近鉆頭伽馬成像技術(shù)在川西疊置河道砂巖氣藏中的應(yīng)用

摘 ? 要： 川西疊置河道砂巖氣藏具有河道窄、儲(chǔ)層厚度薄且不均、巖性及物性橫向變化明顯等特征，傳統(tǒng)幾何導(dǎo)向鉆井技術(shù)受測(cè)量盲區(qū)長(zhǎng)、測(cè)量數(shù)據(jù)種類有限等因素限制，無法滿足該地勘探開發(fā)需要。提出將近鉆頭伽馬成像技術(shù)應(yīng)用于川西疊置河道砂巖氣藏的方法。通過扇區(qū)方位測(cè)量，將測(cè)量盲區(qū)從15 m縮短至1.5 m;根據(jù)扇區(qū)方位伽馬成像結(jié)果差異，可以精確判斷地層特征，以及定量和定性判斷優(yōu)質(zhì)小層，為井眼軌跡的快速調(diào)整提供了有力支撐。實(shí)踐中，將近鉆頭伽馬成像技術(shù)應(yīng)用于ZJ氣田的4口井，表明該技術(shù)能實(shí)時(shí)探測(cè)近鉆頭位置地層變化，準(zhǔn)確探測(cè)出地層邊界，快速發(fā)現(xiàn)井斜變化，減少了井眼軌道調(diào)整幅度和頻次，降低了填井側(cè)鉆風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率接近100%。

關(guān)鍵詞： 近鉆頭伽馬成像;疊置河道;扇區(qū)方位;井斜;優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率

中圖分類號(hào)：TE19 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)： 2095-8412 （2020） 04-098-05

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net ? ?DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.04.018

引言

近鉆頭伽馬成像技術(shù)是在鉆井過程中，利用安裝在鉆鋌側(cè)面的定向伽馬探測(cè)器測(cè)量井眼周邊某一扇區(qū)地層的伽馬射線強(qiáng)度，從而進(jìn)行成像的一種技術(shù)。在鉆具的旋轉(zhuǎn)過程中，伽馬探測(cè)器動(dòng)態(tài)掃描獲取全井眼周邊360°方位扇區(qū)地層的伽馬射線強(qiáng)度，然后根據(jù)不同方位的伽馬射線強(qiáng)度進(jìn)行扇區(qū)填充成像。目前國(guó)外已經(jīng)采用近鉆頭伽馬成像技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向工程作業(yè)[1-2]。在工程作業(yè)中，主要依據(jù)成像信息計(jì)算地層傾角與井眼環(huán)境的變化趨勢(shì)調(diào)整鉆頭前進(jìn)方向。在伽馬成像傾角計(jì)算應(yīng)用方面，很多學(xué)者已經(jīng)開展相關(guān)工作，例如Kevin等[3]介紹了正弦曲線自動(dòng)拾取方法，并采用蒙特卡羅模擬等數(shù)學(xué)方法，進(jìn)行了成像傾角計(jì)算的誤差分析;袁超等[4]進(jìn)行了扇區(qū)伽馬成像正演模擬，分析了井眼條件對(duì)方位伽馬成像的影響;Wang等[5]采用平均值擬合法實(shí)現(xiàn)了正弦曲線的自動(dòng)拾取，利用蒙特卡羅模擬分析了地層密度、井眼環(huán)境、鉆井液密度和儀器偏心等因素對(duì)成像深度的影響，并給出了傾角的計(jì)算方法。相關(guān)研究能夠從理論上為近鉆頭伽馬成像提供參考，但在工程應(yīng)用方面還要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

川西中淺層致密砂巖氣藏經(jīng)過多年的滾動(dòng)開發(fā)，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量已近于完全被動(dòng)用，未被動(dòng)用的疊置河道砂巖氣藏具有河道寬度窄、儲(chǔ)層砂體單層厚度不大且厚薄不均、巖性及物性橫向變化明顯等特征[6]，開采難度大。

本文首先分析常規(guī)幾何導(dǎo)向鉆井技術(shù)在川西疊置河道砂巖氣藏勘探開發(fā)中的局限性;然后介紹近鉆頭伽馬成像儀器的工作原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì);最后通過實(shí)例驗(yàn)證近鉆頭伽馬成像技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 ?問題分析

采用常規(guī)幾何導(dǎo)向鉆井技術(shù)進(jìn)行水平段鉆進(jìn)時(shí)，測(cè)量盲區(qū)長(zhǎng)、測(cè)量數(shù)據(jù)種類有限，若發(fā)生鉆遇泥巖，則只能通過施工經(jīng)驗(yàn)調(diào)整軌跡，尋找砂體，且發(fā)生鉆遇泥巖后，井下摩阻、扭矩將大幅增加，多數(shù)井因此而被迫提前完鉆，如表1所示。為確保水平段達(dá)到優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率，提高鉆井工程質(zhì)量，開展近鉆頭伽馬成像技術(shù)的探索和試驗(yàn)，對(duì)川西疊置河道砂巖氣藏勘探開發(fā)具有重要意義。這是因?yàn)樵诓捎媒@頭伽馬成像技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向工程作業(yè)實(shí)踐的過程中，當(dāng)近鉆頭儀器以一定傾角穿過地層時(shí)，傾斜地層界面在近鉆頭伽馬成像圖中將呈現(xiàn)出正弦曲線特征。提取該正弦曲線的特征參數(shù)，再結(jié)合隨鉆測(cè)量得到的井斜和方位等信息，能夠更有助于分析地層傾角和井眼軌跡，以及進(jìn)行鉆出和鉆入儲(chǔ)層的判斷。

2 ?近鉆頭伽馬成像儀器工作原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 ?儀器結(jié)構(gòu)與測(cè)量方法

近鉆頭伽馬成像儀器在柱體外側(cè)分布有四個(gè)伽馬射線探頭，90°等間隔排列，這四個(gè)探頭提供扇區(qū)方位測(cè)量。儀器不管在井里滑動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)鉆井，都能記錄連續(xù)影像，然后通過遙測(cè)系統(tǒng)將影像數(shù)據(jù)發(fā)送到主隨鉆測(cè)井管柱，最后將影像數(shù)據(jù)壓縮打包并發(fā)送到地面。當(dāng)儀器旋轉(zhuǎn)時(shí)，能以四分之一圓周、八分之一圓周或者十六分之一圓周為單位，對(duì)全井壁進(jìn)行掃描測(cè)量與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。例如，當(dāng)管柱滑動(dòng)時(shí)，可以測(cè)量并存儲(chǔ)與井壁接觸的那四分之一圓周的資料，而且可以把資料壓縮打包并實(shí)時(shí)傳送至地面。此外，也可以八分之一圓周等為單位對(duì)全井壁進(jìn)行掃描測(cè)量，原理同上。

近鉆頭伽馬成像儀器主要由測(cè)量短節(jié)LXM和接收短節(jié)UXM組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

儀器功能、參數(shù)、指標(biāo)介紹如下：

（1）測(cè)量短節(jié)LXM：測(cè)量鉆頭處的井斜、伽馬射線強(qiáng)度和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，通過無線電磁波傳輸給UXM。

（2）接收短節(jié)UXM：接收測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過總線傳給MWD。

（3）技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)如表2所示。

2.2 ?近鉆頭伽馬成像技術(shù)優(yōu)勢(shì)

近鉆頭伽馬成像技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

（1）該技術(shù)將常規(guī)幾何導(dǎo)向鉆井技術(shù)的導(dǎo)向測(cè)量盲區(qū)由15 m縮短至1.5 m，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層邊界，以調(diào)整井眼軌跡，避免鉆穿儲(chǔ)層，提高儲(chǔ)層鉆遇率。例如，常規(guī)LWD地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)采用10°/100 m全角變化率進(jìn)行增斜或者降斜，以調(diào)整井眼軌跡，實(shí)鉆軌跡調(diào)整回儲(chǔ)層損失段長(zhǎng)如表3所示。

（2）近鉆頭測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)誤差<5%，參數(shù)準(zhǔn)確可靠，曲線重合率高，可精確判斷地層特性，可定量及定性判斷優(yōu)質(zhì)小層。

（3）存儲(chǔ)和測(cè)量能力較強(qiáng)，能實(shí)時(shí)測(cè)得11項(xiàng)參數(shù)，輔助判斷儀器在井內(nèi)的工作狀態(tài)，確保鉆進(jìn)過程中井下儀器的安全。同時(shí)，可以將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，待儀器出井后在地面反演，重現(xiàn)整個(gè)鉆探過程。

3 ?應(yīng)用實(shí)踐

3.1 ?利用伽馬圖像確定鉆出、鉆入儲(chǔ)層

傳統(tǒng)的隨鉆自然伽馬數(shù)據(jù)雖然能較好地指示鉆頭在儲(chǔ)層中還是在非儲(chǔ)層中，但在意外鉆出儲(chǔ)層后，卻不能及時(shí)指示鉆頭如何重新調(diào)整回儲(chǔ)層中。近鉆頭伽馬成像儀器實(shí)時(shí)上傳上、下伽馬數(shù)據(jù)（GR值），能明確地告訴決策者該如何調(diào)整鉆頭軌跡，才能以最快的速度重新調(diào)整回儲(chǔ)層中。兩種常見的鉆出儲(chǔ)層模式如圖2所示，方位伽馬測(cè)量值表現(xiàn)為：從儲(chǔ)層頂部鉆出儲(chǔ)層，首先上GR值抬起，然后下GR值抬起;從儲(chǔ)層底部鉆出儲(chǔ)層，首先下GR值抬起，然后上GR值抬起。

利用無方位伽馬資料計(jì)算地層傾角時(shí)，只有在滿足特定條件的前提下，才可以計(jì)算視地層傾角，即只有在同一個(gè)層面被穿越兩次，或在準(zhǔn)確知道儲(chǔ)層厚度并且儲(chǔ)層同時(shí)穿越該層頂?shù)捉缑娴那闆r下，才可以計(jì)算視地層傾角。而利用伽馬成像資料，在任何情況下，只要穿越一個(gè)層面，就可以準(zhǔn)確獲取穿越點(diǎn)處該層面的視地層傾角信息，并表征出是從什么位置鉆出儲(chǔ)層的，從而更加及時(shí)地調(diào)整井眼軌跡。

利用上、下GR值資料計(jì)算視地層傾角的公式為[6]

（1）

其中，

—視地層傾角，（°）;

D—井徑，cm;

—上、下GR值變化點(diǎn)的間距，cm;

β—井斜角，（°）。

圖3所示是上、下伽馬（INBGR01為上伽馬、INBGR05為下伽馬）測(cè)量在JS109-8HF井2 200～2 300 m深度井段的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。上、下GR值明確指示鉆頭是從儲(chǔ)層底部鉆出儲(chǔ)層的，與依據(jù)元素特征分析、地層巖性判別和巖石顏色與粒度分析等得到的地質(zhì)特征資料作出的判斷完全一致，利用式（1）即可計(jì)算各點(diǎn)處的視地層傾角。

3.2 ?利用伽馬成像資料拾取地層傾角

如章節(jié)3.1所述，雖然利用上、下伽馬資料也能計(jì)算地層傾角，但獲得的只是視地層傾角。進(jìn)行構(gòu)造分析時(shí)，多數(shù)情況下需要真地層傾角。通過成像資料拾取地層產(chǎn)狀信息是目前較為通用的一種做法。利用伽馬成像拾取地層傾角有兩種途徑，一是利用實(shí)時(shí)上傳的上、下、左、右4條伽馬曲線（如圖3中的INBGR01、INBGR05、INBGR03、INBGR07四條曲線）快速成像，在測(cè)井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)拾取地層傾角數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)證，其精度可滿足地質(zhì)導(dǎo)向要求。另外一種方法是處理儀器出井后的內(nèi)存數(shù)據(jù)，在室內(nèi)經(jīng)過一系列預(yù)處理后拾取得到地層傾角，以用于區(qū)域構(gòu)造的深入研究。

3.3 ?應(yīng)用效果

在ZJ氣田的4口井中應(yīng)用近鉆頭伽馬成像技術(shù)，通過實(shí)時(shí)伽馬成像數(shù)據(jù)，及時(shí)探測(cè)近鉆頭位置地層變化，及早探測(cè)出地層邊界，快速發(fā)現(xiàn)井斜變化，有效提高了優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率（接近100%），減少了井眼軌道調(diào)整幅度和頻次，降低了填井側(cè)鉆風(fēng)險(xiǎn)。4口井實(shí)鉆技術(shù)指標(biāo)成果如表4所示。

4 ?結(jié)論與建議

（1）與常規(guī)幾何導(dǎo)向鉆井技術(shù)相比，近鉆頭伽馬成像技術(shù)可實(shí)時(shí)提供鉆頭處的井斜、方位伽馬等數(shù)據(jù)，使定向人員、地質(zhì)人員和導(dǎo)向人員能更及時(shí)地了解地層參數(shù)的變化并快速下達(dá)指令和措施，提高井眼軌跡控制精度，減小調(diào)整幅度。

（2）在水平段鉆進(jìn)過程中，可根據(jù)伽馬圖像、動(dòng)態(tài)井斜等參數(shù)來判斷鉆頭位置，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，達(dá)到增斜、降斜或穩(wěn)斜的目的，以確保鉆頭在目標(biāo)層中穿行，提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率。

（3）近鉆頭伽馬成像技術(shù)在川西疊置河道砂巖氣藏中得到了成功應(yīng)用，可有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井，對(duì)地下構(gòu)造復(fù)雜、儲(chǔ)層厚度薄、巖性及物性橫向變化大等區(qū)塊的油氣開采提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，建議研究人員給予充分關(guān)注。

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作者簡(jiǎn)介：

龔德章（1968—），通信作者，男，四川眉山人，工程師。研究方向：定向井工藝技術(shù)。

E-mail： 363369672@qq.com

（收稿日期：2020-04-30）

Application of Near-Bit Gamma Imaging Technology in Superimposed Channel Deposit Sandstone Gas Reservoirs in Western Sichuan Depression

GONG De-zhang

（Drilling Engineering Research Institute of Southwest Petroleum Engineering Co.， Ltd.， SINOPEC， Deyang 618000， China）

Abstract： The specific characteristics of superimposed channel deposit sandstone gas reservoirs in western Sichuan depression include narrow channel width， thin and unbalance reservoir thickness， and obvious lateral changes of lithology and physical properties. Due to the limitations including long blind area and limited types of measurement data， the traditional geometric guided drilling technology has been unable to meet the demands of exploration and development in such an area. A method of applying the near-bit gamma imaging technology into the superimposed channel deposit sandstone gas reservoirs in western Sichuan depression is proposed. By using the sector azimuth measurement， the measurement blind spot is shortened from 15 m to 1.5 m. According to the difference of the sector azimuth gamma imaging results， the formation characteristics can be accurately judged， and the high-quality small layers can be quantitatively and qualitatively judged， which provides a strong support for the rapid adjustment of well trajectory. In practice， the application of near-bit gamma imaging technology into 4 wells in ZJ gas-field shows that such a technology can detect the formation changes in the near-bit position in real time， detect the formation boundary accurately， and detect the well deviation changes rapidly， which reduces the adjustment amplitude and frequency of well trajectory， and reduces the risk of sidetracking. The drilling chance of excellent reservoir is close to 100%.

Key words： Near-Bit Gamma Imaging; Superimposed Channel Deposit; Sector Azimuth; Well Deviation; Drilling Chance of Excellent Reservoir