方位伽馬在水平井地質導向中的應用

梁斌(中海油田服務股份有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

自然伽馬測井是一種將地球物理測井引入非電法測井方法，在探測地層自然伽馬放射性過程中對泥巖進行測定，從而科學劃分地層剖面。方位伽馬測井的原理與傳統自然伽馬測井接近，都對地層自然伽馬放射性進行測量，但隨鉆方位伽馬將探測器安裝在開槽隨鉆設備中，借多個伽馬探測設備實現探測地層自然放射性操作，進一步獲得地質導向服務[1]。

1 方位伽瑪測井概述

地殼內的放射性核素，其一是地球產生時自身具備的放射性核素，其二是宇宙射線散射反應帶來的放射性核素。各種巖漿形成了不同含量的放射性核素，其中，變質巖內放射性核素含量緊密聯系著變質前巖石的物質特點[2]。

1.1 原理

方位伽瑪測井主要對巖層自然形成的放射性核素衰變的γ射線能級寬度測量，用閃爍計數器獲取地層的伽馬射線，在裸眼井與套管井內利用API刻度測量。基于這個角度分析，方位伽馬類似普通的電纜伽馬測井，依然使用傳統的伽馬方法整理資料。

1.2 結構

方位伽馬明顯區別其他伽馬測井儀器，使用對稱分布布局，方位伽馬測量原理如圖1所示。

圖1 方位伽馬測量原理

將上述記錄合成，向地面及時傳輸。如171.45 mm直徑的OnTrak工具由于測量未與井壁緊貼，故結果容易被鉆井濃密度、鉆井液鉀含量等因素影響，可通過軟件及時糾正。

1.3 方位伽馬測井影響因素

1.3.1 放射性統計性漲落

放射性統計漲落決定放射測量的效果，若計數率增加則統計性漲落減小，故需保證探測器有充足的計數率，達到降低測量中放射性統計漲落的目的。

1.3.2 井眼環境的影響

井眼環境易對方位伽馬測井的探測器計數造成一定干擾，若泥漿中存在吸收伽馬射線的物質，則泥漿吸引地層自然形成的伽馬射線，會對探測器造成影響；若泥漿內存在放射性物質，則增加了伽馬探測器的計數率。

2 方位伽馬測量曲線與數據成像技術

2.1 方位伽馬的測量曲線

方位伽馬隨鉆測量系統由三條測量曲線組成，即下伽馬值測量曲線、全方位伽馬值曲線、上伽馬值曲線。當單一巖性的地層內出現井眼軌跡時，三條測量曲線重合。當井眼軌跡與儲層的頂部或底部分界點巖性接近且呈變化趨向時，三條聚合的曲線出現分離。結合三條曲線的分布特點可知，軌跡與儲層的頂部和底部 接近，則可以調整軌跡。

2.2 方位伽馬數據成像的原理

隨鉆方位伽馬成像技術有效總結與編輯測量井眼環向空間的各扇區的伽馬數據，經處理得出可視化圖像，地層二維或三維成像可準確呈現地層特點。

當方位伽馬井下隨鉆測量系統與導向工具連接旋轉時，方位伽馬探管被認定為成像模式，而扇區的伽馬測量數據通過探管輸出。地面信息處理系統差值處理扇區的伽馬數據，同時按色度標定法，對成像色譜科學定義，根據刻度規則分配扇區伽馬數值形成各種級別的色度。最終在對應位置顯示被分配的顏色，得到二維或三維方位伽馬數據圖像。伽馬成像的顯示效果緊密聯系色譜的選擇，通常用淺色代表低伽馬值，深色代表高伽馬值[3]。

3 方位伽馬的應用實例

某井A系統利用鉆井、地質、LWD測井等技術實行水平井鉆井，基于著陸點和水平段采取錄井與氣測錄井技術推行地質導向施工，及時掌握預測目的層發生的改變，合理協調井眼軌跡，有利于薄油層水平井成功越過儲集層，節省了鉆井所需的時間，提升了鉆井效率。

3.1 鉆前準備階段

3.1.1 目的層段主要地質特點

由東向西以微幅背斜狀態設計目的層，體現出低幅構造特點，使構造日趨平緩，垂深大概為2 700 m，凈砂巖厚度為9～18 m。平均孔隙度大概為19%～22%，巖性是粉-細砂層，頁巖以上下形式穩定分布。通過調查相關資料可知目的層為小砂體，對目的砂體可能實現串聯，但該砂體鄰井氣測錄井不存在明顯的全烴含量。由此可知，目的層上下目標層發育較好。

3.1.2 建立地質導向模型

系統了解區塊地質特點，綜合鄰井資料比較地層，嚴格控制各個砂體的情況。井A場前期鉆探2口定向井，即A1和A2。因此，比較A1和A2地質與測井資料時，對A井采取對比研究，圍繞該水平井目的層判斷其垂深和厚度。通過分析鄰井測井資料可知，A1與A2油層有相似的垂度和厚度，根據三維地震反演體合理判斷，設計目的層頂部對比鄰井A1和A2同層位頂部垂深提前了大概2 m。因此，導向探油頂著陸操作時需合理辨別油層頂部，科學調整井眼軌跡和著陸方向。結合目的層內A1和A2形成的測井感應，對A井設計鉆前導向模型，且模擬設定測井響應。

3.2 鉆進中的地質導向應用

3.2.1 水平井著陸的導向應用實踐

選擇在距離油水邊界較遠位置設定井位，在砂層中上部劃定水平井著陸點。頁巖是A井目的層，鉆井時由LWD測井曲線可知，垂深和預測模型對比提前了2 m，加之自層形成的自然造斜，垂深增斜至井斜，基于可能存在的增厚情況，不能對軌跡提前調整。因此，根據最初設計鉆進探油頂，到井深3 356 m，電阻率接近7 Ω·m，表現了增加特性，此時伽馬數值偏高，LWD測井曲線負荷預測模型的油層頂界。綜合測錄井分析，初步判斷達到目的層頂部。鉆到目的層頂后，現實鉆頂深度提前1 m，井斜83.3°，方位76.7°，地質錄井90%砂巖。實鉆 LWD 測井特征響應圖如圖2所示。

圖2 實鉆 LWD 測井特征響應圖

探油頂操作實現后，若尾管封隔油層上部存在不穩定的層位，鉆頭下入至水平段完成著陸，系統解析油層頂部，綜合預測模型和地質特征，由地層形成朝上傾斜的角度，可知目的層底部極有可能形成提前的發展趨勢。通過井深提高造斜水平，若井深與垂深分別是3 477 m、2 900 m，則伽馬曲線呈上升趨向，砂巖體經過地質錄井分析得到頁巖薄層。導向鉆進至井深3 485 m，結合方位伽馬成像分析，地層視傾角下傾0.5～1°，為輕松控制著陸點，要輕微增加造斜率，嚴控井斜有頂。導向鉆井達到井深3 490 m，垂深2 905 m，降低了伽馬數值，深淺雙側向表現正異常，提高了電阻率，鉆頭順利到達砂巖體。

在砂巖體內利用伽馬方位成像技術得出伽馬取值范圍20～40 API，深淺電阻率高度重合，其數值保持在160～170 Ω·m之間。井深3 505 m地層產生0.5～1°的視傾角。方位出現明顯右漂的現象，基于漂移程度較小，不會對著陸中靶造成干擾。不間斷進行導向鉆井直到井深3 545 m，微調靶點深度直達著陸中靶，入靶點由于地層自然造斜干擾而發生增斜問題。

3.2.2 水平段導向應用實踐

A井Napo組Lower U層砂巖厚度偏薄，綜合橫向砂巖體產生頁巖夾層分隔，使產油砂巖層更輕薄。因此，根據砂體鉆進的狀況，為避免穿出頂部或底部 ，應增強A井水平段內地質導向精確度。但A井水平段實行鉆進時，相應擴大了地層傾角的著陸點井斜，而地層造斜在自然情況下比較嚴重，持續進行穩斜鉆井操作，即便是井深3 574 m鉆進發生微降斜，且存在軌跡和地層傾角，造成井深3 584 m時初步對深淺雙側向實現分離，在井深3 619 m的深淺電阻率和伽馬特征值產生了極值，初步預測已達到砂層頂部。預備對軌跡輕調實現降斜，加之地層和導向工具造成的干擾，無形增加了井眼軌跡的控制難度，最終鉆進井深為3 635 m，完成鉆井操作。

綜上分析，A水平井地質導向引入了伽馬成像技術，結合錄井和其測錄井技術選擇著陸點和水平段實行地質導向施工，有關結果達到了實際要求。在具體鉆井中對鉆前導向模型的測井實施驗證，即便與預判的層位頂部與現實存在差異，無法系統描述砂巖體內的頁巖薄層，但預測模型初步改進了模型描述的測井特點。該井的目的層上下層位全部產生了地層自然造斜，砂巖體表現出右移特點，但在定向施工中無法系統了解地質規律，難以綜合控制軌跡慣性與地層傾角，造成難以合理調整軌跡。

4 結語

綜上所述，方位伽馬成功取代了普通的伽馬測井，且利用測量數值系統掌握了空間方位信息，在水平井地質導向中適用，突出了快速發現與及時調整的優點，在現場生產應用中效果良好。故要深入研究方位伽馬測井的合理化應用。