近钻头地质导向钻井技术在江苏油田的应用

[摘要]近钻头地质导向技术是20世纪90年展起来的一项钻井高新技术，体现了现代钻井技术与测井、油藏工程技术的结合。应用该技术能使井眼更准确的在油层中穿行，提高油层的穿遇率，增加油井产量，提高油田的采收率。文章介绍了国产CGDS172NB近钻头地质导向系统的结构特征、工作原理，并结合在江苏油田的应用实例，分析阐述了近钻头地质导向系统的优越性和重要性，对在国内推广应用近钻头地质导向钻井技术具有重要意义。

[关键词]地质导向 近钻头

穿遇率

地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是一项集定向测量、导向工具、地层地质参数测量、随钻实时解释等一体化的测量控制技术，其特征在于把钻井技术、测井技术及油藏工程技术融合为一体，被广泛应用于薄油藏、复杂油气藏的勘探和开发中。目前各油田水平井施工所使用的常规LWD（Logging While Drilling无线随钻录井）仪器，测量传感器与钻头之间存在很长的测量盲区，造成地质参数严重滞后，现场技术人员无法实时掌握地层信息。国产CGDS172NB近钻头地质导向系统能够测量钻头附近的地质参数和工程参数，可直观的判断钻头位于油层的位置和钻头处的地层特征，在实现复杂小断块油田增储上产、降低吨油成本方面起到了重要作用，经济效益十分显著。

1 CGDS172NB系统构成与工作原理

1.1系统构成

CGDs172NB近钻头地质导向钻井系统由测传马达（CAIMS）、无线接收系统（WLRS）、

正脉冲无线随钻测量系统（CGMWD）和地面信息处理与导向决策软件系统（CFDS）组成。

1.2工作原理

（1）CAlMs测传马达自上而下由旁通阀、螺杆马达、万向轴总成、近钻头测传短节、地面可调弯壳体总成和带近钻头稳定器的传动轴总成组成。该短节可测量钻头电阻率、方位电阻率、方位自然伽马、井斜、温度等参数，用无线短传方式把各近钻头测量参数传至位于旁通阀上方的无线短传接收系统。

（2）WLRS无线接收系统由上数据连接总成、稳定器、电池与控制电路、短传接收线圈和下接头组成，上与CGMWD连接，下与马达连接。接收由马达下方无线短传发射线圈发射的电磁波信号，由上数据连接总成将短传数据融入CGMWD系统。

（3）cGMWD正脉冲无线随钻测量系统包括CGMWD—MD井下仪器和CGMWD—MS地面装备。二者通过钻柱内泥浆通道中的压力脉冲信号进行通信并协调工作，实现钻井过程中井下工具的状态、井下工况及有关测量参数的实时监测。

（4）CFDs地面应用软件系统主要由数据处理分析、钻井轨道设计与导向决策等软件组成，另外还有效果评价、数据管理和图表输出等模块。应用该软件系统可对钻井过程中实时上传的近钻头电阻率、自然伽马等地质参数进行处理和分析。

2 CGDS172NB系统功能特点

随着江苏油田整体进入开发中后期，开发难度逐渐加大，迫切需要提高复杂小断块油田的开发效益。常规LWD仪器测量盲区长（井斜、方位测量点距钻头约20～22m），测量信息滞后，不能准确、直接地反映出当前所钻地层的特性；一旦穿出油层，需要浪费很长一段进尺才能追回，油层穿遇率偏低。在江苏油田这种小断块、薄油藏油田的开发中，近钻头地质导向系统具有以下特点：

2.1测量盲区短，实现了实时地质导向

近钻头参数包括钻头电阻率、方位电阻率、方位自然伽玛三条地质曲线及井斜、工具面两个工程参数，测量零长均在2～3m范围内（见图1）。能够比常规LWD仪器更早发现油层，并能根据实时地质参数及时调整井眼轨迹，保证钻头始终在油层中穿行，大大提高了油层穿遇率及采收率。

2.2能够判断钻头在油层中所处位置

近钻头导向仪器附着方位电阻率和方位伽玛两个测点，两者相差180°，通过转动工具面来调整它们的方向，可测量所朝方向上的电阻率和伽玛值。现场通过上、下两个朝向所测的电阻率和伽玛值进行对比，能够判断钻具与油层的上下位置关系，为下一步的轨迹调整提供重要依据。

2.3测传马达为可调式弯螺杆，可按照造斜率的需要将度数调整为0.75°、1°、1.25°、1.5°等。

3江苏油田地质特征及实例分析

3.1地质特征

江苏油田位于苏皖两省6市12县境内，河湖星罗棋布，素有“水乡油田”之称。油田构造破碎，地质条件复杂，探明储量分布在142个断块中，油藏规模小、断块碎、丰度低、分布散，具有“小、碎、散、贫”的地质特点。油藏类型复杂多样，有砂岩油藏、火成岩油藏、中高渗油藏、低水油藏等。

3.2实例分析

下面介绍CGDS172NB近钻头地质导向系统在江苏油田张3-2HF井的施工情况。

3.2.1本井概括

张3—2HF井是中石化华东分公司在苏北盆地海安凹陷张家垛断鼻构造张3区块布置的一口非常规大斜度拟水平井，位于江苏省海安县曲塘镇境内。井身剖面设计如下表1所示：

张3—2HF井目的层位为下第三系阜宁组三段，岩性特征为上部灰黑色泥岩与灰色泥质粉砂岩、浅灰色石英细砂岩不等厚互层；中部灰黑色泥岩夹浅灰粉砂岩；下部浅灰、浅黄色泥质粉砂岩与灰黑色泥岩、粉砂质泥岩略等厚互层。砂岩层预计厚度约3m，其中油层厚度约1m，属于上下干砂，中间含油地层。

3.2.2施工过程

本井按照原设计使用海蓝YsT-48R无线随钻仪器施工至井深3020m，起钻更换cGDs172NB地质导向仪器。钻具结构：cD215.9mmPDc钻头+测传马达（1.25°，411×410，扶正器212mm）+接收短节（411×410，扶正器210mm）+回压阀+无磁承压钻杆×1根+普通钻杆×5柱+加重钻杆×7柱+普通钻杆

从3020m增斜钻进至3217m，井斜由30°增至50.1°，方位稳定在129°。现场地质工程师通过对比邻井录井资料，分析认为在井深3089m、3210m处钻遇了两个泥岩标志层，确定油顶垂深下移2m，随采取复合钻稳斜钻进。钻进至井深3270m时，钻时明显降低，伽马值下降，电阻率升高（见图2），钻进至3275m时，通过返出岩屑对比邻井资料确定进入目的层。

钻至井深3558m，井斜增至57.2°时，伽马值升高，气测值下降。分析认为钻头处进入砂岩，或者油层物性变差，如果沿着原设计钻进会从上部穿出砂体，油层倾角比预计小4～6°。测量方位电阻率及方位自然伽马：工具面摆放到0。左右测得上伽马113.7API，下电阻率6.6m；摆放到180°左右测得下伽马77.8API，上电阻率4.3m，判断钻头在油层上方，必须降低井斜。钻至井深3602m，井斜55.6°时进入油层。由于轨迹和地层倾角吻合较好，主要采用小钻压复合稳斜钻进，遇地层变化调整钻压。

由于油气显示良好，甲方要求加深。钻至井深3880m时，伽马值由55.6API升至98API，电阻率由8.6m降至5.3m，井斜56°，分析认为井眼贴着油层下部，油层倾角有抬升趋势。由于此时井眼过长，摩阻扭矩大，托压相当严重，定向增斜己十分困难，于是加大钻压复合钻进。钻进至井深3920m，井斜57.6°时进入油层，直到井深3980m完钻，油气显示一直良好。

3.2.3施工总结

（1）由于井眼不断加深，井下钻具磨阻和扭矩不断增加且地质方面禁止混油，造成定向施工困难。必须每钻进200m短起下一次，以修整井壁、携带岩屑，使井眼保持畅通，从而减少钻具的摩阻和扭矩。

（2）进入油层以复合钻进为主，尽量通过调整钻井参数来达到增斜、降斜或稳斜的目的，保证井眼轨迹平滑。

（3）本井使用CGDS172NB近钻头地质导向仪器共测得998m地层数据，进尺960m；仪器入井时间132小时，油层穿遇率达到89%，远远高于同区块同类型井，取得了良好的经济效益。

4结论与建议

（1）近钻头地质导向系统实时性好，能够及时准确地获取地层地质参数，实时地解释地层特性，指导钻井轨迹的及时调整，从而保证实钻轨迹位于油层内。该系统对提高油层的穿遇率、提高钻井机械速度和钻井效率、缩短钻井周期、提高保护油气层和降低钻井成本等方面都具有十分重要的作用凹。

（2）国产CGDS172NB近钻头地质导向系统拥有自主知识产权，彻底改变依赖国外受制于人的局面。进入国际市场，可提高我国钻井技术在国际市场的竞争力。

（3）国内近钻头地质导向系统已经基本成型，需要进一步的科研攻关，使该系统更加成熟，并对其产品化、系列化，降低使用成本，以满足国内各个油田开发的需求。