地质工程一体化录井综合导向模式设计与应用

宋 明 会

(中国石油长城钻探工程有限公司录井公司)

0 引 言

目前水平井已成为页岩气、页岩油、致密气等非常规油气藏开发的重要手段，对提高储层钻遇率、安全快速钻井提出了更高要求。从地质角度分析，确保储层钻遇率是核心目的，为实现油气井高效开发提供充分保障；从工程角度分析，实现快速、安全钻井，“打快、打好”是核心目的。由于现场没有将随钻定向、录井、钻井、定向井等数据进行统一采集、存储、共享[1-4]，受现场施工的钻井、随钻定向、录井等多专业间数据孤立、分析局限、沟通脱节等因素影响，地质目的和工程目的往往不能同时兼顾，导致水平井储层钻遇率低、钻井周期长、井筒事故多，影响了水平井实施效果。

为此，提出了“地质储层钻遇率最大化、工程风险最小化、钻井时效最优化、支持决策最快化”为目标的地质工程一体化录井综合导向模式。通过一体化模式的应用，突出了多数据共享与综合分析，各项专业紧密结合，实现井轨迹实施过程中地质和工程目标的双优化。同时，与信息化技术的融合提高了远程支持的作用，对当前钻探行业作业模式与复杂水平井实施方面具有推动作用。

1 综合导向模式设计理念

针对复杂油气藏地质条件导致坍塌与卡钻等事故多、优势储层钻遇率低、钻井施工慢等难点，以地质为基础，结合工程施工需求，构建了由“地质导向+随钻定向+钻井风险评价+录井技术+远程信息化”组成的地质工程一体化录井综合导向模式。该模式以“录井技术应用”为基础，充分发挥录井现场第一手资料价值与地质方面的分析能力，以信息技术为载体，加强现场各专业数据的共享及现场与基地的沟通协作能力，提高服务质量与生产效率。钻井风险评价技术从井壁、井筒、钻柱等方面开展工程风险实时评估与预判，保障施工安全；随钻定向技术通过获取的定向数据，确定最佳工具面、优化轨迹，确保高效钻井[5]；地质导向技术通过钻前地质建模、随钻动态分析与模型调整，引领钻头在目标层中钻进。

地质工程一体化录井综合导向形成了“定向服从导向，录井服务导向”的工作流程，突出导向技术协作核心、信息传达枢纽、一体化施工的作用。钻前导向建模过程中，利用录井、测井、地震、地质等资料开展目标层分析，建立地质导向模型并分析各层位和钻井阶段潜在的工程风险，在此基础上优化钻井轨迹。钻井过程中，以信息化手段为纽带实现专业数据共享与协作，在静态地质研究基础上，结合动态多专业数据快速分析构造变化、及时调整导向模型、优化钻井轨迹、更新区域地质认识，引领钻井施工在目标层中钻进，形成区域与单井双向结合的闭环式技术体系，提高优势储层钻遇率和确保高效钻井。

钻井施工过程中，录井工程师负责工程数据、地质数据的采集，并分析钻遇地层的岩性、层位、油气显示等；风险分析工程师负责施工井钻遇地层的工程风险分析，预判待钻地层的井筒风险，为下步安全钻井提供依据；定向工程师负责随钻定向数据的采集、钻井轨迹的分析与调整；导向工程师负责分析目前钻遇层位与导向模型的动态调整，分析下步轨迹调整方向，组织录井工程师、定向工程师、风险分析工程师共同制定最优的调整方案，向钻井工程师下达轨迹调整指令(图1)。在遇到重大问题时，各专业人员可通过信息保障手段与后方专家实时沟通，通过专家的远程支持提高现场处理复杂问题的能力。导向工程师负责与油田决策方技术沟通，形成统一的决策后，负责组织分析决策信息，并形成调整指令传达给钻井方。通过以“导向”为核心的工作流程，在保障优势储层钻遇率的同时兼顾了工程实施的快速、安全和高效，确保“地质甜点”和“工程甜点”目标的双实现。

图1 地质工程一体化录井综合导向工作流程

2 综合导向模式平台功能

地质工程一体化录井综合导向作业模式以地质工程一体化录井综合导向平台为工具开展技术分析与决策指挥，该平台是一个集视频、通信、数据采集、数据传输、数据管理、数据应用、数据分析、数据共享为一体的协同工作与决策平台，主要包括数据管理层和数据应用层，实现了井场、基地、移动端之间信息资源的互联互通，对井筒海量数据进行统一管理与共享，实现多专业信息搜索和分析应用(图2)。

图2 地质工程一体化录井综合导向平台功能架构

2.1 平台数据管理

数据管理层包括数据采集和数据存储两个系统。

数据采集系统由静态数据采集模块和动态数据采集模块组成。在静态数据采集方面，开发了多专业静态数据采集一体化录入模块，包括钻井、钻井液、固井、录井、随钻定向等专业数据，实现了一站式部署、一体化录入和井场数据统一管理等功能，避免重复工作，确保井场数据库的数据唯一性；在动态数据采集方面，开发了数据汇集器，通过解析不同仪器操作系统，实现对多种综合录井仪、随钻仪的数据实时汇集，能够将不同标准接口的数据以毫秒级的速率汇集到公共数据区，并进行数据项及数据单位的归一化处理，为实时决策分析提供数据支持。

数据存储系统，以WITS和WITSML传输标准中描述的数据项建立的核心数据存储模型，涵盖了钻井、录井、随钻定向、钻井液等专业所涉及的所有数据项。在核心数据库基础上，采用虚拟化技术，将应用软件数据模型与核心数据模型进行一一映射，使专业应用软件能够无障碍地访问核心数据库，同时也便于软件的快速集成，增强了平台的开放性和兼容性。建立了适应动态功能管理和授权机制的系统数据模型，系统数据管理模型由用户、功能权限、井权限、自动升级、日志、组织机构等表组成，满足了多专业数据共享、软件集成更新、多用户组织机构等需求。

2.2 平台数据应用

地质工程一体化录井综合导向模式平台的数据应用层包括基础应用和专业应用两部分，其中核心的专业应用功能主要包括协同应用功能模块和远程决策支持功能模块，可实现随钻地质分析、工程评价、轨迹控制、方案优化等功能，使管理者、专家和技术人员之间的交流更直观、高效，并可实时远程指导现场作业，提高井场作业管理效率和作业质量，从而实现前后方一体化、甲乙方一体化，推进决策进度和效率，达到高效科学决策的目的。

协同应用功能模块主要是专业应用分析模块，包括二维导向、三维导向、单井分析、多井分析等多个分模块，可实现地质建模、随钻录井评价、随钻跟踪对比、实时导向分析、随钻风险评价、随钻轨迹优化等功能，为录井、定向、风险管控、导向等作业提供专业的地质、工程分析工具，通过数据与成果共享搭建起多专业一体化、地质工程一体化分析的桥梁， 提高了现场实时分析、决策的能力。

远程决策支持功能模块主要包括远程指挥、导向指令、远程协同、远程监控等功能模块，通过实时传输建立现场与基地完全相同的镜像数据库，实现数据、成果双向共享与互动，实现前后方一体化作业。基地通过一体化应用平台的视频、图、表、数据，远程感知现场工作状态，运用地质、工程应用软件，分析、预测、处理现场异常情况，进行远程指挥与指令下达，提高决策和管理效率。

3 综合导向模式平台技术优势

地质工程一体化录井综合导向施工过程中，在钻前、钻中各环节最终以实现地质目标为基本原则，同时兼顾工程轨迹可行性、安全性，技术上互为补充，人员上彼此协作，在有效降低水平井施工风险，提高优势储层钻遇率的同时，达到“地质甜点”和“工程甜点”目标的双实现。

(1)“区域研究分析”与“施工方案设计”相结合优化施工方案。在综合地质研究的基础上，充分考虑施工难度、工程风险、钻井技术能力等因素，有针对性地设计、优化轨迹(造斜点选取、造斜率优化)，建立符合地质情况、钻井施工条件的综合性施工方案。

(2)“轨迹调整控制”与“构造变化预测”相结合提高施工时效。充分应用各专业动、静态数据，超前预测、主动优化，以余量操控、小幅微调、少定多转为原则，确保轨迹圆滑，降低后续钻井施工难度。

(3)“轨迹有效延伸”与“优势储层追踪”相结合提高优势储层钻遇率。以有效储层长度最大化为原则，兼顾水平段延伸能力，在构造复杂的情况下，以特色录井技术为支撑，由“目标箱体”向“最佳巷道”转变，提高优势储层钻遇率、确保单井产量最大化。

(4)“轨迹形态质量”与“井筒风险评价”相结合确保安全钻井。在满足地质目标同时，依托井筒风险工程录井评价技术开展井眼清洁、地层压力、钻柱受力、参数优化等工程分析，预测潜在的卡钻、井涌、井漏等早期风险，提示钻井队及早采取措施，避免工程事故的发生。

(5)“现场动态施工”与“多方联动支持决策”相结合提高管理效率。通过建立一体化远程应用平台，促进不同地点、不同时间、不同专业人员间更紧密地开展工作，实现“信息共享，协同决策”，提高工作效率与施工连续性。

4 应用效果

地质工程一体化录井综合导向模式已在辽河、长庆、川渝页岩气等油气区进行应用，在提高钻井速度和储层钻遇率等方面发挥了重要作用，为水平井高产奠定了基础。在川渝页岩气地区，解决了地层倾角变化大、优势储层薄、微构造发育、井壁失稳等影响钻井施工和目标层钻遇率的难题，实现精准地质导向新突破。与常规施工方式对比，机械钻速平均提高了20%，有效储层钻遇率平均提高了5%，成为确保川渝页岩气水平井高效钻进和开发效果的关键技术之一。

以川渝页岩气田YS 137H1-1井应用为例，该井是一口浅层页岩气水平井，水平段目标层为龙一11小层+龙一12-1单层，优势储层厚度3.5 m左右。钻前建模分析发现，该井地质构造方面可能存在断层，将影响目标层的追踪，并导致优势储层钻遇率降低；钻井工程方面，该井627～1 308 m井段在30°～60°的造斜段存在井眼垮塌、沉砂的风险。针对上述难题，在之后的钻进过程中，开展摩阻扭矩监测、水力学随钻监测、岩屑返出量监测等工程分析，结合岩屑的岩性、掉块等地质分析，通过优化机械钻速确保及时排除井筒环空岩屑，控制环空岩屑浓度小于7%，确保钻进过程无阻卡复杂情况发生。钻至井深分别为1 818 m、2 310 m和2 370 m时，通过录井元素数据分析判断钻遇断层，计算出断距分别约为10.00 m、5.00 m和2.00 m，地质导向工程师、随钻定向工程师与钻井工程师通过地质工程一体化录井综合导向平台进行成果共享与分析，地质导向师根据储层变化确定轨迹控制目标，随钻工程师考虑不同轨迹调整策略下的轨迹控制方案，减少高摩阻高扭矩、钻压传递困难等复杂情况，确保了钻穿断层后对目标层的追踪。该井设计水平段长1 100 m，实钻水平段长1 140 m，钻井累计纯钻时间14 d， 优势储层钻遇率达到94.6%，较采用常规施工方式的相邻同等水平段长度的水平井，钻井纯钻时间缩短了5 d，优势储层钻遇率提高了5.1%。

5 结束语

地质工程一体化录井综合导向模式以信息化技术为依托，实现多专业信息共享与协作、前后方协作，建立了以地质导向为核心的一体化工作模式，发挥了多项技术融合的特点，整体考虑各个环节的地质与工程影响因素，深入优化施工方案、削减施工风险，确保水平井储层钻遇率和安全高效钻井，为录井地质导向的发展和复杂水平井的顺利实施提供借鉴和参考。