方位伽马在水平井地质导向中的应用

梁斌(中海油田服务股份有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

自然伽马测井是一种将地球物理测井引入非电法测井方法，在探测地层自然伽马放射性过程中对泥岩进行测定，从而科学划分地层剖面。方位伽马测井的原理与传统自然伽马测井接近，都对地层自然伽马放射性进行测量，但随钻方位伽马将探测器安装在开槽随钻设备中，借多个伽马探测设备实现探测地层自然放射性操作，进一步获得地质导向服务[1]。

1 方位伽玛测井概述

地壳内的放射性核素，其一是地球产生时自身具备的放射性核素，其二是宇宙射线散射反应带来的放射性核素。各种岩浆形成了不同含量的放射性核素，其中，变质岩内放射性核素含量紧密联系着变质前岩石的物质特点[2]。

1.1 原理

方位伽玛测井主要对岩层自然形成的放射性核素衰变的γ射线能级宽度测量，用闪烁计数器获取地层的伽马射线，在裸眼井与套管井内利用API刻度测量。基于这个角度分析，方位伽马类似普通的电缆伽马测井，依然使用传统的伽马方法整理资料。

1.2 结构

方位伽马明显区别其他伽马测井仪器，使用对称分布布局，方位伽马测量原理如图1所示。

图1 方位伽马测量原理

将上述记录合成，向地面及时传输。如171.45 mm直径的OnTrak工具由于测量未与井壁紧贴，故结果容易被钻井浓密度、钻井液钾含量等因素影响，可通过软件及时纠正。

1.3 方位伽马测井影响因素

1.3.1 放射性统计性涨落

放射性统计涨落决定放射测量的效果，若计数率增加则统计性涨落减小，故需保证探测器有充足的计数率，达到降低测量中放射性统计涨落的目的。

1.3.2 井眼环境的影响

井眼环境易对方位伽马测井的探测器计数造成一定干扰，若泥浆中存在吸收伽马射线的物质，则泥浆吸引地层自然形成的伽马射线，会对探测器造成影响；若泥浆内存在放射性物质，则增加了伽马探测器的计数率。

2 方位伽马测量曲线与数据成像技术

2.1 方位伽马的测量曲线

方位伽马随钻测量系统由三条测量曲线组成，即下伽马值测量曲线、全方位伽马值曲线、上伽马值曲线。当单一岩性的地层内出现井眼轨迹时，三条测量曲线重合。当井眼轨迹与储层的顶部或底部分界点岩性接近且呈变化趋向时，三条聚合的曲线出现分离。结合三条曲线的分布特点可知，轨迹与储层的顶部和底部 接近，则可以调整轨迹。

2.2 方位伽马数据成像的原理

随钻方位伽马成像技术有效总结与编辑测量井眼环向空间的各扇区的伽马数据，经处理得出可视化图像，地层二维或三维成像可准确呈现地层特点。

当方位伽马井下随钻测量系统与导向工具连接旋转时，方位伽马探管被认定为成像模式，而扇区的伽马测量数据通过探管输出。地面信息处理系统差值处理扇区的伽马数据，同时按色度标定法，对成像色谱科学定义，根据刻度规则分配扇区伽马数值形成各种级别的色度。最终在对应位置显示被分配的颜色，得到二维或三维方位伽马数据图像。伽马成像的显示效果紧密联系色谱的选择，通常用浅色代表低伽马值，深色代表高伽马值[3]。

3 方位伽马的应用实例

某井A系统利用钻井、地质、LWD测井等技术实行水平井钻井，基于着陆点和水平段采取录井与气测录井技术推行地质导向施工，及时掌握预测目的层发生的改变，合理协调井眼轨迹，有利于薄油层水平井成功越过储集层，节省了钻井所需的时间，提升了钻井效率。

3.1 钻前准备阶段

3.1.1 目的层段主要地质特点

由东向西以微幅背斜状态设计目的层，体现出低幅构造特点，使构造日趋平缓，垂深大概为2 700 m，净砂岩厚度为9～18 m。平均孔隙度大概为19%～22%，岩性是粉-细砂层，页岩以上下形式稳定分布。通过调查相关资料可知目的层为小砂体，对目的砂体可能实现串联，但该砂体邻井气测录井不存在明显的全烃含量。由此可知，目的层上下目标层发育较好。

3.1.2 建立地质导向模型

系统了解区块地质特点，综合邻井资料比较地层，严格控制各个砂体的情况。井A场前期钻探2口定向井，即A1和A2。因此，比较A1和A2地质与测井资料时，对A井采取对比研究，围绕该水平井目的层判断其垂深和厚度。通过分析邻井测井资料可知，A1与A2油层有相似的垂度和厚度，根据三维地震反演体合理判断，设计目的层顶部对比邻井A1和A2同层位顶部垂深提前了大概2 m。因此，导向探油顶着陆操作时需合理辨别油层顶部，科学调整井眼轨迹和着陆方向。结合目的层内A1和A2形成的测井感应，对A井设计钻前导向模型，且模拟设定测井响应。

3.2 钻进中的地质导向应用

3.2.1 水平井着陆的导向应用实践

选择在距离油水边界较远位置设定井位，在砂层中上部划定水平井着陆点。页岩是A井目的层，钻井时由LWD测井曲线可知，垂深和预测模型对比提前了2 m，加之自层形成的自然造斜，垂深增斜至井斜，基于可能存在的增厚情况，不能对轨迹提前调整。因此，根据最初设计钻进探油顶，到井深3 356 m，电阻率接近7 Ω·m，表现了增加特性，此时伽马数值偏高，LWD测井曲线负荷预测模型的油层顶界。综合测录井分析，初步判断达到目的层顶部。钻到目的层顶后，现实钻顶深度提前1 m，井斜83.3°，方位76.7°，地质录井90%砂岩。实钻 LWD 测井特征响应图如图2所示。

图2 实钻 LWD 测井特征响应图

探油顶操作实现后，若尾管封隔油层上部存在不稳定的层位，钻头下入至水平段完成着陆，系统解析油层顶部，综合预测模型和地质特征，由地层形成朝上倾斜的角度，可知目的层底部极有可能形成提前的发展趋势。通过井深提高造斜水平，若井深与垂深分别是3 477 m、2 900 m，则伽马曲线呈上升趋向，砂岩体经过地质录井分析得到页岩薄层。导向钻进至井深3 485 m，结合方位伽马成像分析，地层视倾角下倾0.5～1°，为轻松控制着陆点，要轻微增加造斜率，严控井斜有顶。导向钻井达到井深3 490 m，垂深2 905 m，降低了伽马数值，深浅双侧向表现正异常，提高了电阻率，钻头顺利到达砂岩体。

在砂岩体内利用伽马方位成像技术得出伽马取值范围20～40 API，深浅电阻率高度重合，其数值保持在160～170 Ω·m之间。井深3 505 m地层产生0.5～1°的视倾角。方位出现明显右漂的现象，基于漂移程度较小，不会对着陆中靶造成干扰。不间断进行导向钻井直到井深3 545 m，微调靶点深度直达着陆中靶，入靶点由于地层自然造斜干扰而发生增斜问题。

3.2.2 水平段导向应用实践

A井Napo组Lower U层砂岩厚度偏薄，综合横向砂岩体产生页岩夹层分隔，使产油砂岩层更轻薄。因此，根据砂体钻进的状况，为避免穿出顶部或底部 ，应增强A井水平段内地质导向精确度。但A井水平段实行钻进时，相应扩大了地层倾角的着陆点井斜，而地层造斜在自然情况下比较严重，持续进行稳斜钻井操作，即便是井深3 574 m钻进发生微降斜，且存在轨迹和地层倾角，造成井深3 584 m时初步对深浅双侧向实现分离，在井深3 619 m的深浅电阻率和伽马特征值产生了极值，初步预测已达到砂层顶部。预备对轨迹轻调实现降斜，加之地层和导向工具造成的干扰，无形增加了井眼轨迹的控制难度，最终钻进井深为3 635 m，完成钻井操作。

综上分析，A水平井地质导向引入了伽马成像技术，结合录井和其测录井技术选择着陆点和水平段实行地质导向施工，有关结果达到了实际要求。在具体钻井中对钻前导向模型的测井实施验证，即便与预判的层位顶部与现实存在差异，无法系统描述砂岩体内的页岩薄层，但预测模型初步改进了模型描述的测井特点。该井的目的层上下层位全部产生了地层自然造斜，砂岩体表现出右移特点，但在定向施工中无法系统了解地质规律，难以综合控制轨迹惯性与地层倾角，造成难以合理调整轨迹。

4 结语

综上所述，方位伽马成功取代了普通的伽马测井，且利用测量数值系统掌握了空间方位信息，在水平井地质导向中适用，突出了快速发现与及时调整的优点，在现场生产应用中效果良好。故要深入研究方位伽马测井的合理化应用。