陳 志 偉

(中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

定錄導(dǎo)一體化技術(shù)是指在鉆井施工過程中使用隨鉆測量儀器獲取多種地質(zhì)和工程參數(shù)，同步跟蹤近鉆頭地層情況并進(jìn)行地質(zhì)模型校正，對所鉆地層進(jìn)行地質(zhì)評價(jià)，實(shí)時(shí)計(jì)算鉆頭位置，精確控制井軌跡在目標(biāo)地質(zhì)體中穿行，提高水平井中靶率及鉆遇率[1]。

長城鉆探錄井公司一直致力于提高錄井信息服務(wù)的應(yīng)用水平，優(yōu)化現(xiàn)場工作模式，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于WITS標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)、綜合錄井、鉆井參數(shù)、鉆井液性能等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集傳輸、資料處理和網(wǎng)上成果展示[1]，但一直沒有將隨鉆測量數(shù)據(jù)、地質(zhì)導(dǎo)向、綜合錄井等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸和一體化展示[2-6]。隨著各油區(qū)水平井鉆探數(shù)量不斷增加，隨鉆綜合導(dǎo)向技術(shù)不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控和跟蹤，各部門用戶對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的管理、組合、層次分析越來越多，而當(dāng)前現(xiàn)場模式依舊滯留在收集整理靜態(tài)數(shù)據(jù)，形成導(dǎo)向模型的方式?，F(xiàn)場地質(zhì)師需要手動(dòng)記錄隨鉆數(shù)據(jù)，信息滯后，準(zhǔn)確率較低，且沒有統(tǒng)一的導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行成果展示分析。因此，需要構(gòu)建一個(gè)將隨鉆定向、綜合錄井、地質(zhì)導(dǎo)向等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一傳輸與監(jiān)控的系統(tǒng)。為此開發(fā)了定錄導(dǎo)一體化數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸及專業(yè)圖件繪制技術(shù)，對隨鉆測量過程中鉆井、錄井、定向井、地質(zhì)導(dǎo)向等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史曲線回放，實(shí)現(xiàn)曲線實(shí)時(shí)跟蹤、遠(yuǎn)程導(dǎo)向監(jiān)控、區(qū)域模型分析。通過建立以目標(biāo)井為中心的數(shù)據(jù)主庫，為正鉆井提供可視化的分析跟蹤工具，為技術(shù)專家提供實(shí)時(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)和圖形，從而達(dá)到遠(yuǎn)程綜合導(dǎo)向技術(shù)決策、提高鉆井時(shí)效與質(zhì)量、控制鉆井成本的目的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)針對鉆井施工數(shù)據(jù)具有種類繁多、數(shù)據(jù)量大、圖形顯示復(fù)雜、數(shù)據(jù)安全性和實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，使用C#語言開發(fā)[7-11]，采用C/S 軟件架構(gòu)，操作界面可根據(jù)個(gè)人習(xí)慣配置，支持多語言擴(kuò)展。系統(tǒng)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，并存儲(chǔ)于基地中心數(shù)據(jù)庫，用戶通過客戶端訪問服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對鉆井施工數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查詢工作。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸模塊(包括綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)采集、隨鉆測量數(shù)據(jù)采集、地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線傳輸)，數(shù)據(jù)服務(wù)模塊(包括井身軌跡實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù)、隨鉆測井垂深校正服務(wù)、圖形引擎服務(wù)、數(shù)據(jù)接收服務(wù)、數(shù)據(jù)回放服務(wù)、數(shù)據(jù)pdf格式下載服務(wù))，數(shù)據(jù)展示模塊(包括隨鉆測井圖、巖屑剖面圖、井身軌跡插值預(yù)測、井身軌跡監(jiān)測、綜合錄井實(shí)時(shí)監(jiān)測、定向工具面和導(dǎo)向模型監(jiān)測)組成(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

為滿足多專業(yè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求，在基地端構(gòu)建了中心數(shù)據(jù)庫，使用SQL Server開發(fā)工具，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，同時(shí)具有數(shù)據(jù)庫狀態(tài)監(jiān)控管理功能，數(shù)據(jù)庫異地備份及還原功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)災(zāi)難性恢復(fù)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性[12-19]。當(dāng)數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到備用數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行報(bào)警提醒。采用視圖機(jī)制對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行安全管理，根據(jù)不同類型的用戶分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限，從而有效地對數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行保密處理。

1.3 系統(tǒng)部署方式

按照用戶實(shí)際需求，依據(jù)可靠、開放、安全的原則，系統(tǒng)采用在鉆井現(xiàn)場和基地中心分別部署的方式。

將現(xiàn)場端分別部署在綜合錄井儀器房、地質(zhì)導(dǎo)向儀器房、隨鉆定向儀器房并接入井場局域網(wǎng)，通過局域網(wǎng)互相訪問各專業(yè)的現(xiàn)場端，利用數(shù)據(jù)共享服務(wù)，發(fā)送和接收WITS格式數(shù)據(jù)。此外，各現(xiàn)場端對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限可通過登錄賬號(hào)進(jìn)行控制。這種部署方式能夠有效降低現(xiàn)場數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)對互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的依賴程度，具有低延遲、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)在現(xiàn)場互聯(lián)互通、共享應(yīng)用。

在基地端架設(shè)服務(wù)器，建立中心數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)下載等服務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)各類圖表的展示和實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)將系統(tǒng)中的各個(gè)模塊無縫聯(lián)接，保證用戶使用流暢。整個(gè)系統(tǒng)采用統(tǒng)一的授權(quán)體系，確保各單位用戶使用數(shù)據(jù)的安全性和共享性(圖2)。

圖2 系統(tǒng)部署流程

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

定錄導(dǎo)一體化數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)主要目的是實(shí)現(xiàn)井場定向、導(dǎo)向、錄井?dāng)?shù)據(jù)的現(xiàn)場采集、遠(yuǎn)程傳輸和基地展示，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場鉆井施工情況。各井場端進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，基地客戶端使用圖形編程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把從井場傳回的數(shù)據(jù)通過分類顯示、公式計(jì)算、歷史曲線存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)下載，最終在展示模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、隨鉆井斜數(shù)據(jù)查詢和隨鉆錄井?dāng)?shù)據(jù)查詢、隨鉆井斜數(shù)據(jù)表顯示以及實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向模型跟蹤等。

2.1 數(shù)據(jù)一體化匯集、存儲(chǔ)、傳輸

采用Redis遠(yuǎn)程健值內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將井場采集的多專業(yè)數(shù)據(jù)做一體化匯集，同時(shí)在井場端做一個(gè)本地化存儲(chǔ)，為后續(xù)的遠(yuǎn)傳做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)編輯客戶端，使得在井場端進(jìn)行本地存儲(chǔ)的各類數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)編輯客戶端做相應(yīng)的修改，包括新增、編輯、刪除等操作，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方面，研發(fā)了數(shù)據(jù)路由器(DRR)，使工程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(錄井、隨鉆)在井場經(jīng)過歸一化處理匯集后發(fā)送到多路服務(wù)器，并能夠同時(shí)推送到多個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控終端；通過嵌入ACE高性能網(wǎng)絡(luò)組件，實(shí)現(xiàn)鏈路上整個(gè)傳輸過程中的心跳自動(dòng)監(jiān)測，以及斷線重連功能。同時(shí)基地開發(fā)新的數(shù)據(jù)服務(wù)，可以將回傳的數(shù)據(jù)通過該服務(wù)提取，以便在相應(yīng)的系統(tǒng)中展示。從各個(gè)井場傳輸回來的數(shù)據(jù)在基地端進(jìn)行有序合理的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，以便于后續(xù)應(yīng)用過程中對隨鉆數(shù)據(jù)的快速搜索和數(shù)據(jù)回放。

2.2 隨鉆測量儀器工具面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測

參考當(dāng)前主流設(shè)計(jì)，將實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓ぞ呙娴认嚓P(guān)數(shù)據(jù)以圖形和數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行直觀地展示。圖形化展示內(nèi)容包含工具面、井斜、方位，數(shù)據(jù)展示包含井ID、井深、鉆頭位置、大鉤高度、鉆時(shí)、懸重、鉆壓、轉(zhuǎn)盤、扭矩、泵壓、排量，以及每個(gè)數(shù)據(jù)包接收到的數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱、數(shù)值等信息(圖3)。

2.3 伽馬/電阻率圖形瀏覽

設(shè)計(jì)歷史曲線回放畫面，將實(shí)時(shí)接收到的伽馬、電阻率數(shù)據(jù)以圖形化曲線的形式進(jìn)行直觀地展示，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫中讀取歷史數(shù)據(jù)，支持歷史曲線回放功能。展示維度以井深為基準(zhǔn)，伽馬曲線以基準(zhǔn)坐標(biāo)展示、電阻率曲線以對數(shù)坐標(biāo)展示。展示曲線支持滾屏、縮放功能，并可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地定位到當(dāng)前接收到數(shù)據(jù)的井深位置(圖4)。

圖4 伽馬/電阻率圖形瀏覽

2.4 實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向跟蹤

將地質(zhì)導(dǎo)向思想有形化，開發(fā)了相關(guān)的主要應(yīng)用圖件，提供直觀性跟蹤及信息掌握。將地質(zhì)錄取數(shù)據(jù)與綜合錄井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，顯示實(shí)時(shí)巖屑草圖；將隨鉆測量數(shù)據(jù)與綜合錄井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，顯示實(shí)時(shí)隨鉆測量曲線；將地質(zhì)導(dǎo)向模型與井場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程導(dǎo)向監(jiān)控。

2.5 綜合錄井曲線顯示

綜合錄井曲線一改以往曲線復(fù)雜、與地質(zhì)專業(yè)相關(guān)性差的缺點(diǎn)，在界面上同時(shí)提供了主要工程數(shù)據(jù)(可自定義配置)、MWD、LWD、地質(zhì)巖性等數(shù)據(jù)，并通過井深(垂深、斜深兩種方式)相關(guān)聯(lián)，將地質(zhì)、工程、隨鉆等專業(yè)緊密結(jié)合起來，真正達(dá)到了多專業(yè)數(shù)據(jù)的貫通融合(圖5)。

2.6 數(shù)據(jù)下載

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不同格式的下載存儲(chǔ)，包括LWD曲線、井斜數(shù)據(jù)、鉆時(shí)氣測數(shù)據(jù)下載服務(wù)，方便用戶將數(shù)據(jù)與其他地質(zhì)分析軟件結(jié)合使用。

圖5 實(shí)時(shí)曲線顯示

3 應(yīng)用情況

定錄導(dǎo)一體化數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)，已成功推廣應(yīng)用35口井。該系統(tǒng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并傳回服務(wù)器，利用此系統(tǒng)在冀東油區(qū)和長慶油區(qū)分別建立錄井綜合導(dǎo)向平臺(tái)，各方用戶可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、查詢和分析，滿足遠(yuǎn)程導(dǎo)向技術(shù)服務(wù)需求。

長慶油田XX井是一口重點(diǎn)勘探水平井，設(shè)計(jì)層位石盒子組盒8上段，設(shè)計(jì)水平段長1 500 m，可參考鄰井少，砂體分布不確定性強(qiáng)。該井在實(shí)鉆過程中，通過現(xiàn)場將定向、錄井、導(dǎo)向等各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳回基地，根據(jù)曲線變化及初步設(shè)計(jì)模型，基地專家對模型動(dòng)態(tài)分析修正，預(yù)測砂體深度指導(dǎo)調(diào)整井眼軌跡，該井實(shí)鉆砂頂較設(shè)計(jì)提前約5 m，控制了軌跡合理入靶(圖6)。水平段鉆探過程中的主要調(diào)整均實(shí)現(xiàn)了在后方多家單位會(huì)議協(xié)商開展決策指揮，最終該井實(shí)鉆水平段長 1 665 m，儲(chǔ)集層鉆遇率達(dá)到93%，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用目的。

圖6 遠(yuǎn)程指導(dǎo)著陸入靶

4 結(jié)束語

定錄導(dǎo)一體化數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，使現(xiàn)場定向工程師、地質(zhì)工程師、導(dǎo)向工程師能夠綜合分析處理各專業(yè)數(shù)據(jù)，基地專家通過遠(yuǎn)程導(dǎo)向展示模塊同步監(jiān)控現(xiàn)場鉆井情況，實(shí)現(xiàn)井場、基地與甲方技術(shù)人員無縫對接，隨時(shí)調(diào)整井身軌跡，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，從而有效提高工作效率、縮短鉆井周期、節(jié)約鉆井成本、減少鉆井風(fēng)險(xiǎn)，為安全高效鉆井提供了重要技術(shù)支持。