李 明，王志輝，李兆龍

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江 大慶 163411）

隨著油氣資源的深入勘探開發(fā)，最大限度地動用地下儲能，單一的直井開發(fā)已滿足不了勘探開發(fā)需求，對儲層進(jìn)行水平井開發(fā)能夠大范圍、最大程度上提高儲層的暴露面積，從而提高原油產(chǎn)量，近年來大慶油田已大規(guī)模展開水平井投入，實(shí)施水平井鉆探開發(fā)，既能降低開發(fā)成本，又能最大限度地動用儲能，是一種經(jīng)濟(jì)、高效的開發(fā)手段。目前大慶鉆探錄井一公司自主研發(fā)的“大慶水平井錄井地質(zhì)導(dǎo)向綜合分析系統(tǒng)”導(dǎo)向軟件輔助導(dǎo)向師在近千口常規(guī)水平井的導(dǎo)向工作中發(fā)揮了重要的作用，自主研發(fā)導(dǎo)向軟件在入靶前的著陸對比優(yōu)勢得到甲方的高度認(rèn)可，但與國外先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向?qū)I(yè)化的軟件相比仍有較大差距，自主研發(fā)的軟件在實(shí)際應(yīng)用中暴露出一些問題：①現(xiàn)有的軟件和經(jīng)驗(yàn)無法對頁巖油水平井、致密油水平井及鄰井資料較少的高難度水平井的地質(zhì)模型進(jìn)行精細(xì)化校正和對下步地層傾角提前預(yù)測。②與國外的StarSteer 軟件對比，在技術(shù)上存在著一定差距，缺少橫縱向聯(lián)動擬合功能，在運(yùn)行速度上也有待提高，軟件從功能上需要突破瓶頸提高地質(zhì)導(dǎo)向時(shí)效性以及實(shí)時(shí)性。憑自主研發(fā)的地質(zhì)導(dǎo)向軟件無法對水平井的地質(zhì)模型進(jìn)行精細(xì)化校正和對下步地層傾角提前預(yù)測，以往都是在貼近儲層邊界或出層后，才能精準(zhǔn)計(jì)算地層傾角，對儲層鉆遇率影響較大、無法完全滿足最大程度上提高儲層鉆遇率的地質(zhì)需求。錄井一公司于2019年引進(jìn)StarSteer導(dǎo)向軟件，本文以2020 年以來應(yīng)用該軟件在大慶油田進(jìn)行錄井導(dǎo)向水平井工作為例，通過StarSteer 導(dǎo)向軟件深入應(yīng)用，探索出鉆前、鉆中及鉆后的全流程導(dǎo)向新模式。

1 創(chuàng)新鉆前屬性地質(zhì)模型建立

創(chuàng)新前宏觀地震趨勢做初始構(gòu)造模型，由于依靠設(shè)計(jì)傾角及鄰井儲層厚度而建立，并不能反映儲層橫向展布特征；應(yīng)用伽馬測井反演技術(shù)建立地質(zhì)模型，在中淺層水平井建模中能夠反映儲層油層內(nèi)垂向發(fā)育情況，同樣在深層天然氣水平井中，伽馬的高低不能反映儲層的好壞，因此采用氣測反演在深層水平井中對水平段軌跡調(diào)整具有很好的指導(dǎo)意義。

但受頁巖油儲層內(nèi)伽馬特征及氣測值波動不明顯影響，伽馬測井和氣測屬性模擬建模在頁巖油水平井水平段軌跡調(diào)整具有一定的局限性，依托StarSteer 導(dǎo)向系統(tǒng)軟件應(yīng)用引用錄井參數(shù)，創(chuàng)新建模，建立最終具有構(gòu)造信息、儲層橫向發(fā)育情況以及多參數(shù)屬性的綜合二維地質(zhì)模型（見圖1）。

圖1 多參數(shù)屬性的綜合二維地質(zhì)模型

以解決鉆井現(xiàn)場遇到實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)。針對造斜階段工程定向工具面擺動問題，在鉆前地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，分析造斜至入靶階段設(shè)計(jì)軌跡位置，參考區(qū)域鐵柱子，根據(jù)巖性特征、元素分析數(shù)據(jù)變化等進(jìn)行分段地質(zhì)預(yù)測(見表1)。

表1 根據(jù)軌跡情況進(jìn)行多參數(shù)預(yù)測

2 創(chuàng)新鉆中數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)前后線互動，保障導(dǎo)向決策高效

近年來數(shù)字油田的概念已經(jīng)形成，而數(shù)字井場是數(shù)字油田的基礎(chǔ)，數(shù)字井場的一個(gè)關(guān)鍵就是井場的數(shù)據(jù)傳輸，Witsml因此應(yīng)需而生，通過研究Witsml服務(wù)部署,打通了StarSteer 與隨鉆測井儀器的數(shù)據(jù)通道，建立與隨鉆測井儀器端口的數(shù)據(jù)同步方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸為前后線無縫銜接提供技術(shù)保障，現(xiàn)場駐井導(dǎo)向與后方專家組互動溝通，集思廣益，減少分析等停時(shí)間，保障導(dǎo)向決策高效，助力鉆井提速（見圖2）。

圖2 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步工作原理流程圖

StarSteer軟件數(shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)方案如下：

StarSteer軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)的方式有兩大類，一類為從各類文檔文件中手動導(dǎo)入，另一類應(yīng)用WITSML 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)請求同步。

Witsml作為基于網(wǎng)絡(luò)，面向?qū)ο蟮男滦蛿?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，使用XML 技術(shù)定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，是石油與天然氣工業(yè)共享現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的重要標(biāo)準(zhǔn)。他定義了一個(gè)與平臺無關(guān)的規(guī)范，為不兼容的平臺提供一個(gè)有效的數(shù)據(jù)中間交換環(huán)節(jié)。

通過對鉆研自研的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器進(jìn)行調(diào)研，得到信息如下，鉆研自行研制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)其隨鉆測量參數(shù)有相位電阻率兩條，隨鉆方位伽馬四條，近鉆頭實(shí)時(shí)井斜，定點(diǎn)測斜。鉆研自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)地面配套軟件所應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫為Sqlite，是一款單機(jī)版的輕量數(shù)據(jù)庫，優(yōu)點(diǎn)是基本不需要維護(hù)，可應(yīng)付較大數(shù)據(jù)量的處理，可靠性高，但是不支持網(wǎng)絡(luò)訪問。鉆研自研儀器現(xiàn)已具備Wits 發(fā)送功能，能夠與錄井實(shí)時(shí)傳輸連接遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有的工作模式上，地質(zhì)導(dǎo)向需要三方人員配合，分別是儀器工程師、定向工程師、地質(zhì)導(dǎo)向師。實(shí)驗(yàn)自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器的井三方人員分別為鉆研鉆井工藝所技術(shù)人員任儀器工程師，鉆二定向科人員負(fù)責(zé)軌跡控制，錄井導(dǎo)向師負(fù)責(zé)地質(zhì)導(dǎo)向分析。儀器測量數(shù)據(jù)井傳輸同步到地質(zhì)導(dǎo)向師的機(jī)器，地質(zhì)導(dǎo)向分析后下達(dá)指令或建議到定向工程師，再由定向工程師進(jìn)行軌跡控制。

為解決StarSteer 軟件數(shù)據(jù)同步問題，現(xiàn)提出兩種解決方案。

方案1、Witsml 服務(wù)連接錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫組織數(shù)據(jù)。

Witsml服務(wù)部署在錄井動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器或其他內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器上，可提供對內(nèi)網(wǎng)和對外網(wǎng)的兩套數(shù)據(jù)接口，無論導(dǎo)向電腦是在現(xiàn)場外網(wǎng)環(huán)境應(yīng)用，還是在基地集中監(jiān)控都能夠同步數(shù)據(jù)，這套方案的優(yōu)點(diǎn)是錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫收集了現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向所需要的所有動態(tài)數(shù)據(jù)，Witsml服務(wù)只需要聯(lián)系一臺服務(wù)器就可以獲取所有井的所有動態(tài)數(shù)據(jù)，通用性好，無論任何儀器，經(jīng)過實(shí)時(shí)傳輸進(jìn)入動態(tài)庫后都變成了同一種組織形式，獲取和組織數(shù)據(jù)比較容易，并且服務(wù)可部署在云服務(wù)器上，安全性上由云服務(wù)器那邊統(tǒng)一管理。缺點(diǎn)是動態(tài)數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)需要專人維護(hù)，可能會出現(xiàn)部分錯(cuò)誤、重復(fù)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)有斷的情況。

方案2、Witsml服務(wù)部署在鉆研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器上直連數(shù)據(jù)庫。

由于鉆研自研旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器地面軟件的數(shù)據(jù)庫為Sqlite，不支持網(wǎng)絡(luò)訪問，所以Witsml 服務(wù)應(yīng)部署在鉆研存儲數(shù)據(jù)庫的機(jī)器上，通過本機(jī)訪問本地?cái)?shù)據(jù)庫的方式可取到LWD數(shù)據(jù)，同時(shí)該機(jī)器要接在中石油的局域網(wǎng)內(nèi)，能夠訪問錄井動態(tài)數(shù)據(jù)庫，通過訪問本地的LWD數(shù)據(jù)庫和云端的錄井動態(tài)庫來進(jìn)行組織數(shù)據(jù)。該套方案的優(yōu)點(diǎn)是LWD庫中數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)斷的情況，且儀器工程師會對數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，刪掉錯(cuò)值，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高；并且與鉆研自研的設(shè)備配套可實(shí)現(xiàn)更加緊密一致的地質(zhì)導(dǎo)向服務(wù)。該方案缺點(diǎn)為通用性差，僅與此種儀器配套使用時(shí)該套方案才能應(yīng)用，換了一種服務(wù)儀器后就無法連接儀器數(shù)據(jù)庫，各類儀器數(shù)據(jù)庫類型復(fù)雜，且權(quán)限開放程度不一，逐一配套開發(fā)不現(xiàn)實(shí)，為實(shí)現(xiàn)與自研儀器配套應(yīng)用的話，僅開發(fā)與鉆研自研儀器的數(shù)據(jù)庫連接的工作量可以接受；同時(shí)，由于該服務(wù)需部署在鉆研儀器上，需要該機(jī)器有IIS，能夠發(fā)布服務(wù)，并需部署在局域網(wǎng)中，才能獲取到云端的錄井動態(tài)庫，但鉆研儀器目前在192網(wǎng)段內(nèi)，不在中石油局域網(wǎng)中，因上述原因方案2 實(shí)施難度大，方案1 相對易于操作，為可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步最佳方案。

3 創(chuàng)新鉆中導(dǎo)向方法，實(shí)時(shí)確定鉆頭位置，確保工程不等停

3.1 橫、縱向擬合方法

導(dǎo)向核心“明確知道現(xiàn)在在哪，下一步去哪！”，應(yīng)用橫、縱向擬合方法，結(jié)合大慶地質(zhì)條件，綜合運(yùn)用地震、隨鉆錄井、測井、定向等資料，確定鉆頭所在地層位置，及時(shí)修正隨鉆導(dǎo)向模型，精準(zhǔn)預(yù)測之后用多大井斜角度及盡可能降低狗腿度平穩(wěn)鉆進(jìn)，提高儲層鉆遇率，同時(shí)降低鉆井定向施工難度，成為井下鉆頭的導(dǎo)航軟件。

3.2 多參數(shù)應(yīng)用方法

在應(yīng)用隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用錄井氣測、地化熱解、殘余碳及元素等多參數(shù)，增加科學(xué)判斷鉆頭位置的依據(jù)，提高預(yù)測地層傾角精度，減少軌跡調(diào)整次數(shù)及幅度，保障高效率鉆井。

3.3 鏡像分析對比法

總結(jié)了鏡像分析方法，解決了曲線重疊井段導(dǎo)向分析困難的問題，提高了錄井導(dǎo)向?qū)τ趶?fù)雜構(gòu)造的分析能力，根據(jù)導(dǎo)向經(jīng)驗(yàn)判斷軌跡位置，減少鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)，為鉆井安全施工創(chuàng)造地質(zhì)條件。

4 創(chuàng)新鉆后評估方法，為壓裂優(yōu)化、井位部署及標(biāo)定地震提供成果資料

4.1 為壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化提供成果資料

箱體內(nèi)：提供軌跡在箱體內(nèi)距層頂層底位置，為壓裂分段后哪段增大規(guī)?；蚰亩慰刂埔?guī)模提供依據(jù)。

箱體外：提供軌跡在箱體外距層頂層底位置，為定向射孔及穿層壓裂提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 為甲方后期部署提供數(shù)據(jù)支持

通過提供軌跡在地層中空間展布情況，對區(qū)塊內(nèi)單井小層占比、左右偏移進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提供平臺井區(qū)內(nèi)井間距位置參數(shù)，為甲方后期井間加密提供數(shù)據(jù)支持。

4.3 應(yīng)用隨鉆數(shù)據(jù)標(biāo)定地震，為后續(xù)井精準(zhǔn)建模優(yōu)化地質(zhì)參數(shù)

平臺內(nèi)水平井鉆后跟蹤導(dǎo)向認(rèn)識及導(dǎo)向數(shù)據(jù)與地震相互參考印證標(biāo)定，為后續(xù)試驗(yàn)區(qū)待鉆水平井優(yōu)化地質(zhì)參數(shù)。

5 應(yīng)用效果分析

2021 年1~12 月份共承擔(dān)82 口水平井地質(zhì)導(dǎo)向任務(wù)，其中水平段由貝克休斯公司使用LWD 儀器完成，平均儲層鉆遇率94.61%；與2020 年相比，入靶成功率提高2.7%、儲層鉆遇率提高10.06%、平均水平段長增加1192.28m、平均工期減少5.5d，平均日進(jìn)尺增加124.62m，效果顯著，項(xiàng)目研究為提速提質(zhì)提供了技術(shù)保障，隨著地質(zhì)導(dǎo)向軟件的引進(jìn)和持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，大慶錄井水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)有了飛速的發(fā)展，在現(xiàn)場82 口水平井應(yīng)用中得到驗(yàn)證，在提高非常規(guī)水平井儲層鉆遇率和助力鉆井提速上發(fā)揮應(yīng)有的作用。

6 結(jié)論與認(rèn)識

（1）通過StarSteer 地質(zhì)導(dǎo)向軟件在大慶油田的應(yīng)用技術(shù)研究，鉆前建模過程中找到工程需求契合點(diǎn)，依據(jù)設(shè)計(jì)軌跡將造斜段至入靶過程中軌跡走向提前巖性及元素特征進(jìn)行預(yù)測預(yù)判，為鉆井優(yōu)化鉆具組合、合理調(diào)整鉆井參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持；

（2）數(shù)據(jù)同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)前后線無縫銜接，現(xiàn)場駐井導(dǎo)向與后方專家組互動溝通集思廣益，減少導(dǎo)向分析等停時(shí)間，高效率指導(dǎo)導(dǎo)向工作順利開展，保障鉆井施工進(jìn)度；

（3）鉆中應(yīng)用導(dǎo)向方法可及時(shí)準(zhǔn)確超前預(yù)判下部地層傾角，與工程定向緊密結(jié)合提前進(jìn)行井斜角度微調(diào)，確保了實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的基礎(chǔ)上保障井眼平滑，鉆井過程中導(dǎo)向提前預(yù)判可以大幅度減少地質(zhì)循環(huán)等施工方案、等技術(shù)決策等突發(fā)狀況的時(shí)間，提高鉆探時(shí)效，同時(shí)避免了因識別錯(cuò)誤導(dǎo)致的方案失敗、決策錯(cuò)誤等重大質(zhì)量事故；

（4）鉆后評估技術(shù)創(chuàng)建鉆后評估方法，拓展導(dǎo)向成果應(yīng)用，通過建立圍繞Starsteer功能實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)向全流程工作模式，圍繞軟件能實(shí)現(xiàn)的功能，豐富錄井導(dǎo)向工作內(nèi)容，打造地質(zhì)工程一體化工作橋梁，建立健全融合軟件功能及工作職責(zé)的工作流程。