MRC 近钻头地质导向系统总体设计与应用

第37卷第4期2015年7月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYVol.37No.4July2015文章编号：1000–7393（2015）04–0001–04　　　doi:10.13639/j.odpt.2015.04.001MRC近钻头地质导向系统总体设计与应用王　智　锋（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营　257017）引用格式：王智锋.MRC近钻头地质导向系统总体设计与应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：1-4.摘要：地质导向钻井技术已成为复杂结构井地层评价的重要手段。但常规地质导向系统测量参数测点平均测量零长大于20m，离正钻地层较远，测量信息相对滞后，对薄油层开发尤其不利，并且常规自然伽马测量不具有测量方位信息能力，不能及时判断钻具在油层中发生的变化。胜利钻井院研制的MRC近钻头地质导向系统采用电磁波电阻率、方位伽马和井斜一体化设计技术，实现近钻头地质参数与工程参数集成测量，实现了近钻头测量，大大缩短了测量零长（测量零长小于10m），能够实时监测地层特征信息、辨别地层变化，测量的参数具有方位特性，能够确定储集层边界的位置，利于及时调整井眼轨迹，降低打穿油层的风险，提高储层钻遇率。现场应用证明，该系统测量数据准确、工作稳定可靠，应用单井都获得了较高的储层钻遇率。通过与常规地质导向系统应用效果对比，该系统更能实现对地层特性的判断和钻头在储层内穿行精确控制，平均单井储层钻遇率提高10%以上，可为薄油层的开发提供有力的技术支撑。关键词：地质导向；界面识别；方位伽马；电磁波电阻率；随钻测量；MRC；测量零长中图分类号：TE243　　　文献标识码：AOveralldesignandapplicationofMRCnear-bitgeosteeringsystemWANGZhifeng（DrillingTechnologyResearchInstitute,SINOPECShengliPetroleumEngineeringCo.Ltd.,Dongying257017,China）Abstract:Geosteeringdrillingtechnologyhasbecomeanimportantmethodforstratumassessmentofwellsincomplexstructure.However,surveypointsofmeasuringparametersofconventionalgeosteeringsystemfeatureaveragemeasuringzerolengthabove20m,relativelyfarawayfromdrillingstratum,thuscausingrelativelagofsurveyinformation,whichisinparticularadverseforthinreservoirdevelopment,andconventionalnaturalgammasurveyingdoesnothavethecapacityofmeasuringazimuthinformation,andcannottimelyjudgechangeofdrillingtoolsinoilreservoir.Theelectromagneticwaveresistivity,azimuthgammaandwelldeflectionintegrateddesigntechnology,whichisdevelopedbyShengliDrillingTechnologyResearchInstituteandisadoptedbyMRCnear-bidgeosteeringsystem,realizesintegratedmeasurementofnear-bitgeologicalparametersandengineeringparameters,andrealizesnear-bit(measuringzerolengthlessthan10m)measurement,greatlyshortensmeasuringzerolengthItalsorealizesreal-timemonitoringofstratumfeatureinformationaswellasidentificationofstratumchange.Themeasurementparametershasazimuthfeaturestoenabledeterminationoflocationofboundaryofreservoirstratum,facilitatetimelyadjustmentofwelltrack,lowertheriskofreservoirpenetrationandimprovecatchingrate.Ithasbeenprovedfromfieldapplicationthatthesystemfeaturesaccuratemeasureddata,stableandreliableoperation,andachieveshighreservoircatchingrateinsingle-wellapplication.Incomparisonwiththeapplicationeffectsofconventionalgeosteeringsystem,thesystembetterrealizesjudgmentofstratumfeaturesandaccuratecontrolofdrilltrackinsidereservoirs,andimprovesaveragereservoircatchingrateforsinglewellbyabove10%,andcanprovidepowerfultechnicalsupportfordevelopmentofthinoilreservoir.Keywords:geosteering;interfaceidentification;azimuthgamma;electromagneticwaveresistivity;measurementwhiledrilling;MRC;measurezero-length基金项目：中石化石油工程公司重点攻关项目“MRC地质导向系统工程化应用研究”（编号：SG13-33X）。作者简介：王智锋,1975年生。2011年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，获博士学位，现为副总工程师，主要从事钻井技术研究和管理。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]。石油钻采工艺　2015年7月（第37卷）第4期2地质导向钻井技术是地质、钻井施工的综合信息应用［1］。随着随钻测控技术的迅猛发展，地质导向钻井技术成为大斜度井、水平井和多分支井等复杂结构井地层评价的重要手段［2］。但常规地质导向系统测量参数测点平均测量零长大于20m，离正钻地层较远，测量信息相对滞后，对薄油层开发尤其不利，其自然伽马不具有测量方位信息能力，不能及时判断钻具在油层中发生的变化。具有方位特性的近钻头地质导向系统由于测量零长相对较小（小于10m），克服了常规地质导向系统的不足。现场定向井工程师利用获得的实时测量参数，能够及时识别储层顶部岩性信息、识别地层变化，通过方位特性测量，确定钻具在储层中的位置，随时调整井眼轨迹，使轨迹沿油层展布方向钻进，保证油层钻遇率。斯伦贝谢、哈利伯顿、贝克休斯等油服公司先后研发了近钻头地质导向系统。胜利钻井院在前期双参数地质导向系统研制成功的基础上，开展了具有方位特性的近钻头地质导向系统的研究，研发了以多频多深度随钻电磁波电阻率和近钻头方位伽马为核心的MRC近钻头地质导向系统。1　MRC近钻头地质导向系统设计特点MRC近钻头地质导向系统是在由感应电阻率和伽马形成的第1代双参数地质导向系统基础之上，以电磁波电阻率取代感应电阻率，前移方位伽马随钻测量仪形成的新的近钻头地质导向随钻测量系统。MRC近钻头地质导向系统主要包括近钻头井斜/伽马测量系统、随钻电磁波电阻率测量系统、高速总线互连系统、MWD无线随钻测量系统等。整个系统采用多参数紧凑型设计，以多频多深度电磁波电阻率测量仪为核心，自然伽马采用方位结构设计，测井斜工具采用近钻头结构设计，将方位伽马、近钻头井斜、电磁波电阻率结构集成在1根钻铤上，连接在动力钻具的后面，上接MWD测量仪，实现了工程参数（井斜及方位）、地质参数（多深度电磁波电阻率和自然伽马）与近钻头井斜一体化集成设计。同时还可通过增加旋转方位测量模块，对自然伽马计数率进行分扇区统计，实现动态方位自然伽马测量。与原有技术相比，MRC近钻头地质导向系统同时可实现近钻头测量方位伽马及不同探测深度电阻率，主动调整井眼轨迹，降低打穿油层的风险，提高储层钻遇率和油气采收率。此外，MRC近钻头地质导向系统亦可串接其他随钻测量仪器组合使用，例如随钻中子、随钻刻度、随钻密度测井仪等，更适用于复杂油气藏开发的多参数随钻地层评价。表1　MRC近钻头地质导向系统技术指标参数数值连续工作时间/h230最高工作温度/℃150最高工作压力/MPa138旋转度/（°）·（100m）-140、24、18电阻率垂直分辨率/mm229测量范围/Ω·m0.1~2000（相位差），0.1~200（幅度比）测量精度±1.5ms/m（电导率）或±2%（取两者大值）测量零长/m11.8方位伽马测量上、下伽马范围/API0~255准确度±2API、50API垂直分辨率/mm152测量零长/m9.7（假设动力钻具长8m）近钻头井斜井斜范围0~180°，精确度±0.1°测量零长/m8.95（假设动力钻具长8m）2　MRC近钻头地质导向系统界面识别技术2.1　随钻方位伽马仪器穿越储层的响应特征常规自然伽马测量不具有测量方位信息能力，只能显示钻头处于储层还是非储层中，一旦由于地层变化或者其他原因钻头钻出储层之后，不能及时指导定向工程师引导钻头重新回到储层中去。MRC近钻头地质导向系统提供近钻头方位伽马测量数值，结合旋转方位信息，记录多个扇区的测量值，因此这些测量值包含了井下仪器的方位信息，通过这些实时上传的上、下伽马数据，可以迅速通过调整钻头方位使钻具重新在储层中穿行。通常利用常规伽马数值计算地层倾角时，很难得到准确的视地层倾角值。但利用方位伽马信息，不论何种情况仅需经过1个层面，就能够得到钻出储层处储层面视地层倾角资料，并且能够判断出钻头钻出储层中的位置，从而为尽快调整井眼轨迹提供了可能，真正达到地质导向实时决策的目的。通过MRC近钻头地质导向系统测量的方位伽马可以计算出仪器与地层界面之间距离，并能够对钻头穿出储层上界面或下界面时的决策进行调整。利用方位伽马计算的结果可以进行地层倾角预测，提高油层钻遇率［3］。如图1，从顶部进层时，下伽马值首先降低，然后上伽马值降低；从顶部出层时，上伽马值首先抬起，然后下伽马值抬起；从底部进层时，上伽马值首先降低，然后下伽马值降低；从底部出层时，下伽马值首先抬起，然后上伽马值抬起；完全进层3王智锋：MRC近钻头地质导向系统总体设计与应用或出层后，上、下伽马值基本一致。图1　方位伽马边界响应示意图2.2　随钻电阻率测量仪器穿越储层的响应特征MRC近钻头地质导向系统提供的多频多深度电磁波电阻率随钻测量仪原理是在穿越地层介质时电磁波将产生衰减和相位移，并且穿越不同地层介质，电磁波产生的衰减和相位偏移也不近相，因此，可以通过测量电磁波的衰减和相位移来计算地层的电阻率和介电常数。最简单的电磁波电阻率测量系统由1个发射天线和2个接收天线构成。通过发射天线的电流会形成一个磁场，后者通过井眼和周围地层传播到2个接收天线。借助这2个测量的时序和所收到的信号幅度，可以计算信号所穿越地层的电阻率［4-5］。MRC多频多深度电磁波电阻率测量仪采用2MHz和400kHz的2个不同的电磁