基于随钻自然伽马、电阻率的地质导向_系统及应用(杨锦舟)

建立随钻测井仪器的刻度井，进行标准化刻度及量值传递研究。 下面以随钻自然伽马测井仪器为例，说明随钻测井仪器的刻度过程 。 随钻测井中自然伽马的刻度重点需要解决的是量值溯源与量值，可分为以下三个步骤： 首先，建立随钻伽马刻度井，并确定随钻伽马井 API 量值及不确定度。因为随钻伽马井是 实体井，具有均匀、各向同性、无限的特性，它的 API 量值与所采用的自然伽马测井仪无关， 因此，自然伽马行业最高标准井向随钻伽马井之间的量值传递，采用自然伽玛标准测井仪进行 对比测量，确定随钻伽马井 API 量值。 第二，建立随钻自然伽马仪器刻度系数。由于随钻时钻铤对地层自然伽马起吸收作用，使 进入自然伽马测井仪的伽马射线减少，因此，在对自然伽马仪器刻度时，应将钻铤连同伽马测 井仪一并在已知伽马 API 值标准井中刻度，求出刻度系数。 第三，随钻伽马测井仪的刻度，求出刻度系数。自然伽马刻度器放置在随钻伽马测井仪上, 记录平均计数率 Rc , 可求出： K c API c / Rc 。 对于随钻感应测井，经理论研究，钻铤对测值的影响和地层对测值的影响是叠加的线性无 关的，因而可采用一般感应刻度方法进行两点刻度，其趋肤效应影响与一般感应相一致，其刻 度器由理论计算确定，同时采用不同径向半径的刻度环以检查其径向探测深度。 通过建立随钻伽马、电阻率仪器的纵向/横向的刻度体系，使之成为随钻测井曲线标准化的 重要手段，在随钻仪器与测井仪器之间建立标准的量值，便于油田内部及各油田之间的资料对 比和定量解释。另外标准刻度装置还方便现场刻度，减少随钻伽马、电阻率仪器在实体标准井 中刻度的不便和大量花费。 3 应用实例 本实例是将随钻伽马、感应电阻率安装在导向工具后进行地质导向应用。实例中A1井位于 济阳坳陷沾化洼陷东北部，桩西古潜山披覆构造北翼、埕东大断层下降盘；目的层位相当于A2 井2091.1m～2 102.5m油层。该层位测井响应特征表现为中高电阻率、低自然伽玛。在随钻曲线 上，从2340m电阻率（RES）开始升高，自然伽马值开始减小，与A2对比表明开始进入目的油层 段，至2344m电阻率已达到3.5 Ω·m，自然伽马约48 API，表明已完全进入油层段，这与电缆测 井响应一致。利用随钻资料结合邻井孔隙度进行了数据处理，计算平均孔隙度达23.0%，含油饱 和度达45.0%，达到了随钻测井实时解释目的，从而准确判定储层特性，指导现场工程师调整轨
[3]
Vsh
Vsh
Vsh,1 Gmin Gmax Gc
（3）
2Gc Vsh 1 2Gc 1
（4）
式中 Vsh ——相对泥质含量；
Vsh ——泥质含量；
Vsh,1 —测井值；
和 Gmax —纯砂岩和纯泥岩的测井值； Gm i n
Gc —计算泥质含量的经验系数。
采用密度曲线计算孔隙度公式
' arctan(
vwenku.baidu.com ) vx
（1）
' arctan(
vy v z cos v x sin
)
（2）
目前现场应用的预测方法还有曲线拟合方法、卡尔曼滤波器估计方法实现随钻井眼轨迹预 测。随着新导向工具的开发，特别是旋转导向工具的研制成功，地质导向工具的测量盲区越来 越小，这样井眼轨迹预测的估计值更逼近钻头处测量真值。 1.2.2 随钻地质信息预测方法 在钻井过程中，根据所测地层处的测井数据结合地质构造、邻井测井资料及地震剖面进行 地层对比方法预测钻头钻开地层处的地层特性，有效评价地质靶点的不确定性。利用同一地区 同一层面具有相似层位和岩性的地质地球物理特性，运用相关技术，建立相应数据库，建立相 应地区的数学物理模型，进行随钻地层信息预测，此方法在现场得到广泛应用。 1.3 随钻方位伽马、电阻率测量 岩性识别是地质导向的关键技术，随钻方位伽马、电阻率在设计上采用加屏蔽层、电磁波 反射层的方法 ，使随钻伽马、电阻率具有很强的方向特性，同时确定测斜传感器工具面与随 钻伽马、电阻率正方向的旋转角，使随钻伽马、电阻率具有方位特性 ，在工程上这种随钻伽 马、电阻率的方位测量特性的特点是：及时识别储层顶部岩性信息、确定钻具在储层的位置、 高分辨率的岩性层位信息。在地质导向测量中，方位测量特性是广泛采用的有效方法。 2 随钻伽马、电阻率实时解释
derived from log without the parameter of porosity. Key words: geosteering, LWD, GR, resistivity, application 0 引言 地质导向是集定向测量、导向工具、地层地质参数测量、随钻实时解释等一体化的测量控 制技术。在钻井过程中，在测量井眼轨迹几何参数的同时，实时测量地质参数，绘出自然伽马、 电阻率、岩性密度、中子孔隙度、压力曲线，并以此实时解释评价钻遇未污染地层的特性、气 液界面，从而准确判定储层特性，指导现场工程师调整轨迹，控制钻具有效穿行于油藏最佳位 置，实现地质导向。 不同岩性的地层其自然伽马变化范围不同，而致密层、渗透层和油气水层的电阻率也不相 同。随钻时，可充分利用不同岩性、不同层位的自然伽马、电阻率的差异特性，结合地质录井 资料识别岩性，及时提供地层自然伽马、电阻率数据以指导现场工程师判断是否钻遇目的层。 同时由于随钻密度、中子孔隙度测量带有放射源，使用风险高，推广受到一定局限，在随钻测 井实践中，用随钻自然伽马识别地层岩性，用自然伽马、电阻率以及结合邻井测井资料进行地 层对比，建立无孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，实现随钻实时解释，从而实现以随 钻自然伽马、电阻率为地层测量基础的地质导向系统。 1 随钻自然伽马、电阻率在地质导向中的测量方式特征 1.1 近钻头测量 近钻头测量是钻头电阻率、自然伽马、井斜传感器一体化的测量技术。其中钻头电阻率采 用低频发射，聚焦测量可提供5条不同探测深度的电阻率曲线，其中一条聚焦电阻率曲线是钻头 前面的未钻地层电阻率曲线，近钻头测量能准确无滞后测量钻头处的井眼倾角、相关地层岩性、 储层特性，及时确定储层位置，根据地质信息，调整井眼轨迹，捕捉进入储层的最佳时机，实 现由几何导向到地质导向。近钻头测量是地质导向的关键技术，它涉及近钻头测量、测传马达、 数据无线短传等诸多关键技术研究，是地质导向测井技术研究的方向。 1.2 基于随钻估计和预测方法的随钻测量 地质导向技术中随钻预测和估计方法是针对现有工具、工艺、测量技术基础上研究开展的。 由于井眼轨迹、测井参数传感器安装在造斜工具后，造成钻头处测量盲区，随钻预测方法利用
Application of Geosteering System Based On LWD GR and Resistivity YANG Jin-zhou (Drilling Technology Research Institute, Shengli Oilfield，Dongying, Shandong) Abstract: That LWD is of important value is proved by the practice of geosteering. Three methods of LWD GR and resistivity applied in the geosteering are summarized, which are survey at bit, measurement while drilling based on prediction and azimuthal GR and resistivity. LWD GR and resistivity interpretation methods are described. Strata correlation, reservoir fluid identification and reservoir description are realized by comparing the LWD GR and resistivity materials with the predetermined geological features of reservoir according to the lithologic characteristic, lithology logging and reservoir nature. The calibration of LWD GR and resistivity are explained. By the normalized calibration, accurate material is provided for the LWD interpretation. Geosteering system based on LWD GR and resistivity is illustrated, it can be achieved by combining LWD material with different different strata characteristics, adjacent wells logging and porosity interpretation model

G D D G Vsh SH F G F G

（5）
式中 D —邻井密度的测井估计值；

G —岩石骨架的密度值；
F —流体的密度值；
sh —泥岩的密度值；
Vsh —泥质含量；
D —密度孔隙度估计值。
随钻实时解释系统在随钻自然伽马、电阻率实时测井曲线的条件下，综合邻井资料、录井 资料，建立无孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，能够完成测井资料的实时解释。 3 随钻伽马、电阻率刻度及量值传递 目前随钻伽马、电阻率与电缆测井仪器的响应量值难以达到完全统一。对于同一地层，两 种仪器的响应在变化趋势上基本一致，但在量值幅度上往往存在不同程度的差异，随钻伽马、 电阻率仪器的响应量值要么高于电缆测井，要么低于电缆测井，从而使随钻测井资料难以与测 井资料进行相关对比，导致随钻伽马、电阻率局限于定性测量，仅仅提供对地层进行定性分析 的依据，只能用于定性地识别岩性，而不能为定量解释地层提供准确的资料，从而不能从随钻 测量结果中得到更有价值的资料。由于随钻测井仪器的响应、井眼修正是非线性的，因此必须
{F} [ Fx Fy Fz ]T ，即钻头力列向量，选用一种钻头 -- 地层相互作用模型来计算有效钻速，
v [vx v y vz ]T ， v x 、 v y 、 v z 分别代表钻头在井斜、方位和井眼切线方向上的有效钻速。假设
当前钻头处的井斜角为 ，方位角为 ，预测出的新的井斜角和方位角分别为：
距钻头一定距离实时测量的井眼轨迹及随钻伽马、电阻率测井数据结合岩石力学、控制、测井 相关理论，预测钻头处的井眼轨迹、地层岩性及储层特性，解决因测量滞后而造成的地质导向 滞后问题。随钻预测包括井眼轨迹预测、地质信息预测。 1.2.1 井眼轨迹预测估计方法 以下是利用岩石力学方法对钻头的动力学分析， 通过BHA 受力分析程序计算 v x 、v y 、v z 、
基于随钻自然伽马、电阻率的地质导向系统及应用
杨锦舟 （胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东 东营 257017）
摘要：地质导向钻井技术的应用体现了随钻测井资料的重要工程价值。本文总结了随钻自然伽马、电阻率在地 质导向钻井中应用的3种测量方式特征，即近钻头测量、基于随钻估计和预测方法的随钻测量、随钻方位自然伽 马和电阻率测量；描述了随钻自然伽马、电阻率的实时解释方法，根据不同区域的地质特点、岩性测井特征和 储集层的物性特征，将随钻测井数据与事先设定的储层地质特征进行实时对比和评价，完成地层对比、流体性 质判别和储层参数解释；说明了随钻自然伽马、电阻率的刻度方法，通过仪器的标准化刻度及量值传递，为定 量解释地层提供准确的测井资料；结合实践介绍了利用随钻自然伽马、电阻率实时测井曲线，根据不同岩性和 不同层位自然伽马、电阻率的差异特性，结合邻井资料和无孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，在工程 应用中实现基于随钻自然伽马、电阻率的地质导向系统。 关键词：地质导向； 随钻测井； 自然伽马； 电阻率； 应用
[2] [1]
实施地质导向钻井的先决条件是将随钻测量数据、随钻测井地层评价数据与事先设定的储 层地质的特征进行实时对比和评价，根据不同区域的地质特点、岩性测井特征和储集层的物性 特征完成地层对比、流体性质判别和储层参数解释。. 2.1 储集层随钻伽马、电阻率的定性解释 在钻井工程中实时测量的自然伽马、电阻率参数、工程参数（井深、井斜、方位、工具面 角、振动、扭矩、钻时等）和录井参数（岩屑、岩性） ，结合钻井区块数据库存储的地质剖面资 料、测井资料、地震资料。采用通常测井解释应用的油层最小电阻率法、标准水层对比法、邻 井曲线对比法，估计不同区块不同钻进地层的随钻自然伽马、电阻率数值变化范围，确定钻遇 导向标志地层。 2.2 随钻自然伽马、电阻率资料的预处理与标准化 测井资料预处理是测井解释与数据处理的一项重要的基础工作，是保证测井解释与数据处 理结果精度的极重要前提。主要包括测井曲线的深度校正、平滑和环境影响校正等。测井数据 标准化的实质就是利用同一油田或地区的同一层段具有相似的地质、地球物理特性，从而规定 了测井数据具有自身的相似分布规律。因此一旦建立各类测井数据的油田标准分布模式，就可 运用相关分析技术，对油田各井的测井数据进行整体的综合分析，校正刻度的不精确性，达到 全油田范围内测井数据的标准化。 2.3 实测地质参数的地层对比研究 通常工程上，地层对比的主要方法是结合邻井测井曲线，将随钻测井曲线与之比较，从而 得到所钻地层的解释成果，地层对比可以通过相关对比方法即利用两条电阻率曲线（或其他曲 线）的分析对比，可以确定出地层的高程差，确定与邻井相同层位的深度差，利用人工智能方 法，选择感应电阻率曲线、自然伽马曲线对地层进行分层取值，分层特征描述、岩性特征描述、 岩性厚度特征描述、邻层特征描述、岩层曲线特征描述方法，确定准确层界面位置，完成在钻 井的储层自动划分以及与邻井层位的对比连线。 2.4 储层地质参数计算 利用随钻伽马、电阻率实测的地质参数可计算储层泥质含量、饱和度、渗透率。其中泥质 含量采用下列公式 ：