方位伽马随钻测量技术现状与发展展望

2022-03-06刘克强陈财政杨晓峰高永伟

复杂油气藏 2022年4期

刘克强，陈财政，李欣，杨晓峰，高永伟，曹冲

（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院,陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西西安 710018）

1 技术优点

方位伽马是近年来发展起来的一种新型随钻测量技术,和常规自然伽马随钻测量相比,主要具有三个方面的技术优势。

（1）自然伽马地质导向所测伽马值为地层平均伽马值,根据伽马值的变化可以判断钻头进入或离开储层,但不具备方向性,无法准确判断钻头从储集层顶部或是底部进出,只能根据经验或预判调控井眼轨迹,容易出现丢掉储层的情况。方位伽马能够根据伽马值变化和相关图线分辨出当前井眼轨迹处于储层顶部或底部,为轨迹调整提供准确依据,有利于轨迹精准控制。

（2）常规方位伽马探管一般加接在MWD 仪器中,测量零长一般为8～20 m,测量信息相对滞后,当发现井眼轨迹穿出储层后进行纠正,将会损失比较长的有效钻井进尺。方位伽马随钻测量零长较短,尤其是近钻头方位伽马测点距井底一般在1 m 以内,更有利于及时识别地层变化和调整井眼轨迹,减少纠正井段长度。

（3）通常利用常规伽马数值计算地层倾角时,很难得到准确的视地层倾角值,只有在满足特定条件的前提下,即当同一个层面被穿越两次或在准确知道储集层厚度并同时穿越该层顶底界面的情况下,才可以计算视地层倾角。方位伽马可以根据数据方位特性准确快速反演计算地层构造情况,不但经过一个层面就可以实时计算视地层倾角,还可以通过数据成像拾取真地层倾角。在得知地层倾角的情况下,通过方位伽马、井斜、仪器长度可以进一步计算出钻头与地层界面之间的距离,有利于优化控制井眼轨迹在储层的相对位置和进行实时地质构造研究分析［3-5］。

2 国内外技术现状

按照工作原理、结构形式、连接位置等的不同,目前国内外的方位伽马随钻测量工具（仪器）主要有探管式、钻铤式两种类型。

2.1 探管式方位伽马

探管式方位伽马是在传统MWD 基础上进行扩展,在MWD 仪器串中加装方位伽马测量探管或用方位伽马探管替代自然伽马探管,测量数据由MWD 系统传输至地面,并通过在地面解码程序中加载的伽马解码单元进行解码识读。与钻铤式方位伽马相比,探管式方位伽马具有结构简单、安全性高、使用成本低等优点。主要缺点为：①测量探管距钻头比较远,测量信息滞后,不利于及时发现出入储层和及时回调轨迹；②仪器居于无磁钻铤水眼内,地层伽马信号被环空钻井液、钻铤吸收后,仪器测量灵敏度降低。

目前国内外该项技术均比较成熟(见表1)。国外方位伽马大多采用对称排列的2 个传感器或是90°排列的4 个传感器进行测量。国产仪器则通常采用聚焦方位伽马技术,即在普通自然伽马仪器的基础上加装270°～300°的屏蔽,保留60°～90°的开放测量区,使传感器只能测量特定角度的伽马值,同时增加了窗口扫描位置判断功能以及井眼姿态测量单元［6-8］。

表1 国内外探管式方位伽马主要技术参数对比

2.2 钻铤式方位伽马

和探管式方位伽马相比,钻铤式方位伽马的显著特征是将伽马探测器置于钻铤或钻铤式工具（仪器）本体的表面开槽中,较大限度地降低了钻铤、钻井液对伽马探测器计数率的吸收,提高了计数率。国外以斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、威德福等公司为代表,拥有成熟的钻铤式方位伽马随钻测量产品。国内近年来多家技术服务公司、仪器装备制造商开展了相关研发（见表2）,但整体上仍处于研究与试验应用阶段。

泽泻多糖对2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗及脂代谢紊乱的改善作用及机制研究 …………………………… 张明丽等（1）： 42

表2 国内外主要钻铤式方位伽马工具（仪器）技术参数

目前国内外的钻铤式方位伽马仪器在机械结构、连接位置、系统独立性等方面有很大不同（见表3）。按照机械结构形式的不同,可以分为盖板式和套筒式（见图1）,盖板式安装简易,如SureLog-AZG、Inc@Bit和T-Tracker等；套筒式配件较少、抗扭和抗泥浆冲蚀能力强,但工具长度不能太长,如BitSub、HAGR 等。根据伽马仪器在BHA 的连接位置不同,有近钻头和远钻头之分,如iPZIG、BitSub、Inc@Bit、ABG 等属于近钻头（连接于钻头后面、动力钻具或旋转导向前面）,Ontrak、SureLog-AZG 等属于远钻头（连接在动力钻具或旋转导向后面）。

图1 两类方位伽马仪器结构剖面

表3 国内外钻铤式方位伽马工具（仪器）对比

根据方位伽马模块的相对独立性,可以分为独立式和集成式两大类型,独立式即方位伽马工具（仪器）以相对独立的系统存在,一般由近钻头测量发射短接、接收通讯短节（实现与MWD/LWD 的数据传输）两大部分组成,如iPZIG、BitSub、Inc@Bit 和T-Tracker 等；集成式即方位伽马测量功能是集成在LWD、螺杆、旋转导向等其他系统上的,比如Ontrak、SureLog-AZG、ABG、GABI、CGDS-Ⅰ等。

3 应用情况及存在问题

3.1 应用情况

目前国外方位伽马随钻测量关键技术已比较成熟,工具（仪器）已经实现系列化,同时商业化程度也很高。近年来,一方面随着国内油气勘探开发中后期“薄、散、碎、多”储层工作量增大和页岩油气、致密油气、煤层气等非常规资源的勘探开发,对井眼轨迹控制精度的要求越来越高,方位伽马随钻测量技术在国内多个油田已开展应用［9-13］。以鄂尔多斯盆地的现场应用情况为例,方位伽马随钻测量技术应用效果显著,推广前景广阔。

3.1.1 探评井应用情况

针对探评井存在的参考邻井距离远、资料少、地质不确定性大等难题,在多口探评井中开展了方位伽马随钻地质导向技术的试验应用,提高发现率、降低钻井地质风险、减少地质循环时间等效果突出。以风险勘探水平井LY1H 井为例,该井目的层下甜点储层变化快、砂体钻遇难度大,因此优选采用了旋转导向和onTrack 方位伽马随钻地质导向技术,高效完成了2 000 m 水平段的任务目标,砂岩钻遇率达74%,初期测试求产获得日产116.8 t 的高产工业油流。

3.1.2 致密气开发井应用情况

鄂尔多斯盆地致密气主力含气层为河流相-三角洲砂岩储层,砂体类型主要为辫状河河道砂坝、边滩（点坝）砂体,储层具有纵向多期叠置,横向连续性差、厚度薄且变化快、存在透镜状泥岩薄层等特点。在此地质条件下,常规自然伽马很难高效指导钻进“找砂避泥”,因此试验应用了方位伽马随钻地质导向技术。以Q1-*-*H1 井为例,该井为三开结构水平井,完钻井深5 470 m,水平段长1 200 m。在水平段应用APS 方位伽马及地质导向仪器,水平段2 趟钻完成,水平段钻井周期13.5 d,最高机械钻速5.48 m/h,最高日进尺达206 m,与采用常规自然伽马的邻井水平井相比,储层钻遇率提高了13.27%,并超越了所在井区多项钻井技术指标。再如J45-24H2井,水平段使用旋转导向及近钻头伽马成像工具,不但解决了水平段常规仪器无法精确控制轨迹的难题,而且刷新了致密气水平段平均机械钻速13.28 m/h和水平井钻井周期44.44 d两项记录,该井完钻井深6 666 m,水平段长3 321 m,储层钻遇率93.3%。

3.1.3 页岩油开发井应用情况

鄂尔多斯盆地页岩油储层具有地质构造复杂、厚度薄、隔夹层发育、地层倾角变化大等特征,给造斜段入窗中靶和水平段追踪有效储层带来很大困难,因此在页岩油开发井中进行了方位伽马随钻地质导向技术小规模推广应用。以HH 井区随机抽取的40 口井为例,其中使用onTrack 方位伽马10 口,应用井型主要为施工难度较大的大偏移距长水平段三维水平井,平均储层钻遇率72.7%,平均完钻水平段长2 545.38 m,和同平台或同井区常规自然伽马随钻地质导向相比,在钻井施工难度增大的情况下,储层钻遇率、完钻水平段长度分别提高9.3%、53.6%。其他30 口井使用的是GIT 方位伽马,平均储层钻遇率为76.9%,在钻井施工难度相当的情况下,和同平台或同井区常规自然伽马地质导向井相比,平均储层钻遇率提高15.1%,个别平台提高了32.5%（见图2）。

图2 同平台GIT方位伽马与常规自然伽马平均储层钻遇率对比

3.2 存在的主要问题

（1）目前国外公司的方位伽马随钻测量技术一般在中国只做技术服务,不出售相关产品,国内产品在稳定性、数据精确性、安全性等方面和国外同类产品相比还存在一定差距。费用、产品成熟度等因素在一定程度上限制了该技术的应用,虽然局部已进行小规模推广,但整体应用规模较小。

（2）目前国内外研制的方位伽马随钻测量设备尺寸类型主要有Ø120.7 mm、Ø165.1 mm、Ø171.5 mm、Ø203.2 mm、Ø209.6 mm、Ø215.9 mm、Ø241.3 mm,适用直径范围为146.1～669.9 mm 的井眼,适用于146.1 mm直径以下井眼的成熟小尺寸仪器缺乏。

（3）目前国内外所有的方位伽马随钻测量仪器,其数据一般通过MWD 或LWD 传输到地面。我国现在各油田使用的MWD 数据传输速率普遍小于1 bit/s,传输速度相对于国外还有一定差距,不利于方位伽马测量数据上传和实时成像。