StarSteer地質(zhì)導向軟件在大慶油田的應用技術研究

李 明，王志輝，李兆龍

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江 大慶 163411）

隨著油氣資源的深入勘探開發(fā)，最大限度地動用地下儲能，單一的直井開發(fā)已滿足不了勘探開發(fā)需求，對儲層進行水平井開發(fā)能夠大范圍、最大程度上提高儲層的暴露面積，從而提高原油產(chǎn)量，近年來大慶油田已大規(guī)模展開水平井投入，實施水平井鉆探開發(fā)，既能降低開發(fā)成本，又能最大限度地動用儲能，是一種經(jīng)濟、高效的開發(fā)手段。目前大慶鉆探錄井一公司自主研發(fā)的“大慶水平井錄井地質(zhì)導向綜合分析系統(tǒng)”導向軟件輔助導向師在近千口常規(guī)水平井的導向工作中發(fā)揮了重要的作用，自主研發(fā)導向軟件在入靶前的著陸對比優(yōu)勢得到甲方的高度認可，但與國外先進的地質(zhì)導向專業(yè)化的軟件相比仍有較大差距，自主研發(fā)的軟件在實際應用中暴露出一些問題：①現(xiàn)有的軟件和經(jīng)驗無法對頁巖油水平井、致密油水平井及鄰井資料較少的高難度水平井的地質(zhì)模型進行精細化校正和對下步地層傾角提前預測。②與國外的StarSteer 軟件對比，在技術上存在著一定差距，缺少橫縱向聯(lián)動擬合功能，在運行速度上也有待提高，軟件從功能上需要突破瓶頸提高地質(zhì)導向時效性以及實時性。憑自主研發(fā)的地質(zhì)導向軟件無法對水平井的地質(zhì)模型進行精細化校正和對下步地層傾角提前預測，以往都是在貼近儲層邊界或出層后，才能精準計算地層傾角，對儲層鉆遇率影響較大、無法完全滿足最大程度上提高儲層鉆遇率的地質(zhì)需求。錄井一公司于2019年引進StarSteer導向軟件，本文以2020 年以來應用該軟件在大慶油田進行錄井導向水平井工作為例，通過StarSteer 導向軟件深入應用，探索出鉆前、鉆中及鉆后的全流程導向新模式。

1 創(chuàng)新鉆前屬性地質(zhì)模型建立

創(chuàng)新前宏觀地震趨勢做初始構造模型，由于依靠設計傾角及鄰井儲層厚度而建立，并不能反映儲層橫向展布特征；應用伽馬測井反演技術建立地質(zhì)模型，在中淺層水平井建模中能夠反映儲層油層內(nèi)垂向發(fā)育情況，同樣在深層天然氣水平井中，伽馬的高低不能反映儲層的好壞，因此采用氣測反演在深層水平井中對水平段軌跡調(diào)整具有很好的指導意義。

但受頁巖油儲層內(nèi)伽馬特征及氣測值波動不明顯影響，伽馬測井和氣測屬性模擬建模在頁巖油水平井水平段軌跡調(diào)整具有一定的局限性，依托StarSteer 導向系統(tǒng)軟件應用引用錄井參數(shù)，創(chuàng)新建模，建立最終具有構造信息、儲層橫向發(fā)育情況以及多參數(shù)屬性的綜合二維地質(zhì)模型（見圖1）。

圖1 多參數(shù)屬性的綜合二維地質(zhì)模型

以解決鉆井現(xiàn)場遇到實際問題為出發(fā)點。針對造斜階段工程定向工具面擺動問題，在鉆前地質(zhì)模型基礎上，分析造斜至入靶階段設計軌跡位置，參考區(qū)域鐵柱子，根據(jù)巖性特征、元素分析數(shù)據(jù)變化等進行分段地質(zhì)預測(見表1)。

表1 根據(jù)軌跡情況進行多參數(shù)預測

2 創(chuàng)新鉆中數(shù)據(jù)同步，實現(xiàn)前后線互動，保障導向決策高效

近年來數(shù)字油田的概念已經(jīng)形成，而數(shù)字井場是數(shù)字油田的基礎，數(shù)字井場的一個關鍵就是井場的數(shù)據(jù)傳輸，Witsml因此應需而生，通過研究Witsml服務部署,打通了StarSteer 與隨鉆測井儀器的數(shù)據(jù)通道，建立與隨鉆測井儀器端口的數(shù)據(jù)同步方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，數(shù)據(jù)實時傳輸為前后線無縫銜接提供技術保障，現(xiàn)場駐井導向與后方專家組互動溝通，集思廣益，減少分析等停時間，保障導向決策高效，助力鉆井提速（見圖2）。

圖2 遠程數(shù)據(jù)同步工作原理流程圖

StarSteer軟件數(shù)據(jù)同步設計方案如下：

StarSteer軟件導入數(shù)據(jù)的方式有兩大類，一類為從各類文檔文件中手動導入，另一類應用WITSML 協(xié)議進行數(shù)據(jù)請求同步。

Witsml作為基于網(wǎng)絡，面向對象的新型數(shù)據(jù)標準，使用XML 技術定義數(shù)據(jù)標準，是石油與天然氣工業(yè)共享現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的重要標準。他定義了一個與平臺無關的規(guī)范，為不兼容的平臺提供一個有效的數(shù)據(jù)中間交換環(huán)節(jié)。

通過對鉆研自研的旋轉導向儀器進行調(diào)研，得到信息如下，鉆研自行研制的旋轉導向系統(tǒng)其隨鉆測量參數(shù)有相位電阻率兩條，隨鉆方位伽馬四條，近鉆頭實時井斜，定點測斜。鉆研自研旋轉導向系統(tǒng)地面配套軟件所應用的數(shù)據(jù)庫為Sqlite，是一款單機版的輕量數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點是基本不需要維護，可應付較大數(shù)據(jù)量的處理，可靠性高，但是不支持網(wǎng)絡訪問。鉆研自研儀器現(xiàn)已具備Wits 發(fā)送功能，能夠與錄井實時傳輸連接遠傳數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的工作模式上，地質(zhì)導向需要三方人員配合，分別是儀器工程師、定向工程師、地質(zhì)導向師。實驗自研旋轉導向儀器的井三方人員分別為鉆研鉆井工藝所技術人員任儀器工程師，鉆二定向科人員負責軌跡控制，錄井導向師負責地質(zhì)導向分析。儀器測量數(shù)據(jù)井傳輸同步到地質(zhì)導向師的機器，地質(zhì)導向分析后下達指令或建議到定向工程師，再由定向工程師進行軌跡控制。

為解決StarSteer 軟件數(shù)據(jù)同步問題，現(xiàn)提出兩種解決方案。

方案1、Witsml 服務連接錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫組織數(shù)據(jù)。

Witsml服務部署在錄井動態(tài)數(shù)據(jù)服務器或其他內(nèi)網(wǎng)服務器上，可提供對內(nèi)網(wǎng)和對外網(wǎng)的兩套數(shù)據(jù)接口，無論導向電腦是在現(xiàn)場外網(wǎng)環(huán)境應用，還是在基地集中監(jiān)控都能夠同步數(shù)據(jù)，這套方案的優(yōu)點是錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫收集了現(xiàn)場地質(zhì)導向所需要的所有動態(tài)數(shù)據(jù)，Witsml服務只需要聯(lián)系一臺服務器就可以獲取所有井的所有動態(tài)數(shù)據(jù)，通用性好，無論任何儀器，經(jīng)過實時傳輸進入動態(tài)庫后都變成了同一種組織形式，獲取和組織數(shù)據(jù)比較容易，并且服務可部署在云服務器上，安全性上由云服務器那邊統(tǒng)一管理。缺點是動態(tài)數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)需要專人維護，可能會出現(xiàn)部分錯誤、重復數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)有斷的情況。

方案2、Witsml服務部署在鉆研旋轉導向儀器上直連數(shù)據(jù)庫。

由于鉆研自研旋轉導向儀器地面軟件的數(shù)據(jù)庫為Sqlite，不支持網(wǎng)絡訪問，所以Witsml 服務應部署在鉆研存儲數(shù)據(jù)庫的機器上，通過本機訪問本地數(shù)據(jù)庫的方式可取到LWD數(shù)據(jù)，同時該機器要接在中石油的局域網(wǎng)內(nèi)，能夠訪問錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫，通過訪問本地的LWD數(shù)據(jù)庫和云端的錄井動態(tài)庫來進行組織數(shù)據(jù)。該套方案的優(yōu)點是LWD庫中數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)斷的情況，且儀器工程師會對數(shù)據(jù)進行維護，刪掉錯值，數(shù)據(jù)的準確性高；并且與鉆研自研的設備配套可實現(xiàn)更加緊密一致的地質(zhì)導向服務。該方案缺點為通用性差，僅與此種儀器配套使用時該套方案才能應用，換了一種服務儀器后就無法連接儀器數(shù)據(jù)庫，各類儀器數(shù)據(jù)庫類型復雜，且權限開放程度不一，逐一配套開發(fā)不現(xiàn)實，為實現(xiàn)與自研儀器配套應用的話，僅開發(fā)與鉆研自研儀器的數(shù)據(jù)庫連接的工作量可以接受；同時，由于該服務需部署在鉆研儀器上，需要該機器有IIS，能夠發(fā)布服務，并需部署在局域網(wǎng)中，才能獲取到云端的錄井動態(tài)庫，但鉆研儀器目前在192網(wǎng)段內(nèi)，不在中石油局域網(wǎng)中，因上述原因方案2 實施難度大，方案1 相對易于操作，為可實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步最佳方案。

3 創(chuàng)新鉆中導向方法，實時確定鉆頭位置，確保工程不等停

3.1 橫、縱向擬合方法

導向核心“明確知道現(xiàn)在在哪，下一步去哪！”，應用橫、縱向擬合方法，結合大慶地質(zhì)條件，綜合運用地震、隨鉆錄井、測井、定向等資料，確定鉆頭所在地層位置，及時修正隨鉆導向模型，精準預測之后用多大井斜角度及盡可能降低狗腿度平穩(wěn)鉆進，提高儲層鉆遇率，同時降低鉆井定向施工難度，成為井下鉆頭的導航軟件。

3.2 多參數(shù)應用方法

在應用隨鉆測井數(shù)據(jù)基礎上，綜合運用錄井氣測、地化熱解、殘余碳及元素等多參數(shù)，增加科學判斷鉆頭位置的依據(jù)，提高預測地層傾角精度，減少軌跡調(diào)整次數(shù)及幅度，保障高效率鉆井。

3.3 鏡像分析對比法

總結了鏡像分析方法，解決了曲線重疊井段導向分析困難的問題，提高了錄井導向對于復雜構造的分析能力，根據(jù)導向經(jīng)驗判斷軌跡位置，減少鉆井施工風險，為鉆井安全施工創(chuàng)造地質(zhì)條件。

4 創(chuàng)新鉆后評估方法，為壓裂優(yōu)化、井位部署及標定地震提供成果資料

4.1 為壓裂設計優(yōu)化提供成果資料

箱體內(nèi)：提供軌跡在箱體內(nèi)距層頂層底位置，為壓裂分段后哪段增大規(guī)?；蚰亩慰刂埔?guī)模提供依據(jù)。

箱體外：提供軌跡在箱體外距層頂層底位置，為定向射孔及穿層壓裂提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 為甲方后期部署提供數(shù)據(jù)支持

通過提供軌跡在地層中空間展布情況，對區(qū)塊內(nèi)單井小層占比、左右偏移進行統(tǒng)計，提供平臺井區(qū)內(nèi)井間距位置參數(shù)，為甲方后期井間加密提供數(shù)據(jù)支持。

4.3 應用隨鉆數(shù)據(jù)標定地震，為后續(xù)井精準建模優(yōu)化地質(zhì)參數(shù)

平臺內(nèi)水平井鉆后跟蹤導向認識及導向數(shù)據(jù)與地震相互參考印證標定，為后續(xù)試驗區(qū)待鉆水平井優(yōu)化地質(zhì)參數(shù)。

5 應用效果分析

2021 年1~12 月份共承擔82 口水平井地質(zhì)導向任務，其中水平段由貝克休斯公司使用LWD 儀器完成，平均儲層鉆遇率94.61%；與2020 年相比，入靶成功率提高2.7%、儲層鉆遇率提高10.06%、平均水平段長增加1192.28m、平均工期減少5.5d，平均日進尺增加124.62m，效果顯著，項目研究為提速提質(zhì)提供了技術保障，隨著地質(zhì)導向軟件的引進和持續(xù)的技術攻關，大慶錄井水平井地質(zhì)導向技術有了飛速的發(fā)展，在現(xiàn)場82 口水平井應用中得到驗證，在提高非常規(guī)水平井儲層鉆遇率和助力鉆井提速上發(fā)揮應有的作用。

6 結論與認識

（1）通過StarSteer 地質(zhì)導向軟件在大慶油田的應用技術研究，鉆前建模過程中找到工程需求契合點，依據(jù)設計軌跡將造斜段至入靶過程中軌跡走向提前巖性及元素特征進行預測預判，為鉆井優(yōu)化鉆具組合、合理調(diào)整鉆井參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持；

（2）數(shù)據(jù)同步技術實現(xiàn)前后線無縫銜接，現(xiàn)場駐井導向與后方專家組互動溝通集思廣益，減少導向分析等停時間，高效率指導導向工作順利開展，保障鉆井施工進度；

（3）鉆中應用導向方法可及時準確超前預判下部地層傾角，與工程定向緊密結合提前進行井斜角度微調(diào)，確保了實現(xiàn)地質(zhì)目的基礎上保障井眼平滑，鉆井過程中導向提前預判可以大幅度減少地質(zhì)循環(huán)等施工方案、等技術決策等突發(fā)狀況的時間，提高鉆探時效，同時避免了因識別錯誤導致的方案失敗、決策錯誤等重大質(zhì)量事故；

（4）鉆后評估技術創(chuàng)建鉆后評估方法，拓展導向成果應用，通過建立圍繞Starsteer功能實現(xiàn)的導向全流程工作模式，圍繞軟件能實現(xiàn)的功能，豐富錄井導向工作內(nèi)容，打造地質(zhì)工程一體化工作橋梁，建立健全融合軟件功能及工作職責的工作流程。