地质导向钻井工艺研究综述
---- 中国石油学会石油工程专业委员会钻井工作部2005年学术研讨会暨第五届石油钻井院所长会议
论文摘要：
本文在综述国内外地质导向钻井技术发展状况的基础上，综合介绍了胜利钻井院承担的中石化集团公司项目“地质导向钻井工艺技术研究”的部分研究成果与应用效果，利用初步形成的地质导向现场应用技术成功地实施了地质导向钻井，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。
关键词：
地质导向 钻井工艺 LWD 自然伽马 电阻率 复杂油气藏
引 言
地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，是用地质信息、随钻测井（LWD-Logging While Drilling）仪器响应和用于引导井眼进入目的层并保持在目的层内的解释技术的一种综合[1]。在钻井过程中，通过实时测量多种井底信息，对所钻地层的地质参数进行实时评价，从而精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。
世界上先进的地质导向系统已经应用了近钻头传感器，可以测量距钻头1～2m范围内的井斜角、方位角、地层电阻率、伽马射线和转速等数据，通过无线传输系统（电磁波）把这些数据从钻头附近传到MWD系统。这样可以更好地引导钻头穿过薄层和复杂地层，利用测井数据直接进行地质导向钻井，而不是按预先设计的井眼轨道钻井。该系统集井眼轨迹测量控制技术和随钻测井技术为一体，相当于在钻头上开了一个“窗口”，现场地质师和定向工程师根据仪器反映的所钻地层岩性及其孔隙流体的客观情况，能够及时“看到”所钻井眼的井身轨迹、地层岩性及其孔隙流体物性，并以此来设计和控制井眼轨迹的走向，及时调整和修改原钻井设计，使钻头能够安全有效地沿着油层目标钻进[2,3]。
国外的地质导向钻井技术已经相当成熟，能够实时测量近钻头处的地质参数和工程参数。而目前国内因仪器研制与技术研究起步较晚，基本处于国外第一代产品的初期水平，实时地质参数较少，测点离钻头较远。然而，地质导向钻井的重要性和潜在经济价值早就为国内钻井界所瞩目，研制地质导向工具、研究地质导向钻井工艺已势在必行。
地质导向工具在老油田后期开发、提高采收率及油层薄、形状特殊的难采油藏开采方面具有明显的效果和显著的经济效益。胜利油田存在着大量的复杂断块油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等复杂油气藏，地质导向钻井技术为开发上述类型油藏提供了强有力的技术支撑，
具有广阔的应用市场。
1 国内外地质导向钻井技术发展状况
1.1 国外地质导向钻井技术发展状况
1993年Anadrill公司首次提出地质导向概念并研制出了第一套地质导向工具。Halliburton、Baker Hughes Inteq和挪威国家石油公司（Statoil）等也相继研制出了他们各自的地质向导工具。Anadrill公司研制的综合钻井评价和测井系统（IDEAL-Integrated Drilling Evaluation And Logging）由一个在其外壳内装有定向测量和地层评价测井传感器的可转向仪表化泥浆马达和一个可以直接接在钻头上的近钻头电阻率测井接头组成。可以探测出距钻头1～2m范围内的地层电阻率、伽玛射线、井斜、地层孔隙压力以及其他有用数据，然后通过无线电传输系统（电磁波）把数据从钻头处传送到位于钻柱上部位置的随钻测量（MWD）工具，再经MWD把数据传输到地面。目前IDEAL己在实际钻井中得到了广泛应用。到1996年底，仅在欧洲和非洲就有13家公司应用该技术在6个国家钻井近50口井，总进尺超过32000m，取得了良好效果。
1994年Baker Hughes Inteq首次推出第一套NaviTrak小曲率MWD系统和NaviGator产层导向系统。
1995年在小井眼随钻电阻率测井仪器方面成果颇丰。Sperry Sun推出Slim1 Phase4内存型φ120.65mm（ ）仪器。Anadrill研制出ARC-5仪器。Baker Hughes Inteq推出NaviMPR、IDS仪器。Halliburton公司在1995年研制出了名为PZST（Pay Zone Steering Tool）的地质导向工具，将它直接装在泥浆马达和钻头之间，可以提供伽玛射线、井斜和地层电阻率数据。该工具己于1996年起纳入工业应用。1995年挪威国家石油公司（Statoil公司）研制出了应用声波反射原理探测井眼轨迹与地层流体界面和地层界面相对位置的POSLOG地质导向工具。但目前还未见到这种地质导向工具成功推广应用的报道。
20世纪90年代后期，Anadrill公司拥有随钻测井仪器CDN／CDR、地质导向仪器Geostreeing、随钻声波仪器ISONIC以及Powerpulse MWD仪器系列等主导产品。Halliburton以HDSIM、CWRGM、CLSS和DNSC为其主要服务产品。Anadrill公司的随钻成像仪器已投入商业使用。同时，Anadrill公司在2000年新推出了 ARC-6和ARC-8等来取代现有的系列仪器。目前的随钻测量工具己完全具备了随钻测井及地质导向的能力，并使随钻定向测量及测井工具传感器更加接近钻头。Baker Hughes Inteq公司最新推出了连续旋转闭环定向钻井系统（AutoTrak RCLS-AutoTrak Rotary Closed Loop System，简称AutoTrak），该系统集钻进和随钻测量为一体，由旋转钻井下部导向钻具组合、CDR随钻测量系统、带CDR和AND的随钻测井系统和地面计算机监控系统组成，其核心为旋转导向钻具，能够在连续旋转过程中提供精确
的定向控制，实现方位和井斜的调节。
国际上的MWD／LWD制造公司主要有八家，生产约20个系列的8种产品，可以测量30多种参数。仪器外径从 到 ，基本上能够满足各种定向井类型的需要。近年来，在MWD／LWD的实效性、高利润和先进性的诱惑和驱使下，世界上大的石油工程服务公司都加强了随钻测井技术的研发力度。目前该项技术主要被Schlumberger、Halliburton和Baker Hughes三大公司所垄断。Schlumberger为随钻测井技术的集大成者，服务领域从早期主要集中在海洋钻井平台服务逐步向陆地钻井服务中推进。
国外典型的地质导向钻井系统是法国安纳森公司的综合钻井评价和测井系统，己在北海定向井和墨西哥湾水平井等项目中施工了50多口井，取得了良好的经济效益。
目前，国外不但有较先进的地质导向硬件工具，而且具有与之配套的随钻地质工程参数解释与地质导向应用软件系统。国外地质导向钻井技术的发展趋势是随钻测量仪器的多样化、测量参数向钻头靠近的钻头智能化、基于地质－钻井可视化的地质建模、实时对比解释和钻井施工过程的系统化。
1.2 国内地质导向钻井技术发展状况
1996年中油北京地质录井技术公司（现中油测井公司）从美国Halliburton引进了国内第一套PathFinder LWD和SLIM1 GR MWD装备。经过近几年的技术消化和吸收，组建了自己的作业队伍和研究力量，分别在大庆、塔里木、华北、大港、海上油田顺利完成了随钻测井作业。近几年来，曾先后在国内的十几口探井和开发井中提供了随钻测井服务，取得了很好的测井效果和经济效益，培养了一批具有一定随钻测井服务经验的现场工程师，为油田勘探开发提供了一项全新的测井方式。
1999年胜利钻井工程技术公司引进了美国Halliburton Sperry-Sun的随钻地层评价仪器（FEWD-Formation Evaluation While Drilling），新疆石油管理局等油田也陆续引进了带自然伽玛的地质导向工具。胜利钻井院、长庆油田也引进了英国Geolink公司生产的带自然伽玛和电阻率两道参数的地质导向测量工具，并在胜利油田的边底水剩余油区块和塔里木油田的超薄油藏区块投入了生产应用，通过对比随钻测井曲线和邻井资料，及时获得地质特征的变化，在井眼轨迹实时控制方面发挥了积极作用，为开展地质导向钻井技术研究打下了良好的应用基础。
2003年中海油田服务股份有限公司引进了Halliburton Sperry-Sun的FEWD和Baker Hughes的LWD。
2001年胜利钻井院依托重大装备国产化研究项目—“MWD、随钻自然伽玛测量仪国产化研制”和中石化集团公司项目（2002年）“随钻感应电阻率测量仪
的研制”开始了MWD/LWD国产化研究工作，并成功地研制出了具有自主知识产权的新型正脉冲MWD、随钻自然伽玛测量仪和随钻感应电阻率测量仪，并投入了现场应用，取得了良好效果。
1999年中石油勘探开发研究院开始进行地质导向钻井技术研究工作。
目前国内总体上处于应用引进仪器和部分国产化仪器的地质导向初级阶段，尚未形成规模化应用的生产局面，开展地质导向钻井技术研究已是当务之急。
2 地质导向钻井工艺技术研究综述
国外经过近十年的发展，地质导向钻井技术已经成熟，具有先进而完善的地质导向硬件工具和与之配套的随钻地质工程参数解释与地质导向应用软件系统，但由于技术垄断，我们不可能从他们那里得到地质导向钻井核心技术。为了在现有仪器基础上有效地实施地质导向钻井，进一步提高井眼轨迹在油层中的有效穿透率和油气采收率，弥补国内地质导向工具测量传感器距离钻头较远、应用软件系统存在空白等实际差距，依托中石化集团公司项目“地质导向钻井工艺技术研究”开展了地质导向钻井工艺技术系列研究工作。在研究内容上，该项目主要围绕水平井地质导向测量参数随钻解释系统研究、基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计研究、地质导向钻井随钻预测理论与方法研究和基于地质导向的井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件研制等四个方面进行了深入研究。
2.1 水平井地质导向测量参数随钻解释系统研究
在文献调研和方法研究基础上，结合LWD仪器在胜利油田的实际应用情况，以带自然伽玛和电阻率两道参数的LWD系统为依托，以实时地质参数为研究对象，以地质测量参数实时解释为研究目标，研制成功了水平井地质导向测量参数随钻解释系统。
研究主要取得了三方面的研究成果：
1）通过开展随钻测井资料标准化和斜井校正方法研究，实现了LWD曲线与直井曲线的对比分析；
2）利用随钻测井资料与相邻井对应层位测井曲线上具有相似性为基础的相关对比技术，从方差分析和极值分析的角度出发，采用一种直观实用的适合于对称型和非对称型两类曲线分层的数理统计法?极值方差聚类分层法，完成了在钻井的储层自动划分以及与邻井层位的对比连线；
3）根据目前随钻测井资料不全的实际情况，综合利用在钻井自然伽玛、电阻率和邻井资料，建立了无孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，在很大程度上弥补了无孔隙度测井资料的缺陷，从而实现本井钻遇地层孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数的计算和储层评价及流体性质判别，进
而实现了随钻测井资料的实时解释。
在理论分析和方法研究基础上研制的水平井地质导向测量参数随钻解释系统，具有水平井测井资料标准化与斜井校正、地层对比、储层参数解释和流体性质判别等功能以及设计新颖、操作简便、功能强大等特点，为井场随钻测井资料的实时解释提供了强有力的工具和平台，同时也为水平井地质导向钻井提供了有力技术支撑。应用结果表明，水平井地质导向测量参数随钻解释系统能够较好地指导油气藏评价和水平井地质导向钻井施工，并取得了良好的地质效果和经济效益，具有较高的推广应用价值。
2.2 基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计研究
基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计是地质导向钻井工艺技术的重要内容之一。由于地质导向钻井技术主要应用于水平井钻井，开发那些薄油藏、厚油层顶部剩余油藏、复杂断块油气藏、老油田长期开采剩余的边底水构造油气藏、隐蔽油气藏等复杂油气藏，因此在进行地质导向钻井时，不仅应满足水平井的矢量中靶要求，而且要求中靶偏差很小（因为油藏薄而小）。然而，地质导向钻井的靶点位置具有不确定性，无法像几何导向钻井那样直接进行待钻轨道设计，断层、岩性尖灭、地层缺失、油藏较薄等情况使得水平井准确中靶难度进一步增大。合理的待钻井眼轨道校正设计可以在一定程度上降低中靶难度，提高钻井成功率。
通过开展地质靶点不确定条件下中靶优化设计研究、基于油藏可视化的水平井靶区轨道优化设计研究、水平井待钻井眼轨道校正设计研究和摩阻扭矩预测分析研究等一系列的研究工作，提出了一套准确而实用的中靶优化设计方法和基于油藏可视化的轨道设计方法，开发出了相应的理论模型和计算模块，解决了基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计问题。同时，对待钻轨道设计和靶区轨道设计的各种情况进行了分析，将任意情况下的轨道设计分解为8个基本计算模块，通过调用某个计算模块或某些计算模块的组合可以完成任意待钻轨道和靶区轨道设计。
主要研究成果如下：
1）建立了油层垂深不确定条件下以“油层穿透率最高” 为目标的地质导向水平井中靶优化设计模型，开发出了相应的优化设计模块，有利于提高靶区水平段油层穿透率；
2）建立了地质导向水平井轨道参数优选模型，使得设计轨道具有最大的适应油层垂深不确定性的能力；
3）提出了弹性杆挠曲线法设计多目标靶区轨道的新概念和弹性杆挠曲线法靶区轨道设计方法，建立了理论计算模型，开
发了相应的计算模块，并与其他方法一起形成了完整的多目标井靶区轨道设计方法；
4）针对水平井矢量靶的特点，建立了水平井待钻井眼轨道校正设计理论模型，开发了相应的设计模块，解决了水平井待钻井眼轨道校正设计中的矢量中靶问题；
5）改进并完善了摩阻扭矩计算理论模型，开发了管柱在井眼中的摩阻扭矩分析计算模块。
2.3 地质导向钻井随钻预测理论与方法研究
目前我国通常应用的地质导向仪器的测量传感器距离钻头普遍较远（约为8～20m），一般情况下电阻率距离钻头最近，伽马和/或其他地质参数次之，井眼姿态测量传感器距离钻头最远，这就严重制约了钻头处工程和地质参数的准确获取，也不利于井眼轨迹在油层中的有效穿行。地质导向钻井随钻预测理论与方法研究就是为有效解决上述问题而开展的，并重点对井眼轨迹参数随钻估计和预测、导向标志层随钻预测、目标层随钻预测、地质导向钻井随钻预测软件进行了研究。
1）通过开展基于地质导向钻井的测量盲区井眼轨迹参数随钻估计和井眼轨迹预测方法研究，分别提出了基于Kalman滤波的井眼轨迹参数实时估计和预测新方法以及基于支撑向量机统计学习理论的井眼轨迹预测新方法。实践表明，轨迹预测新方法不仅提高了BHA测量盲区的轨迹预测精度，还可以进一步预测待钻井眼轨迹，具有良好的应用前景。
2）地层可钻性级数（ ）反应了钻头所在地层的岩性，在钻井的过程中通过获取 参数，可以实时判别钻头是否钻遇盖层或是否穿出目标层。通过研究地层可钻性随钻估计问题，提出了基于遗传算法的地层可钻性级数估计理论与方法，以便利用地层可钻性作为判断钻头是否在目标层钻进的依据。
3）在薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中，如何确定目标层的位置、走向和厚度是地质导向钻井急需解决的一个关键问题。利用Bayes估计理论对地质导向钻井三维地层建模和随钻实时修正方法进行了深入研究，提出了基于Bayes估计理论的三维地层建模和随钻实时修正方法，并利用模拟数据进行了验证。
4）提出了基于小波变换和沃尔什变换的测井曲线分层新方法。
2.4 基于地质导向的井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件研制
在常规水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制软件基础上，通过集成和衔接相关功能性模块，编制出了基于地质导向的水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制程序，构建出了地质导向钻井系统平台。该平台除具有水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制程序的全部功能外，增加了基于地质导向钻井
的现场实时数据资源共享和远程实时决策、LWD曲线实时显示、地质导向测量参数随钻解释、待钻井眼轨道校正设计及地质导向钻井三维可视化等多个功能性实用控件，能够把钻井现场数据及时传送到基地服务器及各相关终端上，并将后续作业指令实时返回到系统平台，实现现场实时数据资源共享和远程实时决策、随钻解释、真三维显示等功能，承担着地质导向钻井软件平台的作用。
2.5 地质导向钻井工艺技术研究
以地质导向测量工具为依托，以地质导向随钻解释和地质－钻井一体化设计和施工软件为手段，开展了钻具组合优化设计、钻井参数优选技术、随钻跟踪地质目标的井眼轨迹预测和控制技术等地质导向钻井工艺研究工作，形成了具有胜利特色的地质导向钻井工艺配套技术。
胜利钻井院通过近十年的MWD应用实践，自行研制出了具有自主知识产权的新型正脉冲MWD、随钻自然伽玛测量仪和随钻电阻率测量仪，配套形成了带两道地质参数的纯国产地质导向钻井系统。目前，应用自行研制的新型正脉冲MWD和自然伽马测量系统，配合引进或自行研制的随钻电阻率测量仪，已经完成了25口薄油层水平井的地质导向钻井现场试验（其中，利用国产地质导向钻井系统完成5口井），成功地实施了地质导向钻井，初步形成了地质导向现场应用技术，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。
3 认识与体会
1）作为地质导向钻井重要技术支撑的地质导向钻井工艺技术，在地质导向钻井过程中发挥着重要作用，随钻测井/测量仪器与钻井工艺的和谐统一构成了完整的地质导向钻井技术。
2）由众多功能性模块集成构建的地质导向钻井系统平台在地质导向钻井中真正起到了地质导向钻井软件平台的作用，现场工程师可以在同一平台上进行轨迹控制、随钻解释、远程传输与决策、待钻设计等操作，设计新颖，功能强大，兼容性与可操作性强。
3）水平井地质导向测量参数随钻解释系统在指导油气藏评价和薄油层水平井地质导向钻井施工方面具有重要作用，具有较高的推广应用价值。
4）借助于Internet的现场实时数据资源共享和远程实时决策系统为现场工程师、开发商和后方专家搭起了一座实时信息桥梁，在实时数据的资源共享、合理利用和远程决策方面进行了有益的探索，为海上油田和边际油田开发开辟了一条新路。
5）实践表明，自行研制的带两道地质参数的地质导向钻井系统与具有胜利特色的地质导向钻井工艺配套技术的有机结合，成功地实施了地质导
向钻井，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。
地质导向钻井工艺研究综述
---- 中国石油学会石油工程专业委员会钻井工作部2005年学术研讨会暨第五届石油钻井院所长会议
论文摘要：
本文在综述国内外地质导向钻井技术发展状况的基础上，综合介绍了胜利钻井院承担的中石化集团公司项目“地质导向钻井工艺技术研究”的部分研究成果与应用效果，利用初步形成的地质导向现场应用技术成功地实施了地质导向钻井，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。
关键词：
地质导向 钻井工艺 LWD 自然伽马 电阻率 复杂油气藏
引 言
地质导向钻井（Geo-Steering Drilling）技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一，是用地质信息、随钻测井（LWD-Logging While Drilling）仪器响应和用于引导井眼进入目的层并保持在目的层内的解释技术的一种综合[1]。在钻井过程中，通过实时测量多种井底信息，对所钻地层的地质参数进行实时评价，从而精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。
世界上先进的地质导向系统已经应用了近钻头传感器，可以测量距钻头1～2m范围内的井斜角、方位角、地层电阻率、伽马射线和转速等数据，通过无线传输系统（电磁波）把这些数据从钻头附近传到MWD系统。这样可以更好地引导钻头穿过薄层和复杂地层，利用测井数据直接进行地质导向钻井，而不是按预先设计的井眼轨道钻井。该系统集井眼轨迹测量控制技术和随钻测井技术为一体，相当于在钻头上开了一个“窗口”，现场地质师和定向工程师根据仪器反映的所钻地层岩性及其孔隙流体的客观情况，能够及时“看到”所钻井眼的井身轨迹、地层岩性及其孔隙流体物性，并以此来设计和控制井眼轨迹的走向，及时调整和修改原钻井设计，使钻头能够安全有效地沿着油层目标钻进[2,3]。
国外的地质导向钻井技术已经相当成熟，能够实时测量近钻头处的地质参数和工程参数。而目前国内因仪器研制与技术研究起步较晚，基本处于国外第一代产品的初期水平，实时地质参数较少，测点离钻头较远。然而，地质导向钻井的重要性和潜在经济价值早就为国内钻井界所瞩目，研制地质导向工具、研究地质导向钻井工艺已势在必行。
地质导向工具在老油田后期开发、提高采收率及油层薄、形状特殊的难采油藏开采方面具有明显的效果和显著的经济效益。胜利油田存在着大量的复杂断块油藏、隐蔽油藏、薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等复杂油气藏，地质导向钻井技术为开发上述类型油藏提供了强有力的技术支撑，
具有广阔的应用市场。
1 国内外地质导向钻井技术发展状况
1.1 国外地质导向钻井技术发展状况
1993年Anadrill公司首次提出地质导向概念并研制出了第一套地质导向工具。Halliburton、Baker Hughes Inteq和挪威国家石油公司（Statoil）等也相继研制出了他们各自的地质向导工具。Anadrill公司研制的综合钻井评价和测井系统（IDEAL-Integrated Drilling Evaluation And Logging）由一个在其外壳内装有定向测量和地层评价测井传感器的可转向仪表化泥浆马达和一个可以直接接在钻头上的近钻头电阻率测井接头组成。可以探测出距钻头1～2m范围内的地层电阻率、伽玛射线、井斜、地层孔隙压力以及其他有用数据，然后通过无线电传输系统（电磁波）把数据从钻头处传送到位于钻柱上部位置的随钻测量（MWD）工具，再经MWD把数据传输到地面。目前IDEAL己在实际钻井中得到了广泛应用。到1996年底，仅在欧洲和非洲就有13家公司应用该技术在6个国家钻井近50口井，总进尺超过32000m，取得了良好效果。
1994年Baker Hughes Inteq首次推出第一套NaviTrak小曲率MWD系统和NaviGator产层导向系统。
1995年在小井眼随钻电阻率测井仪器方面成果颇丰。Sperry Sun推出Slim1 Phase4内存型φ120.65mm（ ）仪器。Anadrill研制出ARC-5仪器。Baker Hughes Inteq推出NaviMPR、IDS仪器。Halliburton公司在1995年研制出了名为PZST（Pay Zone Steering Tool）的地质导向工具，将它直接装在泥浆马达和钻头之间，可以提供伽玛射线、井斜和地层电阻率数据。该工具己于1996年起纳入工业应用。1995年挪威国家石油公司（Statoil公司）研制出了应用声波反射原理探测井眼轨迹与地层流体界面和地层界面相对位置的POSLOG地质导向工具。但目前还未见到这种地质导向工具成功推广应用的报道。
20世纪90年代后期，Anadrill公司拥有随钻测井仪器CDN／CDR、地质导向仪器Geostreeing、随钻声波仪器ISONIC以及Powerpulse MWD仪器系列等主导产品。Halliburton以HDSIM、CWRGM、CLSS和DNSC为其主要服务产品。Anadrill公司的随钻成像仪器已投入商业使用。同时，Anadrill公司在2000年新推出了 ARC-6和ARC-8等来取代现有的系列仪器。目前的随钻测量工具己完全具备了随钻测井及地质导向的能力，并使随钻定向测量及测井工具传感器更加接近钻头。Baker Hughes Inteq公司最新推出了连续旋转闭环定向钻井系统（AutoTrak RCLS-AutoTrak Rotary Closed Loop System，简称AutoTrak），该系统集钻进和随钻测量为一体，由旋转钻井下部导向钻具组合、CDR随钻测量系统、带CDR和AND的随钻测井系统和地面计算机监控系统组成，其核心为旋转导向钻具，能够在连续旋转过程中提供精确
的定向控制，实现方位和井斜的调节。
国际上的MWD／LWD制造公司主要有八家，生产约20个系列的8种产品，可以测量30多种参数。仪器外径从 到 ，基本上能够满足各种定向井类型的需要。近年来，在MWD／LWD的实效性、高利润和先进性的诱惑和驱使下，世界上大的石油工程服务公司都加强了随钻测井技术的研发力度。目前该项技术主要被Schlumberger、Halliburton和Baker Hughes三大公司所垄断。Schlumberger为随钻测井技术的集大成者，服务领域从早期主要集中在海洋钻井平台服务逐步向陆地钻井服务中推进。
国外典型的地质导向钻井系统是法国安纳森公司的综合钻井评价和测井系统，己在北海定向井和墨西哥湾水平井等项目中施工了50多口井，取得了良好的经济效益。
目前，国外不但有较先进的地质导向硬件工具，而且具有与之配套的随钻地质工程参数解释与地质导向应用软件系统。国外地质导向钻井技术的发展趋势是随钻测量仪器的多样化、测量参数向钻头靠近的钻头智能化、基于地质－钻井可视化的地质建模、实时对比解释和钻井施工过程的系统化。
1.2 国内地质导向钻井技术发展状况
1996年中油北京地质录井技术公司（现中油测井公司）从美国Halliburton引进了国内第一套PathFinder LWD和SLIM1 GR MWD装备。经过近几年的技术消化和吸收，组建了自己的作业队伍和研究力量，分别在大庆、塔里木、华北、大港、海上油田顺利完成了随钻测井作业。近几年来，曾先后在国内的十几口探井和开发井中提供了随钻测井服务，取得了很好的测井效果和经济效益，培养了一批具有一定随钻测井服务经验的现场工程师，为油田勘探开发提供了一项全新的测井方式。
1999年胜利钻井工程技术公司引进了美国Halliburton Sperry-Sun的随钻地层评价仪器（FEWD-Formation Evaluation While Drilling），新疆石油管理局等油田也陆续引进了带自然伽玛的地质导向工具。胜利钻井院、长庆油田也引进了英国Geolink公司生产的带自然伽玛和电阻率两道参数的地质导向测量工具，并在胜利油田的边底水剩余油区块和塔里木油田的超薄油藏区块投入了生产应用，通过对比随钻测井曲线和邻井资料，及时获得地质特征的变化，在井眼轨迹实时控制方面发挥了积极作用，为开展地质导向钻井技术研究打下了良好的应用基础。
2003年中海油田服务股份有限公司引进了Halliburton Sperry-Sun的FEWD和Baker Hughes的LWD。
2001年胜利钻井院依托重大装备国产化研究项目—“MWD、随钻自然伽玛测量仪国产化研制”和中石化集团公司项目（2002年）“随钻感应电阻率测量仪
的研制”开始了MWD/LWD国产化研究工作，并成功地研制出了具有自主知识产权的新型正脉冲MWD、随钻自然伽玛测量仪和随钻感应电阻率测量仪，并投入了现场应用，取得了良好效果。
1999年中石油勘探开发研究院开始进行地质导向钻井技术研究工作。
目前国内总体上处于应用引进仪器和部分国产化仪器的地质导向初级阶段，尚未形成规模化应用的生产局面，开展地质导向钻井技术研究已是当务之急。
2 地质导向钻井工艺技术研究综述
国外经过近十年的发展，地质导向钻井技术已经成熟，具有先进而完善的地质导向硬件工具和与之配套的随钻地质工程参数解释与地质导向应用软件系统，但由于技术垄断，我们不可能从他们那里得到地质导向钻井核心技术。为了在现有仪器基础上有效地实施地质导向钻井，进一步提高井眼轨迹在油层中的有效穿透率和油气采收率，弥补国内地质导向工具测量传感器距离钻头较远、应用软件系统存在空白等实际差距，依托中石化集团公司项目“地质导向钻井工艺技术研究”开展了地质导向钻井工艺技术系列研究工作。在研究内容上，该项目主要围绕水平井地质导向测量参数随钻解释系统研究、基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计研究、地质导向钻井随钻预测理论与方法研究和基于地质导向的井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件研制等四个方面进行了深入研究。
2.1 水平井地质导向测量参数随钻解释系统研究
在文献调研和方法研究基础上，结合LWD仪器在胜利油田的实际应用情况，以带自然伽玛和电阻率两道参数的LWD系统为依托，以实时地质参数为研究对象，以地质测量参数实时解释为研究目标，研制成功了水平井地质导向测量参数随钻解释系统。
研究主要取得了三方面的研究成果：
1）通过开展随钻测井资料标准化和斜井校正方法研究，实现了LWD曲线与直井曲线的对比分析；
2）利用随钻测井资料与相邻井对应层位测井曲线上具有相似性为基础的相关对比技术，从方差分析和极值分析的角度出发，采用一种直观实用的适合于对称型和非对称型两类曲线分层的数理统计法?极值方差聚类分层法，完成了在钻井的储层自动划分以及与邻井层位的对比连线；
3）根据目前随钻测井资料不全的实际情况，综合利用在钻井自然伽玛、电阻率和邻井资料，建立了无孔隙度测井资料条件下的孔隙度解释模型，在很大程度上弥补了无孔隙度测井资料的缺陷，从而实现本井钻遇地层孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数的计算和储层评价及流体性质判别，进
而实现了随钻测井资料的实时解释。
在理论分析和方法研究基础上研制的水平井地质导向测量参数随钻解释系统，具有水平井测井资料标准化与斜井校正、地层对比、储层参数解释和流体性质判别等功能以及设计新颖、操作简便、功能强大等特点，为井场随钻测井资料的实时解释提供了强有力的工具和平台，同时也为水平井地质导向钻井提供了有力技术支撑。应用结果表明，水平井地质导向测量参数随钻解释系统能够较好地指导油气藏评价和水平井地质导向钻井施工，并取得了良好的地质效果和经济效益，具有较高的推广应用价值。
2.2 基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计研究
基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计是地质导向钻井工艺技术的重要内容之一。由于地质导向钻井技术主要应用于水平井钻井，开发那些薄油藏、厚油层顶部剩余油藏、复杂断块油气藏、老油田长期开采剩余的边底水构造油气藏、隐蔽油气藏等复杂油气藏，因此在进行地质导向钻井时，不仅应满足水平井的矢量中靶要求，而且要求中靶偏差很小（因为油藏薄而小）。然而，地质导向钻井的靶点位置具有不确定性，无法像几何导向钻井那样直接进行待钻轨道设计，断层、岩性尖灭、地层缺失、油藏较薄等情况使得水平井准确中靶难度进一步增大。合理的待钻井眼轨道校正设计可以在一定程度上降低中靶难度，提高钻井成功率。
通过开展地质靶点不确定条件下中靶优化设计研究、基于油藏可视化的水平井靶区轨道优化设计研究、水平井待钻井眼轨道校正设计研究和摩阻扭矩预测分析研究等一系列的研究工作，提出了一套准确而实用的中靶优化设计方法和基于油藏可视化的轨道设计方法，开发出了相应的理论模型和计算模块，解决了基于地质导向的水平井待钻井眼轨道校正设计问题。同时，对待钻轨道设计和靶区轨道设计的各种情况进行了分析，将任意情况下的轨道设计分解为8个基本计算模块，通过调用某个计算模块或某些计算模块的组合可以完成任意待钻轨道和靶区轨道设计。
主要研究成果如下：
1）建立了油层垂深不确定条件下以“油层穿透率最高” 为目标的地质导向水平井中靶优化设计模型，开发出了相应的优化设计模块，有利于提高靶区水平段油层穿透率；
2）建立了地质导向水平井轨道参数优选模型，使得设计轨道具有最大的适应油层垂深不确定性的能力；
3）提出了弹性杆挠曲线法设计多目标靶区轨道的新概念和弹性杆挠曲线法靶区轨道设计方法，建立了理论计算模型，开
发了相应的计算模块，并与其他方法一起形成了完整的多目标井靶区轨道设计方法；
4）针对水平井矢量靶的特点，建立了水平井待钻井眼轨道校正设计理论模型，开发了相应的设计模块，解决了水平井待钻井眼轨道校正设计中的矢量中靶问题；
5）改进并完善了摩阻扭矩计算理论模型，开发了管柱在井眼中的摩阻扭矩分析计算模块。
2.3 地质导向钻井随钻预测理论与方法研究
目前我国通常应用的地质导向仪器的测量传感器距离钻头普遍较远（约为8～20m），一般情况下电阻率距离钻头最近，伽马和/或其他地质参数次之，井眼姿态测量传感器距离钻头最远，这就严重制约了钻头处工程和地质参数的准确获取，也不利于井眼轨迹在油层中的有效穿行。地质导向钻井随钻预测理论与方法研究就是为有效解决上述问题而开展的，并重点对井眼轨迹参数随钻估计和预测、导向标志层随钻预测、目标层随钻预测、地质导向钻井随钻预测软件进行了研究。
1）通过开展基于地质导向钻井的测量盲区井眼轨迹参数随钻估计和井眼轨迹预测方法研究，分别提出了基于Kalman滤波的井眼轨迹参数实时估计和预测新方法以及基于支撑向量机统计学习理论的井眼轨迹预测新方法。实践表明，轨迹预测新方法不仅提高了BHA测量盲区的轨迹预测精度，还可以进一步预测待钻井眼轨迹，具有良好的应用前景。
2）地层可钻性级数（ ）反应了钻头所在地层的岩性，在钻井的过程中通过获取 参数，可以实时判别钻头是否钻遇盖层或是否穿出目标层。通过研究地层可钻性随钻估计问题，提出了基于遗传算法的地层可钻性级数估计理论与方法，以便利用地层可钻性作为判断钻头是否在目标层钻进的依据。
3）在薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中，如何确定目标层的位置、走向和厚度是地质导向钻井急需解决的一个关键问题。利用Bayes估计理论对地质导向钻井三维地层建模和随钻实时修正方法进行了深入研究，提出了基于Bayes估计理论的三维地层建模和随钻实时修正方法，并利用模拟数据进行了验证。
4）提出了基于小波变换和沃尔什变换的测井曲线分层新方法。
2.4 基于地质导向的井眼轨道设计与井眼轨迹控制软件研制
在常规水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制软件基础上，通过集成和衔接相关功能性模块，编制出了基于地质导向的水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制程序，构建出了地质导向钻井系统平台。该平台除具有水平井井眼轨道设计和井眼轨迹控制程序的全部功能外，增加了基于地质导向钻井
的现场实时数据资源共享和远程实时决策、LWD曲线实时显示、地质导向测量参数随钻解释、待钻井眼轨道校正设计及地质导向钻井三维可视化等多个功能性实用控件，能够把钻井现场数据及时传送到基地服务器及各相关终端上，并将后续作业指令实时返回到系统平台，实现现场实时数据资源共享和远程实时决策、随钻解释、真三维显示等功能，承担着地质导向钻井软件平台的作用。
2.5 地质导向钻井工艺技术研究
以地质导向测量工具为依托，以地质导向随钻解释和地质－钻井一体化设计和施工软件为手段，开展了钻具组合优化设计、钻井参数优选技术、随钻跟踪地质目标的井眼轨迹预测和控制技术等地质导向钻井工艺研究工作，形成了具有胜利特色的地质导向钻井工艺配套技术。
胜利钻井院通过近十年的MWD应用实践，自行研制出了具有自主知识产权的新型正脉冲MWD、随钻自然伽玛测量仪和随钻电阻率测量仪，配套形成了带两道地质参数的纯国产地质导向钻井系统。目前，应用自行研制的新型正脉冲MWD和自然伽马测量系统，配合引进或自行研制的随钻电阻率测量仪，已经完成了25口薄油层水平井的地质导向钻井现场试验（其中，利用国产地质导向钻井系统完成5口井），成功地实施了地质导向钻井，初步形成了地质导向现场应用技术，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。
3 认识与体会
1）作为地质导向钻井重要技术支撑的地质导向钻井工艺技术，在地质导向钻井过程中发挥着重要作用，随钻测井/测量仪器与钻井工艺的和谐统一构成了完整的地质导向钻井技术。
2）由众多功能性模块集成构建的地质导向钻井系统平台在地质导向钻井中真正起到了地质导向钻井软件平台的作用，现场工程师可以在同一平台上进行轨迹控制、随钻解释、远程传输与决策、待钻设计等操作，设计新颖，功能强大，兼容性与可操作性强。
3）水平井地质导向测量参数随钻解释系统在指导油气藏评价和薄油层水平井地质导向钻井施工方面具有重要作用，具有较高的推广应用价值。
4）借助于Internet的现场实时数据资源共享和远程实时决策系统为现场工程师、开发商和后方专家搭起了一座实时信息桥梁，在实时数据的资源共享、合理利用和远程决策方面进行了有益的探索，为海上油田和边际油田开发开辟了一条新路。
5）实践表明，自行研制的带两道地质参数的地质导向钻井系统与具有胜利特色的地质导向钻井工艺配套技术的有机结合，成功地实施了地质导
向钻井，为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑，应用效果良好。