宋 明 會(huì)

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

目前水平井已成為頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油、致密氣等非常規(guī)油氣藏開(kāi)發(fā)的重要手段，對(duì)提高儲(chǔ)層鉆遇率、安全快速鉆井提出了更高要求。從地質(zhì)角度分析，確保儲(chǔ)層鉆遇率是核心目的，為實(shí)現(xiàn)油氣井高效開(kāi)發(fā)提供充分保障；從工程角度分析，實(shí)現(xiàn)快速、安全鉆井，“打快、打好”是核心目的。由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有將隨鉆定向、錄井、鉆井、定向井等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集、存儲(chǔ)、共享[1-4]，受現(xiàn)場(chǎng)施工的鉆井、隨鉆定向、錄井等多專(zhuān)業(yè)間數(shù)據(jù)孤立、分析局限、溝通脫節(jié)等因素影響，地質(zhì)目的和工程目的往往不能同時(shí)兼顧，導(dǎo)致水平井儲(chǔ)層鉆遇率低、鉆井周期長(zhǎng)、井筒事故多，影響了水平井實(shí)施效果。

為此，提出了“地質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率最大化、工程風(fēng)險(xiǎn)最小化、鉆井時(shí)效最優(yōu)化、支持決策最快化”為目標(biāo)的地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向模式。通過(guò)一體化模式的應(yīng)用，突出了多數(shù)據(jù)共享與綜合分析，各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)井軌跡實(shí)施過(guò)程中地質(zhì)和工程目標(biāo)的雙優(yōu)化。同時(shí)，與信息化技術(shù)的融合提高了遠(yuǎn)程支持的作用，對(duì)當(dāng)前鉆探行業(yè)作業(yè)模式與復(fù)雜水平井實(shí)施方面具有推動(dòng)作用。

1 綜合導(dǎo)向模式設(shè)計(jì)理念

針對(duì)復(fù)雜油氣藏地質(zhì)條件導(dǎo)致坍塌與卡鉆等事故多、優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率低、鉆井施工慢等難點(diǎn)，以地質(zhì)為基礎(chǔ)，結(jié)合工程施工需求，構(gòu)建了由“地質(zhì)導(dǎo)向+隨鉆定向+鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)+錄井技術(shù)+遠(yuǎn)程信息化”組成的地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向模式。該模式以“錄井技術(shù)應(yīng)用”為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮錄井現(xiàn)場(chǎng)第一手資料價(jià)值與地質(zhì)方面的分析能力，以信息技術(shù)為載體，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的共享及現(xiàn)場(chǎng)與基地的溝通協(xié)作能力，提高服務(wù)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)從井壁、井筒、鉆柱等方面開(kāi)展工程風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與預(yù)判，保障施工安全；隨鉆定向技術(shù)通過(guò)獲取的定向數(shù)據(jù)，確定最佳工具面、優(yōu)化軌跡，確保高效鉆井[5]；地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)通過(guò)鉆前地質(zhì)建模、隨鉆動(dòng)態(tài)分析與模型調(diào)整，引領(lǐng)鉆頭在目標(biāo)層中鉆進(jìn)。

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向形成了“定向服從導(dǎo)向，錄井服務(wù)導(dǎo)向”的工作流程，突出導(dǎo)向技術(shù)協(xié)作核心、信息傳達(dá)樞紐、一體化施工的作用。鉆前導(dǎo)向建模過(guò)程中，利用錄井、測(cè)井、地震、地質(zhì)等資料開(kāi)展目標(biāo)層分析，建立地質(zhì)導(dǎo)向模型并分析各層位和鉆井階段潛在的工程風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化鉆井軌跡。鉆井過(guò)程中，以信息化手段為紐帶實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)共享與協(xié)作，在靜態(tài)地質(zhì)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合動(dòng)態(tài)多專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)快速分析構(gòu)造變化、及時(shí)調(diào)整導(dǎo)向模型、優(yōu)化鉆井軌跡、更新區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)，引領(lǐng)鉆井施工在目標(biāo)層中鉆進(jìn)，形成區(qū)域與單井雙向結(jié)合的閉環(huán)式技術(shù)體系，提高優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率和確保高效鉆井。

鉆井施工過(guò)程中，錄井工程師負(fù)責(zé)工程數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集，并分析鉆遇地層的巖性、層位、油氣顯示等；風(fēng)險(xiǎn)分析工程師負(fù)責(zé)施工井鉆遇地層的工程風(fēng)險(xiǎn)分析，預(yù)判待鉆地層的井筒風(fēng)險(xiǎn)，為下步安全鉆井提供依據(jù)；定向工程師負(fù)責(zé)隨鉆定向數(shù)據(jù)的采集、鉆井軌跡的分析與調(diào)整；導(dǎo)向工程師負(fù)責(zé)分析目前鉆遇層位與導(dǎo)向模型的動(dòng)態(tài)調(diào)整，分析下步軌跡調(diào)整方向，組織錄井工程師、定向工程師、風(fēng)險(xiǎn)分析工程師共同制定最優(yōu)的調(diào)整方案，向鉆井工程師下達(dá)軌跡調(diào)整指令(圖1)。在遇到重大問(wèn)題時(shí)，各專(zhuān)業(yè)人員可通過(guò)信息保障手段與后方專(zhuān)家實(shí)時(shí)溝通，通過(guò)專(zhuān)家的遠(yuǎn)程支持提高現(xiàn)場(chǎng)處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。導(dǎo)向工程師負(fù)責(zé)與油田決策方技術(shù)溝通，形成統(tǒng)一的決策后，負(fù)責(zé)組織分析決策信息，并形成調(diào)整指令傳達(dá)給鉆井方。通過(guò)以“導(dǎo)向”為核心的工作流程，在保障優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率的同時(shí)兼顧了工程實(shí)施的快速、安全和高效，確保“地質(zhì)甜點(diǎn)”和“工程甜點(diǎn)”目標(biāo)的雙實(shí)現(xiàn)。

圖1 地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向工作流程

2 綜合導(dǎo)向模式平臺(tái)功能

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向作業(yè)模式以地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向平臺(tái)為工具開(kāi)展技術(shù)分析與決策指揮，該平臺(tái)是一個(gè)集視頻、通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享為一體的協(xié)同工作與決策平臺(tái)，主要包括數(shù)據(jù)管理層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)了井場(chǎng)、基地、移動(dòng)端之間信息資源的互聯(lián)互通，對(duì)井筒海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理與共享，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)信息搜索和分析應(yīng)用(圖2)。

圖2 地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向平臺(tái)功能架構(gòu)

2.1 平臺(tái)數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理層包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩個(gè)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由靜態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊組成。在靜態(tài)數(shù)據(jù)采集方面，開(kāi)發(fā)了多專(zhuān)業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集一體化錄入模塊，包括鉆井、鉆井液、固井、錄井、隨鉆定向等專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了一站式部署、一體化錄入和井場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理等功能，避免重復(fù)工作，確保井場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)唯一性；在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集方面，開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)匯集器，通過(guò)解析不同儀器操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種綜合錄井儀、隨鉆儀的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯集，能夠?qū)⒉煌瑯?biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)以毫秒級(jí)的速率匯集到公共數(shù)據(jù)區(qū)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)及數(shù)據(jù)單位的歸一化處理，為實(shí)時(shí)決策分析提供數(shù)據(jù)支持。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，以WITS和WITSML傳輸標(biāo)準(zhǔn)中描述的數(shù)據(jù)項(xiàng)建立的核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型，涵蓋了鉆井、錄井、隨鉆定向、鉆井液等專(zhuān)業(yè)所涉及的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)。在核心數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，采用虛擬化技術(shù)，將應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)模型與核心數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一一映射，使專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件能夠無(wú)障礙地訪問(wèn)核心數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)也便于軟件的快速集成，增強(qiáng)了平臺(tái)的開(kāi)放性和兼容性。建立了適應(yīng)動(dòng)態(tài)功能管理和授權(quán)機(jī)制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模型由用戶、功能權(quán)限、井權(quán)限、自動(dòng)升級(jí)、日志、組織機(jī)構(gòu)等表組成，滿足了多專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)共享、軟件集成更新、多用戶組織機(jī)構(gòu)等需求。

2.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)應(yīng)用

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向模式平臺(tái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用層包括基礎(chǔ)應(yīng)用和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用兩部分，其中核心的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用功能主要包括協(xié)同應(yīng)用功能模塊和遠(yuǎn)程決策支持功能模塊，可實(shí)現(xiàn)隨鉆地質(zhì)分析、工程評(píng)價(jià)、軌跡控制、方案優(yōu)化等功能，使管理者、專(zhuān)家和技術(shù)人員之間的交流更直觀、高效，并可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高井場(chǎng)作業(yè)管理效率和作業(yè)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)前后方一體化、甲乙方一體化，推進(jìn)決策進(jìn)度和效率，達(dá)到高效科學(xué)決策的目的。

協(xié)同應(yīng)用功能模塊主要是專(zhuān)業(yè)應(yīng)用分析模塊，包括二維導(dǎo)向、三維導(dǎo)向、單井分析、多井分析等多個(gè)分模塊，可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)建模、隨鉆錄井評(píng)價(jià)、隨鉆跟蹤對(duì)比、實(shí)時(shí)導(dǎo)向分析、隨鉆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、隨鉆軌跡優(yōu)化等功能，為錄井、定向、風(fēng)險(xiǎn)管控、導(dǎo)向等作業(yè)提供專(zhuān)業(yè)的地質(zhì)、工程分析工具，通過(guò)數(shù)據(jù)與成果共享搭建起多專(zhuān)業(yè)一體化、地質(zhì)工程一體化分析的橋梁， 提高了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析、決策的能力。

遠(yuǎn)程決策支持功能模塊主要包括遠(yuǎn)程指揮、導(dǎo)向指令、遠(yuǎn)程協(xié)同、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能模塊，通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸建立現(xiàn)場(chǎng)與基地完全相同的鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、成果雙向共享與互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前后方一體化作業(yè)。基地通過(guò)一體化應(yīng)用平臺(tái)的視頻、圖、表、數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程感知現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)，運(yùn)用地質(zhì)、工程應(yīng)用軟件，分析、預(yù)測(cè)、處理現(xiàn)場(chǎng)異常情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮與指令下達(dá)，提高決策和管理效率。

3 綜合導(dǎo)向模式平臺(tái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向施工過(guò)程中，在鉆前、鉆中各環(huán)節(jié)最終以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)為基本原則，同時(shí)兼顧工程軌跡可行性、安全性，技術(shù)上互為補(bǔ)充，人員上彼此協(xié)作，在有效降低水平井施工風(fēng)險(xiǎn)，提高優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率的同時(shí)，達(dá)到“地質(zhì)甜點(diǎn)”和“工程甜點(diǎn)”目標(biāo)的雙實(shí)現(xiàn)。

(1)“區(qū)域研究分析”與“施工方案設(shè)計(jì)”相結(jié)合優(yōu)化施工方案。在綜合地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，充分考慮施工難度、工程風(fēng)險(xiǎn)、鉆井技術(shù)能力等因素，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)、優(yōu)化軌跡(造斜點(diǎn)選取、造斜率優(yōu)化)，建立符合地質(zhì)情況、鉆井施工條件的綜合性施工方案。

(2)“軌跡調(diào)整控制”與“構(gòu)造變化預(yù)測(cè)”相結(jié)合提高施工時(shí)效。充分應(yīng)用各專(zhuān)業(yè)動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)，超前預(yù)測(cè)、主動(dòng)優(yōu)化，以余量操控、小幅微調(diào)、少定多轉(zhuǎn)為原則，確保軌跡圓滑，降低后續(xù)鉆井施工難度。

(3)“軌跡有效延伸”與“優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層追蹤”相結(jié)合提高優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率。以有效儲(chǔ)層長(zhǎng)度最大化為原則，兼顧水平段延伸能力，在構(gòu)造復(fù)雜的情況下，以特色錄井技術(shù)為支撐，由“目標(biāo)箱體”向“最佳巷道”轉(zhuǎn)變，提高優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率、確保單井產(chǎn)量最大化。

(4)“軌跡形態(tài)質(zhì)量”與“井筒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”相結(jié)合確保安全鉆井。在滿足地質(zhì)目標(biāo)同時(shí)，依托井筒風(fēng)險(xiǎn)工程錄井評(píng)價(jià)技術(shù)開(kāi)展井眼清潔、地層壓力、鉆柱受力、參數(shù)優(yōu)化等工程分析，預(yù)測(cè)潛在的卡鉆、井涌、井漏等早期風(fēng)險(xiǎn)，提示鉆井隊(duì)及早采取措施，避免工程事故的發(fā)生。

(5)“現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)施工”與“多方聯(lián)動(dòng)支持決策”相結(jié)合提高管理效率。通過(guò)建立一體化遠(yuǎn)程應(yīng)用平臺(tái)，促進(jìn)不同地點(diǎn)、不同時(shí)間、不同專(zhuān)業(yè)人員間更緊密地開(kāi)展工作，實(shí)現(xiàn)“信息共享，協(xié)同決策”，提高工作效率與施工連續(xù)性。

4 應(yīng)用效果

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向模式已在遼河、長(zhǎng)慶、川渝頁(yè)巖氣等油氣區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，在提高鉆井速度和儲(chǔ)層鉆遇率等方面發(fā)揮了重要作用，為水平井高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。在川渝頁(yè)巖氣地區(qū)，解決了地層傾角變化大、優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層薄、微構(gòu)造發(fā)育、井壁失穩(wěn)等影響鉆井施工和目標(biāo)層鉆遇率的難題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向新突破。與常規(guī)施工方式對(duì)比，機(jī)械鉆速平均提高了20%，有效儲(chǔ)層鉆遇率平均提高了5%，成為確保川渝頁(yè)巖氣水平井高效鉆進(jìn)和開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵技術(shù)之一。

以川渝頁(yè)巖氣田YS 137H1-1井應(yīng)用為例，該井是一口淺層頁(yè)巖氣水平井，水平段目標(biāo)層為龍一11小層+龍一12-1單層，優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層厚度3.5 m左右。鉆前建模分析發(fā)現(xiàn)，該井地質(zhì)構(gòu)造方面可能存在斷層，將影響目標(biāo)層的追蹤，并導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率降低；鉆井工程方面，該井627～1 308 m井段在30°～60°的造斜段存在井眼垮塌、沉砂的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)上述難題，在之后的鉆進(jìn)過(guò)程中，開(kāi)展摩阻扭矩監(jiān)測(cè)、水力學(xué)隨鉆監(jiān)測(cè)、巖屑返出量監(jiān)測(cè)等工程分析，結(jié)合巖屑的巖性、掉塊等地質(zhì)分析，通過(guò)優(yōu)化機(jī)械鉆速確保及時(shí)排除井筒環(huán)空巖屑，控制環(huán)空巖屑濃度小于7%，確保鉆進(jìn)過(guò)程無(wú)阻卡復(fù)雜情況發(fā)生。鉆至井深分別為1 818 m、2 310 m和2 370 m時(shí)，通過(guò)錄井元素?cái)?shù)據(jù)分析判斷鉆遇斷層，計(jì)算出斷距分別約為10.00 m、5.00 m和2.00 m，地質(zhì)導(dǎo)向工程師、隨鉆定向工程師與鉆井工程師通過(guò)地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向平臺(tái)進(jìn)行成果共享與分析，地質(zhì)導(dǎo)向師根據(jù)儲(chǔ)層變化確定軌跡控制目標(biāo)，隨鉆工程師考慮不同軌跡調(diào)整策略下的軌跡控制方案，減少高摩阻高扭矩、鉆壓傳遞困難等復(fù)雜情況，確保了鉆穿斷層后對(duì)目標(biāo)層的追蹤。該井設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)1 100 m，實(shí)鉆水平段長(zhǎng)1 140 m，鉆井累計(jì)純鉆時(shí)間14 d， 優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)到94.6%，較采用常規(guī)施工方式的相鄰?fù)人蕉伍L(zhǎng)度的水平井，鉆井純鉆時(shí)間縮短了5 d，優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層鉆遇率提高了5.1%。

5 結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)工程一體化錄井綜合導(dǎo)向模式以信息化技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)信息共享與協(xié)作、前后方協(xié)作，建立了以地質(zhì)導(dǎo)向?yàn)楹诵牡囊惑w化工作模式，發(fā)揮了多項(xiàng)技術(shù)融合的特點(diǎn)，整體考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的地質(zhì)與工程影響因素，深入優(yōu)化施工方案、削減施工風(fēng)險(xiǎn)，確保水平井儲(chǔ)層鉆遇率和安全高效鉆井，為錄井地質(zhì)導(dǎo)向的發(fā)展和復(fù)雜水平井的順利實(shí)施提供借鑒和參考。