水平井钻井的测井地质导向方法与技术研究
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摘要
随着石油工业的发展，水平井钻井技术作为提高单井产量的有效手段之一在全世界得到了越来越广泛的应用。研究和应用水平井钻井的测井地质导向技术是确保水平井成功开发油藏的一项十分重要的工程技术。
研究认为，在做好水平井地质设计和钻井设计的基础上，要实现测井地质导向，必须充分利用随钻测量、随钻测井和录井等资料，开展实时岩性识别、随钻测井解释和地层评价、目标层测井地质特征的建立、导向标志层的选取及模拟曲线对比等方面的工作来确定钻头上行下行钻进方向及在目标层中的位置，以实时调整井眼轨迹，使其尽可能在储层物性较好的部位延伸。
岩性的实时识别能为水平井钻井的测井地质导向提供可靠的岩性依据。从测井相识别的角度出发，在曲线自动分层取值的基础上，从随钻资料中提取与岩性密切相关的参数建立测井相-岩相模式，采用灰色关联分析法实时识别钻井地质剖面的岩性。
在水平井的钻井过程中，要做到实时监督和调整井眼轨迹，需从已钻邻井的各种测井资料及其解释结果中归纳总结出目标层的测井地质特征，作为比较参照模式，同时建立一些地质导向参数的预测模型，由此模型构造相应的模拟曲线与实测曲线对比，判断钻头是否钻遇要求的地质目标层。
在上述一系列方法研究的基础上，结合新疆莫北油田的实际情况研制了一套基于随钻资料的水平井钻井的测井地质导向软件系统。将该软件系统应用于研究工区MBHW04井、MBHW02井和MBHW01井三口水平井的钻井实施中，为水平井钻井提供了合理可行的地质导向方案，较好地指导了水平井的钻进。相对邻近直井而言，水平井单井产能提高了2倍以上，达到了预期的目标、取得了显著的经济效益。
With the development of petroleum industry horizontal well drilling technique, as one of the effective method of improving individual-well producing rate , has obtained more and more extensive application in the world . Research and application logging geosteering technique of horizontal well drilling has been a very important project technique for successful drilling horizontal well.
This study made a conclusion , namely , in order to realize geosteering , on the basis of making a better geological and drilling designation for horizontal well , we must make full use of MWD,LWD and integrate logging to identify lithology in real time, to interpret the LWD data and evaluate formation , to set up geological mode of target formation , to choose geosteering marked formation and compare simulative curves with LWD curves, to determine the drilling direction of bit upper and declination and the position in target oil-gas layer, to revise borehole track in real time, to make it extend in reservoir better interval as possible.
Lithology identifying in real time can apply reliable lithology foundation for logging geosteering . In terms of well logging-facy identifying, based on curve automatic classifying and reading, we can extract some reflecting lithology parameter from the information of LWD to establish logfacy-lithfacy pattern and adopt gray conjunction method to recognize the rock type of drilling geological profile in real time.
During drilling horizontal well, in order to follow and revise borehole track in real time, we must exact logging and geological pattern characteristic of target oil-gas formation and geosteering mark formation from information of offset straight well as reference pattern ,and create predicting mode of geosteering pattern to build simulative curve , and judge whether the bit has drilled the geological target oil-gas formation.
Based on the study above, a software system of logging geosteering of
drilling horizontal well is developed for MoBei oilfield in Xin Jiang . The system has provided some reasonable geosteering project and successfully steered drilling while it was applied to the process of drilling three horizontal well of MoBei oilfeild . Moreover, the oil output in each horizontal well increases by more than twice. All achieved the expectation aim and obtained remarkable economical benefit.
研究认为，在做好水平井地质设计和钻井设计的基础上，要实现测井地质导向，必须充分利用随钻测量、随钻测井和录井等资料，开展实时岩性识别、随钻测井解释和地层评价、目标层测井地质特征的建立、导向标志层的选取及模拟曲线对比等方面的工作来确定钻头上行下行钻进方向及在目标层中的位置，以实时调整井眼轨迹，使其尽可能在储层物性较好的部位延伸。
岩性的实时识别能为水平井钻井的测井地质导向提供可靠的岩性依据。从测井相识别的角度出发，在曲线自动分层取值的基础上，从随钻资料中提取与岩性密切相关的参数建立测井相-岩相模式，采用灰色关联分析法实时识别钻井地质剖面的岩性。
在水平井的钻井过程中，要做到实时监督和调整井眼轨迹，需从已钻邻井的各种测井资料及其解释结果中归纳总结出目标层的测井地质特征，作为比较参照模式，同时建立一些地质导向参数的预测模型，由此模型构造相应的模拟曲线与实测曲线对比，判断钻头是否钻遇要求的地质目标层。
在上述一系列方法研究的基础上，结合新疆莫北油田的实际情况研制了一套基于随钻资料的水平井钻井的测井地质导向软件系统。将该软件系统应用于研究工区MBHW04井、MBHW02井和MBHW01井三口水平井的钻井实施中，为水平井钻井提供了合理可行的地质导向方案，较好地指导了水平井的钻进。相对邻近直井而言，水平井单井产能提高了2倍以上，达到了预期的目标、取得了显著的经济效益。
With the development of petroleum industry horizontal well drilling technique, as one of the effective method of improving individual-well producing rate , has obtained more and more extensive application in the world . Research and application logging geosteering technique of horizontal well drilling has been a very important project technique for successful drilling horizontal well.
This study made a conclusion , namely , in order to realize geosteering , on the basis of making a better geological and drilling designation for horizontal well , we must make full use of MWD,LWD and integrate logging to identify lithology in real time, to interpret the LWD data and evaluate formation , to set up geological mode of target formation , to choose geosteering marked formation and compare simulative curves with LWD curves, to determine the drilling direction of bit upper and declination and the position in target oil-gas layer, to revise borehole track in real time, to make it extend in reservoir better interval as possible.
Lithology identifying in real time can apply reliable lithology foundation for logging geosteering . In terms of well logging-facy identifying, based on curve automatic classifying and reading, we can extract some reflecting lithology parameter from the information of LWD to establish logfacy-lithfacy pattern and adopt gray conjunction method to recognize the rock type of drilling geological profile in real time.
During drilling horizontal well, in order to follow and revise borehole track in real time, we must exact logging and geological pattern characteristic of target oil-gas formation and geosteering mark formation from information of offset straight well as reference pattern ,and create predicting mode of geosteering pattern to build simulative curve , and judge whether the bit has drilled the geological target oil-gas formation.
Based on the study above, a software system of logging geosteering of
drilling horizontal well is developed for MoBei oilfield in Xin Jiang . The system has provided some reasonable geosteering project and successfully steered drilling while it was applied to the process of drilling three horizontal well of MoBei oilfeild . Moreover, the oil output in each horizontal well increases by more than twice. All achieved the expectation aim and obtained remarkable economical benefit.
引文
[1] Alen D,Bergt D,Best D,Clark B,and etc: "Logging While Drilling," Oilfield Review,第1卷，第1期(1987年4月). 4-17。
[2] Allen F,Tooms P, Conran G: "Extend-Reach Drilling:Breaking the 10-km Barrier," Oilfield Review, 1997,9(4), 1997年冬季刊: 32-47。
[3] Bonner S,Burgess T, Clark B,and etc: "Measurement at the Bit:A New Generation of MWD Tools,"Oilfield Review,
[4] Rasmus J,Bornemann T, and etc:: "Optimizing Horizontal Laterals in a Heavy Reservoir Using LWD Azimuthal Measurements,"SPE 56697号论文，1999年10月。
[5] Aldred W, Cook J, and etc: "Using Downhole Annular Pressure Measurements to Improve Drilling Perfomace," 《油田新技术》，1998,10(4): 40-45。
[6] Pogson M, Hillock P, Edwards Jh和Nicho] G: "Reservoir Optimization in Full-Field Deveelopment Using Geosteering Techniques to Avoid Existing Production Complection," SPE56452号论文，1999年10月。
[7] Brown T, Burke T, Kletzky A, Haarstad I, Hensley J, Murchie S, Purdy C和Ramasamy A: "In-Time Data Delivery," 《油田新技术》，第41卷，4期2000年冬季刊：34-35。
[8] Rezmer-Cooper I, Rambow FHK, Arasteh M: "Real-Time Formation Integrity Tests Using Downhole Data," IADC/SPE59123号论文，IADC/SPE钻井会议，2000年2月。
[9] Varco M, Smith JE 和 Stone DM: "Inclination at the bit Improve Directional Precision for Slimhole Horizontal Wells-Local Case Hisstories," SPE54593号论文，SPE西部区域会议，1999年5月。
[10] 陆黄生 摘译，地质导向：预测钻头前的地层，世界石油工业 1999, (6) P30-40
[11] Skillingstad T: "At-Bit Inclination Measurements Improves Directional Drilling Efficiency and Control," IADC/SPE59194号论文，IADC/SPE钻井会议，2000年2月。
[12] Bornemann E,Hodenfield K, Maggs D, and etc: The ApplicatiOn and Accuracy of Geologicai Information From a kogging-While-Drilling Density Tool，“SPWLA第39届测井会议论文集，1998年5月，论文L。
[13] 水平井测井技术在胜利油田的应用，测井技术，1996，17(6)
[14] 张家希，连续旋转定向钻井系统—Auto Trak RCLS，石油钻采工艺，2001
[15] 王忠 摘译，产层导向—随钻测井在水平井中的应用，世界石油工业 1997，4(10)，P30-33
[16] 查金才，国外钻井技术新发展及应用，世界石油工业1997，4(4)，P31-39
[17] 王同良，国外水平井、大位移井钻井技术新发展，世界石油工业1997，1(1)，P37-41 23(2)，P4-7
[18] 王若，随钻测井技术发展史，石油仪器，2001，15(2),P5-7
[19] 夏宏泉等，大北、吐北地区低孔低渗岩屑砂岩测井响应机理和测井相研究，西南石油学院科研报告，2002．1
[20] 徐显广、石小兵、夏宏泉、张贤辉等，水平井地质导向钻井理论在MBHW04井中的应用，西南石油学报，2002，25(1)
[21] 朱桂清等译，水平井测井技术译文集，石油工业出版社，1994
[22] 中国石油学会测井专业委员会编，测井在石油工程中的应用论文集，石油工业出版社，1996
[23] 石油测井情报协作组编，测井新技术应用，石油工业出版社，1998．3．
[24] 新疆油田勘探开发研究院，莫北油气田莫005井区三共河组油藏MBHW04水平井地质和钻井工程设计，2000年7月
[25] 雍世和、张超谟编著，测井数据处理与综合解释，石油大学出版社1996．9
[26] 杨春胜译，水平井钻井与测井技术新进展，国外测井技术1999．3．
[27] 谢国民等，定向井实用三维设计—方位比较法，石油学报，2000，21(3)，P77-82
[28] 张文波等，莫北油气田莫005井区MBHW04井钻井工程设计，新疆油田勘探开发研究院 2000年8月．
[29] 刘颖，李庆等，莫北油气田莫005井区MBHW04水平井地质设计，新疆油田勘探开发研究院 2000年8月
[30] 时鹏程等，面向地质导向应用的前导模拟技术研究，测井技术2000，24(6)，P415-419．
[31] 张武辇，自动导向旋转钻具钻进南海8600m大位移井，石油钻采工艺，2001，23(1)，P7-10
[32] 韩继勇等，随钻地震在水平井地质导向中的应用，测井技术2000，24(2)，P325-329．
[33] 陈（?）译，地质导向法在井下地质预测中的应用，国外测井技术，1999，14(1)，P51-54
[34] 汪志明译，利用MWD进行水平井层位监控和地层评价，国外钻井技术，1992，17(3)，P29-34
[35] 彭石林译，应用MWD进行水平井测井，国外测井技术，1990，15(4)，P45-49
[36] 于本涛，王涛译，随钻测量和地层评价新进展，国外测井技术，1999，14(4)，P3-7
[37] 彭军生译，实际定向井和水平井简化公式，国外钻井技术，1994，19(3)，P31-35
[38] 彭新明，先进的MWD/LWD测量系统，国外钻井技术，1998，13(2)，P25-27
[39] 史晓锋等，随钻电磁波传播电阻率测井的快速反演新方法，测井技术，2001，25(4)，P266-269
[40] 马连山，冯敬等，随钻测量与地层评价在2000年的新进展，石油仪器，2000，14(6)，P37-41
[41] 陈序三等，SL3000型大斜度井、特殊困难井及水平井测井系统的研制与应用，测井技术，2001，25(3)，P215-220
[42] 刘黎明，张庆福等，大斜度裸眼井测井引向技术，石油钻探技术，2001，29(4)，P49-50
[43] 唐大鹏等，长裸眼大斜度多目标定向井钻井技术，石油钻采工艺，2001，23(5)，P12-14
[44] 姜伟，大位移钻井技术在渤海QHD32-6油田的应用，石油钻采工艺，2001，23(4)，P1-6
[45] 岳登进，冯明，过去10年国外钻井技术的重要进步，钻采工艺，2001，24(4)，P5-7
[46] 张绍槐，多分支井钻井完井技术新进展，石油钻采工艺，2001，23(2)，P1-3
[47] 中国石油工程学会钻井工作部编，石油工程学会1999年度钻井技术研讨会论文选集，石油工业出版社，2000．8
[48] T．A．英格里斯著，定向钻井，石油工业出版社，1995．8
[49] 许岱文 郑桂荣等译，1996年第二届国际SPE/CIM水平井技术会议论文集，石油工业出版社，1999．2
[50] 苏义脑，关于井眼轨道控制研究的新思路，石油学报，1993，14(9)
[51] 苏义脑、白家祉，定向井轨道控制中的地层力分析与验证，石油学报，1991，12(3)
[52] 苏义脑、周熠辉，定向井井眼轨道预测方法研究及其应用，石油学报，1991，12(3)
[53] 苏义脑，井斜和方位的自适应跟踪预测法，石油钻采工艺，1991，13(1)
[54] 李子丰著，油气井杆管柱力学，北京：石油工业出版社，1996．5
[55] 高德利著，井眼轨迹控制：石油大学出版社，1994．12
[56] 狄勤丰，滑动式导向钻具组合复合钻井时导向力计算分析，石油钻采工艺，2000，22(1)
[57] 刘巨保编著，石油设备有限元分析：石油工业出版社，1995
[58] B.H. Walker and M.B. Friedman. Three-Dimensional Force and Deflection Analysis of a Variable Cross Section Drill String. Journal of Pressure Vessel Technology.May 1977:367—373
[59] A. Eddison, J. Symons. Downhole Adjustable Gauge Stablilizer Improves Drilling Efficiency in Directional Wells. SPE 20459.
[60] D. J. Field, A.J. Swarbrick, G.A. Haduch. Techniques for Successful Application of Dynamic Analysis in the Prevention of Field—Induced Vibration Damage in MWD Tools. SPM/IADC 25773.
[61] Jianhong Fu, Taihe Shi. Dynamic Analysis of BHA With Bent
Housing. SPE 37046.
[62] 彭国荣，带水力加压器的钻柱组合受力分析，西南石油学院硕士论文，1996．5
[63] 导向钻井技术研究与应用，胜利石油管理局钻井工艺研究院研究报告，2000．9
[64] 张明江、彭新明，TRACS可调变径稳定器的使用情况，石油钻采工艺，1998，20(增刊)
[65] 《钻井手册》(甲方)编写组，《钻井手册》(甲方)上册，石油工业出版社，1990年
[66] S.Ikeda等著 朱德一译 《国外大位移井钻井技术的最新进展》，世界石油工业，1998．3期
[67] 夏宏泉、张贤辉等，基于神经网络法的逐点渗透率预测方法研究，西南石油学院学报，2001，23(2)
[68] 夏宏泉、张贤辉等，计算粘土束缚水含量和阳离子交换容量的新方法，西南石油学院学报，2001，23(1)
[69] 夏宏泉等，鲕粒碳酸盐岩储层的测井识别研究，西南石油学院学报，2001，23(2)，P9-13
[70] 夏宏泉等，电相分析中自动分层取值方法研究，西南石油学院学报，1996，18(2)，P8-14
[2] Allen F,Tooms P, Conran G: "Extend-Reach Drilling:Breaking the 10-km Barrier," Oilfield Review, 1997,9(4), 1997年冬季刊: 32-47。
[3] Bonner S,Burgess T, Clark B,and etc: "Measurement at the Bit:A New Generation of MWD Tools,"Oilfield Review,
[4] Rasmus J,Bornemann T, and etc:: "Optimizing Horizontal Laterals in a Heavy Reservoir Using LWD Azimuthal Measurements,"SPE 56697号论文，1999年10月。
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[6] Pogson M, Hillock P, Edwards Jh和Nicho] G: "Reservoir Optimization in Full-Field Deveelopment Using Geosteering Techniques to Avoid Existing Production Complection," SPE56452号论文，1999年10月。
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[29] 刘颖，李庆等，莫北油气田莫005井区MBHW04水平井地质设计，新疆油田勘探开发研究院 2000年8月
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[61] Jianhong Fu, Taihe Shi. Dynamic Analysis of BHA With Bent
Housing. SPE 37046.
[62] 彭国荣，带水力加压器的钻柱组合受力分析，西南石油学院硕士论文，1996．5
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[65] 《钻井手册》(甲方)编写组，《钻井手册》(甲方)上册，石油工业出版社，1990年
[66] S.Ikeda等著 朱德一译 《国外大位移井钻井技术的最新进展》，世界石油工业，1998．3期
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[68] 夏宏泉、张贤辉等，计算粘土束缚水含量和阳离子交换容量的新方法，西南石油学院学报，2001，23(1)
[69] 夏宏泉等，鲕粒碳酸盐岩储层的测井识别研究，西南石油学院学报，2001，23(2)，P9-13
[70] 夏宏泉等，电相分析中自动分层取值方法研究，西南石油学院学报，1996，18(2)，P8-14