CN102140889A

CN102140889A - 一种水平井随钻测井地质导向方法

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Publication number: CN102140889A
Application number: CN2011100553129A
Authority: CN
Inventors: 邱世军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2011-08-03

Abstract

一种水平井随钻测井地质导向方法，涉及石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，尤其是涉及一种适用于水平井水平段钻进过程中的随钻测井地质导向方法。其特征是，应用随钻测井和随钻测量所得到的实时数据解释制作测井曲线图和井眼轨迹剖面图，在测井曲线图上定义测井曲线标志点并标注到井眼轨迹剖面图上，并进一步定义对称标志点，分析解释对称标志点得到井眼轨迹各段的平均地层倾角和地层倾角变化趋势，结合目的层顶界和底界钻遇点，重绘目的层顶界和目的层底界；然后，根据最后一个测点预测钻头位置的海拔深度，确定钻头在目的层中的实际位置，为下一步地质导向决策提供依据。

Description

一种水平井随钻测井地质导向方法

技术领域

本发明涉及石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，尤其是涉及一种适用于水平井水平段钻进过程中的随钻测井地质导向方法。

背景技术

目前，在石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，水平井作业中，使用随钻测井工具、随钻测量工具和现场综合录井工具。随钻测量工具、随钻测井工具位于离钻头不远的地方，在钻机钻进的同时获取地层的各种资料和井眼轨迹资料，包括井斜、方位、自然伽马、深浅侧向电阻率等。现场综合录井工具获取钻时、岩屑、荧光、气测录井等，这样利用随钻测量工具、随钻测井工具测得的钻井参数、地层参数和现场综合录井资料推导出目的层实际海拔深度和钻头在目的层中实际位置，并及时调整钻头轨迹，使之顺着目的层沿层钻进，尽量提高砂岩钻遇率。

但是地下地质条件复杂，地层并不是非常稳定和平坦的，存在不确定性，还经常出现垂深和井斜角与我们的认识存在偏差的情况。当完全根据设计书和地质构造图控制井眼轨迹时，经常会出现钻头偏离目的层的情况。

另一方面，由于现在的技术所限，在实际钻井作业中，每一种工具也都有其不足：一)随钻测井工具到钻头有一段距离，所以随钻测井工具存在一个滞后井底的测量盲区，只能测到仪器所在位置的自然伽马、深浅侧向电阻率；随钻测量工具测到钻头也有一段距离，所以随钻测量工具存在一个滞后井底的测量盲区，只能测到仪器所有位置的井斜、方位；二)现场综合录井资料也存在一个迟到时间和其它一些不确定性因素，仪器无法及时、准确的反映井底相关情况。

综上所述，水平井现场受诸多因素影响，加之地下地层的不确定性，因此，如何利用滞后的随钻测量、随钻测井资料、现场综合录井资料和已有的区域地质资料判断在不完全确定的地层中钻头位置的岩性、含油情况和钻头在目的层中的实际位置，是地质导向人员必需解决的问题。开发一种判断井眼轨迹钻入和钻出目的层情况，确定钻头在目的层中实际位置，对钻头在目的层中的钻入钻出趋势进行判断的方法是现实的需要。

《水平井随钻自然伽马地质导向方法》(公开号CN101476463A)专利提出了一个解决方法，但该专利存在不足：1)《水平井随钻自然伽马地质导向方法》(公开号CN101476463A)专利要求前期地形勘测能准确掌握施工井所处位置的详细地层情况，这很难达到，实践中，设计中的施工井所处位置的地层情况是根据邻井资料和地震资料推算出来，经常与实际情况存在偏差，垂深偏高或偏低，地层倾角偏大或偏小；2)由于地下地质条件的复杂性，现场受诸多因素影响，自然伽马并不总是反应真实的地层情况，需要通过与多种地质导向方法相结合来确定地层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种水平井随钻测井地质导向方法，其能根据实钻数据的解释重构目的层，对井眼轨迹钻入和钻出目的层进行准确判断，确定钻头在目的层中实际位置，对钻头在目的层中的钻入钻出趋势进行准确判断，指导现场地质导向，且判识方法步骤简单、操作简易、行之有效，能有效解决钻头在水平段的可靠穿行问题，尤其是在目的层存在不确定性的情况下。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：制作测井曲线图和井眼轨迹剖面图，钻头在目的层水平钻进过程中，井下随钻测量工具、随钻测井工具将测得数据包括井斜、方位、自然伽马、深浅侧向电阻率，实时无线传输到地面设备，进入专业软件，应用专业软件将所得到的实时数据进行资料解释，制作测井曲线图和井眼轨迹剖面图。

步骤二：定义测井曲线标志点，对随钻测井曲线图测井曲线变化特征进行分析解释，在有明显变化特征位置定义为测井曲线标志点(如图1)，制作标志点统计表，标志点统计表包括标志点序号和测深两列，把测井曲线标志点数据记入标志点统计表中。

步骤三：定义对称标志点，根据在地层同一位置的测井曲线具有相似性这一特征，对所有测井曲线标志点进行分析，找出测井曲线值相近，变化趋势具有对称性的两个测井曲线标志点，定义为对称标志点，其中第二个测井曲线标志点为第一个测井曲线标志点在地层的同一位置重复出现点，依此类推，定义其它对称标志点。

步骤四：制作地层平行线，一对对称标志点从第一个测井曲线标志点到第二个测井曲线标志点经过了井眼轨迹的一段，在井眼轨迹剖面图上连接这一段的首尾，其连接线就是地层平行线(如图2)；连接每一对对称标志点经过井眼轨迹的一段，都将得到一条地层平行线。

步骤五：确定各段地层倾角和地层倾角变化趋势，地层平行线两端的对称标志点反映钻头从一地层钻出后又钻回同地层，所以，地层平行线的倾角与此段地层倾角平均值一致；一条地层平行线的倾角为

a = \arctan \sqrt{\frac{| H_{1} - H_{2} |}{{(X_{1} - X_{2})}^{2} + {(Y_{1} - Y_{2})}^{2}}}

其中，a是地层平行线的倾角，arctan是反正切公式；H₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的海拔深度；H₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的海拔深度；X₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的横坐标；X₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的横坐标；Y₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的纵坐标；Y₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的纵坐标。

制作地层平行线倾角统计表，地层平行线倾角统计表包括地层平行线对应的对称标志点和地层平行线倾角两列，把各地层平行线倾角数据记入地层平行线倾角统计表中。

在某些地层中钻头从地层顶部钻入再从底部钻出或者从底部钻入再从顶部钻出时，随钻测井曲线也具有一定对称性，由此作出的地层平行线并不与地层平行，需要过虑掉，方法是：1)用该地层平行线与设计书的地质构造图对比，如果明显有违地质解释，则过虑掉；2)用该地层平行线与地震剖面图对比，如果明显有违地震解释，则过虑掉；3)目的层上部岩性与下部岩性不一样，用现场录井资料对比，如果明显有违录井解释，则过虑掉。

过虑后剩余的地层平行线的倾角反映了地层平行线所在段地层的平均倾角，相邻多条地层平行线的倾角变化反映了地层倾角变化趋势。

至此，各测井曲线标志点在地层中的位置都可以解释，制作标志点解释表，把各测井曲线标志点解释数据记入标志点解释表中，标志点解释表包括标志点序号、测深和标志点解释结果描述三列。

步骤六：确定目的层顶界和底界钻遇点，根据测井曲线图中自然伽马探测值和深浅侧向电阻率值的变化趋势和其门槛值，结合标志点解释表的解释结果，确定目的层顶界和底界钻遇点。

步骤七：重构目的层顶面和目的层底面，根据步骤六确定的目的层顶界和底界钻遇点和标志点解释表的解释结果，结合步骤五所确定的各段平均地层倾角和地层倾角变化趋势，重构目的层顶面和底面(如图3)；设计书中的目的层主要根据邻井数据和地震数据拟合的，反映的是区域地质特征，重构的目的层考虑了实钻数据的影响，更能反映局部地质特征，所以设计书中的目的层与重构的目的层有一定偏差，但形态和倾角又有一定的相似性(如图4)。

步骤八：计算钻头位置相对最后一个测点的水平位移和钻头位置海拔深度，钻头位置相对最后一个测点的水平位移：D＝D₀+sin(a)×L钻头位置海拔深度：H＝H₀+cos(a)×L

其中，D是钻头位置相对最后一个测点的水平位移；H是钻头位置海拔深度；D₀是最后一个测量点的视平移，是已知的；H₀是最后一个测点海拔深度，是已知的；L是最后一个测点到钻头位置的长度也就是测量仪测量点到钻头端部的距离，是已知的；a是最后一个测点位置井斜角到井底井斜角的平均值，井底井斜角需要导向人员综合最后一个测点井斜角、最后一个测点到钻头这段距离的定向情况和该区地质情况进行估算。

步骤九：确定钻头与地层的关系，根据步骤八计算的钻头的水平位移和海拔深度，将钻头位置井眼轨迹投影到井眼轨迹剖面图中(如图5)，结合步骤七在井眼轨迹剖面图中划出的目的层界面，确定钻头位置目的层顶界和底界的海拔深度，确定钻头与地层的关系，其关系有三种：1)钻头处于目的层中，2)钻头处于目的层之上，3)钻头处于目的层之下。

步骤十：根据步骤九确定的钻头与地层的关系，作下一步导向决策，1)当钻头处于目的层中，如果地质设计书有要求，应使井眼轨迹处于设计书中要求的目的层中的位置，如果地质设计书没有要求，应使井眼轨迹处于目的层砂岩显示最好的位置，然后使井斜角与地层倾角保持一致，稳斜钻进；2)当钻头处于目的层之上，应向下定向，使钻头尽快回到目的层；3)当钻头处于目的层之下，应向上定向，使钻头尽快回到目的层。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明所用硬件和软件设备都是基于现有硬件和软件之上，易于实现。

2、本发明能对钻头钻入和钻出进行准确判识且方法步骤简单、操作简易，在水平钻进中，本发明能够对钻机钻头钻出和钻入目的层的情况进行准确辨识，同时结合井斜角变化情况，能够对水平钻进过程中钻头在目的层中的钻进钻出趋势进行可靠把握，指导定向人员。

3、本发明通过应用现场实时数据分析地层变化情况，重构了目的层顶面和目的层底面，能够解决实钻地层深度，地层倾角与设计有偏差的情况，保证钻头在目的层可靠穿行。

4、本发明着重分析了测井曲线在目的层内不同部位的变化特征，明确了井眼轨迹在目的层中的位置，为地质导向的决策提供了可靠依据。

5、实践中，本发明通过与其它地质导向方法相结合，对钻头钻进的全过程进行分析判识。

综上所述，本发明能够有效解决现今由于水平井现场随钻测量工具和随钻测井工具存在一个滞后于井底的测量盲区、综合录井受诸多因素影响、地层存在不确定性、地质导向难度大等实际问题，本发明允许设计地层与实际地层存在偏差，能够根据实时自然伽马、深浅侧向电阻率的变化特征作出解释，重构目的层，对井眼轨迹钻入和钻出目的层进行准确判断，确定钻头在目的层中实际位置，对钻头在目的层中的钻入钻出趋势进行准确判断，指导现场地质导向；且判识方法步骤简单、操作简易、行之有效，能有效解决钻头在水平段的可靠穿行问题，尤其是在地层存在不确定性的情况下。

附图说明

图1测井曲线测深图。

图2包含地层平行线的剖面图。

图3重构目的层的剖面图。

图4重构目的层与设计目的层对比剖面图。

图5重构目的层井层部分剖面图。

参见图1至图5，1是测井曲线标志点，2是井眼轨迹(实线是随钻测工具已测量段，虚线是未测量段)，3是地层平行线，4是设计书中的目的层顶面，5是设计书中的目的层底面，6是重构的目的层顶面，7是重构的目的层底面，8是最后一个井斜、方位测量点，9是最后一个深浅侧向电阻率测量点，10是最后一个自然伽马测量点，11是井底。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明所述的一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤。

本实施列中，随钻测井工具的自然伽马探测量点距钻头端部9米，深浅侧相测量点距钻头端部12米，随钻测量工具的井斜、方位测量点距钻头端部16米。

步骤二：定义测井曲线标志点，对随钻测井曲线图测井曲线变化特征进行分析解释，在有明显变化特征位置定义为测井曲线标志点(如图1)，并记入标志点统计表中，如(表一)所示，本实施列中，所述测井曲线标志点为16个。(表一)标志点统计表

标志点序号	测深(米)
		A	1358.69

B	1362.84
		C	1366.95
D	1371.29
		E	1375.18
F	1379.31
		G	1389.06
H	1399.44
		I	1406.89
J	1413.73
		K	1425.86
L	1443.42
		M	1449.48
N	1456.20
		O	1462.68
P	1474.16

步骤三定义对称标志点，根据在地层同一位置的测井曲线具有相似性这一特征，对所有测井曲线标志点进行分析，找出测井曲线值相近，变化趋势具有对称性的两个测井曲线标志点，定义为对称标志点，其中第二个测井曲线标志点为第一个测井曲线标志点在地层的同一位置重复出现点，依此类推，定义其它对称标志点；本实施列中，对称标志点为11对，它们分别是A-C，B-D，A-E，C-E，H-J，G-K，F-L，E-M，D-N，C-O，B-P。

步骤四：制作地层平行线，一对对称标志点从第一个测井曲线标志点到第二个测井曲线标志点经过了井眼轨迹的一段，在井眼轨迹剖面图上连接这一段的首尾，其连接线就是地层平行线(如图2)；连接每一对对称标志点经过井眼轨迹的一段，都将得到一条地层平行线。步骤五：确定各段地层倾角和地层倾角变化趋势，地层平行线两端的对称标志点反映钻头从一地层钻出后又钻回同地层，所以，地层平行线的倾角与此段地层倾角平均值一致；一条地层平行线的倾角为

a = \arctan \sqrt{\frac{| H_{1} - H_{2} |}{{(X_{1} - X_{2})}^{2} + {(Y_{1} - Y_{2})}^{2}}}

本实施列中，所得各段地层平行线倾角数据如(表二)所示。(表二)地层平行线倾角统计表

地层平行线对应的对称标志点	地层平行线倾角
		A-C	下倾10.80度
B-D	下倾9.22度
		A-E	下倾9.25度
C-E	下倾7.69度
		H-J	下倾0.84度
G-K	下倾0.78度
		F-L	下倾0.64度
E-M	下倾0.86度
		D-N	下倾0.92度
C-O	下倾1.14度
		B-P	下倾1.19度

本实施列中，根据步骤五中的地层平行线倾角统计表可知，A-C，B-D，A-E，C-E，所生成的地层平行线的角度明显大于设计书中地质构造图的地层倾角，无法用地质构造解释，过虑掉。

本实施列中，根据步骤五中的地层平行线倾角统计表(表二)可看出，从标志点L到标志点P地层倾角有变大的趋势。

至此，各测井曲线标志点在地层中的位置都可以解释，制作标志点解释表，如(表三)所示。(表三)标志点解释表

步骤六：确定目的层顶界和底界钻遇点，根据测井曲线图中自然伽马探测值和深浅侧向电阻率值的变化趋势和其门槛值，结合标志点解释表(表三)的解释结果，确定目的层顶界和底界钻遇点。

本实施列中，标志点A为目的层顶界钻遇点，标志点F和标志点L为目的层底界钻遇点。

步骤七：重构目的层顶面和目的层底面，根据步骤六确定的目的层顶界和底界钻遇点和标志点解释表(表三)的解释结果，结合步骤五所确定的各段平均地层倾角和地层倾角变化趋势，重构目的层顶面和底面(如图3)；设计书中的目的层主要根据邻井数据和地震数据拟合的，反映的是区域地质特征，重构的目的层考虑了实钻数据的影响，更能反映局部地质特征，所以设计书中的目的层与重构的目的层有一定偏差，但形态和倾角又有一定的相似性(如图4)。

本实施列中，D₀＝343.64，H₀＝-1121.9米，L＝16米a＝89.9，根据我们的实践，正常情况下地质导向人员对井底井斜估算值偏差都小于0.5度，相当于在15米视平移距离产生海拔深度偏差小于0.14米，这个偏差不会对导向产生明显影响。

本实施列中，钻头位置目的层顶部海拔深度为-1120.92米，钻头位置目的层底部海拔深度为-1123.55米，钻头位置地层倾角下倾1.5度，钻头海拔深度为-1121.8米，钻头处井斜角88.9度，钻头位于目的层中上部。

本实施列中，根据步骤九确定的钻头与地层的关系，作实时分析和下一步导向决策：钻头由目的层下部钻入，穿过了泥质夹层，进入了目的层中上部，井斜角与地层倾角的夹角为0.4度，虽然此时井眼轨迹位于目的层之中，但是有从上部出层的趋势；应该向下定向，尽快使井斜角稍小于88.5度，也就是稍小于地层倾角，从而使井轨迹顺着目的层钻进。

综上，本发明允许设计地层与实际地层存在偏差，能够根据实时自然伽马、深浅侧向电阻率的变化特征作出解释，重构目的层，对井眼轨迹钻入和钻出目的层进行准确判断，确定钻头在目的层中实际位置，对钻头在目的层中的钻入钻出趋势进行准确判断，指导现场地质导向。且判识方法步骤简单、操作简易、行之有效，能有效解决钻头在水平段的可靠穿行问题，尤其是在地层存在不确定性的情况下。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化、均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：制作测井曲线图和井眼轨迹剖面图，钻头在目的层水平钻进过程中，井下随钻测量工具、随钻测井工具将测得数据包括井斜、方位、自然伽马、深浅侧向电阻率，实时无线传输到地面设备，进入专业软件，应用专业软件将所得到的实时数据进行资料解释，制作测井曲线图和井眼轨迹剖面图；

步骤二：定义测井曲线标志点，对随钻测井曲线图测井曲线变化特征进行分析解释，在有明显变化特征位置定义为测井曲线标志点，制作标志点统计表，标志点统计表包括标志点序号和测深两列，把测井曲线标志点数据记入标志点统计表中；

步骤三：定义对称标志点，根据在地层同一位置的测井曲线具有相似性这一特征，对所有测井曲线标志点进行分析，找出测井曲线值相近，变化趋势具有对称性的两个测井曲线标志点，定义为对称标志点，其中第二个测井曲线标志点为第一个测井曲线标志点在地层的同一位置重复出现点，依此类推，定义其它对称标志点；

步骤四：制作地层平行线，一对对称标志点从第一个测井曲线标志点到第二个测井曲线标志点经过了井眼轨迹的一段，在井眼轨迹剖面图上连接这一段的首尾，其连接线就是地层平行线；连接每一对对称标志点经过井眼轨迹的一段，都将得到一条地层平行线；

a = \arctan \sqrt{\frac{| H_{1} - H_{2} |}{{(X_{1} - X_{2})}^{2} + {(Y_{1} - Y_{2})}^{2}}}

其中，a是地层平行线的倾角，arctan是反正切公式；H₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的海拔深度；H₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的海拔深度；X₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的横坐标；X₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的横坐标；Y₁是对称标志点的第一个测井曲线标志点的纵坐标；Y₂是对称标志点的第二个测井曲线标志点的纵坐标；

制作地层平行线倾角统计表，地层平行线倾角统计表包括地层平行线对应的对称标志点和地层平行线倾角两列，把各地层平行线倾角数据记入地层平行线倾角统计表中；

在某些地层中钻头从地层顶部钻入再从底部钻出或者从底部钻入再从顶部钻出时，随钻测井曲线也具有一定对称性，由此作出的地层平行线并不与地层平行，需要过虑掉，方法是：1)用该地层平行线与设计书的地质构造图对比，如果明显有违地质解释，则过虑掉；2)用该地层平行线与地震剖面图对比，如果明显有违地震解释，则过虑掉；3)目的层上部岩性与下部岩性不一样，用现场录井资料对比，如果明显有违录井解释，则过虑掉；

过虑后剩余的地层平行线的倾角反映了地层平行线所在段地层的平均倾角，相邻多条地层平行线的倾角变化反映了地层倾角变化趋势；

至此，各测井曲线标志点在地层中的位置都可以解释，制作标志点解释表，把各测井曲线标志点解释数据记入标志点解释表中，标志点解释表包括标志点序号、测深和标志点解释结果描述三列；

步骤六：确定目的层顶界和底界钻遇点，根据测井曲线图中自然伽马探测值和深浅侧向电阻率值的变化趋势和其门槛值，结合标志点解释表的解释结果，确定目的层顶界和底界钻遇点；

步骤七：重构目的层顶面和目的层底面，根据步骤六确定的目的层顶界和底界钻遇点和标志点解释表的解释结果，结合步骤五所确定的各段平均地层倾角和地层倾角变化趋势，重构目的层顶面和底面；设计书中的目的层主要根据邻井数据和地震数据拟合的，反映的是区域地质特征，重构的目的层考虑了实钻数据的影响，更能反映局部地质特征，所以设计书中的目的层与重构的目的层有一定偏差，但形态和倾角又有一定的相似性；

步骤八：计算钻头位置相对最后一个测点的水平位移和钻头位置海拔深度，钻头位置相对最后一个测点的水平位移：D＝D₀+sin(a)×L

钻头位置海拔深度：H＝H₀+cos(a)×L

其中，D是钻头位置相对最后一个测点的水平位移；H是钻头位置海拔深度；D₀是最后一个测量点的视平移，是已知的；H₀是最后一个测点海拔深度，是已知的；L是最后一个测点到钻头位置的长度也就是测量仪测量点到钻头端部的距离，是已知的；a是最后一个测点位置井斜角到井底井斜角的平均值，井底井斜角需要导向人员综合最后一个测点井斜角、最后一个测点到钻头这段距离的定向情况和该区地质情况进行估算；

步骤九：确定钻头与地层的关系，根据步骤八计算的钻头的水平位移和海拔深度，将钻头位置井眼轨迹投影到井眼轨迹剖面图中，结合步骤七在井眼轨迹剖面图中划出的目的层界面，确定钻头位置目的层顶界和底界的海拔深度，确定钻头与地层的关系，其关系有三种：1)钻头处于目的层中，2)钻头处于目的层之上，3)钻头处于目的层之下；

2.根据权利要求1所述的一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于：步骤三根据在地层同一位置的测井曲线具有相似性这一特征，对所有测井曲线标志点进行分析，找出测井曲线值相近，变化趋势具有对称性的两个测井曲线标志点，定义为对称标志点，其中第二个测井曲线标志点为第一个测井曲线标志点在地层的同一位置重复出现点。

3.根据权利要求1所述的一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于：步骤四的一对对称标志点从第一个测井曲线标志点到第二个测井曲线标志点经过了井眼轨迹的一段，在井眼轨迹剖面图上连接这一段的首尾，其连接线就是地层平行线；连接每一对对称标志点经过井眼轨迹的一段，都将得到一条地层平行线。

4.根据权利要求1所述的一种水平井随钻测井地质导向方法，其特征在于：步骤七根据步骤六确定的目的层顶界和底界钻遇点和标志点解释表的解释结果，结合步骤五所确定的各段平均地层倾角和地层倾角变化趋势，重构目的层顶面和底面。