第２２卷第３期 录井工程 ・ ８】 ・ ・软 件・ 水平井随钻监控与分析技术平台 闫慧珍 晏高明 杨永灵 林 莉 孙 林 （中原石油勘探局地质录井处） 闫慧珍。晏高明，杨永灵，林莉。孙林．水平井随钻监控与分析技术平台．录井工程，２０１１，２２（３）：８１ ８５ 摘 要 水平井随钻监控与分析技术平台是水平井钻井过程中对目标体进行快速综舍奇析和钻井导向的技术软 件，集地质、录井、钻井、随钻测量信息于一体，具有现场综合分析技术优势。以可视性、实时性为实现现场快速追踪 目标、精确进行地质分析提供综合性技术分析手段，成为复杂油气区水平井钻进的现场地质分析工具。 关键词 水平井 实时监控 动态分析 模拟现实 矢量成图 ０ 引 言 水平井对提高单井油气产量、提高油层采收率 具有重要作用。水平井钻井工艺技术复杂、施工难 度大，在复杂地质环境下钻进，例如钻遇复杂小断块、 静态地质分析技术即钻前地层对比、储集层预 测、区域构造分析、邻井试油、地层压力等静态地质 特征的综合分析。钻前取得的地质资料越丰富，对 下步预测和实钻分析越有利。 实时地质综合分析技术是通过实钻录井信息和 随钻信息分析目标层的岩、电特征，通过与综合地质 小“墙角”、小狭缝以及薄层时，由于复杂目标层在空 间上的快速变化等褚多因素的相互叠加，使得水平井 地质设计、目标层确认、着陆点把握、层内穿行等关键 控制技术难度加大，在一定程度上会影响水平井实 施效果。目标层地质情况的不确定性是造成水平井 分析成果对比，确定钻头处于目标层的位置，指导钻 头在油层中穿行，从而尽可能多地打开油层。 油气层微观预测技术是根据实钻油层顶、底厚 度等要素变化，实时计算地层倾角，根据地层倾角推 测钻头前地层或者油层展布。 设计目的落空的重要原因，现场必须随钻实时动态 分析、井眼轨迹，才能有效提高实钻效率＿１］。 水平井随钻监控与分析技术平台是建立在钻井 现场集实时监控与综合地质分析于一体的系统软 件。在人工地质评价的基础上，引入神经网络、聚类 分析等先进的计算机模拟技术，丰富数据处理方式， 减少人工误差，缩短处理过程和时间，优化地层对 比、层位确认、钻头位置确定、钻头前地层预测等分 析方法。通过计算机系统和人脑综合解释，实现大 数据量分析、减少纸质对比以适应现场环境条件，从 而达到计算机科学、智能化监测与分析的目的。 ２主要地质分析技术 ２．１现场斜深校直地层对比技术 水平井地层对比是技术难点，尤其在造斜、增斜 段分析对比难度更大，也更加重要。由于水平井井 眼轨迹的复杂性，根据地层厚度、沉积旋回等规律进 行井间地层对比的常规方法已经不再适用。尤其在 东濮地区，标志层厚度不大、特征不明显，更增加了 对比的技术难度。 现场斜深校直对比的技术关键是深度归位，即 复杂轨迹的几何转换。将导眼或者水平井每一测量 单点进行井斜、方位运算，还原为直井深度剖面和测 ｌ主要技术模块 水平井随钻监控与分析技术平台包括三大技术 模块：静态地质分析技术、实时地质综合分析技术、 油气层微观预测技术。 量曲线，来进行邻井的井间对比 ］。 现场实钻过程中，进行层位确定必须首先进行 斜深校直，一方面可以更真实显示地层厚度、放大对 闫慧珍 工程师，１ ９７０年生，１９９１年毕业于西北大学石油地质专业，现在中原石油勘探局地质录井处研究所从事录井技术研发工作。通信 地址：４５７００１河南省濮阳市中原油田地质录井处。电话：（０３９３）４８２１５２３。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙｙｔｙｈｚ＠ｓｉｎａ．ＣＯＩＴＩ ・ ８２ ・ 比曲线形态、突出标志层特征，利于卡准层位；另一 方面，也可以更精细地掌握钻头所钻油层的位置，为 快速调整钻头运动方向提供依据。图１为Ｗ ９２－Ｐ 头处于目标层的位置，是地质导向中综合地质分析 的实用性技术。 现场斜深校直对比要求广泛收集区域、邻井资 料，选取的邻井越近、资料质量越高越具对比价值。 在对标准层、标志层进行大段对比的基础上，必须坚 ２井斜深校直前后的对比情况。可以看出，对于目 标层相距不足１００ ｍ的导眼和水平段，校直前（图 ｌａ），层厚度和岩、电特征难以直接对比，而快速校直 持对每个小层逐一进行对比，将单层换算成真实厚 度后，删薄层留厚层进行对比。同时，对于新钻开地 层应充分分析实钻岩屑，及时把握岩性变化特征，因 为岩、电特征综合对比更具动态价值。 ｗ９２－Ｐ ２５４＝导眼 自然伽马 （ＡＰＩ） 深 岩性 电测 ｗ９２一Ｐ ２井水平段 自然伽马 深 颜 岩性 后（图１ｂ），对应层厚度和岩、电特征都更明显，容易 归位，同时能直观看出水平段构造位置比导眼高约 １２ ｍ。现场实钻过程中的对比更能有效地确定钻 ｗ９２＿Ｐ２井导眼 自然伽马 （ＡＰＩ） 深 颤 岩性 电测 度 邑 剖面 解释 ｗ９２－Ｐ ２井水平段 自然伽马 （ＡＰＩ） 深 颜 岩性 度 包 剖而 ● ５０‘。‘。。。。。一１６０ （舶） ｌ４ ４０ 。。。’ ’一１４０ （ｍ） １４ 频 度 （ＡＰＩ） 度 包 ３０ 。‘。。 一１００ （ｍ） 剖面 解释 ｔＯ一１４（ （ｍ） 色 剖面 ｋ ｌ４ 导 ｌ４ 埘 ：二二Ｊ 、 ∞一 一＿＿ 二三］ ≮ 氆 翻 ］ ｌ４． ＞ ｌ３ Ｌ —— ］ 争 １讨４ 匠 ｆ／ 。 １４ 。ｉ 日 ＼ ／ ０ 二＞ 器 盈 ———— 譬 专 嚣＿●－～ ＝∞ ． 玛１ｌ４ 皿２ ｜移 ∞． １４ １４ ∞ 妇 Ｉ 、， ＼ ｌ４ 匮 ｜ｉ ￡§磐９ 蔷 １４ ＆・ ・ｌ 一 毒 ０ 窝。 １４ 。 最大井钭３７．２￣ —— １４ｌ ∞ １４ 、＞ ｌ —３＿ Ｌ生 一 蘑‘ —— Ｉ 量． ∞ ∞． ４ｉ ： ｌ３・ 一Ｉ竺圭产．！，｝鼬强 叶 厂 【４ Ｉｃ ／Ｉ ． ． 。＿ —＿＿ｌ３‘ ＿ ０ ＿．｝ （ｂ）垂深对比 ｌ４ －７ （ａ）斜深对比 图１ ｗ ９２ Ｐ ２井斜深校直前后地层对比 ２．２ 目标体同步叠合图形化实时监控技术 布状况。一旦顶、底位置有变，会连续计算地层倾 角。因此，钻头在褶皱地层的反复进出，通过地层倾 角的变化，可在空间三维图上展示出。 应用井眼轨迹同步叠合地层展布图及各种实时 监测信息曲线，生成直观展示地层电性、油气和钻井 特征的二维矢量图、三维矢量图（图２、图３），进行综 合分析。根据井下随钻测量电性、气测和钻井参数 曲线现场快速分析钻头进出油气层情况，为甲方现 场决策提供直观的依据。 ２．３地层倾角追踪技术 ３软件系统火键技术 随钻监控与分析技术平台集随钻数据采集、处 理、分析、解释于一体，主要包含３项关键计算机分 析技术。 ３．１ 虚拟技术 动态跟踪钻头进出目标油层情况，连续、自动计 算地层倾角，提示钻头的顶、底出层情况和距顶、底 距离，指导钻进方向，引导钻头沿地层倾向穿行目标 油层（图４）。 随钻监控与分析技术平台在Ｄｅｌｐｈｉ平台下使 用ＯｐｅｎＧＬ技术完成｜３］。 研究目标是将计算的函数值或实验获得的大量 数据转变为人的视觉可以感受的计算机图像，三维 空间数据场的显示是实现科学计算可视化的核心 （图５）。 根据邻井或导眼对应层顶、底的空间位置，与水 平井目标层顶、底相连，计算目标层顶或底的地层倾 角及厚度变化，预测沿井眼轨迹方向延伸的油层分 ・ ８４ ・ 求井上程 矢量图表征和展示（图６、图７）。 图６ Ｍ ８２一Ｐ １井二维矢量分析 图７ Ｍ ８２ Ｐ １井空间三维矢量观测 该系统的三维可视化通过三维真实感图形对地 质体进行多角度、多细节的展示，为追踪地质目标体 提供直观形象的表现方式。 目前，普通地层或地形的地质三维建模已经取 得了非常好的效果，然而水平井实钻中钻遇的地质 体往往是复杂的，尤其是长距离追踪这些复杂地质 体（如断层、褶皱及复杂岩石特征变化等）的三维可 视化分析需要吸取储集层建模的经验、模式，并进行 深入的研究，而断层三维建模更是这一研究领域的 难点。 ４达到的地质要求 根据现场条件和需求，软件系统须达到实用性、 灵活性、可视性、综合性的技术要求，方能成为水平 井钻井中目标层追踪、导向的专业性技术工具。 ４．１ 几何导向数据的自动提取和计算 形成水平井几何导向和地质分析、解释综合数 据库，灵活、方便提取、录入实时井斜、方位等信息， 能够快速进行垂深、水平位移、井斜的计算。 ４．２ 二维轨迹的现场分析及可视化展示 二维井眼轨迹图上，将目标体的地质监测信息 与工程几何导向信息融合到一起，实现同步叠合分 析，直观展示井眼轨迹的延伸走向及所钻遇的地层， 单画面就能较完整地展现实时目标体的钻进情况。 ４．３ 三维轨迹现场虚拟可视化展示 空间实时三维井眼轨迹，侧重在现场更精准、全 方位地展示实钻井眼轨迹和目标油层在三维空间的 叠合关系，可以针对不同目标，从不同方位观测钻头 及钻头经过井段的地层展布情况，模拟井下钻头运 动图像，为几何导向提供更全面信息。 ４．４ 自由实现现场地层垂深对比 及时捕捉和追踪油气层变化，确定钻头在目标 层中位置，在目标层中，通过不断进行地层垂深对 比，更精确、及时地预测和分析地层。该模块充分考 虑现场条件，具有提取数据速度快、成图直观、自由 的特点。 ４．５预测钻头前方油层或地层展布 与地质设计的储集层、油层宏观预测不同，该系 统是在储集层、油层地质设计的基础上以及宏观预 测的大背景下，根据实钻地层情况，通过微观预测钻 头前方油层或地层展布，引导钻头沿着油层穿行。 ５现场应用情况 该技术平台在东濮凹陷推广应用２５口水平井， 作业区域内最薄油气层为１．４８ ｒＦｌ，最大井深超过 ３８００ ｍ，水平段最长超过６００ １３３．。作业中，在随钻 ＭＷＤ的伽马指示不明显，甚至由于地层高温、高压导 致仪器失灵的情况下，根据现场情况，不断调整技术方 法、完善软件系统，最终达到现场实用性技术要求。 ５．１ 认准目标层，提高水平井油层钻遇率 导眼井的首要目标就是确认目标层的要素及其 变化，为达到目的，一要快速、准确识别目标层特征、 要素；二要做好目标层随钻精确归位，掌握井区地 层、岩性、含油性及其变化；三要认准、预测好目标层 要素及其在着陆点区的相应变化。系统依据实钻目 标层要素的变化、井身结构、井眼走向、工程技术环 境等诸多因素，确认是否需要重新设计、调整着陆点 要素Ｅ 。 据实钻井统计，水平段目标层的变化以深度、油 层横向展布、目标层倾角、构造等变化较多。钻井现 场应用实钻垂深对比分析技术和目标层、井眼三维 动态分析系统，依据随钻地层、岩性、储集层、油气性 第２２卷第３期 间慧珍等：水平井随钻监控与分析技术平台 ・ ８５ ・ 信息，可准确确定目标层着陆点要素并分析、预测其 变化，其作用主要表现在４个方面：一是保证实钻准 确着陆；二是快速确定目标层；三是调整目标层，保 证或增加单井综合效益；四是确认原目标层变差或 缺失，终止无效施工，减少损失。 例如Ｍ ２６一Ｐ １井，未钻导眼，设计３个靶点在 一宽缓背斜上，Ｂ靶点在中部高部位，Ａ、Ｃ靶点在 两翼低部位，３个靶点距邻井都较远，水平段长度达 ６０３ ｍ，实钻Ａ、Ｂ靶点均未钻遇目标层，过Ｂ靶点 ４０ ｍ钻遇砂岩并有油气显示，经随钻分析重新确认 目标层要素，并调整井眼走向（图８），穿行油层 ２１４ ｍ，初期产油２Ｏ ｔ／ｄ，稳产６～７ ｔ／ｄ。 图８ Ｍ ２６－Ｐ １井随钻地质导向分析 ５．２现场修正油藏模型并调整轨迹 在水平井钻井施工过程中，通过随钻跟踪钻井 所揭示的地下情况，及时分析构造及油层变化，并对 水平井设计参数进行适时修正，指导调整水平井的 实钻井眼轨迹。如在ＢＭ Ｐ １井实钻中就把单斜修 正为断块。 ＢＭ—Ｐ １井设计有Ａ、Ｂ两个靶点，地层倾角为 下倾３．６。，Ａ靶点处目标层垂深３ ７７６．０ Ｉｌｌ。实钻斜 深校直对比发现在垂深３ ７６２．４ ｍ钻遇了目标层， 实际提前１３．６ ｍ，现场综合对比吻合。钻至垂深３ ７９１．６ ｍ、位移６２０ ｍ，根据斜深对比和地层倾角追 踪共同分析地层出现重复现象，判断有断层存在（图 ９）。随后在井下随钻测量仪器因井底高温停止工作 的情况下，充分发挥监控和导向作用，顺利完成了中 原油田第一口阶梯水平井。完井测井等资料证实 Ａ、Ｂ两靶点之间存在一条断距为２７ Ｉｎ的断层。 ６ 结束语 目前，水平井钻井中最难解决的问题是地质环 图９ ＢＭ Ｐ １井深轨迹与随钻监测Ｉ司步叠合 境复杂的目标体预测与识别，尤其是地层高度破碎、 严重相变的油气区。由于钻前地下地质情况确定难 度较大，造成现场不可预知的状况多见，对于水平井 目标体的预测、识别、导向，必须采用定量、精确的技 术手段和综合性地质分析工具，采用专业、系统的分 析手段连续检测、分析、对比，才能提高水平井钻井 的成功率和实现最大的油气层钻遇率。 该系统作为上级业务部门指挥生产、技术决策 的直接依据和现场录井的重要工具，得到了上级部 门和协作施工单位的高度认可。 参 考 文 献 Ｅ１］贾晟国．现代石油录井新技术及标准规范［Ｍ］．北 京：中国科技文化出版社，２００７． ［２２ 张贤辉．水平井钻井的测井地质导向方法与技术［Ｄ］． 夏宏泉，赵军，指导．南充：西南石油学院，２００２． ［３］ Ｒｉｃｈａｒｄ Ｓ，Ｗｒｉｇｈｔ Ｊｒ．０ｐｅｎＧＩ ＳｕｐｅｒＢｉｂｌｅ（４ｔｈ Ｅｄｉ— ｔｉｏｎ）［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ａｄｄｉｓｏｎ Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｒｅｓｓ，２００７． ［４］袁昭，李艳明，陶林本，等．吐哈油田水平井随钻地质 导向技术研究［Ｊ］．石油钻探技术，２００８，１３６（１３）：８７— ９Ｏ． （返修收稿Ｆ１期２０１１¨０７（）２编辑 孙继森）
