譚偉雄 尚鎖貴 馬金鑫 郭明宇 李戈東 徐 昱

(①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；②中海石油(中國)有限公司天津分公司)

0 引 言

錄井技術(shù)是油氣勘探開發(fā)工作中的一項隨鉆監(jiān)測、評價技術(shù)，包含了錄井信息的采集、處理和應(yīng)用。通過傳感器跟蹤鉆井施工，獲取地下和井場信息，數(shù)據(jù)具有多樣性、連續(xù)性和實時性等特點[1]。錄井采集的原始數(shù)據(jù)有50多種，但其衍生的中間數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)達500多種。隨著數(shù)據(jù)遠程傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，從錄井資料中提取鉆井工程所需的各種信息成為可能。利用錄井資料建立連續(xù)反映地層特征的各種變化規(guī)律能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化鉆井，推動技術(shù)應(yīng)用研究，因而得到了普遍重視[2-3]。

自2005年以來，渤海探區(qū)綜合應(yīng)用ALS-3錄井系統(tǒng)、geoNEXT錄井系統(tǒng)、井場信息實時傳輸系統(tǒng)、井場巖性薄片鑒定、X射線元素錄井、XRD全巖衍射錄井和PreVue地層壓力錄井等技術(shù)手段，在鉆井工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，并具有廣闊的發(fā)展前景。

1 應(yīng)用研究方向及范圍

隨著錄井基礎(chǔ)理論體系的形成與發(fā)展，系統(tǒng)提出了信息采集理論、油氣評價理論和工程應(yīng)用理論，錄井在鉆井工程服務(wù)中的主要內(nèi)容包括地層壓力隨鉆預(yù)測與監(jiān)測、工程異常預(yù)警、有毒有害氣體檢測與預(yù)報等[4]。隨著鉆井工程異常機理分析及技術(shù)應(yīng)用推廣，數(shù)學(xué)地質(zhì)方法在鉆井工程中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)遠程傳輸和處理等技術(shù)的進步，推動了基于錄井資料的鉆井工程應(yīng)用技術(shù)研究快速發(fā)展。按照工程錄井在鉆井工程服務(wù)中的主要服務(wù)范圍和技術(shù)應(yīng)用研究進展，劃分了五大應(yīng)用研究方向(表1)。

表1 錄井資料在鉆井工程中的應(yīng)用分類

2 應(yīng)用研究進展

2.1 地層巖性解釋

地層巖性解釋需要結(jié)合巖石學(xué)、地球化學(xué)的巖石解釋方法，并引入元素俘獲測井、巖石薄片鑒定等巖性解釋手段，實現(xiàn)地層巖性準(zhǔn)確定名，從而修正地層巖性解釋模型，提高解釋精度。

渤海探區(qū)基于錄井資料，應(yīng)用數(shù)學(xué)地質(zhì)研究方法，針對渤海潛山多結(jié)構(gòu)、多巖性、多成因的特點，形成了適應(yīng)渤海探區(qū)地質(zhì)特點的地層巖性解釋評價方法。孫哲等[5]運用敏感元素含量交會圖方法，建立了3類主要巖性的元素區(qū)分圖板和火山巖、碳酸鹽巖的元素成分命名圖板；尚鎖貴等[6]通過建立渤海油田元素錄井巖性判別函數(shù)，提高了元素錄井的巖性解釋精度；胡云等[7]總結(jié)出三大巖類在礦物含量上的差異性規(guī)律，篩選出石英、長石、暗色礦物等敏感元素，通過不同礦物交會分析，建立了火成巖、砂泥巖和碳酸鹽巖不同巖性特征的圖板；闞留杰[8]利用井場薄片巖性鑒定技術(shù)準(zhǔn)確識別出沙河街組生物碎屑灰?guī)r、古生界灰?guī)r和白云巖、中生界凝灰?guī)r等，切實提高了對地層復(fù)雜巖性及疑難層位識別、判斷的準(zhǔn)確率。

2.2 地層可鉆性分析

綜合考慮鉆壓、轉(zhuǎn)速、鉆井液性能、鉆頭類型、水力參數(shù)、鉆井設(shè)備等因素，探索鉆井參數(shù)與地層參數(shù)對鉆井速度的影響規(guī)律，建立機械比能、功指數(shù)、可鉆性極值計算模型，用于判斷地層的致密程度以及鉆頭的使用情況。

譚偉雄等[9]引入模糊數(shù)學(xué)理論將功指數(shù)和巖石力學(xué)參數(shù)有機結(jié)合，建立了測錄綜合評價方法，對潛山儲層進行快速識別與評價(圖1)；陳迪等[10]通過鉆井效率分析軟件對機械比能值進行監(jiān)測，綜合判定鉆頭磨損程度、鉆井參數(shù)選用的合理性，計算地層巖性的強度；張志虎等[11]針對監(jiān)測鉆頭失效、磨損以及鉆頭泥包等問題提出了功指數(shù)在鉆井工程中的應(yīng)用步驟，取得良好應(yīng)用效果。

圖1 渤海探區(qū)X井測錄綜合解釋成果圖

由于地層具有區(qū)域性、局部性和暫時性，方法的推廣應(yīng)用受到了制約，需要不斷地更新和修正分析指標(biāo)，結(jié)合地質(zhì)力學(xué)(地應(yīng)力、巖石力學(xué))、地層壓力、水力學(xué)和鉆柱振動的深入研究，擴大在鉆井效率監(jiān)測、鉆頭磨損監(jiān)測、鉆頭泥包監(jiān)測等鉆井工程中的應(yīng)用范圍。

2.3 地層壓力隨鉆監(jiān)測

異常壓力的成因和保存機理是異常壓力隨鉆監(jiān)測的理論基礎(chǔ)，異常壓力理論和隨鉆監(jiān)測方法的選擇為地層壓力監(jiān)測的關(guān)鍵要素。另外，鉆井液性能變化直接反映井下地層變化情況，實現(xiàn)對鉆井液表征參數(shù)的實時監(jiān)測能夠及時判斷地層壓力的變化。

毛敏等[12]論述高溫高壓特殊錄井條件下，基于監(jiān)測軟件的更新，結(jié)合隨鉆測井資料進行隨鉆地層壓力監(jiān)測；譚偉雄等[13]在綜合研究異常高壓形成機理的基礎(chǔ)上，編制地層異常高壓分布圖，指導(dǎo)作業(yè)現(xiàn)場基于氣測錄井、dc指數(shù)錄井、PreVue地層壓力錄井等技術(shù)手段，開展地層異常高壓的監(jiān)測和預(yù)測；郭東明[14]采用地層壓力監(jiān)測技術(shù)，利用dc指數(shù)、聲波時差及地層孔隙壓力等曲線數(shù)據(jù)對大套泥巖段地層進行了精細對比，通過泥巖段內(nèi)部細微參數(shù)變化發(fā)現(xiàn)本井與鄰井的層位關(guān)聯(lián)與差異。

2.4 鉆井工程監(jiān)控與預(yù)警

井下復(fù)雜情況的識別和監(jiān)測技術(shù)取得快速發(fā)展，逐步向信息化、智能化和自動化方向發(fā)展，監(jiān)測和診斷系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。鉆井工程監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)整體方案的實現(xiàn)，需要綜合錄井與地質(zhì)工程、地球物理、信息工程等學(xué)科綜合應(yīng)用，發(fā)展配套解釋應(yīng)用軟件和綜合信息平臺，對鉆井全過程進行監(jiān)控。

陳迪、倪朋勃等[10，15]論述了Thema智能分析軟件根據(jù)各項參數(shù)智能分析鉆井工程情況，諸如通過鉆具振動、鉆井效率、井眼清潔情況、同步事件等進行智能分析，實時分析鉆頭磨損、鉆具磨損、井眼清潔、壓力平衡等情況，并提出合理化建議；袁洪水等[16]論述鉆井實時監(jiān)測與分析系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，利用遠程實時數(shù)據(jù)進行鉆井施工措施和鉆井參數(shù)優(yōu)化與分析、實時技術(shù)決策；和鵬飛等[17]利用E-Drilling、Landmark、Drillwoks等軟件的相關(guān)計算模型，結(jié)合已鉆老井?dāng)?shù)據(jù)，對該井下步作業(yè)中的摩阻、水力、地層壓力等參數(shù)進行模擬預(yù)測。

2.5 綜合信息平臺建設(shè)

渤海探區(qū)通過井場信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫開發(fā)，建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，實現(xiàn)了井場數(shù)據(jù)高效、統(tǒng)一的存儲、管理。搭建實時數(shù)據(jù)傳輸及遠程支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程井場信息的實時可視化(圖2)；開發(fā)終端信息發(fā)布平臺，在即時通信的基礎(chǔ)上，提供作業(yè)匯報、備鉆跟蹤、專業(yè)計算等應(yīng)用服務(wù)。

圖2 渤海探區(qū)遠程數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)

信息采集和信息處理技術(shù)得到快速發(fā)展，集成化信息應(yīng)用平臺開發(fā)急需融合地質(zhì)資源與地質(zhì)工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)等多學(xué)科知識，加快大數(shù)據(jù)、智能化技術(shù)的引入和綜合應(yīng)用，形成完善的商業(yè)化應(yīng)用平臺。綜合信息平臺和商業(yè)化應(yīng)用平臺快速發(fā)展對推動錄井學(xué)科建設(shè)、促進錄井技術(shù)進步具有重要作用，是錄井學(xué)科快速發(fā)展的主要方向。

3 結(jié)論與建議

(1)依托于數(shù)學(xué)地質(zhì)理論和綜合信息平臺的建立，加強信息采集技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和計算機技術(shù)融合，促進錄井基礎(chǔ)理論體系和技術(shù)服務(wù)體系的形成與發(fā)展。當(dāng)今地質(zhì)力學(xué)、工程力學(xué)、地球化學(xué)、信息工程等多學(xué)科交叉，以及錄井裝備技術(shù)的發(fā)展，擴大了錄井資料在鉆井工程中的應(yīng)用研究范圍。

(2)綜合錄井的研究對象包括地層巖石、地層流體、鉆井工藝、循環(huán)介質(zhì)等，錄井參數(shù)信息多源，國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)錄井資料與地層信息的相關(guān)性，不斷開發(fā)集成的數(shù)據(jù)采集、篩分、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，擴大了錄井資料在區(qū)域之間的鉆井工程應(yīng)用研究成果的推廣，并在巖性解釋、地層可鉆性分析、地層壓力監(jiān)測與預(yù)測、鉆井工程監(jiān)控與預(yù)警和綜合信息平臺建設(shè)等方面取得了豐碩的成果。

(3)錄井資料在鉆井工程中的應(yīng)用向自動化、智能化方向發(fā)展，離不開錄井軟、硬件裝備的研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用。對集成化的應(yīng)用平臺的開發(fā)，加快信息技術(shù)的引入和綜合應(yīng)用，建設(shè)完善的錄井綜合信息平臺(信息采集、信息處理、信息應(yīng)用)，是推動錄井資料在鉆井工程應(yīng)用研究快速發(fā)展的重要方向。