地質導向鉆井前探技術現(xiàn)狀及進展

林 昕，苑仁國，秦 磊，劉素周，蘇朝博，盧中原，于忠濤，譚偉雄

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

0 引 言

基于常規(guī)隨鉆測井(Logging-While-Drilling，LWD)技術的地質導向鉆井“就像坐在飛機尾部(而非駕駛艙)操控一架飛機”[1]。這是由于大多數(shù)LWD技術都是基于“負”距離，即鉆開地層后傳感器才能進行測量。地質導向鉆井前探技術(簡稱前探技術，下同)是指在隨鉆過程中能更早獲取鉆頭附近或鉆頭前地層數(shù)據(jù)的設備和方法。前探技術提高了地質導向鉆井的主動性，并被廣泛應用于套管下深設計、鉆井靶點著陸、水平段鉆井軌跡優(yōu)化等方面，該技術一直是地質導向技術發(fā)展的熱點方向[2-8]。從近鉆頭前探技術、隨鉆地震前探技術和方位電磁波前探技術的技術研究和現(xiàn)場應用等方面對前探技術進行綜述，對前探技術應用進行了分析，明確任務技術發(fā)展方向。該研究有助于了解各技術的優(yōu)缺點，為前探技術方案優(yōu)選以及相關技術的自主研發(fā)提供參考。

1 近鉆頭前探技術

近鉆頭前探技術是指在靠近鉆頭位置安裝傳感器進行地層參數(shù)測量的技術，該技術相對鉆頭仍然是“負”距離。常規(guī)隨鉆測井技術的傳感器測量位置在鉆頭后部，與鉆頭的距離平均為15～20 m，近鉆頭前探技術將傳感器測量位置提前至距鉆頭約1～2 m處，大幅提高了地質導向鉆井的成功率。近鉆頭前探技術的主要挑戰(zhàn)是馬達工具(需要緊接在鉆頭后面，提供定向鉆井控制)限制了傳感器的安裝。

近鉆頭前探技術的實現(xiàn)是將測量短節(jié)安裝于馬達和鉆頭中間(圖1)。該技術利用電磁波信號短傳的方式將近鉆頭測量短節(jié)測量的數(shù)據(jù)傳輸至隨鉆測量(Measurement-While-Drilling，MWD)工具，再通過MWD工具傳輸至地面控制系統(tǒng)[9]。為了提高測量短節(jié)通訊穩(wěn)定性，研究人員進一步研發(fā)了超聲波[10]、電信號[11]以及電纜[12]等信號傳輸方式。此外，測量短節(jié)的長度影響馬達對軌跡定向的控制效果，被限制長度的短節(jié)上可以安裝的LWD組件有限，大多數(shù)近鉆頭測量短節(jié)測量的地質參數(shù)局限于電阻率、伽馬等數(shù)據(jù)。由于測量短節(jié)安裝于馬達前端，其全程保持旋轉，可為方向性測量以及全井筒成像提供便利。

圖1 近鉆頭前探技術結構示意圖Fig.1 The structure diagram of near-bit pre-prospecting technology

1.1 技術研究進展

近鉆頭前探技術是地質導向鉆井中最早成功應用的前探技術。1992年Anadrill公司首次提出了地質導向的概念，1993年該公司推出了提供近鉆頭測量的綜合鉆井評價和測井系統(tǒng)(Integrated Drilling Evaluation And Logging)[1]。該系統(tǒng)的工具組成主要包括近鉆頭測量短節(jié)以及測傳導向馬達(Instrumented Steerable Motor)[2，13]等。

近鉆頭測量短節(jié)的代表性工具包括：Baker Huges的ZoneTrak G/R可提供伽馬或電阻率測量；Sperry-Sun的GABI[14]可提供方向性伽馬測量，用于判斷鉆井軌跡和地層的切割關系；Pathfinder的iPZIG[15]可測量8象限伽馬成像，用于分析地層傾角，并可在高溫高壓環(huán)境中使用。中國石油鉆井工程技術研究所研制的CGDS可同時提供鉆頭電阻率、方向性電阻率、方向性伽馬等測量[2，16]；大慶鉆探工程公司研制的DQNBMS可同時提供鉆頭電阻率、方向性伽馬等測量[17]；此外，中石化勝利石油工程有限公司研制的NBGS、中海油田服務股份有限公司研制的NBIG、中國石油集團測井有限公司研制的BITEye[18]等可提供方向性伽馬測量。

測傳導向馬達因為旋轉導向(Rotary Steerable System，RSS)工具的成功應用而逐步被替代。絕大多數(shù)RSS工具的電子部件集成了近鉆頭測量短節(jié)所包含的主要測量項目，包括方向性伽馬、連續(xù)測斜等。代表性的RSS工具有Schlumberger的PowerDrive系列、Baker Huges的AutoTrak系列以及Halliburton的GeoPilot系列。近幾年中國在RSS領域發(fā)展迅猛，目前投入現(xiàn)場應用的包括中海油田服務股份有限公司的Welleader、中國石油川慶鉆探工程有限公司的CG-STEER、中國航天科技集團有限公司的Auto-Servo、中石化勝利石油工程有限公司的SINOMACS ATS等。以上RSS工具近鉆頭測量距離為0.5～3.0 m，方向性伽馬分辨率大多為4象限，與近鉆頭短節(jié)性能參數(shù)相當；相比近鉆頭短節(jié)加馬達的鉆具組合，RSS工具安全性更高、采用旋轉定向可以使井眼軌跡更平滑。

1.2 現(xiàn)場應用進展

近鉆頭前探技術在中國油氣田勘探開發(fā)中應用普遍。Li等[19]在新疆塔里木哈德遜油田的雙臺階超深(垂深大于5 500 m)、超薄(目的層真實厚度為0.4～0.8 m)、低阻(1～2 Ω·m)油藏水平井開發(fā)中，研究了以近鉆頭前探技術為核心的綜合地質導向方案。該方案基于RSS工具的近鉆頭方向性伽馬以及連續(xù)測斜數(shù)據(jù)，利用方向性伽馬測量數(shù)據(jù)判斷鉆井軌跡位于目的層的頂部或底部，同時提出了利用近鉆頭連續(xù)測斜數(shù)據(jù)獲取鉆頭在頂?shù)装宓貙拥姆醋饔昧ο滦纬傻姆轿黄期厔葸M行導向決策的方法。該案例證實了近鉆頭前探技術對解決海相沉積的深部薄儲層開發(fā)難題是適用的，統(tǒng)計已完成的15口井，平均鉆遇率達到了86%。Zheng等[20]在四川頁巖氣開發(fā)中遇到了導向窗口窄(約為0.8 m)、可參照標志層少等問題。利用RSS工具的近鉆頭伽馬成像，在缺少標志層的情況下準確拾取地層傾角，控制軌跡在窄窗口中平滑穿行，相比常規(guī)LWD工具降低了模型的多解性，鉆遇率達到了100%。同時，成像精度滿足地質導向需求，避免了單純?yōu)榈刭|導向分析而組合LWD成像工具[21]，減少了井底鉆具的組合長度，有效降低了開發(fā)成本。

近鉆頭前探技術可應用于各類地質導向鉆井，并有逐步從輔助分析組件轉變?yōu)楹诵臎Q策組件的趨勢。近鉆頭伽馬、電阻率等地質參數(shù)測量可避免常規(guī)錄井監(jiān)測數(shù)據(jù)的延時，提高鉆井時效；近鉆頭井斜測量可用于鉆井軌跡精細控制，避免大狗腿度井眼軌跡的出現(xiàn)，確保鉆完井工程安全；近鉆頭方向性測量、高精度成像可為地質導向決策提供依據(jù)，提高目的層鉆遇率。相比下文將要介紹的其他前探技術，近鉆頭前探技術的實現(xiàn)形式更靈活，經(jīng)濟高效。近年來，在中國頁巖氣等非常規(guī)資源開發(fā)中，近鉆頭前探技術已逐步作為核心組件取代了傳統(tǒng)LWD工具，該技術被認為是高效經(jīng)濟開發(fā)非常規(guī)資源的有效手段之一。

2 隨鉆地震前探技術

隨鉆地震前探技術是通過區(qū)分地質構造引起的層界面反射，獲取地層的聲學屬性以及彈性屬性，實現(xiàn)前探功能的一項技術。相比基于核物理和電法等的地球物理方法，地震波波長相對較長，在地層中衰減慢、傳播距離遠。其前探距離可以達到數(shù)百米，但分辨率低，對于薄層等分辨效果差。

隨鉆地震的思想起源于20世紀30年代，利用頓鉆鉆具組合產(chǎn)生的振動脈沖作為震源進行垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，VSP)觀測。該方法因旋轉鉆井技術推廣而被淘汰。隨鉆地震前探技術的再次興起是因為常規(guī)VSP技術的局限性，如無法完成對大斜度井的測量，需中途起鉆進行數(shù)據(jù)采集等。

隨鉆地震前探技術按照地震信號采集方式可分為2種[22-25]：①R-VSP：以鉆頭鉆進產(chǎn)生的振動作為震源，地面布置檢波器接收地震信號；②VSP-WD：地面震源發(fā)出振動，井底的LWD工具接收地震信號。由于傳感器和震源位置是已知的，這2種方式都是測量單程地震波速度。

2.1 R-VSP

20世紀60年代，研究人員發(fā)現(xiàn)旋轉鉆井過程中牙輪鉆頭振動產(chǎn)生的能量和頻帶寬度可以用作震源，并把檢波器安裝在地表接收振動信號[24]。由于該信號傳遞方式和常規(guī)VSP相反，也被稱為R-VSP (Reverse-VSP)技術。代表性的產(chǎn)品有意大利AGIP主導研制的SEISBIT[19]、法國Institut Francais du Petrole研制的TRAFOR[26]；近年來，沙特Saudi Aramco研制了DrillCAM[27]，利用無線檢波器提高數(shù)據(jù)采集靈活性，并添加近鉆頭震動監(jiān)測組件提高地震波數(shù)據(jù)采集精度。

中國對隨鉆地震前探技術的研究始于20世紀末，主要研究方向為R-VSP技術[22-23]。主要成果有：西安石油學院張紹槐等[28-29]進行了理論研究及數(shù)值模擬，并在江漢油田進行了最早的試驗；東方地球物理公司羅斌[30]等進行了采集系統(tǒng)設計和處理方法研究，并在新疆油田進行試驗，取得較大進展；勝利油田鉆井工藝研究院聯(lián)合中國地震局、中國海洋大學研究了增強鉆頭信號能量的脈沖發(fā)生裝置[31-32]、高靈敏度數(shù)字地震儀[33]、信號提取[34]以及數(shù)據(jù)處理方法[35-36]等；中海石油湛江分公司聯(lián)合高校對鶯-瓊盆地高溫高壓地層進行了深度、壓力預測等應用研究[37-38]。

2.2 VSP-WD

R-VSP技術受井場噪音等影響導致數(shù)據(jù)信噪比低。此外，鉆井常用的PDC鉆頭產(chǎn)生的軸向振動比牙輪鉆頭小而不適合作為震源。1999年，Schlumberger主導研發(fā)新技術：震源在地面發(fā)出振動，在井底鉆具中安裝集成檢波器的LWD工具來接收地震信號[39]。由于信號傳遞方式與常規(guī)VSP技術相同，因此，該技術被稱為隨鉆VSP(VSP-WD)。這種新型的集成檢波器的LWD工具即后來的SeismicVISION[40]，業(yè)內同類型工具有Baker Huges的SeismicTrak[41]。現(xiàn)場應用中，VSP-WD通常在接鉆井管柱的間歇進行地震數(shù)據(jù)采集，不會對正常鉆井作業(yè)產(chǎn)生影響。該方案受限于MWD工具的泥漿信號傳輸速率，只能傳輸實時校驗炮和波形等部分數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)需等到起鉆后讀取工具內存獲取。中國石油鉆井工程技術研究院研制了基于VSP-WD的測量系統(tǒng)[42]，并提出了通過液壓推靠結構將集成檢波器的LWD貼緊井壁，以提高地震波數(shù)據(jù)的隨鉆采集精度[43]?？偟膩碚f，中國對VSP-WD技術研究較少。

應用研究上，Shi等[44]在塔里木哈拉哈塘油田首次應用VSP-WD技術對碳酸鹽巖縫洞體進行探測。目標縫洞體埋深達到6 000～8 000 m，因為鉆前模型和真實地層構造存在偏差導致鉆遇率低。為此，采用了地震導向鉆井(Seismic Guided Drilling)綜合技術方案，包含VSP-WD、勘探地震和測井解釋等成果的綜合運用。利用VSP-WD數(shù)據(jù)進行多次聯(lián)合反演迭代，改善了對縫洞體的聚焦效果。鉆探結果證實，基于VSP-WD預測的垂深誤差小于8 m，提高了鉆遇率。高永德等[45]在南海鶯歌海盆地應用VSP-WD技術預測高壓儲層深度及地層壓力系數(shù)，結果表明：VSP-WD技術預測的垂深誤差小于6 m，孔隙壓力和破裂壓力預測誤差小于3%和1%。利用VSP-WD技術可確保套管準確下入高壓層上部，指導鉆井液窗口設置、優(yōu)化完井段鉆井液密度。

隨鉆地震前探技術目前主要應用于預測地層速度、深度和壓力參數(shù)等方面，并可指導地質停鉆、確定套管下深、泥漿窗口設置等。通過聯(lián)合反演等技術，地層深度預測精度提高至10 m以內，壓力參數(shù)誤差降至1%，可避免油氣侵入、漏失等鉆完井工程風險發(fā)生。目前，R-VSP技術受信號信噪比影響，在深井、高斜度井、軟地層等環(huán)境中應用受限，VSP-WD是目前隨鉆地震前探技術應用研究的主要方向。

3 方位電磁波前探技術

方位電磁波前探技術是基于陣列電磁波電阻率測量技術發(fā)展而來，通過測量不同源距接收線圈間的感應電動勢的幅度比或相位差，獲取相移電阻率或衰減電阻率。地層的電性差異通常是由于流體性質不同導致的，當不同地層之間存在明顯電性差異時，儀器探測得到的電性邊界等同于地層邊界。因此，方位電磁波前探技術不適用的情況包括：與圍巖電阻率差別較小的低阻油藏，電性邊界不清晰的地層環(huán)境(電阻率變化緩慢呈斜坡形態(tài))，高阻地層環(huán)境。方位電磁波探測的結果是基于地層特征(包括電導率、層厚以及傾角等)和發(fā)送、接收線圈的響應關系，因此，作業(yè)施工前的地層正演響應分析是必要的，以確認方位電磁波前探技術的適用性和優(yōu)化鉆井過程中的實時反演參數(shù)。

方位電磁波前探技術相比其他前探技術發(fā)展最晚，但應用范圍廣泛，迅速成為前探技術的發(fā)展熱點。2005年，Schlumberger推出了業(yè)內首個方位電磁波工具PeriScope[46]。自問世以來，該技術經(jīng)歷了邊界探測(Bed-Boundary-Mapping)[46]——儲層成像(Reservoir Mapping-While-Drilling)[47]——隨鉆前視(Looking Ahead-While-Drilling)[48]等3代技術升級。各大油服公司相繼研發(fā)了同類型工具(表1)。長城鉆探工程公司劉乃震等[49]提出了基于交聯(lián)天線的GW-LWD(BWR)工具，勝利石油工程技術有限公司研發(fā)的基于正交天線的AMR工具[50-51]，中海油技服研發(fā)了基于雙斜正交天線的DWPR工具。中國目前的研究水平相當于第1代技術——邊界探測，高級方位電磁波前探技術目前被外國技術公司所壟斷。

表1 國外方位電磁波前探技術發(fā)展及其代表性工具Table 1 The development and representative tools of foreign azimuthelectromagnetic wave pre-prospecting technology

方位電磁波前探技術測量得到感應電動勢的幅度比或相位差必須依靠反演運算轉換為對地層信息的定性、定量解釋。第1代的邊界探測技術最初商業(yè)化應用時，采用了單(雙)邊界的反演算法，僅識別工具上下地層的電性界面距離以及3層地層電阻率值[51-53]。在此基礎上，主要對反演算法進行改進并對硬件進行少量修正，升級為多邊界探測技術[54]，技術發(fā)展歷程上介于方位電磁波前探技術的第1代和第2代技術之間，代表性工具有Schlumberger的PeriScopeHD和Baker Huges的AziTrak-infinity。

3.1 邊界探測技術

邊界探測技術的實現(xiàn)是將陣列電磁波電阻率測量工具的發(fā)送或接收線圈的角度進行調整，在鉆鋌旋轉過程中其測量結果呈現(xiàn)方向性特征，以此獲取地層電阻率以及電性界面相對傳感器的位置和距離信息[46]。

邊界探測技術受電性環(huán)境影響，其測量深度會發(fā)生變化，最深可以達到4.5～6.7 m。如圖2所示，當導向軌跡與電性界面之間的夾角θ較小時，邊界探測技術可以提前探測到電性界面，從而在鉆至地層變化之前對軌跡進行主動調整[55-56]。

圖2 邊界探測技術的前探實現(xiàn)Fig.2 The pre-prospecting with Frontier realization ofbed boundary mapping technology

邊界探測技術在中國陸地及海上油氣田被廣泛應用。Yang等[57]在新疆陸梁油田開發(fā)中有10余年、近200口水平井應用邊界探測技術的經(jīng)驗。邊界探測技術可以將軌跡精確控制在距離目的層頂部0.5 m左右的位置，確?！伴w樓油”順利開采；多邊界探測技術可以識別“繞流油”分布特征，并通過水平井將分割開來的“甜點”串聯(lián)起來。該技術解決了陸相沉積油田成熟區(qū)塊水平井開發(fā)面臨的“閣樓油”和“繞流油”等普遍問題，延長了老油田的生命力[58]。Wu等[59]在南海某高含水油田(含水率為98%)開發(fā)中面臨油水關系復雜、河道砂體疊置分布不清等挑戰(zhàn)。利用多邊界探測技術指導水平井鉆進過程中平穩(wěn)穿過泥巖夾層，實現(xiàn)追蹤優(yōu)質砂體，并將軌跡放置在砂體中上部以延緩水淹時間，提高了水平井產(chǎn)能。

邊界探測技術被廣泛應用于水平井著陸、水平段鉆井等地質導向施工中?；趯﹄娦赃吔绲淖R別可實現(xiàn)對復雜油氣藏的精細刻畫，從而區(qū)分油水界面、探測地層上下邊界、識別疊置砂體分布特征等。其測量精度小于0.5 m，可用于指導鉆井軌跡的實時調整，確保鉆井軌跡在目的層中延伸，以提高鉆井時效、鉆遇率和保障水平井產(chǎn)能。

3.2 儲層成像

儲層成像是在邊界探測技術的基礎上發(fā)展而來的，其探測深度達到30.5～68.6 m。硬件上的改進主要為增加低頻電磁波頻率以及增加線圈收發(fā)距。其中，發(fā)射短節(jié)中的信號發(fā)生裝置為橫向磁偶極子(Tranverse Magnetic Dipole)[47-48，60-61]。此外，儲層成像技術沿用了多邊界的反演算法，由于方向性曲線數(shù)量增多，需要連接基于云端的服務器完成反演運算。

2015年，Schlumberger在業(yè)內率先實現(xiàn)儲層成像技術商業(yè)化應用。儲層成像的前探原理與邊界探測技術相同，但在測量深度上比邊界探測技術提高了近10倍。因探測深度更深，前探距離更遠，儲層成像可以同勘探地震數(shù)據(jù)形成較好的對比校正，其研究對象不再局限于產(chǎn)層的狹窄范圍。該技術可以協(xié)助地質學家完善地震解釋、油藏和構造模型分析，提高油氣儲層發(fā)現(xiàn)幾率。

Li等[60]在渤海油田某區(qū)塊應用儲層成像技術進行水平井著陸作業(yè)，雖然受到目的層上部發(fā)育砂體的干擾，著陸過程中還是提前約28 m(垂深)識別出目的層。在鉆頭進入目的層之前，探測出層厚(12 m)和電阻率(40 Ω·m)等信息。根據(jù)探測結果提前優(yōu)化鉆井著陸軌跡，在目的層實際埋深比設計深12 m的情況下一次著陸成功，未浪費水平段進尺。水平井作業(yè)過程中，驗證了此前探測的層厚、電阻率等數(shù)據(jù)的準確性。儲層成像技術打破了該區(qū)塊常規(guī)作業(yè)流程，在水平井施工前無需鉆導眼井來確定目的層靶點位置，縮短了水平井鉆井周期。該案例對低勘探程度區(qū)塊水平井開發(fā)具有參考價值。

3.3 隨鉆前視技術

上文提到邊界探測技術和儲層成像技術本質上都是向測量工具的兩側進行探測，其前探測量的實現(xiàn)是借助地層與軌跡之間的夾角幾何關系。Upchurch等[55]研究證明，即使使用測量深度最深的儲層成像技術，當測量工具與電性界面的夾角大于30 °(假設電性界面水平，則井斜角小于60 °)時也幾乎不可能探測到鉆頭前的地層信息(圖2)，而隨鉆前視技術則不受此影響。隨鉆前視技術是真正在物理設計上實現(xiàn)方位電磁波前探的隨鉆技術，該技術可以與隨鉆地震前探技術形成有效互補。

Schlumberger于2019年推出業(yè)內首個商業(yè)化的隨鉆前視工具IriSphere，可以達到提前鉆頭30 m距離的前視探測[62-65]。截至目前未見業(yè)內其他同類型產(chǎn)品。隨鉆前視技術的測量方法是基于儲層成像技術發(fā)展而來，硬件設計上是將原來接在RSS工具后的發(fā)射短節(jié)位置調整為直接連接鉆頭，并在發(fā)射短節(jié)和RSS工具之間增加陣列電磁波電阻率(EMLWD)工具(圖3)。

圖3 隨鉆前視技術井底工具組合示意圖Fig.3 The schematic diagram of the downhole tool assembly of looking ahead while drilling technology

將發(fā)射短節(jié)靠近鉆頭可使電磁波信號更多地測量到鉆頭前的地層。EMLWD工具則被用于提高反演算法精度：通過測量已鉆地層水平電阻率，進行地層剖面分層和圍巖校正。橫向磁偶極子耦合產(chǎn)生的電磁波場分布變化提高了對鉆頭前地層的探測靈敏度。隨鉆前視技術的探測區(qū)間可以分為前視、側視和后視3個部分。側視和后視測量的反演運算依據(jù)EMLWD的實際測量值進行優(yōu)化，優(yōu)化后的反演模型和參數(shù)被用來提高前視探測的精度[48，63]。

盡管隨鉆前視技術近1 a才正式商業(yè)化，但目前在中國海上及陸地油氣田均有成功應用的案例。Yang等[64]在南海樂東氣田應用隨鉆前視技術實現(xiàn)了對高壓薄砂巖層頂面的預測。常規(guī)方案中基于VSP的探測方法可以識別厚度大于15 m的高壓層，但當厚度小于10 m時，無法通過VSP技術識別。前期因為對高壓層頂面位置的預測精度低，鉆井過程中出現(xiàn)因連通不同壓力地層導致井漏、井壁坍塌等復雜工況發(fā)生。利用隨鉆前視技術可提前6 m(垂深)探測到砂巖層，根據(jù)探測結果及時下套管，成功避開目的層上部發(fā)育的高壓砂巖儲薄層，最終鉆探證實隨鉆前視的預測垂深誤差小于1 m。此外，Guo等[65]在新疆塔里木大北油田應用隨鉆前視技術預測高壓鹽膏層的底面位置，作業(yè)方正嘗試基于隨鉆前視技術進一步優(yōu)化常規(guī)導向方案中的小尺寸鉆頭鉆井工藝參數(shù)以縮短鉆井周期。

隨鉆前視技術目前主要應用于預測高風險井異常壓力層的界面位置，指導地質停鉆、確定套管下深。相比隨鉆地震前探技術，其前探測量精度更高，預測精度可達到1 m左右，對于薄層識別等具有明顯優(yōu)勢。該技術的初步應用取得了良好反饋，被列為“六位一體預監(jiān)測”的核心技術之一[66]，在未來深部高溫超壓油氣資源地質工程一體化開發(fā)中不可或缺。

4 技術總結及發(fā)展方向

4.1 前探技術總結

近鉆頭、隨鉆地震和方位電磁波等前探技術各有優(yōu)缺點。

(1) 近鉆頭前探技術是最早應用的前探技術。該技術提高了地質導向鉆井的響應時效，可以實現(xiàn)軌跡精細導向控制，有效解決窄窗口地質導向等問題。其實現(xiàn)形式靈活，相比其他前探技術具有經(jīng)濟高效的優(yōu)勢，被廣泛應用于各類地質導向鉆井中，并有取代傳統(tǒng)LWD成為核心決策組件的趨勢。但其探測深度淺，無法識別宏觀層面的油氣藏特征，本質上仍屬于“被動”地質導向。

(2) 隨鉆地震前探技術的探測深度最深，但測量精度低，無法達到鉆井工程施工中“米級精度”的要求，可以應用于對預測精度要求低的作業(yè)場景中。隨鉆地震前探技術主要用于預測地層速度、深度和壓力參數(shù)等，廣泛應用于地質停鉆、確定套管下深、泥漿窗口設置等場景。其中，R-VSP技術對于深井、高斜度井、軟地層等應用效果差；VSP-WD技術適用環(huán)境廣，相比R-VSP數(shù)據(jù)信噪比高，但受限于數(shù)據(jù)傳輸速率，無法實時獲取全波場數(shù)據(jù)。

(3) 方位電磁波前探技術是應用最廣泛的前探技術。首先，探測深度上可以滿足從產(chǎn)層(幾米)到油氣藏(幾十米)的測量范圍；其次，測量精度小于1 m，可以實時調整鉆井作業(yè)的施工程序，優(yōu)化鉆井軌跡。方位電磁波前探技術自問世以來已完成了3代技術升級，是當下前探技術的研究熱點。該技術對電性邊界的探測可用于剩余油開發(fā)、復雜油氣藏精細刻畫、地層深度預測等。方位電磁波前探技術不適用于電性特征不明顯、高電阻等地層環(huán)境。

4.2 發(fā)展方向

結合在套管下深設計、鉆井軌跡優(yōu)化等方面的需求，建議在以下領域開展前探技術的研發(fā)。

(1) 近鉆頭前探技術。中國目前較重視RSS工具的研發(fā)。RSS工具主要用于改善定向鉆井施工條件，因此，較關注造斜率等核心性能提升。伽馬測量作為次級功能，目前大多設計為4象限的方向性伽馬。建議提高近鉆頭伽馬成像精度至8象限以上，以便獲取地層傾角分析，輔助地質導向實時決策。

(2) 隨鉆地震前探技術。目前，國際上更重視VSP-WD技術，中國則側重于R-VSP技術的研究。建議加快VSP-WD技術與工具的研發(fā)。研究地震導向鉆井技術，提高隨鉆地震前探技術的綜合解釋精度，縮短地震資料解釋和成像周期，加強地震分析和鉆井工程的實時結合。

(3) 方位電磁波前探技術。方位電磁波前探技術已分別實現(xiàn)了向兩側、向前的深探測，國外技術公司目前正研究同時具備2種深探測能力的第4代技術[48]。建議中國研究機構在現(xiàn)有的單/雙邊界反演算法基礎上研究多邊界反演算法，提高復雜地層的模型適應性，為儲層成像和隨鉆前探技術奠定算法基礎；硬件上，在現(xiàn)有的邊界探測工具基礎上循序開展儲層成像和隨鉆前視技術攻關。

(4) 在前探技術的應用研究上，對于勘探程度低的初探井、高風險井、新探區(qū)水平井等可以應用前探技術監(jiān)測鉆井風險，縮短開發(fā)周期并降低作業(yè)成本；對于復雜油氣藏的開發(fā)，可通過多種前探技術的綜合運用，提高對斷裂發(fā)育、鹽下、高陡構造帶等地質目標的成像能力，實現(xiàn)復雜油氣藏精細刻畫，保障產(chǎn)能建設[67]。

5 結束語

地質導向鉆井前探技術具有廣闊的應用前景，高級前探技術長期以來處在外國技術公司壟斷的局面，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的地質導向前探技術對中國能源上游行業(yè)的增儲上產(chǎn)、降本增效具有重要意義。此外，面對油氣資源勘探開發(fā)中遇到的諸多世界級挑戰(zhàn)，研究多方法聯(lián)合的前探技術應用，可以形成具有針對性、經(jīng)濟性的解決方案，從而推動非常規(guī)、深部油氣等接替資源的可持續(xù)發(fā)展。