方位伽馬在水平井地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用

梁斌(中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

自然伽馬測(cè)井是一種將地球物理測(cè)井引入非電法測(cè)井方法，在探測(cè)地層自然伽馬放射性過程中對(duì)泥巖進(jìn)行測(cè)定，從而科學(xué)劃分地層剖面。方位伽馬測(cè)井的原理與傳統(tǒng)自然伽馬測(cè)井接近，都對(duì)地層自然伽馬放射性進(jìn)行測(cè)量，但隨鉆方位伽馬將探測(cè)器安裝在開槽隨鉆設(shè)備中，借多個(gè)伽馬探測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)探測(cè)地層自然放射性操作，進(jìn)一步獲得地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)[1]。

1 方位伽瑪測(cè)井概述

地殼內(nèi)的放射性核素，其一是地球產(chǎn)生時(shí)自身具備的放射性核素，其二是宇宙射線散射反應(yīng)帶來的放射性核素。各種巖漿形成了不同含量的放射性核素，其中，變質(zhì)巖內(nèi)放射性核素含量緊密聯(lián)系著變質(zhì)前巖石的物質(zhì)特點(diǎn)[2]。

1.1 原理

方位伽瑪測(cè)井主要對(duì)巖層自然形成的放射性核素衰變的γ射線能級(jí)寬度測(cè)量，用閃爍計(jì)數(shù)器獲取地層的伽馬射線，在裸眼井與套管井內(nèi)利用API刻度測(cè)量?；谶@個(gè)角度分析，方位伽馬類似普通的電纜伽馬測(cè)井，依然使用傳統(tǒng)的伽馬方法整理資料。

1.2 結(jié)構(gòu)

方位伽馬明顯區(qū)別其他伽馬測(cè)井儀器，使用對(duì)稱分布布局，方位伽馬測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 方位伽馬測(cè)量原理

將上述記錄合成，向地面及時(shí)傳輸。如171.45 mm直徑的OnTrak工具由于測(cè)量未與井壁緊貼，故結(jié)果容易被鉆井濃密度、鉆井液鉀含量等因素影響，可通過軟件及時(shí)糾正。

1.3 方位伽馬測(cè)井影響因素

1.3.1 放射性統(tǒng)計(jì)性漲落

放射性統(tǒng)計(jì)漲落決定放射測(cè)量的效果，若計(jì)數(shù)率增加則統(tǒng)計(jì)性漲落減小，故需保證探測(cè)器有充足的計(jì)數(shù)率，達(dá)到降低測(cè)量中放射性統(tǒng)計(jì)漲落的目的。

1.3.2 井眼環(huán)境的影響

井眼環(huán)境易對(duì)方位伽馬測(cè)井的探測(cè)器計(jì)數(shù)造成一定干擾，若泥漿中存在吸收伽馬射線的物質(zhì)，則泥漿吸引地層自然形成的伽馬射線，會(huì)對(duì)探測(cè)器造成影響；若泥漿內(nèi)存在放射性物質(zhì)，則增加了伽馬探測(cè)器的計(jì)數(shù)率。

2 方位伽馬測(cè)量曲線與數(shù)據(jù)成像技術(shù)

2.1 方位伽馬的測(cè)量曲線

方位伽馬隨鉆測(cè)量系統(tǒng)由三條測(cè)量曲線組成，即下伽馬值測(cè)量曲線、全方位伽馬值曲線、上伽馬值曲線。當(dāng)單一巖性的地層內(nèi)出現(xiàn)井眼軌跡時(shí)，三條測(cè)量曲線重合。當(dāng)井眼軌跡與儲(chǔ)層的頂部或底部分界點(diǎn)巖性接近且呈變化趨向時(shí)，三條聚合的曲線出現(xiàn)分離。結(jié)合三條曲線的分布特點(diǎn)可知，軌跡與儲(chǔ)層的頂部和底部 接近，則可以調(diào)整軌跡。

2.2 方位伽馬數(shù)據(jù)成像的原理

隨鉆方位伽馬成像技術(shù)有效總結(jié)與編輯測(cè)量井眼環(huán)向空間的各扇區(qū)的伽馬數(shù)據(jù)，經(jīng)處理得出可視化圖像，地層二維或三維成像可準(zhǔn)確呈現(xiàn)地層特點(diǎn)。

當(dāng)方位伽馬井下隨鉆測(cè)量系統(tǒng)與導(dǎo)向工具連接旋轉(zhuǎn)時(shí)，方位伽馬探管被認(rèn)定為成像模式，而扇區(qū)的伽馬測(cè)量數(shù)據(jù)通過探管輸出。地面信息處理系統(tǒng)差值處理扇區(qū)的伽馬數(shù)據(jù)，同時(shí)按色度標(biāo)定法，對(duì)成像色譜科學(xué)定義，根據(jù)刻度規(guī)則分配扇區(qū)伽馬數(shù)值形成各種級(jí)別的色度。最終在對(duì)應(yīng)位置顯示被分配的顏色，得到二維或三維方位伽馬數(shù)據(jù)圖像。伽馬成像的顯示效果緊密聯(lián)系色譜的選擇，通常用淺色代表低伽馬值，深色代表高伽馬值[3]。

3 方位伽馬的應(yīng)用實(shí)例

某井A系統(tǒng)利用鉆井、地質(zhì)、LWD測(cè)井等技術(shù)實(shí)行水平井鉆井，基于著陸點(diǎn)和水平段采取錄井與氣測(cè)錄井技術(shù)推行地質(zhì)導(dǎo)向施工，及時(shí)掌握預(yù)測(cè)目的層發(fā)生的改變，合理協(xié)調(diào)井眼軌跡，有利于薄油層水平井成功越過儲(chǔ)集層，節(jié)省了鉆井所需的時(shí)間，提升了鉆井效率。

3.1 鉆前準(zhǔn)備階段

3.1.1 目的層段主要地質(zhì)特點(diǎn)

由東向西以微幅背斜狀態(tài)設(shè)計(jì)目的層，體現(xiàn)出低幅構(gòu)造特點(diǎn)，使構(gòu)造日趨平緩，垂深大概為2 700 m，凈砂巖厚度為9～18 m。平均孔隙度大概為19%～22%，巖性是粉-細(xì)砂層，頁巖以上下形式穩(wěn)定分布。通過調(diào)查相關(guān)資料可知目的層為小砂體，對(duì)目的砂體可能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，但該砂體鄰井氣測(cè)錄井不存在明顯的全烴含量。由此可知，目的層上下目標(biāo)層發(fā)育較好。

3.1.2 建立地質(zhì)導(dǎo)向模型

系統(tǒng)了解區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)，綜合鄰井資料比較地層，嚴(yán)格控制各個(gè)砂體的情況。井A場(chǎng)前期鉆探2口定向井，即A1和A2。因此，比較A1和A2地質(zhì)與測(cè)井資料時(shí)，對(duì)A井采取對(duì)比研究，圍繞該水平井目的層判斷其垂深和厚度。通過分析鄰井測(cè)井資料可知，A1與A2油層有相似的垂度和厚度，根據(jù)三維地震反演體合理判斷，設(shè)計(jì)目的層頂部對(duì)比鄰井A1和A2同層位頂部垂深提前了大概2 m。因此，導(dǎo)向探油頂著陸操作時(shí)需合理辨別油層頂部，科學(xué)調(diào)整井眼軌跡和著陸方向。結(jié)合目的層內(nèi)A1和A2形成的測(cè)井感應(yīng)，對(duì)A井設(shè)計(jì)鉆前導(dǎo)向模型，且模擬設(shè)定測(cè)井響應(yīng)。

3.2 鉆進(jìn)中的地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用

3.2.1 水平井著陸的導(dǎo)向應(yīng)用實(shí)踐

選擇在距離油水邊界較遠(yuǎn)位置設(shè)定井位，在砂層中上部劃定水平井著陸點(diǎn)。頁巖是A井目的層，鉆井時(shí)由LWD測(cè)井曲線可知，垂深和預(yù)測(cè)模型對(duì)比提前了2 m，加之自層形成的自然造斜，垂深增斜至井斜，基于可能存在的增厚情況，不能對(duì)軌跡提前調(diào)整。因此，根據(jù)最初設(shè)計(jì)鉆進(jìn)探油頂，到井深3 356 m，電阻率接近7 Ω·m，表現(xiàn)了增加特性，此時(shí)伽馬數(shù)值偏高，LWD測(cè)井曲線負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的油層頂界。綜合測(cè)錄井分析，初步判斷達(dá)到目的層頂部。鉆到目的層頂后，現(xiàn)實(shí)鉆頂深度提前1 m，井斜83.3°，方位76.7°，地質(zhì)錄井90%砂巖。實(shí)鉆 LWD 測(cè)井特征響應(yīng)圖如圖2所示。

圖2 實(shí)鉆 LWD 測(cè)井特征響應(yīng)圖

探油頂操作實(shí)現(xiàn)后，若尾管封隔油層上部存在不穩(wěn)定的層位，鉆頭下入至水平段完成著陸，系統(tǒng)解析油層頂部，綜合預(yù)測(cè)模型和地質(zhì)特征，由地層形成朝上傾斜的角度，可知目的層底部極有可能形成提前的發(fā)展趨勢(shì)。通過井深提高造斜水平，若井深與垂深分別是3 477 m、2 900 m，則伽馬曲線呈上升趨向，砂巖體經(jīng)過地質(zhì)錄井分析得到頁巖薄層。導(dǎo)向鉆進(jìn)至井深3 485 m，結(jié)合方位伽馬成像分析，地層視傾角下傾0.5～1°，為輕松控制著陸點(diǎn)，要輕微增加造斜率，嚴(yán)控井斜有頂。導(dǎo)向鉆井達(dá)到井深3 490 m，垂深2 905 m，降低了伽馬數(shù)值，深淺雙側(cè)向表現(xiàn)正異常，提高了電阻率，鉆頭順利到達(dá)砂巖體。

在砂巖體內(nèi)利用伽馬方位成像技術(shù)得出伽馬取值范圍20～40 API，深淺電阻率高度重合，其數(shù)值保持在160～170 Ω·m之間。井深3 505 m地層產(chǎn)生0.5～1°的視傾角。方位出現(xiàn)明顯右漂的現(xiàn)象，基于漂移程度較小，不會(huì)對(duì)著陸中靶造成干擾。不間斷進(jìn)行導(dǎo)向鉆井直到井深3 545 m，微調(diào)靶點(diǎn)深度直達(dá)著陸中靶，入靶點(diǎn)由于地層自然造斜干擾而發(fā)生增斜問題。

3.2.2 水平段導(dǎo)向應(yīng)用實(shí)踐

A井Napo組Lower U層砂巖厚度偏薄，綜合橫向砂巖體產(chǎn)生頁巖夾層分隔，使產(chǎn)油砂巖層更輕薄。因此，根據(jù)砂體鉆進(jìn)的狀況，為避免穿出頂部或底部 ，應(yīng)增強(qiáng)A井水平段內(nèi)地質(zhì)導(dǎo)向精確度。但A井水平段實(shí)行鉆進(jìn)時(shí)，相應(yīng)擴(kuò)大了地層傾角的著陸點(diǎn)井斜，而地層造斜在自然情況下比較嚴(yán)重，持續(xù)進(jìn)行穩(wěn)斜鉆井操作，即便是井深3 574 m鉆進(jìn)發(fā)生微降斜，且存在軌跡和地層傾角，造成井深3 584 m時(shí)初步對(duì)深淺雙側(cè)向?qū)崿F(xiàn)分離，在井深3 619 m的深淺電阻率和伽馬特征值產(chǎn)生了極值，初步預(yù)測(cè)已達(dá)到砂層頂部。預(yù)備對(duì)軌跡輕調(diào)實(shí)現(xiàn)降斜，加之地層和導(dǎo)向工具造成的干擾，無形增加了井眼軌跡的控制難度，最終鉆進(jìn)井深為3 635 m，完成鉆井操作。

綜上分析，A水平井地質(zhì)導(dǎo)向引入了伽馬成像技術(shù)，結(jié)合錄井和其測(cè)錄井技術(shù)選擇著陸點(diǎn)和水平段實(shí)行地質(zhì)導(dǎo)向施工，有關(guān)結(jié)果達(dá)到了實(shí)際要求。在具體鉆井中對(duì)鉆前導(dǎo)向模型的測(cè)井實(shí)施驗(yàn)證，即便與預(yù)判的層位頂部與現(xiàn)實(shí)存在差異，無法系統(tǒng)描述砂巖體內(nèi)的頁巖薄層，但預(yù)測(cè)模型初步改進(jìn)了模型描述的測(cè)井特點(diǎn)。該井的目的層上下層位全部產(chǎn)生了地層自然造斜，砂巖體表現(xiàn)出右移特點(diǎn)，但在定向施工中無法系統(tǒng)了解地質(zhì)規(guī)律，難以綜合控制軌跡慣性與地層傾角，造成難以合理調(diào)整軌跡。

4 結(jié)語

綜上所述，方位伽馬成功取代了普通的伽馬測(cè)井，且利用測(cè)量數(shù)值系統(tǒng)掌握了空間方位信息，在水平井地質(zhì)導(dǎo)向中適用，突出了快速發(fā)現(xiàn)與及時(shí)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用中效果良好。故要深入研究方位伽馬測(cè)井的合理化應(yīng)用。