馬鴻彥 張斌 孔凡剛 龔大洪 中國石油渤海鉆探工程公司定向井分公司

隨鉆自然伽瑪測量儀在氣田開發(fā)中的應(yīng)用

馬鴻彥 張斌 孔凡剛 龔大洪 中國石油渤海鉆探工程公司定向井分公司

隨鉆自然伽瑪測量儀通常與MWD隨鉆測量儀器結(jié)合使用。利用自然伽瑪?shù)奶綔y深度和探頭到鉆頭的距離以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，借助三角幾何關(guān)系就可以預(yù)測出鉆頭到目的層的距離或地層傾角。自然伽瑪曲線與其他測井曲線相比，能更敏感地反應(yīng)地層的泥質(zhì)含量變化。井下存儲的自然伽瑪數(shù)據(jù)是相對可靠的原始地層數(shù)據(jù)，不受地面解碼和平滑濾波的影響，可以用來計算地層的泥質(zhì)含量或進(jìn)行高頻地層回旋性研究。

隨鉆測井；自然伽瑪；MWD；泥質(zhì)含量；水平井

1 技術(shù)背景

由于隨鉆測井時地層被鉆開之后暴露時間短，受泥漿侵入的影響小，地質(zhì)資料更能反映地層的真實(shí)性，因此其在實(shí)時識別地層巖性和油氣層方面優(yōu)于傳統(tǒng)的電纜測井。但是在氣井開發(fā)中對電阻率曲線的參考意義不大，所以用隨鉆自然伽瑪測井曲線和綜合錄井信息就能很好地評價地層。而且根據(jù)儀器自身的特點(diǎn)可以提前估算出鉆頭到目的層的距離，水平段調(diào)整時鉆頭到目的層邊界的距離以及地層傾角和復(fù)合鉆進(jìn)時鉆頭的傾向，從而縮短鉆井周期，提高目的層鉆遇率，促進(jìn)井眼軌跡平滑性，減少后期作業(yè)的難度，降低鉆井成本。

2 工作原理

在隨鉆測井過程中，當(dāng)γ射線進(jìn)入閃爍體（被置于閃爍探測器中）后其原子受到激發(fā)，被激發(fā)的原子恢復(fù)到正常能態(tài)時，就會放出光子，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。入射的伽瑪射線能量越高，閃光的亮度就越大，脈沖幅度也越大。以此來測量巖石總的自然伽瑪射線強(qiáng)度，以研究井剖面地層性質(zhì)，這也是隨鉆自然伽瑪測井應(yīng)用的主要目的。

隨鉆自然伽瑪測量儀通常與MWD隨鉆測量儀器結(jié)合使用，伽瑪探管一般串接在MWD定向探管之下，工作時伽瑪探測器捕獲γ射線后被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，經(jīng)過脈沖整形電路處理后，該信號變成標(biāo)準(zhǔn)脈沖，送入微處理器內(nèi)的計數(shù)器中。微處理器定時采樣伽瑪脈沖的計數(shù)值，并計算出每秒計數(shù)率，然后存入非易失存儲器中；同時將該測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)組WD隨鉆測量儀器的井下探管中，通過一系列的運(yùn)算將其轉(zhuǎn)化為泥漿脈沖信號傳到地面數(shù)據(jù)庫中；通過地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算出工具面、井斜、方位和伽瑪值。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 施工中采取的相關(guān)措施

隸屬長慶油田的靖XXX區(qū)塊的所有生產(chǎn)井對水平段的設(shè)計都超過1000m，這些井在施工過程中都面對相似的施工難度。現(xiàn)已靖38—29H4井為例來說明在全井施工過程中的難度和采取的相關(guān)措施：

（1）表層13.5寸的大井眼防碰。該區(qū)塊設(shè)計井位較多，相鄰井在上直段的防碰距離僅為5m，開鉆之后就需要下入MWD來跟蹤井斜。但是在該段施工中由于排量太大，馬達(dá)振動過大，引起地面管線振動，使壓力傳感器接收到雜波信號而不能正確地解碼，從而不能得到井斜數(shù)據(jù)。

（2）井底溫度過高。儀器在井底能夠測到的循環(huán)溫度為105℃的左右，泥漿長期靜止溫度會更高，根據(jù)施工經(jīng)驗，該儀器正常工作的溫度為100℃以下。為了能在高溫下正常工作，下鉆時采用分段制循環(huán)泥漿的方式來降低儀器到井底之后基礎(chǔ)溫度。

（3）水平段調(diào)整困難。這是所有水平井在后期都面臨的問題，5000m以上的井深、6寸的井眼、3寸的鉆桿，在長達(dá)2000m的水平裸眼段中調(diào)整一次工具面有時需要1h，而且要考慮托壓、防卡、防垮塌等井底的各種安全因素。國外公司在這方面的突破性研究為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。而目前利用自然伽瑪?shù)奶匦?，采取調(diào)整鉆壓和復(fù)合鉆進(jìn)的方式來彌補(bǔ)其缺陷并取得了良好的效果。

（4）泥漿體系復(fù)雜，伽瑪曲線失真。泥漿是鉆井工程的核心體系，整個體系保持動態(tài)平衡，也是制約水平段長度的關(guān)鍵所在。隨著井深的增加，井下情況也變得復(fù)雜，同時加入的泥漿材料也在增加，最后形成高比重、高黏度、高固相的“三高”體系。該體系除了影響儀器的正常工作之外，最關(guān)鍵的是導(dǎo)致隨鉆自然伽瑪曲線的失真，使得現(xiàn)場無法完成伽瑪曲線的定性分析，而只能通過曲線的變化趨勢來判斷地層的變化。例如XXX井水平段的參數(shù)為：斜深2915m、垂深2300m、黏度140s、比重1.38g/cm3、固相含量40%，由于MWD+GAMMA無法正常工作，且泥漿體系失衡，更換LWD和泥漿體系之后，復(fù)測所得曲線可以看出，伽瑪曲線變化趨勢相同，但是幅值相差20API。

3.2 自然伽瑪特性的應(yīng)用

（1）利用自然伽瑪?shù)奶綔y深度預(yù)測鉆頭到目的層的距離。利用自然伽瑪?shù)奶綔y深度和探頭到鉆頭的距離以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，借助三角幾何關(guān)系就可以預(yù)測出鉆頭到目的層的距離或地層傾角。在水平段施工過程中當(dāng)伽瑪曲線的值剛好出現(xiàn)層變趨勢時，就可以提前通過調(diào)整鉆壓和復(fù)合鉆進(jìn)的方式控制井斜，以減少定向鉆進(jìn)時托壓、防卡、防垮塌的風(fēng)險和調(diào)整井斜的時間。

（2）自然伽瑪在現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用。例如靖38—29H4井，其中工程設(shè)計水平段井斜為89.16°，說明地層下傾。地層傾角θ=0.84°、“著陸”點(diǎn)的設(shè)計井斜為86.5°，因為地層尚未鉆開，取伽瑪?shù)奶綔y半徑為0.5m，鉆頭到伽瑪探測點(diǎn)的距離為10m，由相關(guān)公式即可計算出鉆頭到目的層界面的距離為0.8m。也就是說，當(dāng)在伽瑪曲線上看到明顯的數(shù)值變化（層變效應(yīng)）時，按照“著陸”點(diǎn)的設(shè)計井斜（86.5°），此時鉆頭與目的層的距離為0.8m。如果繼續(xù)鉆進(jìn)0.8m，綜合錄井信息任然沒有標(biāo)明進(jìn)入目的層，說明地層傾角θ＞0.84°，即需要鉆進(jìn)更多的距離才能找到目的層。因為存在1°地層傾角的原因，在穿越目的層時井斜會自然下降，如果工程師知道地層傾角引起的井斜變化，就可以提前通過調(diào)整鉆壓和復(fù)合鉆進(jìn)來施工，從而大大減輕了施工難度，減少了卡鉆、垮塌的潛在風(fēng)險。在水平段施工過程中，井斜角往往被要求控制在1°以內(nèi)波動，如果通過定向探管測得數(shù)據(jù)來控制井斜時，鉆頭早已鉆出目的層，因為定向探管的探測盲區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于伽瑪探管的探測盲區(qū)。

3.3 計算儲層泥質(zhì)含量

自然伽瑪曲線與其他測井曲線相比，能更敏感地反應(yīng)地層的泥質(zhì)含量變化。井下存儲的自然伽瑪數(shù)據(jù)是相對可靠的原始地層數(shù)據(jù)，不受地面解碼和平滑濾波的影響，可以用來計算地層的泥質(zhì)含量或進(jìn)行高頻地層回旋性研究。泥質(zhì)含量計算公式為

式中ΔVsh為相對泥質(zhì)含量；Vsh為泥質(zhì)含量；Vsh.1為測井值；Gmin和Gmax為純砂巖和純泥巖的測井值；Gc為計算泥質(zhì)含量的經(jīng)驗系數(shù)。

在計算過程中Vsh.1測井值只能通過完井之后的電纜測井獲得；然后通過綜合信息來研究地層，對以后的施工提供參考依據(jù)。

4 結(jié)語

自然伽瑪隨鉆測井（MWD+伽瑪）是以地層剖面中各種巖層的自然放射性強(qiáng)度為基礎(chǔ)，只提供一條地質(zhì)參數(shù)曲線的測井方法。由于地殼巖層中存在的天然放射性核素在衰變時會發(fā)出不同的射線，使巖石有天然的放射性。放射性物質(zhì)在巖層中含量不同，在自然伽瑪曲線上就有不同的反映，將其特征與綜合錄井信息相結(jié)合，可以在現(xiàn)場對地層進(jìn)行實(shí)時評價。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.012