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1、中图分类号： 单位代码： 学 号： 硕士学位论文 随钻方位伽马测井方法基础研究 学科专业： 地球探测与信息技术 研究方向： 测井理论方法与技术 作者姓名： 袁超 指导教师： 张锋教授 二。一二年六月 ： ： （） 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不
2、实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 老起 日期：。，年月乒日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 日期：乞 年 月 么 指导教师签名： 日期：口，年月髟日 摘 要 近年来，随着大斜度井和水平井不断增加，随钻测井技术发展
3、迅速，方位伽马测井是在随钻测井中的必测项目。随钻方位伽马测井是在随钻过程中利用多个探测器探测地层自然放射性，其测量数据具有方位特性，不仅可以实现常规自然伽马应用，更重要的是可以作地质导向以及对地层进行方位伽马成像，更好的评价地层。因此，开展随钻方位伽马测井方法基础研究具有重要意义。 通过对国内外随钻方位伽马测井调研，了解国内外其测井方法及仪器发展现状；理论计算不同条件下自然伽马沿井轴分布规律，建立随钻方位伽马测井方法研究理论基础。对测井仪器参数进行优化选择，得出最小泥浆导流通道直径为，；钻铤对伽马探测器计数影响很大，测井解释中需要对钻铤厚度进行校正；钻铤开槽为形；探测器置于开槽钻铤中要比置于泥
4、浆导流通道中计数统计性要好；探测器背部需要加屏蔽材料，屏蔽体材料为钨或铅时屏蔽效果较好，屏蔽体厚度为；测井仪器采用四探测器测量要优于三探测器测量：探测器最佳长度为，并得出不同条件下探测器最佳直径，在常规钻铤直径为、泥浆导流通道为条件下钻铤最佳直径为并得出测井仪器通过记录不同探测器在不同扇区内伽马计数实现方位测量的数据采集方式。利用蒙特卡罗数值模拟，得出随钻方位伽马测井探测深度在，探测器长度为和时纵向分辨率为和并得出地层倾斜角度及地层厚度对自然伽马曲线响应特征有很大影响，放射性地层饱和厚度为，地层倾角角度很大及地层较薄时，自然伽马曲线可能出现双峰现象。研究了仪器穿过不同放射性斜地层和断层时上下方
5、位自然伽马曲线响应，得出指导钻头钻进轨迹方法，并得出定量预判钻头到放射性界面距离，为地质导向研究提供理论依据。实现随钻方位伽马成像下演模拟，研究不同条件下地层方位伽马成像以及不同井眼条件对方位伽马成像的影响，并得出利用成像图求取地层倾角和地层厚度计算方法。 关键词：随钻方位伽马测井，地质导向，方位伽马成像，基础研究 （ ） （） ， （） ， ， ， ， ， ， ， ， ； ， ， ； ， ； ； ； ， ， ； ； ， ； ， ， ； ， ， ?悖? ， ， ， 、析 ： ， ， 目 录第一章绪论 选题依据及研究意义 选题依据。 研究意义 国内外研究现状。 国内研究现状 国外研究现状 随钻方
6、位伽马测井应用 研究内容与关键问题 研究内容 关键问题。 研究方法与技术路线 研究方法 技术路线第二章随钻方位伽马测井方法 核物理基础和地质基础 地层自然伽马场分布及沿井轴分布规律 无限大各向同性放射性地层自然伽马场分布 直井条件下无限大均匀放射性地层自然伽马沿井轴分布规律 水平井条件下轴向有限厚度放射性地层自然伽马沿井轴分布规律 水平井条件下径向有限厚度放射性地层自然伽马沿井轴分布规律。 随钻方位伽马测井仪测量原理。 随钻方位伽马测井影响因素 第三章随钻方位伽马测井仪参数优化设计 测井仪总体设计 开槽钻铤参数优化设计。 最小泥浆导流通道 钻铤对探测器计数影响 钻铤开槽 开槽钻铤抗扭强度 探测
7、器参数优化设计 探测器位置对伽马探测器计数影响 探测器背部屏蔽 探测器数目。 探测器长度 探测器直径 数据采集方法 数据采集扇区分配 扇区计数 仪器参数优化设计方案第四章 方位伽马地质导向响应特性正演模拟 探测特性一 探测深度 纵向分辨率 薄层及地层倾斜角度对自然伽马曲线响应特性影响 薄层影响 不同界面角度影响 不同地层倾斜角度影响。 地质导向正演模拟 钻遇放射性斜地层 钻遇放射性断层。 复杂地质模型。 定量预判钻头到放射性界面距离。 、结第五章方位伽马成像正演模拟“ 钻遇放射性斜地层。“ 放射性斜地层方位伽马成像 地层倾斜角度和层厚的影响。 钻遇多个放射性斜地层 钻遇放射性断层 断层两断块厚
8、度相同，倾斜角度相同，不同 断层两断块厚度相同，倾斜角度不同，相同一 断层两断块厚度不同，倾斜角度相同，相同 钻遇放射性尖灭地层 井眼条件对方位伽马成像的影响 井眼尺寸。 仪器偏心 井眼流体。 小结结论参考文献攻读硕士学位期间取得的学术成果致谢 中国石油大学（华东）硕士学位论文 第一章 绪论选题依据及研究意义选题依据 近年来，随着大斜度井和水平井不断增加，随钻测井技术发展迅速，与常规测井资料相比，随钻测井资料更为客观真实的反映地层的实际地质特征，其中随钻方位伽马测?/B是随钻测井中得必测项目。由于随钻方位伽马测井采用多个探测器，其测量结果具有方位特性，除了识别岩性、计算泥质含量等常规伽马测井应
9、用外，实时传输数据可以作为地质导向重要资料，另外方位探测的地层自然伽马数据可以对地层进行成像显示，对地层进行更好的评价引。 目前国外各大石油服务公司纷纷推出随钻方位伽马测井仪器，在地质导向和地层评价中发挥了重大的作用，例如贝克休斯公司的随钻集成化系统平刨叫、哈里伯顿公司的钻头伽马成像仪（）】、斯伦贝谢公司的多功能随钻测井平台的方位自然伽马测量部分【等；国内对随钻方位伽马测井技术也有一定研究，但是相比与国外先进技术，国内对随钻方位伽马测井技术以及仪器研究发展比较缓慢，相对于国外先进技术差距较大，大部分仍采用国外产品，随钻方位伽马测井仪器在国内应用也主要是雇佣国外石油服务公司【，。因此，借鉴国外先
10、进技术，发挥国内技术力量来研制自己的随钻方位伽马测井仪器是核测井仪器研制和石油开发的迫切需求。 本课题是建立在国家重大专项“地层评价随钻测井技术与装备”（）以及航天科工惯性技术有限公司的“随钻方位伽马、中子孔隙度及密度测井技术研究”项目基础之上。随钻方位伽马测井是利用多个探测器进行探测，测量资料具有方位特性，但是探测器偏心和仪器转动会使测量的伽马曲线与常规自然伽马测井得到的自然伽马曲线有很大不同【】，难以用常规测井方法解释，特别是在随钻条件下水平井和大斜度井中【】。另外，在随钻过程中自然伽马仪器是开槽后放在钻铤中，与常规自然伽马仪器也有很大差别。因此，开展随钻方位伽马测井方法基础研究很有必要。
11、研究意义 随着石油工业发展，大型整装油气田数量不断减少，石油工业勘探开发已转向那些困难和边缘油藏规模更小、油层更薄、裂缝油藏和物性差的油藏。开发这些油藏，传统的直井已无法提高采收率和增加产量，为解决这一问题定向井应运而生。另外，在海 第一章绪论上钻井中水平井和大斜度井占大多数。定向井应用使钻头最大化地在油气藏中最有价值的地带钻进，对于高效开发复杂油气藏具有重要意义，现已田开发获得最大效益的至关重要手段【】。而水平井的钻进中传统测井方法已不能满足需要，于是适宜水平井钻井的随钻测井技术很快发展起来。 在水平井和大斜度井钻井过程中，随钻方位伽马测井是地质导向最常用的方法之一，】。传统自然伽马测量是世
12、纪年代作为第一种非电法测井引入，可以用来测定泥岩、划分地区剖面、把泥岩和纯地层区分开来，自然伽马测井曲线通常用来作井与井之间的地层对比，以便粗略地识别岩性、估算地层中的泥质含量【，。随钻方位伽马测井原理与常规自然伽马测井原理类似，都是测量地层自然放射性。但是，在随钻方位伽马测井是利用多个探测器测量，其测量数据具有方位特性。另外，由于在随钻测量过程中，测量信息受到泥浆侵入等影响很小，测井参数更真实的反映原状地层信息。近年来，国外随钻测井及相关技术发展较快，资料应用也越来越广泛，在大斜度井和水平井中取得良好效果。国内对随钻测井技术有一定研究，但是相对于国外先进技术比较落后。目前国内对于随钻方位方位
13、伽马测井技术以及仪器研究很少，至今未有对随钻方位伽马测井方法完善研究，随钻方位伽马测井仪器在国内应用也主要是雇佣国外测井服务公司，所以借鉴国外先进技术方法开展对随钻方位伽马测井方法基础研究具有重大意义。国内外研究现状国内研究现状 近几年来，在我国随着油田勘探开发程度的加大，油气开发开发转向一些开发难度较大的油藏。在钻井过程中，定向井和水平井代替了传统直井，钻头钻进过程中要实时了解钻头周围地层参数，调整井眼轨迹使钻头尽可能的在有利的油气层内钻进，提高油气的采收率以及油气产量，因此随钻测井技术应运而生并迅速发展。 随钻方位伽马测井是地质导向重要手段之一，但现在国内技术研究发展相对缓慢，到目前为止，
14、只是几家研发单位简单地把自然伽马短节放在钻铤泥浆导流通道内进行自然伽马测量，未能实现方位伽马测量，相比于国外先进技术差距很大【们。国外研究现状 在国外，随钻方位伽马测井已经取得了长足的进步，技术及测量仪器已逐渐成熟，仪器的系列化、商业化程度已经很高。、 和 中国石油大学（华东）硕士学位论文 公司的仪器基本上能代表现在随钻自然方位伽马仪器发展现状，以下就这几 个公司的仪器做介绍。 （）公司 公司的服务中提供自然伽马测量的有、以及，其中、与可提供方位伽马成像。多功能随钻测井平台（）【】 公司于年推出多功能随钻测井仪器，仪器适合的井眼 条件为 ，最大的操作温度和操作压力分别为”（ ”可达 到”），和
15、 。它将地层评价、井位布置以及钻井优化测量集于一体，可以提供 中子孔隙度、体积密度、双频阵列感应电阻率、元素俘获能谱、地层宏观俘获截面、成像测井（自然伽马成像、伽马伽马密度成像以及光电因子成像）、超声波井径、井斜以及钻井参数测量（包括环压、环温等）。其中，自然伽马测量部分位于仪器的最前端，实现近钻头测量地层自然放射性：测量时利用四个伽马探测器，最多可提供扇区的方位伽马成像。 图 仪器示意图成像测井仪器【 有和两种类型，两种类型仪器功能相同，但是尺寸存在差别，适合的井眼尺寸为，最大的操作温度和操作压力分别为 ”和 ；适合的井眼尺寸为一 ，最大的操作温度和操作压力分别为和 ，可以在水基泥浆和油基泥浆中测量。 第一章绪论 的主要功能是提供多探测深度方位侧向电阻率测量，但是也提供方位伽马测量，仪器纵向分辨率为，测量范围为 ，测量精度为士，统计分辨率为士 （ 和）。 。 。 ，。 .
