陀螺测井技术的研究与应用

李磊

摘要：陀螺测井是一种用于已下套管的油水井重新测量其井身轨迹的先进技术。这项技术以动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量，通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹曲线。可应用于有磁屏蔽的套管、油管、钻杆内和有磁干扰的丛式井组进行井眼轨迹测量以及定向钻井。应用此项技术可进行复杂断块油藏及岩性油藏中井点校正，分析油藏剩余油潜力和油水动态分布，挖掘油藏潜力，提高'N-量动用程度具有较好的效果。

关键词：陀螺测井；动力调谐速率陀螺；井身轨迹测井；定向钻井；技术应用

1、陀螺测井技术的提出

早期油田开发过程中，新井完钻后工程师们即按预先设计的井在油藏中的位置来部署油藏开发的过程。但实践证明，由于多种原因，这种做法存在很大局限性。如钻井过程中，井眼钻进方向的控制；完井后井眼在地层中的实际轨迹测量，都受到当时技术水平的限制。随着油田开发过程的不断延伸，地质报废和工程报废的油水井越来越多，在这些地区又需要打新井来开发剩余油，如何利用这些报废井进行开窗侧钻，达到开发剩余油的目的成为我们的课题。在此存在两个技术关键需要解决：一是老井眼的实际轨迹是否与原始资料相符：二是如何在老井眼内快速而准确地定向开窗。陀螺测斜仪因其不依靠地磁来确定方位，在磁干扰环境下可正常工作，可用于已下套管的井测量井身轨迹和定向开窗。

2、陀螺测井系统的组成与特点

陀螺测井系统由两大部分组成：动力调谐速率陀螺测井仪（井下仪）和地面测井系统。动力调谐速率陀螺测井仪由惯性体、陀螺电路舱、电源舱、微机舱、磁定位器、减震器、马龙头等几个部分组成。地面系统分便携式和车载式，二者的功能完全相同。完成对井下仪器的供电、控制和信号解码采集等工作。

3、结构与测量原理

3.1 动调式陀螺仪的组成

动调式陀螺测斜仪由减震器、惯性体、陀螺电路舱、电源舱、微机舱、磁定位器、马龙头等几个部分组成，如下图所示：

3.2 动调速率陀螺的测斜原理

使用陀螺测斜仪进行测量目的是根据各测量点的方位、倾斜角来确定井眼轴线的空间位置，同时为了与钻具配合，必须随时得到工具面角。测量时，选取两个坐标系：地理坐标系（北西天）XYZ和仪器坐标系xvz，最初两坐标系各相应的轴彼此重合，方位角、倾斜角和工具面角分别对应于坐标系的相位旋转。

4、关键技术和创新点

在套管井井身轨迹测井技术应用中，针对陀螺测斜仪在现场使用中存在的问题与不足，将仪器的性能做了进一步的改进。

（1）不断电点测。采用断电停点启动测井方式测井耗时长，消耗陀螺有效工作寿命。改进后每点测井时间仅需40秒，是原技术的1/6，延长了陀螺的有效工作时间。

（2）增加仪器扶正器，提高测量精度。当在小井斜、套管结蜡、管壁脏等条件下，仪器在套管内不能紧贴套管壁，给测量结果带来一定的误差。针对这种情况，提出在仪器上加装扶正器，使仪器在套管内尽可能居中，减少仪器与套管不同轴所带来的误差。方案实施后效果良好，较好地解决上述问题。

（3）改进陀螺惯性测量组件，延长陀螺使用寿命。动力调谐陀螺是高精密测量组件，自身抗震性能较差，只有通过优化结构设计来提高其抗震性。当仪器测量时，陀螺以12300转，分的速度高速旋转，并在中途传感器组件发生对转，通过测量对转前后传感器参数并对其加权平均以消除测量误差。

5、实际应用

目前，油田已全面进入特高含水期开发阶段。在勘探难度加大，综合调整余地变小的情况下，全面推广应用井身轨迹测井技术，重新标定油井在油藏中的准确位置，研究油藏的微构造，分析油水动态分布，从而设计侧钻井位，控制油藏剩余储量，对挖掘高含水期复杂断块油藏潜力，提高储量动用程度都起到了较大作用。

5.1 校正井位.落实剩余油分布

由于老井井斜矛盾较大，无法解释油水关系，区块开采完善难度较大。经过对梁11-101、-103、-105、-104井身轨迹复测后，发现这四口井在油藏中的实际位置都与原始资料不相符，通过这些资料校正油藏中的井位.重新认识了油水关系及开发动态矛盾，且发现在主力油层尚有较大潜力。通过这四口井侧钻，增加可采储量61万吨，初增油能力89吨，日，到目前已累计产油1.68万吨，使该块开发效果得到彻底改善。

5.2 校正井位.重新落实油砂体边界

河11-29砂体（沙二¹⁰）原东部边界不清，经复测井身轨迹后发现原井底方位角7°，位移52m变为272°、165m，东部边界得到准确控制，向西无井控制区侧钻后，钻遇6.5米，1层油层，投产后获日产10吨的产量，增加可采储量1万吨。

5.3 校正井位.重新认识油藏构造

河68-32井，原井方位为310°，目的层沙一段水平位移123米，位于河46-斜10屋脊东部，复测井身轨迹结果为163°（方位角），位移154米，处于南部一条小屋脊的低部位。通过侧钻靶点调整后，在南部的小屋脊钻遇沙-10.6米/2层油层，投产获日产40吨高产。同时河46-斜10屋脊东部经构造校正后，向东扩大含油面积0.02km²，增加优质储量10万吨，后设计河46-X23井取得较好效果。

6、结论与建议

陀螺测井技术是近几年发展起来的用于油田开发的一种高科技的测井技术，具有测量精度高，结果可靠，操作简单的特点。该项测井技术从现场施工、资料应用形成了一套较为完善的管理方式，成为落实老井轨迹重新认识油藏，提高油藏开发效果的有效手段。建议全面推广应用此项技术，尤其是地质认识不清的区块和需开窗侧钻的老井。同时，要对新井加强井身轨迹监控力度。