地质导向

前言

水平井作为大幅度提高单井产量和采收率的重要手段越来越多地被应用在油田开发中，特别是在油田开发的后期，如东部公司HZ26－1、HZ21－1等合作油田；近几年，渤海矿区也广泛采用水平井来增加产量，提高经济效益，因为一个采油平台有两口水平井，就足以达到开采一个产层（组）的目的。水平井可理解为高角度的定向井或近于水平的井，但其真正含意应该是井眼轨迹和产层近于平行的井，并非要水平，这主要取决于目的层的倾角。水平井段往往被锁定在离目的层顶面一定的距离，以最大限度地提高采收率，减少死油区。

对于薄油层或差油层，水平井段必须位于理想的部位，上下活动幅度很小，只有1－2米，甚至几十公分(图1)；即使是厚油层，

井眼轨迹也不能在油层内任意穿梭，必须限定某个特定的部位；另一方面，井的轨迹还要随产层的波动而浮动。渤海矿区为陆相沉积，岩性、岩相及厚度变化较快，油层往往呈组出现，如Ⅰ油组、Ⅱ油组等，

每个油组往往由多个单油层组成，这些单层在某些部位相通，而在另一些部位是不相通的，这就要求井眼轨迹只能在最上部的单层顶部，而不能位于其它部位，否则，会造成大块的死油，甚至提前见水，严重降低采收率。所有这些都使得水平井轨迹趋于复杂化，不再局限在二维平面内，而是三维展布；井眼轨迹越来越难控制，定向难度可想而知（图2）。

完成高难度水平井作业离不开地质导向，它是完成水平井的必须保证。Schlumberger 的Anadrill和Baker Hughes 的Autotrak公司是两家世界上最著名的地质导向服务公司，目前，被广泛应用在CACT、Phillips及其渤海的某些油田开发中。地质导向系统可分为井下工具部分和地面部分，包括数据采集、处理和输出等。

这里探讨的主要内容有以下几个方面：地质导向系统，包括设备组成、人员管理、管理和协调；资料的收集整理；目的层位臵的预测，及井眼轨迹的控制；目前存在的问题、解决方法及工作设想。

一地质导向系统简介

1 地质导向系统工作界面

上图显示的是Anadrill公司的地质导向系统工作界面，类似于Autotrack的工作界面，可实时显示井下工具的工作状态，井眼倾角、方位，实时测井曲线及部分钻井工程参数。

2 地质导向流程简介

Anadrill和Autotrak的地质导向系统有所不同，以Autotrack 为例，简单介绍地质导向系统流程（图4、图5）。整个系统有两大部分组成：地质导向工具（Geosteering Tools）和地面设备。地质导向工具有一系列的探测器组成，类似于常规测井的探测器，安装在钻

上方，可以实时测量井眼倾角、方位、温度，电阻率、自然伽玛、中子孔隙度、岩性密度等，并以压力波的形式传到地面接受系统；也可接受来自地面的压力波，以完成各种指令。地面设备包括BPA 、STDP 和深度传感器，电缆，计算机系统处理系统和输出设备等。STDP 为

信号接收器，安装在立管上，用来接受来自地质导向工具的压力波，并把压力波转换成电信号，通过电缆传输到计算机接受系统；BPA是信号发射器，也安装在立管上，用来接受来自计算机系统的电信号，并把电信号转换为压力波信号，通过钻杆内的泥浆，以压力波的形式传到地质导向工具；深度传感器安装在绞车上，用来产生深度信号，通过电缆传送到计算机系统；计算机系统是地质导向系统的心脏，用来接受、处理、发送各种信号，并把电信号转化为图象信息，传输到输出系统；输出系统包括显示器、打印机，可以接受来自计算机系统的数据信号，实现测井曲线的实时显示和打印。

Anadrill与Autotrack地质导向系统基本相同，只是传输指令的方式有所不同，它是通过调整钻井参数的方式向井下工具发送指令，而不是地面计算机系统直接发送。

3 地质导向工具

Autotrak和Anadrill的地质导向工具略有不同，以下分别简单介绍

A Autotrak 地质导向工具：（图5）

主要部分：钻头、定向部分、倾角方位测量器，电阻、自然伽玛、密度、中子孔隙度探测器等，环空压力、温度等传感器等。钻头和定向部分的连接是直线连接，它们之间没有弯曲。定向部分有三个支撑臂，它们伸展量的大小即可决定钻头的倾角和方位。这样，钻杆可始终处于转动状态时，不需要滑动钻进即可自动定向，因为钻杆转动时，支撑臂几乎处于静止状态，可以连续调整钻头的倾角和方位。

B Anadrill地质导向工具

Anadrill公司目前有两种定向工具：Power Drive 和 Power Pak。Power Drive是Anadrill公司最新的地质导向工具，目前还没有广泛使用，它的结构和性能类似于Baker Hughes公司的Autotrak；Power

Pak是Anadrill公司传统的地质导向工具（马达），目前也被广泛使用（图7）。Power Pak测量部分与Autotrak基本相似，如井斜、方位，电阻、自然伽玛、中子空隙度、密度等，不同的是它们的定向部分。由图7可以看出，钻头和地质导向主体部分的连接处是弯曲的，地质导向靠的就是这个弯曲部分－弯头。弯头的角度可以根据地质工程需要，在入井前进行适当的调整，见下表。

随钻测井工具部分又分两种类型：Impulse和GST，可输出不同的自然伽玛曲线（见下表）

两种工作状态：旋转钻进和滑动钻进，在旋转转动时，钻头的方位和倾角是不能控制的，倾角、方位只会单向增大或者减小，而且钻压越大，这种变化越明显；在滑动钻进时，通过调整钻压和工作面来控制倾角和方位，这会占有一定的钻进时间。为了控制角度和方位，必须滑动钻进，因为，这种工具只有在滑动钻进时才能控制钻头的倾角和方位。

4 输出系统

包括显示器、打印机。显示器可输出实时测井曲线。在地质导向

工具内还有一套记忆数据，可作为实时数据的备份（Memory Data）。

实时测井曲线类似于普通的测井曲线（图8），分述如下:

GR曲线，Autotrak工具在旋转钻进时只输出一条曲线（绿色曲线），在滑动钻进时，可同时输出两条（左列红色和兰色曲线），分别是上部和下部地层的自然伽玛曲线；Anadrill的Impules工具则不同，在旋转时输出两条曲线，在滑动时输出一条曲线。

Re曲线，有两条，一条是2MHZ Corrected Phase（相位差），测量的是井筒附近地层的电阻率；另一条是400KHZ ATenuation（衰减）曲线，测量的井筒较远处地层的电阻率。

一条中子孔隙度曲线和一条岩性密度曲线（Thermal Nuetron Porosity and Bulk Density）。

此外，还有温度、井径曲线等。以上实时输出，可以根据作业者