型和由邻井测井曲线得到的进入目的层的测井响应，由正演方法构建LWD测井曲线模型，模拟和预测设计井的LWD响应。

在钻时，将实测LWD曲线与预测的LWD曲线进行小层对比，初次修正地质构造模型。

将得到的构造模型输入实时反演模块，得到地层的物理参数（目的层电阻率，冲洗带电阻率，侵入半径，地层孔隙度，饱和度等）。

按反演参数，正演出LWD 曲线，再次与实测LWD曲线进行小层对比，修正地质构造模型。

如此迭代循环，直到实测LWD曲线与正演曲线匹配。

这样，就可以得到正确的地质构造模型和属性模型，以及目的层电阻率等正确的反演参数。

地质模型实时修正策略如下图所示：图 1 地质模型实时修正策略3 水平井中基于随钻电磁波测井的地质模型实时修正方法由于常见的地质模型实时修正策略（如图1所示），包含了正演步骤，而水平井（三维情况）条件下的正演（数值模拟）所用时间过长，达不到实时随钻测井数据采集的要求。

因此本文采用了预先获取随钻电磁波测井仪在三维水平井条件下的正演图版，在随钻过程中，实时反演层界面距离和目的层真电阻率的策略，以达到实时修正地质模型的目的。

3.1 水平井三维随钻电磁波正演方法随钻电磁波测井仪器其工作原理与电缆测井仪器原理相同。

通过电源控制电路产生交流电流供给发射线圈，激发产生一个变化的磁场（主磁场），它传播进入地层，在井眼周围的地层中产生感应电流，这些电流产生了能够被接收线圈接收的二级磁场。

由于二级磁场的作用而使接收线圈产生的电压的幅值和相位是地层电导率的函数。

因此．通过控制电路的处理可以得到地层电导率，经倒数后得到地层电阻率。

随钻测井仪器同常规感应测井仪器相比，通常工作频率比较高，采用400kHz和2MHz两种工作频率，与感应测井测量实部和虚部信号不同，随钻电磁测井测量幅度衰减和相位移，然后分别把幅度衰减和相位移转化为电阻率。

这种测量方式可以避免采用辅助线圈来消除直偶信号。

随钻测井仪器在轴芯多了一个金属芯棒，对于这个金属芯棒处理是采用强加完全金属边界的方法实现的。

正演方法原理是基于三维矢量有限元[4]和多重前线解法[5]。

3.2 水平井界面识别方法利用水平井三维随钻电磁波正演程序研究水平井界面识别方法，制作相应的图版。

图2 层界面距离与地层相位差视电阻率校正系数的关系相位差（Rs/Rt=10/1）图3 层界面距离与地层幅度比视电阻率校正系数的关系幅度比（Rs/Rt=10/1）图2、图3的横坐标为测量点离层界面的距离，纵坐标为视电阻率和地层真电阻率的比值。

图4 层界面距离与地层相位差视电阻率校正系数的关系相位差（Rs/Rt=10/100）图5 层界面距离与地层幅度比视电阻率校正系数的关系幅度比（Rs/Rt=10/100）由上面的四个图版可以看到，水平井条件下，当测量位置靠近层界面位置时，相邻地层会对电阻率的测量造成影响，当测量位置离层界面很远时，视电阻率越来越接近地层真值。

由制作的水平井界面识别模板，在随钻过程中，就可以采用实时反演的方法，得到测量点距层界面的距离和目的层真电阻率，进行地质模型的实时修正。

在实际应用过程中，模块输入为地层电阻率、围岩电阻率、所取井段数据中视电阻率个数（一般为20个）以及所取井段数据中各测量点视电阻率(相位差)大小，还有每个测量点的位置，包括垂直坐标和水平坐标。

模块输出提供了每个测量点反演得到的层界面位置，包括垂直坐标和水平坐标，以及井眼轨迹。

在地质模型实时修正过程中，可由这些反演出来的层界面上的点画出层界面的示意图。

4 实时解释方法研究[6]实时解释方法的研究主要是针对砂泥岩剖面储层评价参数的计算。

地层评价是在钻井的同时搜集用于评价地层特性的岩石物理数据的过程。

在随钻地质导向测井完成自然伽马、中子孔隙度(或补偿密度)和电磁波电阻率等资料采集的基础上，进行地层矿物体积分析及孔隙度、含油饱和度、渗透率等参数的计算，实现储层的地质评价。

测井响应取决于地层岩性和孔隙流体的特性，精确的地层评价需依靠对地层岩性和流体特性的认识，特别是钻井液侵入近井地层之前测量地层流体性质。

目前随钻使用的测井解释、地层评价方法和模型主要还是来自直井。

由于本文采用了反演得到的目的层真电阻率计算含油水饱和度，就使得随钻测井资料对油层含油水饱和度的评价更准确。

下面是实时计算地层泥质含量、孔、渗、饱的过程。

4.1 利用随钻伽马测井值来求取地层的泥质含量式中：GCUR 为地区经验系数，对第三纪地层为3.7；对老地层为2；也可以由本地区的实际资料统计获得；GRWD 为随钻伽马测井值，API ；GRWDmin 为随钻伽马曲线在纯砂岩处的测井值，API ；GRWDmax 为随钻伽马曲线在纯泥岩处的测井值，API 。

若砂岩层段由于含放射性矿物等原因使其自然伽马值偏大时，可采用随钻地层电阻率、随钻中子测井曲线计算泥质含量，经验公式与上式类似，只需将式中随钻GR 替换为相应的随钻测井值。

4.2 用随钻密度和随钻中子测井计算地层孔隙度式中：bWD ρ为随钻密度测井值，3/cm g ；f ρ与ma ρ为地层孔隙流体和岩石骨架的密度值。

式中：NWD φ为随钻中子测井值，%。

NshWD φ为泥质的随钻中子测井值，%。

4.3 渗透率计算用孔隙度和束缚水饱和度来计算水平渗透率：式中，φ为孔隙度，%；wb S 为束缚水饱和度（%）。

采用Timur 公式计算地层绝对渗透率。

4.4 含油水饱和度计算计算含水饱和度可用Simandoux 公式或阿尔奇公式。

Simandoux 公式：式中：W R ，sh R 分别为地层水电阻率和泥岩电阻率，ohmm 。

sd R 为宏观地层电阻率。

阿尔奇公式：式中：a为与岩石有关的比例系数，一般为0.6～1.5；m为岩石的胶结指数，是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数，一般为1.5～3，常取2左右；n为饱和度系指数，与油、气、水在孔隙中的分布状况有关，其值在1.0～4.3之间，以1.5～2.2者居多，常取n=2。

直井模型用于随钻测井资料的解释和评价还有许多不适用之处，尤其是大斜度井和水平井中地层各向异性普遍存在、常规测井解释评价方法没有考虑地层各向异性时的解释评价结果存在偏差。

因此，如何准确、及时地进行随钻地层评价是今后随钻实时解释研究的一个重要方面。

5 地质导向软件综合成图及实例本文在地质导向软件中，实现了随井眼轨迹测井曲线、其垂直投影、其水平投影以及二维、三维地质模型及井眼轨迹和实时解释结果的综合成图及显示。

具体结果如图6、7所示。

图6 随钻测井曲线及地质模型综合成图图7 随钻测井曲线及地质模型综合成图（含实时解释结果）图6显示了实测的电阻率和自然伽马曲线，以及二维井眼轨迹和地质模型，其中蓝色的井眼轨迹为设计轨迹，红色的为实测井眼轨迹。

而图7则在实测曲线道里加入了实时解释结果，包括砂泥岩剖面、泥质含量和孔隙度。

随钻测井曲线及地质模型综合成图及显示，有助于解释人员和现场施工人员了解地质构造、判断井眼轨迹在地层中的位置，以及钻遇剖面，比单独显示更加的直观，方便。

6 结束语在国内现有的技术条件下，开展水平井测井资料的地质导向和可视化解释能在很大程度上提高测井解释识别地质目标的精度，通过实时解释、实时地质导向有助于提高钻井精度、降低钻井成本、及时发现油气层。

未来的勘探地质目标将更加复杂，以地质导向为核心的定向钻井技术的应用会越来越多。

伴随新的随钻测井仪器的出现，应该有新的集成度高的配套解释评价软件，以充分挖掘新的随钻测井资料中包含的信息，使测井资料的应用从目前的单井和多井评价发展为油气藏综合解释评价。

因此，定向钻井技术的发展及钻井自动化程度的提高必将使随钻测井技术的应用领域更加关泛。

参考文献：[1]孙金浩.水平井地质导向及解释技术研究及应用, 国外测井技术[J]，2010（4）：14-19[2]邵才瑞，唐海全，张福明.随钻测井解释评价技术现状与研究方向[J]，大庆石油地质与开发，2010，29（5）：158-163[3]闫振来. 基于随钻测井的地质导向解释系统研究与应用[J]，钻采工艺，2010，33（5）：5-10[4] 孙向阳，聂在平，赵延文，李爱勇，罗曦.用矢量有限元方法模拟随钻测井仪在倾斜各向异性地层中的电磁响应[J]，地球物理学报，2008，51(5):1600-1607[5] ]Liu J W. The multifrontal method for sparse matrix solution: Theory and Practice[J], SIAM Rev. 1992, 34(1):82-109[6] 闫振来.随钻解释系统在水平井地质导向钻井中的研究与应用[D],中国石油大学（华东），2004。