录井科学技术研究的战略定位与实施策略

2021-10-25王志战

录井工程 2021年3期

王志战

(①页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室；②中国石化石油工程技术研究院测录井研究所)

0 引言

录井以岩样(岩屑、钻井取心、井壁取心)、钻井液、工程参数为主要采集对象，基于在钻井现场直接获取的第一手实物、数据及影像资料，提供地质、工程、信息、仪器四大服务，具有“地面”“随钻”“直接”三大技术优势。“地面”采集意味着高分辨率、低风险、低成本，在以“深层、深水、非常规”为主要勘探对象的时代，特别是对“三高一超”(高温、高压、高硫化氢，超深)目标层的钻探，这项优势的意义尤为重大；“随钻”意味着实时性强、连续性强，这项优势对于优快与安全钻井、准确评价中高成熟度油气藏具有重要支撑作用；“直接”意味着高精度、低多解性，在复杂的地质、钻井条件下，可以准确评价储层品质与完井品质。

录井技术与测井(含随钻测井)、测试、实验室等技术相比，也有明显短板。面对复杂的勘探对象及“四提一降”(提速、提效、提产、提质，降本)需求，录井还有许多难题急需解决；面对国内外录井技术的差距及智能化时代、“碳达峰、碳中和”时代的来临，录井还有许多技术亟待发展。录井唯有不断加大科技攻关力度，才能实现可持续、高质量发展。尽管科学技术研究(以下简称“科研”)需要发散思维，创新没有固定模式，但就录井的行业特点与学科体系、研发体系现状而言，录井科研显然存在固有的特殊性、薄弱性，当前存在的问题集中表现在选题、研究和转化三方面。本文结合行业内、外对录井产生的一些偏见或认识误区，从行业属性、专业界定、立项目标三个层次对录井科研进行定位，并提出了基础化、精细化、实用化的发展策略，以期凝聚行业共识，推动录井科研水平快速、大幅提升。

1 录井科研存在的主要问题

自1939年气测技术诞生[1]以来，录井已经过80多年的发展，建立了比较完善的技术体系[2]与技术系列[3]。面对广泛的化石、非化石能源勘探开发与储气、储油、储碳对象，面对特殊的钻井工艺与储层改造工艺，面对庞大的录井技术体系，录井科研存在的主要问题可归纳如下。

1.1 问题找不准，选题空泛

录井选题要根据立项等级、类型及研究周期、经费等要素进行科学设置，要坚持需求导向、问题导向与目标导向。在此基础上，明确以下要义：一是目的意义，回答“为何研”，即立项是为了解决勘探开发、石油工程、录井技术中的哪些需求，是为了提速、提效、提产、提质还是为了降本，是为了提高分辨率还是为了提高精度；二是与选题、研究内容密切相关的国内外相应技术的研究现状、存在的不足及其发展趋势，根据不足与趋势设置研究内容，回答“怎么研”，即立项是为了解决哪些技术难题，是否具有先进性、前瞻性；三是研究目标，回答“研什么”，即立项的最终目的是为了形成什么技术，解决什么难题。这三个“明确”缺一不可，且要分析到位。

录井科研在选题上往往存在一个或多个不明确，导致选题比较宽泛，题目不聚焦，包罗万象，如“PDC钻头/油基钻井液条件下的录井方法研究”“页岩气/超深层录井技术研究”“页岩油/页岩气双甜点测录井综合评价技术研究”等，其中最突出的问题是不掌握国内外技术现状，找不出或找不准现有技术存在的问题，技术现状分析、问题分析与选题、研究内容脱节。导致该问题出现的原因是文献阅读少，对相关技术的研究或了解不够深入。

1.2 思路理不清，研究粗浅

该问题与第一个问题密切相关，因为不了解相关技术或领域存在的问题，就用上了多项或几乎所有的技术手段，缺乏深入研究，造成资料堆砌，形成“样样松”“大杂烩”的局面。问题决定内容，需求决定目标，需要在厘清问题的基础上，制定研究内容，根据需求，确定总体研究目标。在此基础上，制定科学、合理的总体技术路线，明确关键技术，制定预期的技术经济指标和创新点，并针对每一项研究内容，像课题一样，细化内容，制定技术路线，确定技术难点与预期指标。在研究的过程中，实现由粗到细，由繁至简，为成果转化、指导生产实际奠定基础。

导致该问题的第二个原因是对相关技术原理与基础理论不熟悉。不熟悉技术原理，就不明确影响录井质量的关键因素，也不明确不同录井技术之间的整体关系与互补关系，从而缺乏解决问题的针对性与有效性；不熟悉基础理论，对各类复杂油气藏的地质特征与评价要素就只能知其然不知其所以然，不明确各类油气藏的录井技术难点，不明确评价效果好与不好的深层原因，往往是以常规手段、常规思路去解决非常规问题，以中浅层的方法去解决深层超深层问题，结果必然是事倍功半，基本解决不了实际问题。

1.3 实用性不强，难以转化

录井科研来源于生产，其成果也要回归于生产，解决生产中的实际问题。录井科研成果难以转化或实用性不强的主要原因有两个方面：

一是技术研发的定位不高，多是“锦上添花”技术，而非“雪中送炭”技术；或者缺乏统筹考虑，顾此失彼，解决实际问题的作用不强，录井技术跟测井、实验室技术相比，有其特殊性与复杂性，不掌握录井的行业属性，不熟悉录井的工作流程，不清楚录井的创新机制[4]，就难以产生适用性强的技术或成果。录井仪器的研发要在准确定位的基础上，以相应的国家标准或行业标准为依据，强化研发全流程的规范化、标准化，加强数据质量控制。

二是模型过于复杂或地区性太强，考虑因素或待定参数过多，建立的图板或模型缺乏理论支撑。录井方法研究，要将复杂的问题简单化，既要解决问题，又要便于操作，过于复杂的评价标准、过于繁琐的计算模型都难以转化。建立解释图板，要明确各个坐标参数的地质意义及互补关系；建立评价标准，须清楚参数之间的相互关系，相关性强的多个参数选择一个代表性强、采集精度高的即可；建立计算模型，要以相应的机理、机制、理论为基础，选取敏感性强的参数或参数组合构建相关性强、精度高的计算模型，尽可能减少待定系数或地区参数。

2 录井科研的战略定位

目前，行业内、外各个层级对录井存在一些偏见或认识误区，如水平井岩屑没有代表性、岩屑核磁数据没有代表性、随钻测井挤压录井生存空间、用测井检验录井、录井技术不落后于国外、仪器研发比方法研究重要、超深层勘探录井没有难题等。这些偏见或误区需要通过研究和分析，分类、分层次加以限定或澄清：在什么条件下是对的，在哪些条件下是错的；对什么技术是对的，对哪些技术是错的；对哪个参数是对的，对哪些参数是错的等，消除以偏概全或以假乱真。只有定位准确，才能有的放矢，充分挖掘和发挥录井的价值。对录井的科研定位，包括行业属性、专业界定和立项目标三个层次。

2.1 行业属性

录井隶属于石油地质勘探专业标准化委员会，是在钻井现场的“移动实验室”。“现场”和“直接”是录井固有的属性。“现场”区别于研究院所的实验室，录井要抓住“现场”这个关键词，“现场”不仅仅意味着实时性强，还意味着在第一时间获取刚返出井筒的地层信息，可避免因样品保存条件、放置时间等因素导致的油气散失，如对于中高成熟度的页岩油藏，原油密度、气油比是评价原油可动性的重要指标[5]，原油密度或粘度可以通过钻井液核磁共振在线录井技术准确获取[6-7]；气油比可以通过定量气测技术准确计算[8]。因此，录井要加强数据质量控制[9]，打破样品不处理或只做简单处理、仪器不设置或只做简单设置就能给出准确数据的传统观念，打造“精细化”录井，以数据可比对、可靠性高的质量特色取信于甲方。与电缆测井和随钻测井不同，“直接”是指对骨架、流体(油、气、水)直接进行测量，这意味着可直观识别，意味着解释精准，没有多解性或多解性概率较低。录井的解释图板、参数计算模型要尽可能突出这个本色，否则只会弱化录井的作用。

2.2 专业界定

尽管致密的非常规储层、超深的碳酸盐岩储层等地质因素对录井的检测分辨率提出了严峻挑战，尽管PDC钻头、水平井、氮气钻、油基钻井液等工程因素对录井的检测精度造成了极大影响，录井仍要有行业自信，抓住岩屑、钻井液、工程参数这三个数据源头，提高信息采集的分辨率、精度与效率，确保原始数据的质量。同时，要明确从实验室到现场、从离线到在线、从地面到井下，仪器检测的实时性、连续性在逐步增强，而检测分辨率、检测精度是逐渐降低的，即在增强原位性的同时，降低了直接性，增强了多解性；反之，在提高准确性的同时，降低了连续性、实时性。此消彼长，优势互补是各个专业共存的法则，录井在勘探开发技术链中的位置与作用是不可替代的。因此，评价录井的精度、符合率，要找准标尺，不可本末倒置。由于录井的数据精度通常应对标实验室数据，录井的解释结论应对标地层取样、地层测试等实测数据，必须分类型、分层系厘清录井数据采集、资料处理、解释评价的影响因素与影响程度，明确录井原始数据与成果数据的代表性、有效性，不能“一刀切”，盲目肯定和盲目否定都是不可取的。如国内普遍认为岩屑的核磁共振数据缺乏代表性，因而只做岩心分析，而Gabriela Singer等[10]经过系统研究，得出4条结论：(1)油基钻井液条件下，岩屑难以清洗干净，核磁共振孔隙度与束缚流体指数(BVI)往往具有很大不确定性；(2)粒径小于2 mm的碳酸盐岩岩屑，孔隙度和BVI难以准确测量(±10%)，原因是孔隙系统具有强非均质性，尤其是具有较大孔隙的岩屑；(3)水基钻井液条件下，粒径大于2 mm的碳酸盐岩、砂岩岩屑，其核磁共振孔隙度均具有较高的可靠性；(4)无论是大粒径(如2 mm)的砂岩岩屑，还是小粒径(如0.875 mm)的砂岩岩屑，核磁共振的BVI均是可靠的。

2.3 立项目标

根据录井“快”“准”“信”“广”四字发展方向[4]，录井科研立项的目的主要是“四提”：提质、提速、提率、提效。“提质”是提高录井的数据质量、成图质量、成果质量、报告质量等；“提速”是通过智能化、信息化、井下化等手段提高信息采集的及时性、解释评价的快速性；“提率”是提高采集分辨率、油气发现率、解释准确率、评价符合率等；“提效”是通过优化录井技术系列、多源信息同步采集(“一趟录”)等手段降低录井成本，提高录井效益，通过精准评价油气层、精准地质导向、精准工程预警、精准压力预测、精细压裂选层等技术提高勘探效益、钻井效益、压裂效益、开发效益等。

3 录井科研的实施策略

针对录井科研存在的主要问题，结合录井的科研定位，相应的实施策略主要包括三个步骤：基础化、精细化、实用化。

3.1 基础化

基础研究是原始创新的源头，是企业发展的强劲动力，对录井而言，包括基础实验研究和基础前瞻研究两个方面。

基础实验研究是为了发现新规律、衍生新理论、诞生新方法，而不是为了验证一个众所周知的规律或已有普遍共识的结论。实验目的、实验设备、实验样品、实验方案、实验方法、实验参数、实验结果、实验结论是实验研究的八要素。在问题准确、定位准确的前提下，基础实验研究常常会产生意想不到的成果。实验数据分析要抓住蛛丝马迹，不放过一个异常现象，不放过一个异常数据，不能盲目去除异常数据(点)，由表及里深入分析产生异常的原因；忽视了实验过程中的异常现象，就有可能错失重大发现；要透过现象看本质，增强分析总结能力，缺乏深入分析，就会与重大发现失之交臂。如虽然玻特于1930年、居里于1932年先后发现了中子，但都解释为γ射线，最终错失了1935年的诺贝尔物理学奖，而被其后准确解释为中子的查德威克一人获得[11]。实验数据与结果必须可重复、可验证，忽视或弱化实验研究的任何一个要素，或实验分析建立在不可靠假设的基础上，都有可能一着不慎满盘皆输，辛辛苦苦得出的结论被专家一言推翻。需要着重注意两点：一是对文献中的重要观点要在深入分析后引用，并不是已经发表了的论点、论据就一定是正确的；二是要加强过程结合与阶段评审，及时发现问题、更正思路，避免将错误的方法进行到底。

基础前瞻研究是为了研发新技术，是科技攻关前的可行性研究，所研究的技术具有超前性、原创性，先行探索，允许失败；因缺乏一定的研究基础，往往需要借助外脑。因此，基础前瞻研究的成果多是方案或样机,如“井下岩心分析实验室”“井下环空流体监测技术”“井场智能采样机器人”“碳酸盐岩地层孔隙压力预监测方法研究”等。

3.2 精细化

精细化可以分为立项和研究两个层次。立项题目通常由研究对象、研究手段、研究目标或研究目的三个要素组成，如“钻井液核磁共振在线录井技术研究”中的“钻井液”是研究对象，“核磁共振”是研究手段，实现“在线”是研究目标；“基于XRF的页岩地层多参数实时求取方法及应用”中的“页岩地层”是研究对象，“XRF”是研究手段，“多参数实时求取与应用”是研究目的；“页岩油双甜点高精度实时评价技术研究”中的“页岩油双甜点”是研究对象，“实时评价”是研究手段，“高精度”是研究目标；“岩屑声波录井技术研究”中的“岩屑”是研究对象，“声波”是研究手段，“录井”是研究目标。可见，这三个要素的顺序并不固定，通过这三个要素可以实现矩阵式组合，如图1所示，一个泡泡代表一个课题，一串泡泡代表一个领域的课题系列或项目群。研究的精细化是无止境的，以完成研究预期任务与经济技术指标为最低原则，加强系统性、创新性，避免繁冗的数据累积，强化深入研究与分析，实现“产、学、研、用”的有机结合。经济技术指标是项目验收的重点，要有可靠依据，要有说服力，并经得起检验。

图1 精细化选题示意

3.3 实用化

科研的最终目的是为了解决问题，因此要注重成果的实用性，在科研的过程中要善于将复杂的问题简单化，并不是越繁琐越“高大上”、技术含量越高。对于仪器研发项目，要在保证灵敏度、信噪比与检测精度的基础上，加强稳定性、重复性；要有配套的方法与软件，能够像手机的照相功能一样，实现模式定制，一般用户针对分析对象选择相应的模式即可，高级用户则可以通过专业模式调整测量参数。对于方法研究项目，图板的建立，不能盲目去掉异常点，要尽可能保留，并深入分析异常的原因；模型的建立，要尽量简化，在保证效果的前提下，输入变量、待定参数尽可能少；表格化解释评价标准的建立，要进行参数相关性分析，简化参数数量，尽可能减少或避免分类交叉，原则上要依据国家、行业或企业标准衡量所建立的评价标准，不能盲目定义，当然在精细研究、论据充分的基础上，也可以提出现行标准存在的不足或不适用性。