地质导向技术

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随钻测井及地质导向钻井技术 ppt课件

换言之，地质导向就是使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据来控制井眼轨迹的钻井技术。它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。
PPT课件
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地质导向钻井技术
组成
概念
根据地质导向工具提供的井下实时地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼轨迹保持在产层延伸。
移定向井、水平井及特殊工艺井中广泛应用。
美国、挪威、英国等国家采用地质导向钻井技术完成的井
数逐年增加，钻井周期逐步缩短，钻井成本明显下降，油田开
发效果明显提高。
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5
一、地质导向钻井技术概述
地质导向钻井就是在钻井过程中通过测量多种地质和工程参数来对所钻地层的地质参数进行实时评价，根据评价结果来精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。
现
几何导向
井眼准确钻入设计靶区。设计靶区可
导
能并非储层）
向
地质导向技术问世之前，常规的
钻
井眼轨迹控制技
井技
术均属几何导向范畴。
以井下实际地质特征来确定和控
术
地质导向
制井眼轨迹。任务是对准确钻入油气目的层负责，具有测量、传输和导向
三大功能。
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一、地质导向钻井技术概述
有线随钻——电缆作为数据传输介质，随钻连续测量
MWD/LWD——钻井液（或电磁波）作为数据传输介质，随钻连续测量
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13
都振川
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
有线随钻测斜仪是定向井测量仪器中的一种, 它可在钻井过程中实时测量井斜、方位、工具面和温度等钻井工程参数。

水平井地质导向录井关键技术

水平井地质导向录井关键技术摘要：水平井地质探测工作开展过程中，录井技术是整个勘测开发工作开展过程中一个非常重要的组成部分，该技术在整个勘测开发工作开展过程中，从收集、记录到分析信息等各个工作阶段都发挥着重要作用，通过加强对录井关键技术的掌控和管理，能够有效的提高钻井工作效率。

关键词：水平井；地质导向；录井技术水平井能够很大程度上增大井眼在产层中的长度和泄油面积，这种水平井方式能够在薄层、页岩气等油气藏中得到广泛的发展和利用。

在水平井钻井开发过程中，随钻地质导向有着非常明显的作用，在地质导向工作开展过程中需要多方面的技术支持，其中包括录井技术，因此在录井技术开展过程中，为了有效的提高录井技术开展的实时性和精确性，必须要掌握其开展过程中的关键技术，这样才能够不断提高水平井的工作效率。

1地层对比与预测技术在水平井勘测工作开展过程中，由于PDC钻头以及一些其他方面的因素影响，使得钻屑比较细小和杂乱无章，在岩性判别过程中出现了很大的困难，同时由于油气级别也出现了大幅度的下降，因此其岩性结构以及其他方面都发生了很大程度的变化，很多井区甚至没有出现标志层和标准层等用来进行对比观察，给地层随钻过程带来了很大的不便和难度。

随着我国录井技术的发展和进步，在录井技术开展过程中逐渐实现了精细化、定量化、全面化的改变和完善，其中快速色谱以及微钻过程中都提出了具体的实现目标，预测技术对于地层的精细化划分和对比提供了很好的措施。

同时对于元素录井以及其他录井技术的发展都奠定了坚实的基础，提供了完善的钻井工艺设备条件，当前核磁共振录井、定量荧光录井技术等都开始被广泛的应用于录井开采过程中，含水性的定量检测工作开展和对比过程都提供了很好的保障，使得地层对比工作开展过程中，能够根据相邻录井、同一断块、同一物源等进行分析判断，更好的遵循旋回性和相似性，保证其按照协调统一的原则进行划分，有效的实现大段控制，最后再进一步完成细小岩层的核对检测工作。

OnTrak地质导向系统技术参数

6 3/4" OnTrakINTEQ的OnTrak TM是一个随钻测量的集成工具，它能通过一根短节提供实时方位、方位伽马、MPR®电阻率、环空压力和振动测量。

OnTrak与地面系统Advantage SM同时使用，可以优化定向能力和地层评估能力，包括钻进时地质导向。

这种创新设计提高了工具可靠性，减少了连接点，并使井下钻具组合中传感器到钻头的距离得到优化。

该工具由集成传感器模块，双向通讯动力模块组成，具有以下特性：■ OnTrak集成传感器模块- 定向控制和测量- 电磁波传播电阻率- 方位伽马- 环空和钻具内动/静压力- 监控振动和粘滑振动- 温度- 存储和数据高速转储■ 双向通讯动力模块- 系统电源及控制- 向下发送指令- 双向通讯- 泥浆脉冲信号传输- 实时及可调节的数据传输为了实现地质导向，OnTrak MPR传感器使用四个发射器，两个接收器的双频补偿天线矩阵测量8条电阻率曲线。

两个伽马射线探测器（以工具面标定）对靠近的岩层界面提供方位成像。

通过对井下环空压力和粘滑振动的监控，可以及时发现井筒清洁问题和井壁漏失，避免卡钻，降低工具事故率。

“业界第一”的OnTrak随钻测量提供了无与伦比的“高质量井壁”，这项技术突破了当代大位移钻井、地层评价测井和地质导向技术的极限。

■ 实时地质导向和准确轨迹定位■ 通过方位伽马对油藏地质边界进行识别■ 钻进时泥浆双向通讯脉冲■ 完全集成和更小的传感器与钻头距离■ 控制井眼清洁和井壁稳定性■ 降低工具事故和卡钻■ 支持高端随钻测量工具- SoundTrak TM- LithoTrak TM- CoPilot®■ 与AutoTrak®G3组合可得到可靠测井数据6 3/4" OnTrak适用井眼尺寸：8 3/8“ - 9 7/8” 多频电磁波传播电阻率工具外径： 6 3/4“距工具底端长度：8.0ft (2.5m)工具长度：32.0ft (9.8m) 2MHz电阻率工具重量：3660lbs (1660kg)相差：范围： 0.1-3000ohm-m连接扣型：上部： NC50母扣精确度：±0.85%(0.1-50ohm-m)下部： NC50公扣 ±0.4mmho/m(>50ohm-m)主电源：钻井液驱动的涡轮发电机衰减：范围： 0.1-500ohm-m精确度：±1.75%(0.1-25ohm-m)±0.85mmho/m(>25ohm-m)超低排量：200 (240*)-325gpm纵向分辨率：导电层90%的响应为8“(20cm)757 (908*)-1230lpm 400MHz电阻率低排量：265 (320*)-450gpm相差：范围： 0.1-1000ohm-m1000 (1211*)-1703lpm精确度：±0.85%(0.1-25ohm-m)中等排量：330 (395*)-570gpm ±0.8mmho/m(>25ohm-m)1249 (1495*)-2157lpm衰减：范围： 0.1-200ohm-m正常排量：375 (450*)-660gpm精确度：±4%(0.1-10ohm-m)1419 (1703*)-2498lpm ±4.0mmho/m(>10ohm-m)高排量：500 (600*)-900gpm纵向分辨率：导电层90%的响应为12“(30cm)环空、、钻具内和静压)1893 (2271*)-3407lpm压力测量(环空(*)-接发指令所需的最小排量距工具底端长度： 3.1ft (1.0m)最大钻压：672klbs (2990kN)范围：0-25000psi工具的最大转速：400rpm准确率：全标的±0.25%最大工作扭矩(钻头处)：23601ft-lbf (32kNm)分辨率：5psi最大失效扭矩：47941ft-lbf (65kNm)测斜仪最大破坏拉力(旋转时)：881klbs (3920kN)距工具底端长度：13.8ft (4.2m)最大抗拉载荷：1162klbs (5170kN)传感器类型：三轴加速度计最高温度三轴磁通门正常工作：302˚F (150˚C)磁性工具面/重力工具面转换：可选 (缺省值：3˚)极限温度：311˚F (155˚C)测量项目范围分辨率精确度最大静液压：25000psi (1720bar)井斜0˚-180˚0.09˚±0.1˚最大钻头压降：没有限制方位2，30˚-360˚0.35˚±1.0˚含砂量：最大1% API 13B工具面(建议<0.5%)磁性工具面20˚-360˚ 1.4˚±1.5˚最大堵漏剂：40ppb=114kg/m3 (根据重力工具面30˚-360˚ 1.4˚±1.5˚ATK G3操作手册任何泵入磁场强度0-100000nT35±100的堵漏剂必须排出)磁偏角2-90˚-90˚0.04˚±0.2˚振动，，转动和粘滑振动工具通过的最大带钻铤的标准钻具组合振动井眼狗腿度：钻具旋转： 10˚/100ft距工具底端长度：13.8ft (4.2m)钻具不旋转： 16˚/100ft振动带压缩钻杆的柔性钻具组合传感器轴向震动：一个加速度计，Z方向钻具旋转： 15˚/100ft类型横向震动：两个加速度计，X-Y方向钻具不旋转： 25˚/100ft加速度范围：0-15g最大转速变化：偏离工作转速最高±80%频率范围：0-82Hz最大轴向和横向震动：参阅《补充技术参数》实时测量选项：横向震动和轴动震动，按严重程度传输信号(单位按g-MRS标定)存储记忆选项：根据严重程度，按g-MRS为单位保存平均方位伽马和最大的横向震动和轴向震动距工具底端长度： 4.0ft (1.3m)转速和粘滑振动测量传感器类型：2个闪烁计数器传感器类型两轴磁力计测量：API 伽马旋转速度0-±1000RPM(±1%精确度)范围：0-500API实时测量选项井下转速、粘滑振动按严重度级别传输准确度：在100API和机械钻速60ft/hr时存储记忆选项保存最小、最大和平均转速，粘滑振动±2.5API和倒转严重程度纵向分辨率：6"(15.3cm)备注：1所有传感器精确度到2δ2在纬度30˚时正常的磁场强度下的值3精确度适用于井斜>5˚的情况。

VSP_随钻地震地质导向建模技术应用研究

442023年6月上第11期总第407期信息技术与应用China Science & Technology Overview0 引言随着油气勘探开发的不断深入，石油地震勘探目标向尺度小、细、深及复杂特征的趋势发展，高质量勘探开发难度日益加大，若要资源突破，物探先行已成为目前高质量勘探、少井高产和效益开发的主要方法，因此，地震资料处理速度建模技术得到了迅速发展，已经从常规的时间域速度建模向深度域速度建模发展，并研发了地下非均质地层介质的各向异性速度建模，应用国内外很多建模学者正在研究的FWI 全波形反演速度建模。

当前，高精度速度建模还处于瓶颈期，超深层碳酸盐岩地质复杂，速度精度不足导致断裂、缝洞体等成像不清晰、构造归位不准确等问题，FWI 全波形反演速度建模成为其追求的目标，但是由于FWI 建模对资料要求很高，陆上地震超深层勘探目标效果还不显著，所以，要获得更多高品质地震资料，实现“多做物探少打井，打高产井”的目标，迫切需要效率和精度都高的速度建模技术来支撑，保证地震反演速度精度与钻井速度高度一致，再通过高精度成像结果为钻井提供更好的分析资料，实时指导钻井轨迹的调整。

井中地震勘探作为能够快速获得垂向地震剖面和最初了解地下信息的技术，随着采集装备、处理技术的发展，从1917年至今，井中地震勘探技术已经在垂直地震剖面（VSP）基础上形成了零井源距VSP、非零井源距VSP、变井源距VSP、井间地震、三维VSP、随钻地震等系列，成为不可或缺的勘探方法，在油气勘探开发中被广泛应用[1]。

其中，零井源距VSP、非零井源距VSP 被广泛应用于层位与深度标定、速度求取、地震波吸收衰减因子求取和提高分辨率井控处理；随钻导向技术逐步用于钻头前地层深度预测、地层压力预测、钻头导向和提高储层钻遇率方面，并与零井源距VSP 一起应用于高精度速度建模，通过获得的高精度速度对地震资料进行高精度成像，从而帮助随钻井调整轨迹方向。

向高端地质导向技术看齐(上)——世界地质导向技术研究综述

但是由于随钻测井技术发展滞后、射陛测量的自然伽玛模块（含方位伽玛定向钻井控制装备仅限于马达等低端技和井身轨迹控制，保证井眼轨迹最大限和自然伽玛成像）、地层密度测量和孔度地在油气层（目的层）中钻进，以最术，使得定向井技术的推广受到极大的含方位密度、中子测量限制。所以世界三大石油服务公司先后隙度测量模块（
查，向地面报告井下仪器的工作状态，
数据采集软件
并为所有电子仪器提供电力。其中双向
通讯是指负责将井下实时测量到的所有
软
件
地球物理测量相关参数，和井眼轨迹控实时数据采集、仪器检测软件、井下通讯软件制数据编码后通过钻井液压力波传到地面计算机数据采集模块；需要对井下在
４个人工岛和２个码头上而。每天人们驱导向技术已成为海上油气田开发必不可车经过时，并没有注意到地表下有这么少的主力钻井和实时地层评价手段，占多且复杂的定向井分布结构。作为世界
上井眼最拥挤的油田之一，ＴＨＵＭＳ项目体现了地质导向技术的发展成果。
少时间实现最大限度提高单井产量和油
气藏的勘探开发水平。来自井下几何参数测量模块（井投巨资，甚至重金邀请美国航天空中导及成像）、
航领域的技术精英参与石油地下钻井的斜、方位、工具面角）、井下机械参数地下导航——地质导向技术研究。随着测量模块（环空压力、温度、扭矩、钻自上世纪７年代末以来，大斜度井和水柱机械振动、震动）、地层压力测试与Ｏ平井钻井活动的增加，地质导向技术获取样模块、声波测量模块等。

地质导向工艺及方法

地质导向工艺及方法近年来，随着油气开采速度的加快和产量的不断增加，钻井过程中地质条件也变得越来越复杂，常規钻井方法所获得的数据信息通常都是不精确、模糊、不确定以及非数值化的，给钻井工作带来了许多不确定因素。

而地质导向钻井技术的应用，能够使钻井过程走所获取的大量的来源不同钻井信息通过经常数据库和模型数据库进行实时处理，对井眼轨迹进行实时动态跟踪监测和调整，为薄油层、厚油层顶部剩余油藏以及复杂油气储层的地质钻井提供了技术支持，本文对此进行分析。

标签：地质导向;钻井工艺;随钻测量;应用研究1 引言地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）工艺技术是具有高科技含量的和现代化水平的钻井技术，该项技术是以油藏储层为目标，通过对钻井过程中的各项随钻地质、工程参数测量及随钻控制手段，对各项数据进行实时动态跟踪采集、分析、研究并指导井下钻具钻进姿态，使井眼轨迹能够精准钻入油藏储层[1]。

地质导向钻井技术对死油区中或者厚油层顶部剩余油藏、边际油田、较薄的油藏储层的开采具有重要意义，能有效提高油田产量和采收率。

2 地质导向钻井工艺技术地质导向钻井技术是以井眼轨迹精准钻入油藏储层为目标，包括测量、传输以及导向三项功能。

（1）测量。

主要对电阻率、自然伽马等近钻头参数及井斜角等工程参数进行随钻测量。

（2）传输。

使用MWD（随钻测量仪器）和LWD（随钻测井仪器）将井下实时动态测量数据传送至地面处理系统，作为地质导向钻井决策的依据。

（3）导向。

应用井下导向马达（或钻盘钻具组合）作为井眼轨迹导向执行工具，使用无线短传技术将近钻头测量数据不通过导向马达直接传送至MWD和LWD并上传至地面数据处理系统[2]。

（4）软件系统。

软件系统包括地面信息处理系统和导向决策系统，主要对井下上传的实时动态数据进行处理、解释、分析、判断和决策并指挥导向钻井工具精准钻入油藏储层的最佳位置[3]。

3 地质导向钻井技术的应用2016年6-7月，江汉测录井公司地质研究中心辅助甲方完成了平桥区块焦页188-2HF井、焦页182-6HF井、焦页184-2HF静的地质导向工作，取得了预期的效果。

斯伦贝谢水平井随钻测井地质导向技术介绍

?adnVISION 方位中子密度
?proVISION 随钻核磁共振
?sonicVISION 随钻声波
?seismicVISION 随钻地
震
geoVISION 侧向电阻率
? 适用于高导电性泥浆环境 ? 提供包括钻头，环形电极以及3 个方位聚焦纽扣电极的电阻率 ? 高分辨率侧向测井减小了邻层的影响 ? 钻头电阻率提供实时下套管和取心点的选择 ? 三个方位纽扣电极提供三种深度的微电阻率随钻成像，可解决复
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ? ” Bit Sizes
6 ? ”-5 3/4” Bit Sizes
26”-17 ? ”Bit Sizes
14 ? ”- 12 ?” Bit Sizes
10 5/8” Bit Size
9 7/8”-8 ?” Bit Sizes
6 ? ”- 5 3/4” Bit Sizes
碳酸岩）评价, 裂缝宽度和渗透性评估Stoneley
?快速横波用于分析岩石机械特性
?随钻测井技术_Scope 系列
?EcoScope 多功能随钻测井
?StethoScope 随钻地层压力测量
? PeriScope15 随钻方位性地层边界测量
?MicroScope 微电阻率成像
EcoScope – 多功能随钻测井
?钻井优化技术_旋转导向系统
更平滑的轨迹，更规则的井眼，更快的速度
PowerDrive Xtra
第一代旋转导向系统全程全部旋转累积进尺超过一千万英尺
PowerDrive X5
同样原理
提高工具可靠性与钻井表现，增加近钻头井斜、伽玛
26”-17 ? ”Bit Sizes

随钻自然伽马、电阻率的地质导向系统及应用.doc

随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统及应⽤.doc随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统及应⽤程树林桂维兴摘要：地质导向钻井技术的应⽤体现了随钻测井资料的重要⼯程价值。

本⽂总结了随钻⾃然伽马、电阻率在地质导向钻井中应⽤的3种测量⽅式特征，即近钻头测量、基于随钻估计和预测⽅法的随钻测量、随钻⽅位⾃然伽马和电阻率测量；描述了随钻⾃然伽马、电阻率的实时解释⽅法，根据不同区域的地质特点、岩性测井特征和储集层的物性特征，将随钻测井数据与事先设定的储层地质特征进⾏实时对⽐和评价，完成地层对⽐、流体性质判别和储层参数解释；说明了随钻⾃然伽马、电阻率的刻度⽅法，通过仪器的标准化刻度及量值传递，为定量解释地层提供准确的测井资料；结合实践介绍了利⽤随钻⾃然伽马、电阻率实时测井曲线，根据不同岩性和不同层位⾃然伽马、电阻率的差异特性，结合邻井资料和⽆孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，在⼯程应⽤中实现基于随钻⾃然伽马、电阻率的地质导向系统。

0 引⾔地质导向是集定向测量、导向⼯具、地层地质参数测量、随钻实时解释等⼀体化的测量控制技术。

在钻井过程中，在测量井眼轨迹⼏何参数的同时，实时测量地质参数，绘出⾃然伽马、电阻率、岩性密度、中⼦孔隙度、压⼒曲线，并以此实时解释评价钻遇未污染地层的特性、**液界⾯，从⽽准确判定储层特性，指导现场⼯程师调整轨迹，控制钻具有效穿⾏于**藏最佳位置，实现地质导向。

不同岩性的地层其⾃然伽马变化范围不同，⽽致密层、渗透层和****⽔层的电阻率也不相同。

随钻时，可充分利⽤不同岩性、不同层位的⾃然伽马、电阻率的差异特性，结合地质录井资料识别岩性，及时提供地层⾃然伽马、电阻率数据以指导现场⼯程师判断是否钻遇⽬的层。

同时由于随钻密度、中⼦孔隙度测量带有放射源，使⽤风险⾼，推⼴受到⼀定局限，在随钻测井实践中，⽤随钻⾃然伽马识别地层岩性，⽤⾃然伽马、电阻率以及结合邻井测井资料进⾏地层对⽐，建⽴⽆孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，实现随钻实时解释，从⽽实现以随钻⾃然伽马、电阻率为地层测量基础的地质导向系统。

新型地质导向技术在西江23—1油田的应用

初期，地质导向过程中遇到了一系列问题，如地层疏松、斜、轨迹控制难度大、层薄等问题，终影造井砂最
迹和全角变化率。
该旋转导向系统由外壳、驱动轴、向节和钻头万
短节组成。外壳相当于一根钻铤，提供了导向钻它
可进行孔隙度和密度的测量，样可以减少钻具组这

何知道钻头是否靠近泥岩，钻头进入泥岩之后如何识别泥岩位置，何尽快回到油层中，何了解地层如如倾角变化，何判断井眼位于油层中的位置等Ｅ］如。
确定油气饱和度的方法，助于低电阻率储集层评有价，可代替伽马标识泥岩；测量集成在一个短节 ② 上，量点更靠近钻头，测这样能够及时提供地质导向
型和ＬＷＤ造斜能力都提出了非常大的挑战。同时
高晓飞。炳龙，立强。正和．新型地质导向技术在西江２ — 油田的应用．录井工程，０２２（）２－８林田闰３１２１。３２：４２摘要针对西江２ — ３１油田地层疏松、易造斜、轨迹控制难度较大等问题，进了新型地质导向工具，用新不井引采
的地质导向技术。概要介绍了新型导向工具的特点和优势，点介绍了密度成像技术判别地层倾角和依据衰减与重

3地质导向穿芯技术

3地质导向穿芯技术摘要：在钻井过程中，利用地质导向技术，控制井眼轨迹在油层最佳位置钻进，具有较大的难度。

本文在地质导向钻井技术的基础上，提出了新型地质导向“穿芯”技术，通过在s2h011井中的实际应用，描述了水平井井眼轨迹控制的规律。

同时，提出了地质导向穿芯技术在应用钻井施工时的几点建议，从而为地质导向钻井井眼轨迹控制提供了新的思路，满足了一些特殊油藏井的钻探开发要求。

关键词：地质导向；水平井；钻井施工；轨迹控制1 地质导向“穿芯”技术地质导向钻井就是根据lwd仪器提供的井下实时地质信息和定向数据，辨明所钻遇的地质环境、并预报将要钻遇的地下情况，引导钻头进入油层并将井眼轨迹保持在产层中延伸。

由于实际工作中地质导向仪所测量的电阻率、自然伽马探测仪距钻头有一定的距离，测量的电性资料，虽然可以验证井下地层的岩性，但相对滞后，如图1所示。

基于此，对于一般水平井来讲，不采取一定的井眼轨迹控制技术措施，要保证控制井眼轨迹在油层中钻进，用现在的仪器很难监测，在检测到水平段井眼轨迹出了油层之后再进入油层，总会牺牲30-50m水平段；而如果保证轨迹控制在一定部位运行，现在的仪器很难达到，因而对井眼轨迹控制技术提出了更高的要求。

处于同一油层中电性资料，变化较小，不能具体表明该点在油层的准确位置，很难对判断钻头是否从优质油层的上部或下部穿出提供可靠依据，进而对下一步井眼轨迹调整工作难以及时做出决断，致使井眼轨迹控制常陷于被动，造成不必要的损失。

根据大量实际经验，在钻井工作中，应该在地质研究的基础上，基于普通随钻测井lwd曲线，结合综合录井（钻时、岩屑、荧光）和气测录井资料，井下实际地质特征根据随钻测斜资料如斜深、井斜、方位、垂深、闭合方位、水平位移等，利用钻井地质导向井眼轨迹控制软件，对井眼轨迹进行准确计算。

在此基础上，根据实际情况，对钻头位置做出科学预测，综合判断确定和控制井眼轨迹，指导钻井施工，减少风险，控制井眼轨迹在好油层中钻进，使当前使用的普通地质导向仪器的优势作用得以更好的发挥，这就是地质导向“穿芯技术”。

地质导向

6、设计和优化井眼轨道剖面； 7、确定目的层内井眼合适位置的允许误差及风险； 8、完成钻井评估/完井计划； 9、开钻，将垂直井段钻至造斜点并进行初始定向钻井； 10、进行地质对比和目标控制； 11、需要时在最后的造斜段调整井眼轨迹剖面； 12、使钻头准确定位于水平井入口点处； 13、监测大斜度井段的轨迹及导向能力； 14、确定钻头的前探距离及预测异常情况的位置； 15、对地质上的意外情况采取补救方法，必要时采取绕障法或做出侧钻决策； 16、用关于井眼稳定性风险评价的最新资料来有效地确定总井深； 17、根据达到的设计目标或已钻井段中所遇到的不可接受的风险值来确定总井深。
偏置机构（执行机构）
可伸缩的翼肋结构导向力液压活塞机构
方向
导向力方向与翼肋伸出方向相反
工作原理
偏置机构（执行机构）
导向力大小方向与接触象限有关
接触力
导向力
Fk F0 sin 0 0
1 2 F0 d ( Pi Po ) 4
(0 0 )
工作原理
以上六个环节中，井下随钻测量和井下自动控制是关键环节，同时也是关键技术，二者结合起来实际上是井眼轨迹自动控制技术。
2、导向钻井
导向钻井实际就是井眼轨迹控制问题，无论是常规直井或特殊工艺井，都需要井眼轨迹控制。直井需要防斜打直，定向井需要按设计井眼轨道控制钻头钻进的轨迹。传统的导向钻井（即井眼轨迹控制）是由井下导向工具配以适当的钻井参数来实现的，自动导向钻井是由井下计算机根据随钻采集的参数自动控制导向工具来实现的。
自动导向钻井技术简介
周广陈
中国石油大学石油工程学院
主要内容
• • • • • 概述导向方式导向工具地质导向自动垂直钻井系统 • 自动导向钻井的关键技术

3.4 地质导向工具

3.4 地质导向工具
（4）随钻测井地质参数测量原理：
④ 自然伽马测井
自然伽玛(GR)是测量地层中天然放射性原素的含量。由于放射性元素通常聚集在页岩和粘土中，故可间接测量沉积地层中的泥质含量。
3.4 地质导向工具
（5）随钻测井地质参数测量的作用 ① 划分岩性
储层：自然电位明显的负异常和井径的明显缩径。
发）
3.4 地质导向工具
(1) 几何导向
由井下随钻测量工具（MWD）测量的工程参数，井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制井眼沿预定的井眼轨迹前进。
① 弯接头+直螺杆+测斜仪器 ② 弯壳体螺杆钻具+测斜仪器 ③ 弯筒涡轮钻具+测斜仪器 ④ 测斜仪器单点测斜多点测斜无线随钻测斜（MWD）
3.4 地质导向工具
（7）地质导向设计的步骤:
需要时在最后的造斜段调整井眼轨迹剖面；监测大斜度井段的轨迹及导向能力；确定钻头的前探距离及预测异常情况的位置；对地质上的意外情况采取补救方法，必要时采取绕障法或做出侧钻决策；用关于井眼稳定性风险评价的最新资料来有效地确定总井深；根据达到的设计目标或已钻井段中所遇到的不可接受的风险值来确定总井深。
3.4 地质导向工具
（6）地质导向的优越性:
⑤ 方位伽马射线测量能在钻头处进行地层对比，这对探测标志层、确定套管下深和取心层位是非常有用的，同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部；
⑥ 定性的电阻率测量能够实时显示油气和岩性，这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的；
3.4 地质导向工具
泥质非储层：自然电位曲线平直，扩径。
② 油水层区分

三维地质导向技术及应用实例

三维地质导向技术及应用实例随着经济发展对能源需求的不断增加以及油气勘探形势的日趋严峻，老油区面临剩余储量难动用，采收率低；新探区面对勘探开发难度越来越大，成本越来越高的现实，水平井成为开发特殊类型油气藏及老区挖潜，提高采收率的重要手段。

随钻地质导向技术是20世纪90年代国际钻井界发展起来的前沿钻井技术之一[1]，其在开发薄油层、致密油气层、复杂断块油藏、油水关系复杂油藏方面发挥了重要的作用，但是目前的地质导向技术严格来讲是二维地质导向。

1 二维地质导向简述二维地质导向一般使用一口邻井资料作为导向建模的参考依据，主要考虑地层属性的垂向分布，导向过程相对简单。

其主要使用的数据局限在地质、测井数据，在一定程度上能够满足水平井地质导向的要求；地震数据包含了更多潜在的地层及油气信息，能够反映地层形态、岩层性质及油气储层位置等，在目前的二维地质导向过程中几乎没有或很少应用。

目前，国内油气田一般采用MWD（带GR或GR+RT）或LWD（带GR、RT）结合综合录井进行水平井地质导向工作。

二维地质导向不能准确反映井眼轨迹三维空间展布形态，以及井眼轨迹周围地层构造变化与储层各向非均质性变化，无法准确描述断层、裂缝形态的，无法利用地震数据的储层反演结果，因此给地质导向工作带来了一定的不确定性。

2 三维地质导向2.1 基本思路三维地质导向是将地质导向的理念与三维地质建模结合起来，即在三维地质模型里实现水平井、大斜度井的地质导向功能。

具体过程如下：在钻前应用已有的地质、物探数据建立地质模型精细刻画地下构造及油藏特性；在钻井过程中通过井场各种数据的补充不断修正地质模型，模拟井轨迹在三维地质模型中的穿越，参考模型数据为地质导向提供井眼轨迹调整建议，通过可视化显示邻井，辅助解决多井眼防碰问题。

2.2 关键技术2.2.1 地质建模与模型调整构建定量储层地质模型是三维地质导向的核心和基础，对地下油藏特性进行准确、精细的刻画是导向成功的前提。

中原油田水平井地质导向技术研究与应用

指导钻头尽可能多地在油层中穿行。该项技术经过现场试验性应用，明具备较强的实用性和适用性，表已成为水平井施工中不可或缺的一项技术手段。关键词中原油田水平井地质导向斜深校直对比卡层油层判断地层倾角
态及组合关系吻合性较好，确地预测并卡准了目准
标油层（２。图）１２综合各项参数特征判断油层与泥岩．
１地质导向技术的方法研究及应用实例
１１现场斜深数据校直对比．
０引言
中原油田是一个复杂断块油气田，下断层密地
上５１进行一次对比电测，以预测目标层的～０ｍ用
垂深，这种做法成本高、但时效差。为了解决现场数据的校直，发了井斜处理软件系统，能针对直开既井、向井、平井等不同的井型用角平均法、定水曲率半径法等计算方法处理井斜数据，算各测点井深计的垂直深度（１，能使用钻时、测值、性剖图）还气岩面等录取间距与测斜点距各不相同的资料，现场在快速生成垂深曲线和岩性剖面，曲线形态和组合使
后果。为此，门编制了井斜处理软件，专实现了对现
场斜深数据的快速校直，制了便于分析判断油层绘的地质导向图，积极探寻准确计算地层倾角的方并法，使地质导向技术成为水平井施工中的一项关键

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（二）地质导向地质导向是在拥有几何导向能力的同时，又能根据随钻测井（LWD）得出的地层岩性、地层层面、油层特点等地质特征参数，随时控制井下轨迹，使钻头沿地层最优位置钻进。

在预先并不掌握地层性质特点、层面特征的情况下，实现精确控制。

美国Anadrill公司的地质导向钻井系统已取得商业性成功，并在一些油田得到较好应用。

值得一提的是，目前导向技术大多是以几何导向为特征，而且由于控制机构在地面，还没有实现井下自动导向控制。

在实际钻井中究竟使用哪一种导向方式，应视其具体工作环境而定。

对于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特点了解较清楚的场合，使用几何导向较适宜，既能满足精度要求，又能降低成本。

而对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄的场合，使用地质导向更为合适。

根据导向工具特点及导向方式，井下自动导向钻井系统可采用如下四种组合方式：1、几何导向十滑动式井下自动导向钻井系统；2、地质导向十滑动式井下自动导向钻井系统；3、几何导向十旋转式井下自动导向钻井系统；4、地质导向十旋转式井下自动导向钻井系统。

井下自动导向钻井系统采用上述哪种方式更为合适，应从发展的观点加以论证。

目前国外的几何导向系统与地质导向系统还是分离的，尚无一家公司的样机兼备这两项功能。

今后的发展方向是把二者结合在一个系统中，实现真正的“几何--地质”导向控制。

四、地质导向技术（一）地质导向技术的概况地质导向技术是水平井钻井的一项重大发展，它标志着水平井钻井技术上升到一个更高的层次。

地质导向技术是根据钻头处的实时地质数据和储层数据作出调整井眼轨迹的决定，引导钻头前进。

其中的技术关键是要求能实时测量钻头处有关地层、井眼和钻头作业参数等方面的数据，并及时将这些数据传送至地面，便于作业人员迅速作出决策。

应用地质导向技术可以确保水平井眼准确进入和保持在目标层内（即使储层很薄），保证在产层内井眼与油水或油气界面之间保持一定距离，并可连通数个断裂储层。

应用常规导向钻井技术时，MWD工具离钻头较远（10--30m之间），所测得的井斜、方位和地层评价数据只反映了测量点处而不是钻头处的地层情况，也许钻头已经偏离了设计轨迹，也许钻头已经离开了目的层，从而降低了作业人员决策的及时性和准确性。

为了实时准确地测量钻头处的真实地层情况，便于作业人员及时、准确地作出决策，国外开展了对地质导向技术的研究。

1993年，Sch1umberger-Anadrill公司推出的综合钻井评价和测井系统--IDEAL系统，弥补了这一缺陷，实现了地质导向。

地质导向技术的优越性有以下几个方面：1、连续的井眼轨迹控制、减少了起下钻次数。

2、钻头处的井斜传感器减少了大斜度井、水平井的井斜误差，减少了井眼的曲折度，增强了井眼位移延伸能力，减少了摩阻对钻柱的磨损。

3、钻头钻速传感器能使司钻最佳使用导向马达，由此可提高机械钻速，延长马达的使用寿命，减少起下钻换钻具的时间。

4、近钻头传感器使钻头处参数测量的滞后时间接近于零，能使井眼最大限度地保持在油藏内。

5、方位伽马射线测量能在钻头处进行地层对比，这对探测标志层、确定套管下深和取心层位是非常有用的，同时还可使司钻确知是否钻穿地层的顶部或者底部。

6、定性的电阻率测量能够实时显示油气和岩性，这对地层对比和确定油气水界面是非常有用的。

7、方位电阻率可使司钻得知油水、油气和其它液相界面流体边界的方向。

正是由于地质导向技术具备以上优点，地质导向工具在老油田后期开发，提高采收率，开采那些油层薄、形状特殊的难采油区效果明显，经济效益显著。

（二）地质导向的原理和方法地质导向可以精确地控制大斜度井和水平井的动靶。

地质导向技术包括导向系统、改进的新型地层物理测量、测井数据模型、近钻头传感器和测传马达，另外还要具有三维地震方法处理的详细储层图。

地质导向设计的步骤为：1、对大斜度井的预期目标建立依据；2、评估可用的地震资料；3、计算和评估邻井的测井数据；4、评估邻井／油田的生产数据；5、选择目标段；6、设计和优化井身轨迹剖面；7、确定目的层内井眼合适位置的允许误差及风险：8、完成钻井评估／完井计划；9、开钻，将垂直井段钻至造斜点并进行初始定向钻井；10、进行地质对比和目标控制；11、需要时在最后的造斜段调整井眼轨迹剖面；12、在水平入口点处着陆（1and well）；13、监测大斜度井段的轨迹及导向能力；14、确定钻头的前探距离及预测到的异常情况的位置；15、钻水平段时，用定向钻进方式改变方向，用旋转钻进方式稳斜；16、对地质上的意外情况采取补救方法，必要时采取绕障法或做出侧钻决策；17、用关于井眼稳定性风险评价的最新资料来有效地确定总井深；18、根据达到的设计目标或已钻井段中所遇到的不可接受的风险值来确定总井深。

钻井之前首先要了解地质结构。

把地震数据、邻井的相关测井资料和其它石油物理数据结合在一起进行精心细致地分析。

地震资料能揭示出大量的地质特性，如地层倾角、断裂、横向延伸以及不连续性。

利用对结构模型与地下特性有关的不确定性进行定性和定量分析。

通过以上研究分析可得到7.6-15.2m的结构分辨率。

因为通常水平井的靶区在量级上较小，所以需要较高的分辨率进行修正。

这是通过把石油物理及取心资料同地震资料结合在一起来完成的。

现在能分辨出小尺度地层特征，如层状、页岩柱以及砂质变化，提高了倾角计算精度，减小了这些小尺度地层特征的空间分布的不确定性。

正是这些小尺度地层特性会引起意想不到的地质情况，其结果会错过一些层段。

在垂直井中，0.6m的页岩柱是不显眼的，但当钻一口216mm（8 1/2”）水平井眼时，它会显得无限大。

了解这些小尺度特征的三维分布，大大减少了钻井时碰到意外地质情况的机会，这使钻遇产层的机会有所增加。

根据掌握的资料可绘出详细的油藏图，它可以确定流体的接触情况、压力分布以及油藏参数的空间变化，能够用于敏感性研究，以确定井眼位置对产能的影响。

把以上资料、限制条件以及轨迹设计中有关的不确定因素结合起来设计定向井轨迹，对不同的方案进行成本／利益分析，可得到一个优化的目标和井身设计。

钻水平井眼时，有多种实时测量方法能用于地层评价。

在墨西哥湾，伽马射线、密度及中子测量在储层内一般变化很小。

在这些环境中电阻率的测量是第一位的。

在白垩系储层，用伽马射线的测量数据来显示裂缝。

在碳酸盐储层，电阻率值一般很高，伽马射线的响应没有规律，而且由于孔隙率低，密度测量精度偏低，最好选用中子测量。

测量方法的选择也受到其它因素的制约，像井眼状况、钻机在用时间、井底钻具组合设计限制以及排量要求等。

对一种测量方法的评价必须依据它在地质导向中的有用程度。

石油物理数据在地质导向中的主要用途是确定地质结构，地层评价是第二位的。

项目的成功取决于在目的层中实时确定井身，轨迹的位置。

近钻头测量及方位传感器对地质导向十分关键。

当进行地质导向时，可获得优质的测井数据，而在水平井中，不论是电缆测井还是钻杆测井都是昂贵的。

因此，地层评价需求必须适当和正确，过分强调测量方面的实时地层评价就会限制地质导向的能力。

任何地层评价都必须与相关的地质结构解释联系起来。

石油物理特性的变化可区别岩性及流体的界面。

为了细化项目最初建立的地质结构，对这些信息必须进行解释。

各种测井方法都在一定程度上受到各向异性的影响，即传感器从不同方向对一个单元体进行测量时，将显示不同结果。

在水平井中的测井特性响应明显不同于垂直井。

大多数的测井仪器是为垂直井而设计的，它们测量的是垂直于井眼和平行于层面的地层特性。

在水平井中这些测量垂直于地层界面，大多数的传感器受这些差别的影响不大。

然而，电阻率测量明显受各向异性的影响。

感应式和电式测量是阻抗式测量的两种主要形式这两种传感器各向异性的影响。

电阻率和各向异性与层间的粒度变化有关，但这些异常通常很小，以致多数电阻率测量仪器都测量不到。

在水平面（Rh）中电阻测量结果小于垂直平面（Rv）中电阻率测量结果，Rv／M 可高达50。

当这一比率大子10时，各向异性对油井数据的影响是显著的。

除了各向异性的影响之外，在大斜度井中感应测量还受到地层界面处的“尖角”影响。

这些尖角对边界提供了很大的区别显示。

在有尖角的情况下，不能做出定量的电阻率数据分析。

当地层厚度大于1.5m时，一个界面可由于存在尖角而且尖角对感应电阻率测量有影响而被识别出来。

地层厚度小于1.5m时。

电阻率就小于相邻地层，单独使用传播式电阻率测量就不能进行识别。

在层状和薄地层的情况下，电式电阻率测量能给出非常好的地层界面显示。

感应式电阻率装置是测量垂直于仪器方向的电阻率。

仪器是随勘测不同深度而设计的，这样便可检测到距仪器较远且垂直于井眼的界面。

仪器的响应模型可用来估算到界面的距离，这一距离称为地质导向系统的前探距离。

界面检测是建立在电阻率变化的基础上的，一般2％的电阻率变化被认为是指示一个地层界面。

对实际测井，粒度及渗透性方面的差异使电阻率数据的变化减少为10％一20％的量级。

如果看不到电阻率的显著变化，就不可能精确检测界面。

仅当仪器位于界面0.3m之内或穿过该界面时，这种变化才是可能的。

两种不同类型传感器结合检测地层界面比任何一单独测量方法都有效。

把邻井数据的预测响应进行模型化处理，可以减小电阻率数据因各向异性影响所造成的混乱。

测井数据是一维的，通常呈线性关系，因而无法获得地层的三维特性。

如果没有邻井数据，遇到层状页岩之类的情况将导致不正确的关系或不正确的地质结构解释。

模型化可把所测到的数据同已经模型化的仪器响应特性联系起来加以比较，从而确定地质结构，显示边界的存在。

模型还能提供关于各向异性量级的信息，但不能提供足够的信息对边界的方向做出明确的判断。

所有的标准测井数据都受到这一方法的限制。

地质导向设计的关键是识别界面，以及用这些信息来确定方位的测试方法是否适用。

一旦地层的位置和方向被确定，就能进行定量分析（包括地层评价）。

还需要一些新的术语来对大斜度井所钻穿的地层进行标定：真垂深（TVT）定义为在垂直方向上的一个测量段的厚度，它与在垂直井看到的地层厚度相类似；真实地层厚度（TST）定义为垂直于地层面的测量厚度。

在钻过倾斜地层的斜井和水平井的地质结构图上，只有用TVT或TST才能获得精确的相互关系。

大斜度井电阻率的测量受各向异性影响并且读值比直井大得多。

为了与邻井成功地联系起来，测得的电阻率值必须转换成相当于直井的电阻率值。

这是用上述两个电阻率计算来完成的。

Rh是在水平所测得的电阻率值，这与电缆测井或标准测井的情况类似，该仪器是垂直或接近垂直的。

Rv是在垂直平面的电阻率值，这种情况发生在水平井测井。

在水平段中，从多次感应电阻率计算得到的Rh，实际上与垂直井的电阻率相类似。

在地质导向中遇到的风险或不确定因素主要表现在以下四个方面：1、结构；2、地层；3、数据解释；4、钻井和控制。