王志戰(zhàn)

（1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102206；2.中石化石油工程技術(shù)研究院有限公司,北京 102206）

錄井是在鉆井現(xiàn)場(chǎng)直接獲取第一手實(shí)物、數(shù)據(jù)及影像等資料，提供地質(zhì)、工程、信息一體化服務(wù)的技術(shù)，是“勘探開(kāi)發(fā)的眼睛、石油工程的參謀、井場(chǎng)信息的中樞”[1]。“勘探開(kāi)發(fā)的眼睛”指通過(guò)錄井，在鉆井過(guò)程中實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)石油、天然氣、水合物、氦氣、氡氣及熱（地?zé)?、干熱巖）、鈾、鉀、鋰等各種目標(biāo)礦產(chǎn)；“石油工程的參謀”指錄井為鉆井安全及提速提效、測(cè)井校準(zhǔn)與解釋、壓裂選層與壓后評(píng)估提供技術(shù)支撐，并在測(cè)井、測(cè)試難以施工的情況下進(jìn)行替代；“井場(chǎng)信息的中樞”指錄井工作是井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸中心、井場(chǎng)數(shù)據(jù)深度挖掘與綜合應(yīng)用中心。可見(jiàn)，錄井既是一項(xiàng)油氣勘探技術(shù)，也是一項(xiàng)石油工程技術(shù)，其采集對(duì)象主要包括巖屑（心）、鉆井液及鉆井工程參數(shù)，現(xiàn)階段的主要特點(diǎn)是“地面”“直接”“實(shí)時(shí)”；“地面”采集相比于井下采集，不受高溫、高壓、高含硫化氫、小尺寸井眼等因素的限制或影響，具有低風(fēng)險(xiǎn)、低成本等優(yōu)勢(shì)；“直接”采集相比于測(cè)井的間接性、綜合性采集，可以單獨(dú)獲取不同位置樣品、不同類(lèi)型流體的屬性，具有高精度、高分辨率、低多解性等優(yōu)勢(shì)；“實(shí)時(shí)”是相比于電纜測(cè)井、實(shí)驗(yàn)室分析、地層測(cè)試等技術(shù)，具有隨鉆分析、所鉆即所得的效果，能夠有效支撐鉆井安全與勘探?jīng)Q策。

此消彼長(zhǎng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是各個(gè)專(zhuān)業(yè)的共存之道，取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互融合是各個(gè)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展渠道。相比于實(shí)驗(yàn)室分析、電纜測(cè)井、隨鉆測(cè)井技術(shù)，錄井分別需要強(qiáng)化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、一致性、實(shí)時(shí)性方面的研究；面對(duì)非常規(guī)、超深層等復(fù)雜地質(zhì)條件和油基鉆井液、PDC 鉆頭等工程條件，錄井需要進(jìn)行孔喉尺度分辨率和孔隙流體分辨率方面的攻關(guān)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的錄井技術(shù)發(fā)展迅速，但“雪中送炭”的技術(shù)相對(duì)較少[2]；且相比于其他油氣勘探與石油工程技術(shù)，錄井技術(shù)的發(fā)展仍較為緩慢。錄井朝什么方向發(fā)展、如何發(fā)展，困擾著管理層及技術(shù)研發(fā)層人員。針對(duì)錄井技術(shù)的短板、面臨的主要挑戰(zhàn)、行業(yè)發(fā)展的困局，剖析了“十三五”期間中國(guó)石化錄井技術(shù)在鉆井液在線錄井儀器、巖樣錄井儀器、錄井評(píng)價(jià)方法3 個(gè)方面的主要進(jìn)展，厘定了復(fù)雜地質(zhì)工程條件對(duì)錄井提出的4 大需求，從深化基礎(chǔ)研究、突破采集方式、創(chuàng)新評(píng)價(jià)方法3 個(gè)方面提出了11 個(gè)方向的發(fā)展建議，以期為夯實(shí)高質(zhì)量發(fā)展根基、實(shí)現(xiàn)錄井高科技發(fā)展、提升技術(shù)支持與參謀能力提供指導(dǎo)。

1 中國(guó)石化“十三五”錄井技術(shù)進(jìn)展

“十三五”期間，中國(guó)石化從地面到井下、從鉆井到采油、從常規(guī)油氣到非常規(guī)油氣、從中淺層到深層超深層、從陸地到海上、從天然油氣藏到人工氣藏（儲(chǔ)氣庫(kù)）[3]進(jìn)行了廣泛的錄井技術(shù)方法探索和研究，取得了系列重要進(jìn)展。代表性技術(shù)可以概括為3 個(gè)方面：在鉆井液錄井方面，研發(fā)了鉆井液含油性核磁共振在線錄井、鉆井液性能在線監(jiān)測(cè)2 項(xiàng)技術(shù)；在巖樣錄井方面，研發(fā)了巖屑（心）元素成分在線錄井、高分辨率三維核磁共振錄井、激光掃描共聚焦錄井、巖屑聲波錄井等4 項(xiàng)技術(shù)；在評(píng)價(jià)方法方面，創(chuàng)建了鉆井液混源含油性二維（T1?T2）核磁共振識(shí)別與評(píng)價(jià)、頁(yè)巖不同賦存狀態(tài)的油水信息二維（D?T2，T1?T2）核磁共振識(shí)別與評(píng)價(jià)、基于元素錄井的地層多參數(shù)求取與雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)、不同賦存狀態(tài)的氣體δ13C1—δ13C3碳同位素錄井評(píng)價(jià)等4 種方法。

1.1 鉆井液在線錄井技術(shù)進(jìn)展

鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液包含有豐富的地質(zhì)與工程信息，如巖性信息、地層流體信息（石油、天然氣、非烴、有毒有害氣體、地層水等）、地層溫度壓力信息、鉆井液處理劑信息、井壁穩(wěn)定性信息等，錄井、鉆井時(shí)都非常重視鉆井液性能及其所包含信息的監(jiān)測(cè)?；阢@井液的持續(xù)流動(dòng)性，在分析周期與鉆進(jìn)速度相匹配的前提下，均可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

1）鉆井液含油性核磁共振在線錄井。利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)量體相流體具有3 大優(yōu)勢(shì)[4]：對(duì)油質(zhì)反應(yīng)靈敏、定量精度高、一種純流體只有一個(gè)弛豫峰。該技術(shù)填補(bǔ)了鉆井液含油性錄井的空白，著重解決了3 大難題[5–7]：1）PDC 鉆頭的巖屑細(xì)小及超深井、超長(zhǎng)水平井的巖屑上返時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致巖屑含油級(jí)別大幅度降低或無(wú)顯示，基于巖屑的含油氣分析手段失去物質(zhì)基礎(chǔ)；2）含熒光鉆井液體系（聚磺、混油、油基、合成基、重復(fù)利用的老漿等）、裸眼段多套含油層系導(dǎo)致含油信息混雜，影響錄井準(zhǔn)確識(shí)別地層含油性；3）低氣油比油層導(dǎo)致氣測(cè)值較低甚至沒(méi)有顯示，難以準(zhǔn)確識(shí)別與評(píng)價(jià)該類(lèi)油氣層。鉆井液含油性核磁共振在線錄井系統(tǒng)采用0.5 T 的磁場(chǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)了弛豫劑的在線添加、鉆井液自動(dòng)進(jìn)樣與測(cè)量，避免了人工取樣勞動(dòng)強(qiáng)度大與及時(shí)性、連續(xù)性、一致性難以保證等問(wèn)題[8]。

2）鉆井液性能在線監(jiān)測(cè)。以往錄井對(duì)鉆井液性能的監(jiān)測(cè)主要采用綜合錄井、化學(xué)滴定、離子色譜等。其中，綜合錄井儀對(duì)鉆井液密度、電導(dǎo)率、流量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；離子色譜錄井根據(jù)油田水的蘇林分類(lèi)檢測(cè)鉆井液中的K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Cl?、SO42?、CO32?、HCO3?等8 種成分[9]。新研發(fā)的鉆井液性能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量密度、pH 值、流變性能（漏斗黏度、表觀黏度、塑性黏度、動(dòng)切力、流性指數(shù)、稠度系數(shù)）、Cl?和S2?質(zhì)量濃度等10 項(xiàng)參數(shù)，采用離子選擇電極監(jiān)測(cè)Cl?和S2?的質(zhì)量濃度[10–12]。根據(jù)pH 值及相關(guān)離子質(zhì)量濃度的變化，可以判別地層是否含有H2S[13]或是否鉆遇CO2氣藏、酸性氣藏[14]。根據(jù)鹽度的變化，可以判別是否鉆遇高壓水層[15]。

1.2 巖樣錄井技術(shù)進(jìn)展

非常規(guī)油氣、超深層油氣是目前勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，需要在采樣率及采樣及時(shí)性、孔隙結(jié)構(gòu)與孔隙流體分辨率、巖石力學(xué)等方面提升識(shí)別與參謀能力。中國(guó)石化研發(fā)的4 套巖樣（巖屑、巖心）錄井儀器各具特色，顯著增強(qiáng)了地層信息的檢測(cè)能力，拓寬了錄井的服務(wù)空間。

1）巖屑（心）元素成分在線錄井。巖屑（心）元素成分在線錄井包括X 射線熒光（XRF）[16]、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）[17–18]2 項(xiàng)技術(shù)。XRF 技術(shù)仍需對(duì)巖屑（心）進(jìn)行制樣，按樣品排列順序逐樣進(jìn)行連續(xù)掃描；LIBS 技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整光譜系統(tǒng)，增大光路匯聚焦距，使匯聚光斑處于巖屑樣品表面以下的位置，高能激光照射到巖屑樣品表面時(shí)，能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生擊穿光譜，產(chǎn)生“剝蝕”作用，消除油基鉆井液對(duì)巖屑表面的污染。巖心掃描有單一功能的掃描技術(shù)，如圖像掃描、伽馬掃描、核磁共振掃描等，也有集圖像、磁化率、密度、孔隙度、伽馬、電阻率、縱波波速、元素、礦物等多功能于一體的掃描技術(shù)。巖屑在線錄井受自動(dòng)取樣、樣品處理等因素的影響，實(shí)現(xiàn)難度較大，但實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的意義重大，是錄井發(fā)展的重要方向。

2）高分辨率三維核磁共振錄井。核磁共振是識(shí)別孔隙流體類(lèi)型并評(píng)價(jià)其飽和度的重要技術(shù)手段，但對(duì)于低滲透、致密儲(chǔ)層，如致密砂巖油、頁(yè)巖油的巖樣，由于弛豫劑難以擴(kuò)散到納米尺度的孔喉中，不能抑制水信號(hào)，采用一維（T2）核磁共振技術(shù)難以識(shí)別油、水信號(hào)，而采用二維（D?T2，T1?T2）核磁共振技術(shù)則無(wú)需弛豫劑浸泡，可以直接識(shí)別油、水信號(hào)，因此，其成為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的前沿技術(shù)[19–21]。實(shí)現(xiàn)高分辨率三維核磁共振錄井需要著重解決4 個(gè)方面的難題，即小體積高磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁體設(shè)計(jì)、較短的回波間隔、采用固定梯度代替脈沖梯度、先進(jìn)的快速反演算法。研發(fā)的高分辨率三維核磁共振錄井儀，質(zhì)量40 kg，共振頻率10.9 MHz，回波間隔60 μs，具備T1，T2，D以及D?T2和T1?T2譜的測(cè)量能力。

3）激光掃描共聚焦錄井。激光掃描共聚焦（LSCM）屬于顯微鏡分析技術(shù)，它可以彌補(bǔ)普通光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡的不足，通過(guò)分層掃描，獲取樣品內(nèi)部高分辨率、高清晰度的圖像，在此基礎(chǔ)上重建三維立體圖，直觀獲取孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其連通情況；還可以應(yīng)用于原油形態(tài)、微體古生物化石、次生包裹體、乳化油等方面的研究[22–24]。該項(xiàng)技術(shù)首先需要制樣，將具有熒光特性的灌注劑采用正負(fù)壓交替方式灌注入巖石的孔隙中，選擇合適的參數(shù)（激光波長(zhǎng)、激光強(qiáng)度等），LCMS 的穿透深度可以達(dá)到1200 μm，滿足巖屑的分析要求。顯然，灌注劑若不能灌入微小孔隙中，則影響對(duì)小尺度孔喉的探測(cè)；熒光強(qiáng)度、激光強(qiáng)度、激光波長(zhǎng)、物鏡倍數(shù)，也會(huì)影響采集效果[25]。

4）巖屑聲波錄井。巖石力學(xué)是石油工程的重要研究領(lǐng)域，是地層可鉆性、井壁穩(wěn)定性、地層可壓性的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。通過(guò)縱波波速、橫波波速、巖石密度、泥質(zhì)含量中的1～3 個(gè)參數(shù)，可以計(jì)算彈性參數(shù)（泊松比、楊氏模量、體積壓縮模量、剪切模量、拉梅常數(shù)）、強(qiáng)度參數(shù)（抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）、地層三壓力（孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力）、地應(yīng)力（垂直地應(yīng)力、最大水平地應(yīng)力、最小水平地應(yīng)力）和可鉆性級(jí)值），并在此基礎(chǔ)上，計(jì)算可壓性參數(shù)（脆性指數(shù)、水平兩向主應(yīng)力差[1]）?？梢?jiàn)，研發(fā)巖屑聲波錄井儀，在鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)縱波波速、橫波波速的快速測(cè)量，具有重要意義[26–28]，且可為井震信息融合指導(dǎo)鉆井提供實(shí)時(shí)的聲波數(shù)據(jù)；與三維地震融合，可實(shí)現(xiàn)由線到體的巖石力學(xué)隨鉆預(yù)測(cè)[29]。試驗(yàn)與應(yīng)用結(jié)果表明，對(duì)于粒徑≥1 mm的巖屑，可以獲取穩(wěn)定、可靠的縱波波速、橫波波速，與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果相比，精度＞98%[30]。

1.3 錄井評(píng)價(jià)方法進(jìn)展

1.3.1 鉆井液混源含油性二維（T1?T2）核磁共振識(shí)別與評(píng)價(jià)方法

監(jiān)測(cè)鉆井液含油性是發(fā)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)與工程條件下其他錄井手段難以發(fā)現(xiàn)的地層含油性的重要舉措（見(jiàn)圖1），實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)有助于提高采樣效率（縱向分辨率）與采樣一致性。通過(guò)前期研究，建立了聚磺鉆井液[5]、混油鉆井液[6]、油基鉆井液[7]的一維（T2）核磁共振識(shí)別與評(píng)價(jià)方法，為了鑒別是否存在油、水信號(hào)疊加及判別新出現(xiàn)的信號(hào)峰是油信號(hào)還是水信號(hào)，這種離線錄井方法需要在添加弛豫劑前后進(jìn)行2 次分析；而在線錄井只能在添加弛豫劑后進(jìn)行1 次分析，且一維（T2）譜難以直接識(shí)別采用油基鉆井液體系鉆進(jìn)過(guò)程中的基礎(chǔ)油與地層油，為此在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了混源含油性T1?T2判識(shí)圖版及原油密度的評(píng)價(jià)模型，經(jīng)實(shí)鉆及試油證實(shí)，能夠及時(shí)識(shí)別與準(zhǔn)確評(píng)價(jià)混油、合成基、油基鉆井液條件下的地層含油性和可動(dòng)性，提高了錄井發(fā)現(xiàn)含油儲(chǔ)層的能力。

圖1 復(fù)雜地質(zhì)、工程條件對(duì)錄井的影響Fig. 1 Influence of complex geological and engineering conditions on surface logging

1.3.2 頁(yè)巖儲(chǔ)層多組分二維核磁共振識(shí)別與評(píng)價(jià)方法

頁(yè)巖儲(chǔ)層中的氫核信號(hào)包括水信號(hào)和烴信號(hào)。水信號(hào)包括束縛水（吸附水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水）和可動(dòng)水（無(wú)機(jī)孔中的水），烴信號(hào)包括干酪根（未轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)）、滯留烴（有機(jī)孔中的油）、游離烴（無(wú)機(jī)孔中的油、微裂縫中的油）。在核磁共振一維譜（T2）上，難以區(qū)分如此多的組分，采用弛豫劑浸泡的方式抑制不掉水信號(hào)，也難以識(shí)別油、水信號(hào)。D?T2雖然能夠直觀識(shí)別孔隙流體信號(hào)，但常規(guī)儲(chǔ)層的解釋模型不適用于非常規(guī)儲(chǔ)層，尤其是其孔隙尺度分辨率、孔隙流體定量精度滿足不了頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需要。因此，T1?T2二維核磁共振成為頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)技術(shù)。大量試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)資料表明，樣品的保存狀態(tài)對(duì)T1?T2譜的信噪比影響較大，從而影響組分分辨率與定量精度。在頁(yè)巖油樣品保存完好（如液氮冷凍）且分析及時(shí)的情況下，視樣品自身?xiàng)l件的不同，可以準(zhǔn)確識(shí)別4～7 個(gè)組分（見(jiàn)圖2）[21,31–33]。

圖2 頁(yè)巖T1?T2 核磁共振解釋圖版Fig. 2 T1?T2 NMR interpretation plates of shale

1.3.3 基于元素錄井的頁(yè)巖地層多參數(shù)求取與雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)方法

元素成分是頁(yè)巖油氣井必須錄取資料的項(xiàng)目，能分析十幾至四十幾種元素，在巖性識(shí)別、地層卡取、地質(zhì)導(dǎo)向、沉積環(huán)境識(shí)別等方面具有重要的作用[34]。深層次的應(yīng)用是基于元素挖掘更多的地質(zhì)、工程信息，如計(jì)算生物硅含量、巖石密度、孔隙度、總有機(jī)碳、含氣量、礦物成分、脆性、伽馬、彈性參數(shù)（楊氏模量、泊松比）、抗壓強(qiáng)度等，用于地質(zhì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)、地層可鉆性與井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、可壓性評(píng)價(jià)、綜合地質(zhì)導(dǎo)向[35–36]。參數(shù)求取方法主要有基于敏感元素的回歸方法和基于大數(shù)據(jù)的人工智能方法等2 種。在敏感元素的選擇上，要考慮鉆井液的影響、多重共線性的影響、微量或低原子序數(shù)元素檢測(cè)精度的影響等，同時(shí)要具有地質(zhì)含義。建模的效果受制于目標(biāo)參數(shù)的精度、數(shù)據(jù)點(diǎn)的多少或目標(biāo)數(shù)據(jù)的曲線平滑度、井深或樣品位置的匹配度、選取的敏感元素?cái)?shù)量、地層或巖性的均質(zhì)程度等。

1.3.4 高分辨率碳同位素錄井評(píng)價(jià)方法

烷烴氣碳同位素主要受控于生烴母質(zhì)碳同位素組成、生烴過(guò)程碳同位素分餾、生烴后碳同位素分餾[37–39]。通常情況下，烴源巖的成熟度越高，碳同位素值越重（偏正）；相同成因、相同來(lái)源的油氣，碳同位素值相同或相近[40]。因此，碳同位素技術(shù)可用于油氣成熟度評(píng)價(jià)、油氣成因分析、油氣源對(duì)比、地質(zhì)導(dǎo)向等[41–43]。采用近紅外光吸收、比值質(zhì)譜儀等技術(shù)原理的碳同位素錄井儀，能夠在線監(jiān)測(cè)鉆井液氣中的C1、C1—C3、C1—C5中的碳同位素[44–46]，而新型碳同位素錄井儀采用氣相色譜—紅外光譜（GCIR2）原理，不僅能夠檢測(cè)鉆井液氣（游離氣）中的碳同位素，還可檢測(cè)罐頂氣（吸附氣）中的碳同位素[47]。碳分子越多，同位素值越重；隨著成熟度增高，原油會(huì)發(fā)生裂解，碳鏈斷裂，導(dǎo)致碳同位素值降低，即發(fā)生“倒轉(zhuǎn)”。因此，碳同位素發(fā)生“倒轉(zhuǎn)”的深度往往指示高壓層、高產(chǎn)層的存在[48]。在巖性、含氣性相同的條件下，巖屑釋放氣體的效率，與孔隙結(jié)構(gòu)及滲透性有關(guān)。滲透率高，鉆井液氣含量高、罐頂氣含量低；滲透率低，則反之。吸附氣含量越高，解析過(guò)程中的碳同位素分餾越顯著，即吸附氣含量與?δ13C1呈正相關(guān)；游離氣含量越高，分餾幅度越小，游離氣含量與?δ13C1呈負(fù)相關(guān)。所以，鉆井液氣、罐頂氣的碳同位素值差別越大，指示滲透率越低；二者越接近，滲透性越好。干酪根氣與原油裂解氣的碳同位素具有明顯的差異性，通過(guò)圖版識(shí)別氣體的成因，也可預(yù)測(cè)產(chǎn)能的高低[49–50]。因此，新型碳同位素錄井技術(shù)可用于初始賦存壓力的判別、納米孔喉發(fā)育程度的判識(shí)、地質(zhì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)、油氣產(chǎn)能預(yù)測(cè)等。

2 錄井技術(shù)需求

錄井面臨的地質(zhì)、工程條件日趨復(fù)雜，具有“深”（深水、深層、特深層、超深層）、“高”（高溫、高壓、高含硫、高含水）、“多”（多源、多類(lèi)、多種/多個(gè)）、“非”（非常規(guī)、非均質(zhì)）、“低”（低滲透、低品位）、“薄”（薄層、薄互層）、“微”（微尺度、微幅度、微含量）、“新”（新領(lǐng)域、新類(lèi)型、新層系）等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)可概況為“極端性”、“多樣性”2 類(lèi)。“極端性”是指地層厚度、構(gòu)造幅度、樣品粒徑、資源豐度或含量、地層溫度或壓力等過(guò)低或過(guò)高，超出了現(xiàn)有儀器的檢測(cè)、分辨或承受極限；“多樣性”是指巖石或流體成分/組分、（油氣、壓力）成因、（含油氣、油/氣水、地層壓力）系統(tǒng)等具有多種、多類(lèi)、多源、多套等特征，且相互疊置、邊界模糊，或分布不均、變化多端，導(dǎo)致定性識(shí)別、定量評(píng)價(jià)難度較大。復(fù)雜地質(zhì)、工程條件對(duì)錄井的需求可以概括為實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性和經(jīng)濟(jì)性4 個(gè)方面。

所謂“實(shí)時(shí)性”，是要提高及時(shí)性甚至具有超前性。要求采集、傳輸、處理、解釋、評(píng)價(jià)的速度跟上鉆頭甚至實(shí)現(xiàn)超前預(yù)測(cè)或預(yù)警，包括工程異常預(yù)報(bào)、地層壓力預(yù)監(jiān)測(cè)、井涌井漏預(yù)警、地質(zhì)導(dǎo)向評(píng)價(jià)、地質(zhì)層位或井眼位置卡取、地層流體信息監(jiān)測(cè)等，以滿足保障鉆井安全、精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)油氣層、支撐快速勘探開(kāi)發(fā)決策的需求。

所謂“準(zhǔn)確性”，是要求錄井儀采集數(shù)據(jù)具有高穩(wěn)定性、高分辨率、高精度，以實(shí)現(xiàn)水平井優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層高鉆遇率、工程預(yù)警高準(zhǔn)確率、巖心及油氣層解釋評(píng)價(jià)高符合率，滿足不同巖性、沉積相、構(gòu)造、油氣水關(guān)系、壓力系統(tǒng)、埋藏深度等地質(zhì)條件及PDC 鉆頭、油基/合成基鉆井液、水平井等特殊鉆井工藝條件下資料采集、評(píng)價(jià)的需求。

所謂“全面性”，是要從空間、時(shí)間等多個(gè)維度取全資料，實(shí)現(xiàn)全地層（巖石骨架、孔隙流體、溫度、壓力、應(yīng)力等）信息、全井筒信息、全鉆井過(guò)程、全生命周期的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，以滿足地質(zhì)工程一體化、勘探開(kāi)發(fā)一體化的需求。

所謂“經(jīng)濟(jì)性”，是實(shí)現(xiàn)錄井自身及所支撐領(lǐng)域的低成本運(yùn)行，包括3 種主要途徑：1）挖掘技術(shù)潛力，實(shí)現(xiàn)功能最大化，用盡可能少的技術(shù)解決盡可能多的需求或問(wèn)題，即降低項(xiàng)目成本；2）實(shí)現(xiàn)技術(shù)自動(dòng)化、在線化、一體化、智能化，減少或擺脫手工錄井，即降低人工成本；3）通過(guò)提高服務(wù)質(zhì)量，助力鉆完井、壓裂等工程實(shí)現(xiàn)提速、提效、提產(chǎn)，即降低單井鉆探成本和單位油氣當(dāng)量成本。

3 錄井技術(shù)發(fā)展方向

除了上述技術(shù)需求，錄井還面臨基礎(chǔ)理論薄弱、技術(shù)差距明顯、瓶頸問(wèn)題突出等諸多挑戰(zhàn)。中國(guó)石化錄井研發(fā)人員將全面貫徹高質(zhì)量發(fā)展理念，擔(dān)當(dāng)保障國(guó)家能源安全的生力軍，圍繞巖樣、鉆井液、工程參數(shù)等檢測(cè)對(duì)象，強(qiáng)化移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、工程應(yīng)用、井場(chǎng)大數(shù)據(jù)中心等行業(yè)定位，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化，通過(guò)自動(dòng)化、在線化、智能化等技術(shù)提高錄井采集的及時(shí)性、系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性；通過(guò)解譜解耦、數(shù)據(jù)恢復(fù)、相互融合等資料處理技術(shù)，提高錄井采集分辨率、精度、適用性；通過(guò)技術(shù)挖潛、技術(shù)耦合、智能解釋等方法滿足復(fù)雜油氣藏及新型領(lǐng)域的技術(shù)支撐。

3.1 錄井資料采集

錄井采集模式，是提高決策實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、解釋可靠性、作業(yè)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵，主要發(fā)展方向?yàn)檠邪l(fā)填補(bǔ)空白、提高分辨率或精度的錄井新技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、在線化、一體化、井下化研究，智能化可貫穿錄井作業(yè)全過(guò)程。

1）樣品采集與處理實(shí)現(xiàn)流程標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化。巖屑（心）、鉆井液等樣品的分析用量、保存方式、保存時(shí)長(zhǎng)、測(cè)時(shí)溫度及人為因素等都會(huì)影響數(shù)據(jù)或圖像的準(zhǔn)確性。這些因素若不實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，其一致性便難以把握，影響數(shù)據(jù)的校正與對(duì)比。如頁(yè)巖油樣品，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能（孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)等）、含油性（總有機(jī)碳、含油飽和度等）、可流動(dòng)性（有機(jī)質(zhì)成熟度及原油密度、黏度、氣油比等）決定了儲(chǔ)層單位質(zhì)量巖石含有多少油、含有多少可動(dòng)油；但樣品保存的溫度、時(shí)間、密封性及樣品處理方式、方法及處理時(shí)的密封條件等，則會(huì)影響對(duì)含油性、可流動(dòng)性的評(píng)價(jià)。因此，需要強(qiáng)化樣品采集和處理的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化，以提高數(shù)據(jù)的可比對(duì)性。

2）數(shù)據(jù)或圖像采集實(shí)現(xiàn)技術(shù)在線化、一體化、井下化。在線化的目的是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守或連續(xù)作業(yè)，提高信息采集的系統(tǒng)性。數(shù)據(jù)或圖像的一體化采集包括串聯(lián)和并聯(lián)2 種方式，即對(duì)同一個(gè)對(duì)象（樣品或樣品位置、組分）進(jìn)行依次或并行采集，如GC-IR2碳同位素技術(shù)為串聯(lián)方式，先通過(guò)氣相色譜實(shí)現(xiàn)組分分離，再對(duì)單體組分中的碳進(jìn)行同位素檢測(cè)；而鉆井液性能在線檢測(cè)技術(shù)為并聯(lián)方式，即采用多類(lèi)多個(gè)傳感器或檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)同一樣品不同參數(shù)的依次采集。一體化的意義至少有3 點(diǎn)：一是解決多類(lèi)數(shù)據(jù)源樣品或樣品條件不一致的難題，提高數(shù)據(jù)的同源性、對(duì)比分析的可用性與建模效果；二是提高解決復(fù)雜難題的能力，如元素與成像技術(shù)的融合，可同時(shí)解決粒度與成分的分析，提高巖性識(shí)別的準(zhǔn)確性；三是降低用工人數(shù)、作業(yè)強(qiáng)度及人為因素的影響，提高錄井采集的經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)性與采樣率。井下化錄井是在保持分析對(duì)象不變的前提下，將地面采集移至井底或井中，提高原位性、實(shí)時(shí)性，為勘探開(kāi)發(fā)決策、安全鉆井提供更及時(shí)更可靠的保障。

3）錄井信息采集實(shí)現(xiàn)智能化。智能化采集包含軟件和硬件2 個(gè)方面。軟件方面包括測(cè)量過(guò)程的智能控制、測(cè)量參數(shù)的智能優(yōu)化。智能控制的目的是實(shí)現(xiàn)多個(gè)步驟的協(xié)同，提高錄井采樣率；智能優(yōu)化的目的是獲得更好的測(cè)量效果，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，如核磁共振測(cè)量中的等待時(shí)間、回波間隔、截止值、累積次數(shù)等高度依賴于操作人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與操作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，可以根據(jù)樣品自動(dòng)確定相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)組合。硬件方面包括機(jī)械臂、機(jī)器人等智能化設(shè)備，配合智能控制軟件，減少或代替人工作業(yè)，如：研發(fā)井場(chǎng)智能采樣機(jī)器人，代替巖屑或鉆井液的人工取樣；研發(fā)智能頭盔，代替專(zhuān)人巡檢等。

3.2 錄井資料處理

錄井的檢測(cè)對(duì)象復(fù)雜，地質(zhì)、工程多重影響因素疊加，導(dǎo)致錄井采集、計(jì)算參數(shù)的定量精度及解釋圖版、評(píng)價(jià)模型的通用性相對(duì)較低，需要從以下4 個(gè)方面強(qiáng)化基礎(chǔ)研究。

1）多元響應(yīng)解譜解耦技術(shù)。錄井的核心是譜，包括色譜、光譜、質(zhì)譜、波譜等，不同原理的原始譜圖分辨率不同，對(duì)于分辨率較低的原始譜圖需要解譜，才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。如天然氣的拉曼光譜，包含了不同的烴類(lèi)組分與非烴組分；巖樣的傅里葉變換紅外光譜包含了不同的礦物（含黏土礦物）及干酪根組分等；鉆井液的核磁共振譜圖包含了添加的及地層的油、水信息等。錄井的鉆時(shí)包括了地層（巖性、巖石力學(xué)特性、物性）及工程（鉆頭類(lèi)型及新舊程度、鉆壓、轉(zhuǎn)速）等多重信息。多類(lèi)信息在錄井手段上的響應(yīng)往往不是簡(jiǎn)單的疊加，還有耦合作用。所以，錄井應(yīng)重視解譜解耦技術(shù)，提高解釋分辨率與評(píng)價(jià)精度。

2）非原位非實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)。錄井是在地面檢測(cè)，脫離了原始的深度、溫度、壓力、應(yīng)力環(huán)境，屬于非原位探測(cè)，所檢測(cè)的數(shù)據(jù)不能反映地層的真實(shí)信息，如：氣測(cè)資料受井底壓差、鉆頭破巖尺度與速度、鉆井液稀釋程度、溫壓條件變化、脫氣器效率等因素的影響；巖樣含油氣性也受樣品保存條件、放置時(shí)長(zhǎng)、樣品處理等因素的影響。地層測(cè)試數(shù)據(jù)是衡量錄井解釋評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性或符合率的重要尺度，但地層測(cè)試是在地層鉆開(kāi)后所測(cè)得的數(shù)據(jù)，屬于非實(shí)時(shí)探測(cè)，同樣不能代表地層剛鉆開(kāi)時(shí)的狀態(tài)。如地層壓力，對(duì)于縫洞型儲(chǔ)層，壓力釋放速度較快；而對(duì)于致密低滲儲(chǔ)層，壓力釋放較慢。所以，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校正或恢復(fù)，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地層原始狀態(tài)的物性、含油氣性、孔隙壓力等信息。

3）多元化多尺（維）度融合技術(shù)。錄井作為勘探開(kāi)發(fā)的“眼睛”，需要通過(guò)技術(shù)、方法、學(xué)科的融合，實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到線、面、體，由一維到二維、三維、多維，由局部到整體，由監(jiān)測(cè)到預(yù)測(cè)，由井筒到井周，增強(qiáng)對(duì)地層的識(shí)別評(píng)價(jià)能力、對(duì)鉆井安全與壓裂選層的支撐能力，如：錄井要實(shí)現(xiàn)鉆頭前方未鉆開(kāi)地層的地層壓力預(yù)測(cè)、井筒甜點(diǎn)的三維立體評(píng)價(jià)，需要與測(cè)井、地震相融合；錄井要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)，也需要融合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、地層測(cè)試等數(shù)據(jù)，對(duì)錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行校正。

4）普適性解釋模型或評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建技術(shù)。受地區(qū)、層位、沉積相、埋深、巖性、油氣藏類(lèi)型、溫壓系統(tǒng)、儲(chǔ)層非均質(zhì)性等地質(zhì)因素，以及數(shù)據(jù)精度、井筒影響等錄井因素的影響，錄井參數(shù)計(jì)算模型、解釋圖版、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等具有較強(qiáng)的局限性，難以在不同工區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用，需要增強(qiáng)解釋模型、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的通用性，如：頁(yè)巖油氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)，不同工區(qū)具有不同的層位、埋深、沉積相、巖相、成熟度、壓力系統(tǒng)等，也具有不同的鉆井工藝、壓裂工藝、錄井工藝，需要強(qiáng)化理論指導(dǎo)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模等基礎(chǔ)研究，構(gòu)建適用性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的甜點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模型及甜點(diǎn)類(lèi)型評(píng)價(jià)模型。

3.3 錄井資料應(yīng)用

錄井采集數(shù)據(jù)和圖像的目的是滿足地質(zhì)、工程需求，因此需要不斷創(chuàng)新技術(shù)方法，提升復(fù)雜地層、復(fù)雜油氣藏、復(fù)雜工況、復(fù)雜工藝等條件下的判識(shí)、評(píng)價(jià)、決策水平。提高解釋評(píng)價(jià)水平需在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量基礎(chǔ)上，從單項(xiàng)技術(shù)挖潛、多項(xiàng)技術(shù)融合、人工智能研究、新型領(lǐng)域支撐等方面創(chuàng)新技術(shù)、方法。

1）單項(xiàng)技術(shù)挖潛。錄井采集的曲線、譜圖、圖像中包含有豐富的地質(zhì)或工程信息，不同類(lèi)型譜圖中包含的信息不同，但處理、解釋、評(píng)價(jià)方法可以相互借鑒，相互補(bǔ)充，如可以通過(guò)譜圖分割、譜圖變換、分維分形、參數(shù)組合等方式方法，提取更多的信息或參數(shù)；也可以借鑒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、地質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)等，提高錄井評(píng)價(jià)能力。

2）多項(xiàng)技術(shù)融合。復(fù)雜問(wèn)題的解決靠單一技術(shù)往往行不通，需要采用多元化、多尺度、多維度的特征參數(shù)、敏感參數(shù)共同參與計(jì)算模型、解釋圖版、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（界限值）的確定。其中，涉及3 項(xiàng)技術(shù)：一是特征參數(shù)或敏感參數(shù)的提取方法，二是多元數(shù)據(jù)的融合方法，三是參數(shù)界限值的確定方法。因此，需要掌握和利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法、參數(shù)建模方法。

3）人工智能研究。錄井是井場(chǎng)數(shù)據(jù)中心，有諸多信息沒(méi)有得到充分、有效利用。同時(shí)，有許多難題靠線性、非線性的方法難以解決，需要采用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能方法。有2 個(gè)層次：一是將已有的人工智能方法應(yīng)用于錄井，優(yōu)選合適的模型，解決相應(yīng)的難題；二是針對(duì)數(shù)據(jù)與需求，開(kāi)發(fā)適用的人工智能算法，攻克解釋評(píng)價(jià)難題。

4）新型領(lǐng)域支撐。只有要鉆井，就需要有錄井。因此，錄井的領(lǐng)域十分廣闊，包括能源領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域等，如淺層氣、天然氣水合物、氡氣、氦氣、鈾礦、鋰礦、鉀鹽、地?zé)?、干熱巖、儲(chǔ)氣庫(kù)、儲(chǔ)油庫(kù)、碳封存、儲(chǔ)氫、場(chǎng)地土壤污染成因與評(píng)價(jià)等，未來(lái)還會(huì)有新的類(lèi)型、新的領(lǐng)域出現(xiàn)，錄井要針對(duì)相關(guān)的需求與難題開(kāi)展識(shí)別評(píng)價(jià)方法研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

“十三五”期間，中國(guó)石化的錄井技術(shù)在填補(bǔ)鉆井液含油性及巖屑聲波檢測(cè)空白、提高孔喉尺度與孔隙流體檢測(cè)分辨率、實(shí)現(xiàn)鉆井液及巖屑在線錄井、挖掘元素及核磁共振錄井潛力等方面取得了一定進(jìn)展，增強(qiáng)了錄井找油找氣的視力、評(píng)價(jià)地層特性的能力，支撐了頁(yè)巖油氣、超深層油氣等的勘探突破與效益開(kāi)發(fā)。但面對(duì)日趨復(fù)雜的地質(zhì)工程條件、層出不窮的新技術(shù)新領(lǐng)域、風(fēng)云變化的國(guó)際形勢(shì)，錄井在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、全面性、經(jīng)濟(jì)性上仍不能完全滿足勘探開(kāi)發(fā)需求，仍存在諸多瓶頸與難題亟待攻關(guān)；與國(guó)外先進(jìn)錄井技術(shù)相比，仍有明顯差距；與國(guó)內(nèi)其他專(zhuān)業(yè)相比，基礎(chǔ)理論較為薄弱，技術(shù)進(jìn)步相對(duì)緩慢，需要錨定專(zhuān)業(yè)定位，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)自信，擁抱新興技術(shù)，強(qiáng)化人才培養(yǎng)。通過(guò)深化基礎(chǔ)研究、突破采集方式、創(chuàng)新評(píng)價(jià)方法，提高錄井采集的自動(dòng)化、在線化、一體化、井下化和智能化水平，提高錄井采集的分辨率、處理的準(zhǔn)確率、解釋的符合率，實(shí)現(xiàn)錄井技術(shù)的快速進(jìn)步與錄井專(zhuān)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提高保障國(guó)家能源安全的能力。