钻具转速对随钻伽马成像测量影响的分析

庞海波，郭福祥，裴 斐

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413)

1 随钻伽马成像测量原理

传统的随钻伽马测量仪是在随钻测量工具内安装自然伽马传感器，通过伽马传感器内的计数管来获取其周围岩层中放射出的γ射线，然后乘以一个API刻度系数后传输至地面，进而判断目标地层的平均自然伽马值［3］。因测量资料没有方向性，当测量参数反映出轨迹已经不在目标层时，不能确定钻头从油层上界面出层，还是从下界面出层，所以也无法制定重返油层的具体措施。随钻伽马成像测量技术是近年来发展起来的一种新型随钻测量技术，要实现八扇区（或十六扇区）的伽马成像测量，不仅要对仪器进行自然伽马API单位刻度，还需要对仪器的方位响应进行刻度，这样才能准确得出不同扇区方位地层的响应贡献。随钻伽马成像仪器通常将一只或多只自然伽马传感器安装于钻铤表面，用来记录来自其对应地层的自然伽马射线。井下钻具旋转钻进过程中，利用井下扇区方位测量系统分时、分区累计来自岩层不同方位的自然伽马射线，经过实体刻度及修正技术得到国际通用的API数据，用于表征对应地层的泥质含量[4]。

2 仪器转动测量实验

随钻方位伽马成像仪器具有转动测量特点，伽马仪器对井下钻具转速敏感特性，当井下钻具的转速特别低时，不同扇区自然伽马采样数据点较少，导致仪器测量精度偏低，可信度就会很差，当井下钻具的转速提高时，每个扇区采集的自然伽马数据也相应大幅度地提高，这样，实际测量结果才更加符合实际钻井施工需要。

2.1 地面模拟钻具井下转动测量

为了实现伽马成像仪器的地面转动测量实验，我们使用了锂电池组供电，并实时存储各个扇区的测量数据，把随钻伽马成像仪器放置在机械加工机床上，开展模拟转动测量实验，模拟伽马成像仪器的转速范围为5～300r/min，转动测量实验从上午9时开始，上午11时结束，因地面转动实验设备的部分金属屏蔽作用，导致不同方向的自然伽马值有很大区别，上方向自然伽马值偏大，而下方向伽马值比较小，这样就可以模拟井下泥岩—砂岩过渡层。

2.2 实验数据分析

模拟伽马成像仪器转动测量实验能控制不同转速档位（见表1），实验过程中，可分为不同转速档位条件，并设定每种速度档位的仪器旋转测量时间为10min，为了处理测量数据方便，我们绘制了8个扇区的自然伽马测量曲线，通过对这8条动态测井曲线的分析，得出钻具转速对随钻方位伽马成像测量的影响。

表1 实验台转速档位表

8条曲线对应8个扇区的自然伽马值，对应关系如图1所示。

图1 扇区分布

第一扇区和第八扇区的测量数据可描述仪器上端地层自然伽马值，第二、三扇区数据可描述仪器的右端，第四、五扇区数据可描述仪器的下端，第六、七扇区数据可描述仪器的左端。

图2 八扇区自然伽马曲线

分析了8个扇区的自然伽马曲线（如图2），我们发现如下结果：在实验时间段9：00～9：50，方位伽马成像仪器的转速范围为5～35r/min，伽马传感器这时在各扇区采集的数据点少，8条自然伽马曲线测量值接近，这样的测量结果无法区分不同扇区；在实验时间段9：50～10：30，仪器转速在45～110r/min之间，随着仪器转速逐渐增加，每个扇区采样数据点数相应提高，8条自然伽马曲线也逐渐拉开，可以明显分辨出不同扇区伽马测量值，符合仪器上方向测量值大、下方向测量值小的实际情况；当实验时间超过10：30时，各条自然伽马测量曲线趋于稳定，说明了方位伽马成像仪器转速超过110r/min后，仪器转速已不是影响各扇区自然伽马值测量的主要因素，可以忽略转速引起的测量误差。

2.3 伽马成像分析

测量数据生成方位伽马图象过程：在预设30s时间内，2只自然伽马晶体传感器扫描8个扇区，记录各扇区的自然伽马脉冲，并把每个深度点上所测量的8组数据作为一个数据区间，因实际测量的数据点少，要生成沿井周360°的连续测井图像效果，必须要进行插值才能实现，我们采用插值方法为3次样条函数插值[5]，这种插值方法保证了插值结果包含所测量的方位伽马真值，并且数据区间上一阶导数平滑和二阶导数连续，从而使得每个深度点上的测量数据都具有8扇区方位伽马分布，方位伽马数据较好的相关性，且插值结果光滑。插值处理将伽马仪器测量的不同方位自然伽马数据展开为沿井周的连续变化图像，能直观显示地层界面8个方位的岩性变化趋势。通过后续计算机图像学的进一步处理，还可以提高随钻方位伽马测井图像解释结果的精度，这样就能满足不同地层地质分析的要求［6-7］。

图3 数据成像分析

图3 纵坐标为时间数据，对应了方位伽马成像仪器的转速变化，00：00时刻的仪器转速为5r/min，01：39时刻对应的仪器转速为300r/min；横坐标表示8个测量扇区，通过特定插值处理，实现扇区图像的连续变化。伽马成像结果显示：转速对伽马成像仪器影响较大，转速较低时，因方位伽马仪器的采样数据点少，图像质量不佳，不同扇区间图像连续性较差，不能反映仪器转动测量实验的实际情况，当仪器转速区间为60～300r/min时，扇区成像结果趋于稳定，真实反映了伽马仪器周围的自然伽马值变化趋势。为保证随钻方位伽马测井的成像质量达到最佳，在钻具进入目标层段时，需要调整井下钻具转速在一个合理的区间内。

3 结论

（1）井下钻具转速是影响随钻方位伽马成像质量的关键因素之一，本文研究了钻具转速对其影响，并给出了井下钻具的合理转速区间，对随钻方位伽马成像仪器的现场施工有重要指导意义。

（2）精确方位伽马成像资料更能真实反映地层不同方位岩性的变化，依此判断钻具进出储层的详细情况，可大幅提高砂岩钻遇率，为大庆油田致密油勘探开发提供了一种低成本、精细化的地质导向技术。