伊朗南帕斯區塊伽馬曲線校正方法

宋曉健 董晨曦 徐洪國 李猛 楊國光 宋曉暉

1.渤海鉆探定向井公司；2.華北油田通信公司

伊朗南帕斯區塊伽馬曲線校正方法

宋曉健1董晨曦1徐洪國1李猛1楊國光1宋曉暉2

1.渤海鉆探定向井公司；2.華北油田通信公司

隨鉆自然伽馬測井是現代地質導向測井的主要技術手段，且受到諸多地層或者非地層因素的影響，其中K40對伽馬探管的探測有著較大的干擾，需要進行環境系數校正。但是在伊朗南帕斯區塊等新開發區塊，LWD生產商無法提供準確的現場校正數據和圖表，導致現場人員無法準確完成伽馬值的校正工作。通過對伊朗南帕斯SPDC19-x、SPDC15-x、SPDC4-x、SPDC6-x四大區塊中?311 mm井眼的定向井施工中得到的大量實踐數據進行優化擬合分析和matlab的數據統計，得出了新的校正方法和伽馬值的計算公式。在KCl鉆井液體系下，通過新的校正法得到的伽馬曲線與標準勘察地層伽馬值吻合度高達95%，且負值錯誤率低于1%，遠優于傳統校正方式，并且在伊朗南帕斯其余區塊20余口井的現場校正施工中得到了廣泛的應用。

K40；校正系數；校正公式；伽馬探測；回歸數據分析

隨鉆自然伽馬測井技術在現代地質導向測井中占有重要的地位，它廣泛應用于劃分儲層以及評價水平井儲層隨鉆率。一般情況下，該技術采用傳統校正方法測得的伽馬曲線能夠正確反映巖性特征信息，但在伊朗南帕斯區塊由于沒有相關校正圖版， 使得傳統校正方式測得的伽馬API 值異常，甚至出現負值錯誤的現象。地質師不能通過自然伽馬曲線圖和砂樣對比分析相應的層位地質特性信息，目標層位定位不準確，嚴重的情況下造成井眼報廢重鉆，這成為伊朗南帕斯油田海上鉆井的一個亟待解決的問題。

經大量現場分析發現，目前伊朗南帕斯油田鉆井平臺大多采用KCl/Polymer鉆井液，該鉆井液中的K40能夠降低水敏性地層黏土或泥質的水化作用，可有效改善井眼的穩定性，但是在井徑、地層溫度、儀器外徑、間隙距離等非地層因素不變的情況下，K40含量變化會導致鉆井液電阻率發生相應的變化，最終造成伽馬曲線發生突變。為此筆者通過對該區塊各井施工中得到的大量實踐數據進行分析和計算，得出了新型關于KCl鉆井液體系下伽馬值的計算公式和校正方法，利用該方法得到校正后的伽馬曲線更接近于電測標準伽馬曲線。此方法在該區塊的其他井得到了廣泛的應用，取得了很好的效果。

1 國內外研究現狀

Research status at home and abroad

1.1 傳統隨鉆自然伽馬的校正方法

Traditional correction method of gamma ray logging while drilling

隨鉆自然伽馬測井是以地層的自然放射性為基礎，通過伽馬探管沿著井眼方向記錄地層中鉀、釷、鈾元素衰變后釋放出的γ射線的數量，轉化成伽馬值。測量中，通過鉆井液實時傳輸不同垂深下伽馬值，形成伽馬曲線圖。地質師通過伽馬曲線圖和砂樣對比分析相應的層位地質特性信息，再結合實時測量的井眼軌跡幾何參數，準確判定儲層特性，然后指導現場工程師調整軌跡，控制鉆具有效穿行于油藏的最佳位置，進而實現地質導向。

伽馬探管API值校正的原始計算公式為

式中，Gapi為標準伽馬值，API；Gcps為伽馬探管的探測值，API；Madd為鉆井液附加系數；Cf為校正系數；Ec為環境補償系數。

1.2 鉆井液附加系數Madd的計算方法

Testing method for additional coefficientMaddof drilling fluid

目前國內外主要是通過經驗校正公式或者校正圖版獲得鉆井液附加系數Madd。經驗校正公式需要對地層地質參數進行數學建模，并對實際數據進行計算，地質參數多，非線性耦合強，數學建模困難,而且要求實際數據充足、準確、可靠；校正圖版通常由LWD廠商提供，由于國外知識產權的限制，校正圖版不精確、不完整，查詢計算得到的結果和實際情況差距很大。

在新開發的區塊中，由于地質信息匱乏，根據經驗公式計算出的鉆井液附加系數會出現標準伽馬值大量負值錯誤，嚴重影響隨鉆伽馬測量；而參考相似地質參數的校正圖版得出的鉆井液附加系數和實際數據出入太大，不適用在現場施工中。

2 伊朗南帕斯區塊伽馬校正出現的問題

Problems related with the gamma correction of South Pars Block in Iran

一般情況下，加入KCl鉆井液后的伽馬值明顯增高，增幅為一定值。在伊朗南帕斯油田SPDC19-03井中，測得如圖1所示的伽馬曲線，發現在加入KCl/Polymer鉆井液后，伽馬值在斜深2 850 m左右出現了異常增高現象,但從地質錄井撈得的砂樣判定L.Sur.Sh地層沒有發生變化，由此可斷定是鉀離子的加入導致的伽馬值升高。

圖1 現場異常自然伽馬曲線Fig. 1 On-site abnormal gamma ray curve

由于該區塊是新開發的區塊，沒有相應的KCl鉆井液校正圖版和標準化伽馬值校正數學模型，現場工程師很難根據傳統校正方法進行校正。即便根據傳統校正方法和過去施工經驗計算出的伽馬值也出現很大的誤差，甚至出現負值的情況，這在現場施工中是不允許的。綜上所述傳統校正方法不能滿足該區塊現場施工的要求，尋求一種新的校正方法成為必須要解決的問題。

3 KCl鉆井液體系下伽馬值的新型校正方法

New correction method for the gamma value of KCl drilling fluid system

由圖1的伽馬曲線可以近似看出，加入KCl鉆井液后的伽馬值不是無規律的變化，而是與原來的伽馬值呈現一定的關系。根據圖1的實測伽馬數據，在Matlab中應用線性回歸分析模塊對數據進行相關系數分析得出，加入KCl鉆井液前后伽馬值成比例關系。對公式（1）數學模型的分析可以得出，在環境補償系數和校正系數不變的情況下，對于不同Madd的情況下，標準伽馬值與Gcps-Madd值成線性比例關系,因此，引入比例系數SF，使得Gcps-Madd=GcpsSF,可以滿足實際計算結果不變的情況下，改變公式（1）的結構參數，避免出現由Madd引起的負值錯誤。遵循該思路，筆者設計了一種新型伽馬值校正方法。該方法通過復測伽馬曲線，采集相同井深下加入KCl鉆井液后的伽馬值，通過數據計算和回歸分析得出比例系數，根據新的校正公式對加入KCl鉆井液后的伽馬值進行校正

3.1 現場伽馬曲線的復測

On-site gamma ray curve retest

圖2 為復測伽馬曲線的流程圖，具體步驟為：

（1）首先核實記錄加入鉀離子的時間表。必須與鉆井液工程師核對鉀離子加入的時間和含量。一般情況下加入鉀離子后，整體鉆井液系統會延續到完鉆，選取的時間一般就在加入鉀離子的時間段后1 h左右。

（2）對部分井段進行復測。復測是校正的重要步驟，只有同時取得加入鉀離子前后的伽馬值，通過計算才能得到正確的校正值。復測要求：復測的井段必須是未加入鉀離子前的井段或KCl 含量改變前的井段，距離在5～10 m即可；將未加入鉀離子之前的伽馬值作為參考值，復測值作為比較值；可以與甲方監督和地質師協商進行直接復測，起鉆到指定位置，開始緩慢開泵下放鉆具，下放速度保持在1 m/3 min左右，并在自然伽馬曲線實時記錄表中記錄；也可以采取短起下開泵劃眼復測，選擇在短起下的時候要求選定井段進行慢劃眼，劃眼速度控制在1 m/3 min左右。

（3）處理數據，根據LWD plot的功能將數據導入統一的模塊，加以計算和分析，得出結論。

圖2 復測伽馬曲線的流程Fig. 2 Work flow of gamma ray curve retest

3.2 現場伽馬曲線復測結果及新的校正公式

On-site gamma ray curve retest conclusions and new correction formula

如圖3～5所示，紅色點數據是加入KCl鉆井液前隨鉆伽馬測井測到的伽馬值，藍色點數據是加入KCl鉆井液后隨鉆伽馬測井測到的伽馬值，伽馬數據點下面的虛線是數據點回歸擬合出的趨勢線。通過圖3～5實際數據的計算和統計得出，SPDC19-03井加入KCl鉆井液前后伽馬比值平均值為0.612 5，SPDC19-02井伽馬比值平均值為0.635，SPDC19-15井伽馬比值平均值為0.702 3。根據這3口井的數據可以看出：KCl鉆井液加入前后的伽馬值比值是一個小于1的常數，并且這個常數的大小只與KCl鉆井液的含量有關。定義這個常數為比例系數SF，依據上文分析結果，得出新的校正公式

式中，SF為KCl鉆井液加入前后相同垂深下伽馬數值的比例系數。

圖3 SPDC19-03井加入KCl鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 3 LWD curve of Well SPDC19-03 before and after the adding of KCl drilling fluid

圖4 SPDC19-02井加入KCL鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 4 LWD curve of Well SPDC19-02 before and after the adding of KCl drilling fluid

圖5 SPDC19-15井加入KCl鉆井液前后隨鉆測井曲線Fig. 5 LWD curve of Well SPDC19-15 before and after the adding of KCl drilling fluid

4 現場應用及校正效果

Field application and correction effect

4.1 施工過程

Construction process

目前，新型校正方法已經推廣到南帕斯各區塊的KCl鉆井液體系下伽瑪值的校正中。在伊朗南 帕 斯 區 塊 SPDC19-04、SPDC19-06、SPDC19-09、SPDC19-15井的?311 mm井眼中均使用KCl鉆井液體系，根據統計新型校正方法得到的比例系數SF在0.63～0.75之間，負值錯誤率低于1%。在該區塊，根據新校正方法得到的伽馬曲線值，與標準地層API值符合率超過95%。

以位于伊朗波斯灣東南部SPDC19-03井為例，該井垂深1 480 m，surmeh層位2 600 m左右，dashtak層底1 600～1 900 m之間有50 m的漏失層。三開?311 mm井眼套管鞋位置1 636 m，在2 723 m進入up dashtak層位后，甲方決定使用KCl鉆井液體系增加井壁穩固度。

實施步驟：核實時間表，對部分井段進行復測，下載伽馬探管中的memory數據得到復測伽馬值，計算加入KCl鉆井液前后伽馬值比值的平均值，確定比例系數SF。

（1）核實記錄加入鉀離子的時間表。SPDC19-03井相關鉆井液性能見表1。

表1 加入KCl鉆井液時間Table 1 Adding time of KCl drilling fluid

由表1確定，2016年4月12日開始加入鉀離子，并且含量到達4%，持續到14日又增加鉀離子含量至5%。從圖1可看出該井在斜深2 850 m左右伽馬值明顯升高，但從地質錄井撈得的砂樣判定dashtak地層沒有發生變化，由此可斷定是鉀離子的加入導致的伽馬值升高。同時甲方地質師要求對鉀離子進行校正。

（2）對部分井段進行復測。在SPDC19-03井，甲方監督決定進行短起到套管鞋，并且每柱進行倒劃眼?，F場人員記錄短起過程中2 850～2 860 m左右井段的伽馬值，控制劃眼速度。

（3）此趟鉆起鉆后，從伽馬探管中下載整趟memory數據并處理，具體方法為：將原鉆井液環境補償系數下的數據發送到plot的GRA API中,利用plot功能導出原始數據；在原始數據表中更改ID=53，圖形設置中的曲線數量改為2，曲線名稱為GRB API；將memory數據中的復測部分數據導入plot的GRB API中。將2組伽馬值分別均勻化處理后導出，計算各自對應井深下的伽馬值的比值，再將所有的比值利用線性回歸方程得到最終的比例系數。根據公式（2）計算加入KCl鉆井液前后的比例系數SF為0.652 1。

4.2 校正效果

Correction effect

將比例系數0.652 1帶入memory原始數據cps中，重新計算后導入plot，比較前后曲線基本一致，如圖6所示。

圖6 加入KCl鉆井液前后伽馬對比曲線Fig. 6 Comparison of gamma ray curve before and after the adding of KCl drilling fluid

導出校正后的伽馬值與加入KCl鉆井液前的伽馬曲線數據進行比對，數值前后相差在±0.008 6左右。最終，SPDC19-03井采用新校正方法得到的自然伽馬曲線圖上交甲方地質，與標準井地層電測數據作比較，符合率在95%以上，可靠性得到了驗證。

5 結論

Conclusions

（1）通過采集大量實測數據，并對數據進行數理統計和線性回歸，得出了新的校正公式，設計編寫了新的校正方案，解決了沒有校正圖表的新區塊伽馬值校正難度大的問題，并在伊朗南帕斯區塊得到了普遍應用。該方法簡便易行，大幅縮短了隨鉆伽馬測井周期，減少了隨鉆伽馬測井設備的投入成本。

（2）運用新方法得到的伽馬曲線，趨勢規律不變，數值與標準勘察地層伽馬數值吻合率在95%以上，且負值錯誤率小于1%，大幅減少了因地層測量誤差大導致的重新側鉆。

［1］高彥峰，趙文帥. FEWD地質導向技術在深層頁巖氣水平井中的應用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（4）：427-431.GAO Yanfeng, ZHAO Wenshuai. Application of FEWD geology steering technology in deep shale gas horizontal wells［J］.Oil Drilling & Production Technology, 2016,38(4)∶ 427-431.

［2］時鵬程. 隨鉆測井技術在我國石油勘探開發中的應用［J］. 測井技術，2002，26（6）：441-445.SHI Pengcheng. Application of logging while drilling technique in petroleum exploration and development in China［J］. Well Logging Technology, 2002, 26（6）∶ 441-445.

［3］Holden A J, Asa N H, Thorsen A K, Gravem T, Inteq B H.Application and interpretation of multiple advanced LWD measurements in horizontal wells［C］. SPWLA 47th Annual Logging Symposium, June 4-7, 2006.

［4］施建華，余元華. 環境因素對隨鉆測井測量結果的影響［J］. 西安石油學院學報，1996，11（3）：31-34.SHI Jianhua, YU Yuanhua. Effect of environmental factors on logging results while drilling［J］. Journal of Xi’an Petroleum Institute, 1996, 11（3）∶ 31-34.

（修改稿收到日期 2017-06-27）

〔編輯 薛改珍〕

A correction method for the gamma ray curve of South Pars Block in Iran

SONG Xiaojian1, DONG Chenxi1, XU Hongguo1, LI Meng1, YANG Guoguang1, SONG Xiaohui2

1. Directional Drilling Service Company,CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited,Tianjin300280,China;
2. Communication Company,PetroChina Huabei Oil field Company,Renqiu062550,Hebei,China

Gamma ray logging while drilling is currently one important geo-steering logging technology. Due to the in fluence of many formation or non-formation factors, the gamma ray pipe detection is interfered more by K40, so the environmental coefficient shall be corrected. In newly developed blocks (e.g. South Pars Block in Iran), however, on-site operators cannot correct the gamma value accurately for LWD manufacturer cannot offer accurate field correction data and charts. In this paper, optimization fitting analysis and matlab data statistics were carried out on abundant practical data obtained during the directional drilling of ?311 mm hole in four blocks of South Pars, Iran, including SPDC19-x, SPDC15-x, SPDC4-x and SPDC6-x. And a new correction method was developed and a new gamma calculation formula was established. When KCl drilling fluid system is used, the gamma ray curve plotted on the basis of the new correction method is highly accordant with the gamma value of reference exploration formation, with accordance rate of 95% and error ratio lower than 1%. Obviously, it is much superior to the traditional correction technologies. It has been widely applied to the field correction of over 20 wells in other blocks of South Pars in Iran.

K40; correction coefficient; correction formula; gamma ray detection; regression data analysis

∶

宋曉健，董晨曦，徐洪國，李猛，楊國光，宋曉暉.伊朗南帕斯區塊伽馬曲線校正方法［J］.石油鉆采工藝，2017，39（5）：584-587，593.

P631

A

1000 – 7393（ 2017 ）05 – 00584 – 04 DOI∶10.13639/j.odpt.2017.05.010

宋曉?。?986-），2009年畢業于天津大學精密儀器學院測控技術與儀器專業，主要從事定向井儀器應用方面的研究，工程師。通訊地址：（062552）河北省任丘市渤海鉆探定向井分公司。E-mail∶ tju210sxj@126.com

: SONG Xiaojian, DONG Chenxi, XU Hongguo, LI Meng, YANG Guoguang, SONG Xiaohui. A correction method for the gamma ray curve of South Pars Block in Iran［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5)∶ 584-587, 593.