伊朗南帕斯區(qū)塊伽馬曲線校正方法

宋曉健 董晨曦 徐洪國 李猛 楊國光 宋曉暉

1.渤海鉆探定向井公司；2.華北油田通信公司

伊朗南帕斯區(qū)塊伽馬曲線校正方法

宋曉健1董晨曦1徐洪國1李猛1楊國光1宋曉暉2

1.渤海鉆探定向井公司；2.華北油田通信公司

隨鉆自然伽馬測井是現(xiàn)代地質(zhì)導(dǎo)向測井的主要技術(shù)手段，且受到諸多地層或者非地層因素的影響，其中K40對伽馬探管的探測有著較大的干擾，需要進(jìn)行環(huán)境系數(shù)校正。但是在伊朗南帕斯區(qū)塊等新開發(fā)區(qū)塊，LWD生產(chǎn)商無法提供準(zhǔn)確的現(xiàn)場校正數(shù)據(jù)和圖表，導(dǎo)致現(xiàn)場人員無法準(zhǔn)確完成伽馬值的校正工作。通過對伊朗南帕斯SPDC19-x、SPDC15-x、SPDC4-x、SPDC6-x四大區(qū)塊中?311 mm井眼的定向井施工中得到的大量實踐數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化擬合分析和matlab的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出了新的校正方法和伽馬值的計算公式。在KCl鉆井液體系下，通過新的校正法得到的伽馬曲線與標(biāo)準(zhǔn)勘察地層伽馬值吻合度高達(dá)95%，且負(fù)值錯誤率低于1%，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)校正方式，并且在伊朗南帕斯其余區(qū)塊20余口井的現(xiàn)場校正施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

K40；校正系數(shù)；校正公式；伽馬探測；回歸數(shù)據(jù)分析

隨鉆自然伽馬測井技術(shù)在現(xiàn)代地質(zhì)導(dǎo)向測井中占有重要的地位，它廣泛應(yīng)用于劃分儲層以及評價水平井儲層隨鉆率。一般情況下，該技術(shù)采用傳統(tǒng)校正方法測得的伽馬曲線能夠正確反映巖性特征信息，但在伊朗南帕斯區(qū)塊由于沒有相關(guān)校正圖版， 使得傳統(tǒng)校正方式測得的伽馬API 值異常，甚至出現(xiàn)負(fù)值錯誤的現(xiàn)象。地質(zhì)師不能通過自然伽馬曲線圖和砂樣對比分析相應(yīng)的層位地質(zhì)特性信息，目標(biāo)層位定位不準(zhǔn)確，嚴(yán)重的情況下造成井眼報廢重鉆，這成為伊朗南帕斯油田海上鉆井的一個亟待解決的問題。

經(jīng)大量現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，目前伊朗南帕斯油田鉆井平臺大多采用KCl/Polymer鉆井液，該鉆井液中的K40能夠降低水敏性地層黏土或泥質(zhì)的水化作用，可有效改善井眼的穩(wěn)定性，但是在井徑、地層溫度、儀器外徑、間隙距離等非地層因素不變的情況下，K40含量變化會導(dǎo)致鉆井液電阻率發(fā)生相應(yīng)的變化，最終造成伽馬曲線發(fā)生突變。為此筆者通過對該區(qū)塊各井施工中得到的大量實踐數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算，得出了新型關(guān)于KCl鉆井液體系下伽馬值的計算公式和校正方法，利用該方法得到校正后的伽馬曲線更接近于電測標(biāo)準(zhǔn)伽馬曲線。此方法在該區(qū)塊的其他井得到了廣泛的應(yīng)用，取得了很好的效果。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Research status at home and abroad

1.1 傳統(tǒng)隨鉆自然伽馬的校正方法

Traditional correction method of gamma ray logging while drilling

隨鉆自然伽馬測井是以地層的自然放射性為基礎(chǔ)，通過伽馬探管沿著井眼方向記錄地層中鉀、釷、鈾元素衰變后釋放出的γ射線的數(shù)量，轉(zhuǎn)化成伽馬值。測量中，通過鉆井液實時傳輸不同垂深下伽馬值，形成伽馬曲線圖。地質(zhì)師通過伽馬曲線圖和砂樣對比分析相應(yīng)的層位地質(zhì)特性信息，再結(jié)合實時測量的井眼軌跡幾何參數(shù)，準(zhǔn)確判定儲層特性，然后指導(dǎo)現(xiàn)場工程師調(diào)整軌跡，控制鉆具有效穿行于油藏的最佳位置，進(jìn)而實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向。

伽馬探管API值校正的原始計算公式為

式中，Gapi為標(biāo)準(zhǔn)伽馬值，API；Gcps為伽馬探管的探測值，API；Madd為鉆井液附加系數(shù)；Cf為校正系數(shù)；Ec為環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)。

1.2 鉆井液附加系數(shù)Madd的計算方法

Testing method for additional coefficientMaddof drilling fluid

目前國內(nèi)外主要是通過經(jīng)驗校正公式或者校正圖版獲得鉆井液附加系數(shù)Madd。經(jīng)驗校正公式需要對地層地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并對實際數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，地質(zhì)參數(shù)多，非線性耦合強(qiáng)，數(shù)學(xué)建模困難,而且要求實際數(shù)據(jù)充足、準(zhǔn)確、可靠；校正圖版通常由LWD廠商提供，由于國外知識產(chǎn)權(quán)的限制，校正圖版不精確、不完整，查詢計算得到的結(jié)果和實際情況差距很大。

在新開發(fā)的區(qū)塊中，由于地質(zhì)信息匱乏，根據(jù)經(jīng)驗公式計算出的鉆井液附加系數(shù)會出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)伽馬值大量負(fù)值錯誤，嚴(yán)重影響隨鉆伽馬測量；而參考相似地質(zhì)參數(shù)的校正圖版得出的鉆井液附加系數(shù)和實際數(shù)據(jù)出入太大，不適用在現(xiàn)場施工中。

2 伊朗南帕斯區(qū)塊伽馬校正出現(xiàn)的問題

Problems related with the gamma correction of South Pars Block in Iran

一般情況下，加入KCl鉆井液后的伽馬值明顯增高，增幅為一定值。在伊朗南帕斯油田SPDC19-03井中，測得如圖1所示的伽馬曲線，發(fā)現(xiàn)在加入KCl/Polymer鉆井液后，伽馬值在斜深2 850 m左右出現(xiàn)了異常增高現(xiàn)象,但從地質(zhì)錄井撈得的砂樣判定L.Sur.Sh地層沒有發(fā)生變化，由此可斷定是鉀離子的加入導(dǎo)致的伽馬值升高。

圖1 現(xiàn)場異常自然伽馬曲線Fig. 1 On-site abnormal gamma ray curve

由于該區(qū)塊是新開發(fā)的區(qū)塊，沒有相應(yīng)的KCl鉆井液校正圖版和標(biāo)準(zhǔn)化伽馬值校正數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)場工程師很難根據(jù)傳統(tǒng)校正方法進(jìn)行校正。即便根據(jù)傳統(tǒng)校正方法和過去施工經(jīng)驗計算出的伽馬值也出現(xiàn)很大的誤差，甚至出現(xiàn)負(fù)值的情況，這在現(xiàn)場施工中是不允許的。綜上所述傳統(tǒng)校正方法不能滿足該區(qū)塊現(xiàn)場施工的要求，尋求一種新的校正方法成為必須要解決的問題。

3 KCl鉆井液體系下伽馬值的新型校正方法

New correction method for the gamma value of KCl drilling fluid system

由圖1的伽馬曲線可以近似看出，加入KCl鉆井液后的伽馬值不是無規(guī)律的變化，而是與原來的伽馬值呈現(xiàn)一定的關(guān)系。根據(jù)圖1的實測伽馬數(shù)據(jù)，在Matlab中應(yīng)用線性回歸分析模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析得出，加入KCl鉆井液前后伽馬值成比例關(guān)系。對公式（1）數(shù)學(xué)模型的分析可以得出，在環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)和校正系數(shù)不變的情況下，對于不同Madd的情況下，標(biāo)準(zhǔn)伽馬值與Gcps-Madd值成線性比例關(guān)系,因此，引入比例系數(shù)SF，使得Gcps-Madd=GcpsSF,可以滿足實際計算結(jié)果不變的情況下，改變公式（1）的結(jié)構(gòu)參數(shù)，避免出現(xiàn)由Madd引起的負(fù)值錯誤。遵循該思路，筆者設(shè)計了一種新型伽馬值校正方法。該方法通過復(fù)測伽馬曲線，采集相同井深下加入KCl鉆井液后的伽馬值，通過數(shù)據(jù)計算和回歸分析得出比例系數(shù)，根據(jù)新的校正公式對加入KCl鉆井液后的伽馬值進(jìn)行校正

3.1 現(xiàn)場伽馬曲線的復(fù)測

On-site gamma ray curve retest

圖2 為復(fù)測伽馬曲線的流程圖，具體步驟為：

（1）首先核實記錄加入鉀離子的時間表。必須與鉆井液工程師核對鉀離子加入的時間和含量。一般情況下加入鉀離子后，整體鉆井液系統(tǒng)會延續(xù)到完鉆，選取的時間一般就在加入鉀離子的時間段后1 h左右。

（2）對部分井段進(jìn)行復(fù)測。復(fù)測是校正的重要步驟，只有同時取得加入鉀離子前后的伽馬值，通過計算才能得到正確的校正值。復(fù)測要求：復(fù)測的井段必須是未加入鉀離子前的井段或KCl 含量改變前的井段，距離在5～10 m即可；將未加入鉀離子之前的伽馬值作為參考值，復(fù)測值作為比較值；可以與甲方監(jiān)督和地質(zhì)師協(xié)商進(jìn)行直接復(fù)測，起鉆到指定位置，開始緩慢開泵下放鉆具，下放速度保持在1 m/3 min左右，并在自然伽馬曲線實時記錄表中記錄；也可以采取短起下開泵劃眼復(fù)測，選擇在短起下的時候要求選定井段進(jìn)行慢劃眼，劃眼速度控制在1 m/3 min左右。

（3）處理數(shù)據(jù)，根據(jù)LWD plot的功能將數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)一的模塊，加以計算和分析，得出結(jié)論。

圖2 復(fù)測伽馬曲線的流程Fig. 2 Work flow of gamma ray curve retest

3.2 現(xiàn)場伽馬曲線復(fù)測結(jié)果及新的校正公式

On-site gamma ray curve retest conclusions and new correction formula

如圖3～5所示，紅色點數(shù)據(jù)是加入KCl鉆井液前隨鉆伽馬測井測到的伽馬值，藍(lán)色點數(shù)據(jù)是加入KCl鉆井液后隨鉆伽馬測井測到的伽馬值，伽馬數(shù)據(jù)點下面的虛線是數(shù)據(jù)點回歸擬合出的趨勢線。通過圖3～5實際數(shù)據(jù)的計算和統(tǒng)計得出，SPDC19-03井加入KCl鉆井液前后伽馬比值平均值為0.612 5，SPDC19-02井伽馬比值平均值為0.635，SPDC19-15井伽馬比值平均值為0.702 3。根據(jù)這3口井的數(shù)據(jù)可以看出：KCl鉆井液加入前后的伽馬值比值是一個小于1的常數(shù)，并且這個常數(shù)的大小只與KCl鉆井液的含量有關(guān)。定義這個常數(shù)為比例系數(shù)SF，依據(jù)上文分析結(jié)果，得出新的校正公式

式中，SF為KCl鉆井液加入前后相同垂深下伽馬數(shù)值的比例系數(shù)。

圖3 SPDC19-03井加入KCl鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 3 LWD curve of Well SPDC19-03 before and after the adding of KCl drilling fluid

圖4 SPDC19-02井加入KCL鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 4 LWD curve of Well SPDC19-02 before and after the adding of KCl drilling fluid

圖5 SPDC19-15井加入KCl鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 5 LWD curve of Well SPDC19-15 before and after the adding of KCl drilling fluid

4 現(xiàn)場應(yīng)用及校正效果

Field application and correction effect

4.1 施工過程

Construction process

目前，新型校正方法已經(jīng)推廣到南帕斯各區(qū)塊的KCl鉆井液體系下伽瑪值的校正中。在伊朗南 帕 斯 區(qū) 塊 SPDC19-04、SPDC19-06、SPDC19-09、SPDC19-15井的?311 mm井眼中均使用KCl鉆井液體系，根據(jù)統(tǒng)計新型校正方法得到的比例系數(shù)SF在0.63～0.75之間，負(fù)值錯誤率低于1%。在該區(qū)塊，根據(jù)新校正方法得到的伽馬曲線值，與標(biāo)準(zhǔn)地層API值符合率超過95%。

以位于伊朗波斯灣東南部SPDC19-03井為例，該井垂深1 480 m，surmeh層位2 600 m左右，dashtak層底1 600～1 900 m之間有50 m的漏失層。三開?311 mm井眼套管鞋位置1 636 m，在2 723 m進(jìn)入up dashtak層位后，甲方?jīng)Q定使用KCl鉆井液體系增加井壁穩(wěn)固度。

實施步驟：核實時間表，對部分井段進(jìn)行復(fù)測，下載伽馬探管中的memory數(shù)據(jù)得到復(fù)測伽馬值，計算加入KCl鉆井液前后伽馬值比值的平均值，確定比例系數(shù)SF。

（1）核實記錄加入鉀離子的時間表。SPDC19-03井相關(guān)鉆井液性能見表1。

表1 加入KCl鉆井液時間Table 1 Adding time of KCl drilling fluid

由表1確定，2016年4月12日開始加入鉀離子，并且含量到達(dá)4%，持續(xù)到14日又增加鉀離子含量至5%。從圖1可看出該井在斜深2 850 m左右伽馬值明顯升高，但從地質(zhì)錄井撈得的砂樣判定dashtak地層沒有發(fā)生變化，由此可斷定是鉀離子的加入導(dǎo)致的伽馬值升高。同時甲方地質(zhì)師要求對鉀離子進(jìn)行校正。

（2）對部分井段進(jìn)行復(fù)測。在SPDC19-03井，甲方監(jiān)督?jīng)Q定進(jìn)行短起到套管鞋，并且每柱進(jìn)行倒劃眼?，F(xiàn)場人員記錄短起過程中2 850～2 860 m左右井段的伽馬值，控制劃眼速度。

（3）此趟鉆起鉆后，從伽馬探管中下載整趟memory數(shù)據(jù)并處理，具體方法為：將原鉆井液環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)下的數(shù)據(jù)發(fā)送到plot的GRA API中,利用plot功能導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)；在原始數(shù)據(jù)表中更改ID=53，圖形設(shè)置中的曲線數(shù)量改為2，曲線名稱為GRB API；將memory數(shù)據(jù)中的復(fù)測部分?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入plot的GRB API中。將2組伽馬值分別均勻化處理后導(dǎo)出，計算各自對應(yīng)井深下的伽馬值的比值，再將所有的比值利用線性回歸方程得到最終的比例系數(shù)。根據(jù)公式（2）計算加入KCl鉆井液前后的比例系數(shù)SF為0.652 1。

4.2 校正效果

Correction effect

將比例系數(shù)0.652 1帶入memory原始數(shù)據(jù)cps中，重新計算后導(dǎo)入plot，比較前后曲線基本一致，如圖6所示。

圖6 加入KCl鉆井液前后伽馬對比曲線Fig. 6 Comparison of gamma ray curve before and after the adding of KCl drilling fluid

導(dǎo)出校正后的伽馬值與加入KCl鉆井液前的伽馬曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，數(shù)值前后相差在±0.008 6左右。最終，SPDC19-03井采用新校正方法得到的自然伽馬曲線圖上交甲方地質(zhì)，與標(biāo)準(zhǔn)井地層電測數(shù)據(jù)作比較，符合率在95%以上，可靠性得到了驗證。

5 結(jié)論

Conclusions

（1）通過采集大量實測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計和線性回歸，得出了新的校正公式，設(shè)計編寫了新的校正方案，解決了沒有校正圖表的新區(qū)塊伽馬值校正難度大的問題，并在伊朗南帕斯區(qū)塊得到了普遍應(yīng)用。該方法簡便易行，大幅縮短了隨鉆伽馬測井周期，減少了隨鉆伽馬測井設(shè)備的投入成本。

（2）運(yùn)用新方法得到的伽馬曲線，趨勢規(guī)律不變，數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)勘察地層伽馬數(shù)值吻合率在95%以上，且負(fù)值錯誤率小于1%，大幅減少了因地層測量誤差大導(dǎo)致的重新側(cè)鉆。

［1］高彥峰，趙文帥. FEWD地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在深層頁巖氣水平井中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（4）：427-431.GAO Yanfeng, ZHAO Wenshuai. Application of FEWD geology steering technology in deep shale gas horizontal wells［J］.Oil Drilling & Production Technology, 2016,38(4)∶ 427-431.

［2］時鵬程. 隨鉆測井技術(shù)在我國石油勘探開發(fā)中的應(yīng)用［J］. 測井技術(shù)，2002，26（6）：441-445.SHI Pengcheng. Application of logging while drilling technique in petroleum exploration and development in China［J］. Well Logging Technology, 2002, 26（6）∶ 441-445.

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［4］施建華，余元華. 環(huán)境因素對隨鉆測井測量結(jié)果的影響［J］. 西安石油學(xué)院學(xué)報，1996，11（3）：31-34.SHI Jianhua, YU Yuanhua. Effect of environmental factors on logging results while drilling［J］. Journal of Xi’an Petroleum Institute, 1996, 11（3）∶ 31-34.

（修改稿收到日期 2017-06-27）

〔編輯 薛改珍〕

A correction method for the gamma ray curve of South Pars Block in Iran

SONG Xiaojian1, DONG Chenxi1, XU Hongguo1, LI Meng1, YANG Guoguang1, SONG Xiaohui2

1. Directional Drilling Service Company,CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited,Tianjin300280,China;
2. Communication Company,PetroChina Huabei Oil field Company,Renqiu062550,Hebei,China

Gamma ray logging while drilling is currently one important geo-steering logging technology. Due to the in fluence of many formation or non-formation factors, the gamma ray pipe detection is interfered more by K40, so the environmental coefficient shall be corrected. In newly developed blocks (e.g. South Pars Block in Iran), however, on-site operators cannot correct the gamma value accurately for LWD manufacturer cannot offer accurate field correction data and charts. In this paper, optimization fitting analysis and matlab data statistics were carried out on abundant practical data obtained during the directional drilling of ?311 mm hole in four blocks of South Pars, Iran, including SPDC19-x, SPDC15-x, SPDC4-x and SPDC6-x. And a new correction method was developed and a new gamma calculation formula was established. When KCl drilling fluid system is used, the gamma ray curve plotted on the basis of the new correction method is highly accordant with the gamma value of reference exploration formation, with accordance rate of 95% and error ratio lower than 1%. Obviously, it is much superior to the traditional correction technologies. It has been widely applied to the field correction of over 20 wells in other blocks of South Pars in Iran.

K40; correction coefficient; correction formula; gamma ray detection; regression data analysis

∶

宋曉健，董晨曦，徐洪國，李猛，楊國光，宋曉暉.伊朗南帕斯區(qū)塊伽馬曲線校正方法［J］.石油鉆采工藝，2017，39（5）：584-587，593.

P631

A

1000 – 7393（ 2017 ）05 – 00584 – 04 DOI∶10.13639/j.odpt.2017.05.010

宋曉?。?986-），2009年畢業(yè)于天津大學(xué)精密儀器學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)，主要從事定向井儀器應(yīng)用方面的研究，工程師。通訊地址：（062552）河北省任丘市渤海鉆探定向井分公司。E-mail∶ tju210sxj@126.com

: SONG Xiaojian, DONG Chenxi, XU Hongguo, LI Meng, YANG Guoguang, SONG Xiaohui. A correction method for the gamma ray curve of South Pars Block in Iran［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5)∶ 584-587, 593.