StarSteer地质导向软件在大庆油田的应用技术研究

李 明，王志辉，李兆龙

（大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江 大庆 163411）

随着油气资源的深入勘探开发，最大限度地动用地下储能，单一的直井开发已满足不了勘探开发需求，对储层进行水平井开发能够大范围、最大程度上提高储层的暴露面积，从而提高原油产量，近年来大庆油田已大规模展开水平井投入，实施水平井钻探开发，既能降低开发成本，又能最大限度地动用储能，是一种经济、高效的开发手段。目前大庆钻探录井一公司自主研发的“大庆水平井录井地质导向综合分析系统”导向软件辅助导向师在近千口常规水平井的导向工作中发挥了重要的作用，自主研发导向软件在入靶前的着陆对比优势得到甲方的高度认可，但与国外先进的地质导向专业化的软件相比仍有较大差距，自主研发的软件在实际应用中暴露出一些问题：①现有的软件和经验无法对页岩油水平井、致密油水平井及邻井资料较少的高难度水平井的地质模型进行精细化校正和对下步地层倾角提前预测。②与国外的StarSteer 软件对比，在技术上存在着一定差距，缺少横纵向联动拟合功能，在运行速度上也有待提高，软件从功能上需要突破瓶颈提高地质导向时效性以及实时性。凭自主研发的地质导向软件无法对水平井的地质模型进行精细化校正和对下步地层倾角提前预测，以往都是在贴近储层边界或出层后，才能精准计算地层倾角，对储层钻遇率影响较大、无法完全满足最大程度上提高储层钻遇率的地质需求。录井一公司于2019年引进StarSteer导向软件，本文以2020 年以来应用该软件在大庆油田进行录井导向水平井工作为例，通过StarSteer 导向软件深入应用，探索出钻前、钻中及钻后的全流程导向新模式。

1 创新钻前属性地质模型建立

创新前宏观地震趋势做初始构造模型，由于依靠设计倾角及邻井储层厚度而建立，并不能反映储层横向展布特征；应用伽马测井反演技术建立地质模型，在中浅层水平井建模中能够反映储层油层内垂向发育情况，同样在深层天然气水平井中，伽马的高低不能反映储层的好坏，因此采用气测反演在深层水平井中对水平段轨迹调整具有很好的指导意义。

但受页岩油储层内伽马特征及气测值波动不明显影响，伽马测井和气测属性模拟建模在页岩油水平井水平段轨迹调整具有一定的局限性，依托StarSteer 导向系统软件应用引用录井参数，创新建模，建立最终具有构造信息、储层横向发育情况以及多参数属性的综合二维地质模型（见图1）。

图1 多参数属性的综合二维地质模型

以解决钻井现场遇到实际问题为出发点。针对造斜阶段工程定向工具面摆动问题，在钻前地质模型基础上，分析造斜至入靶阶段设计轨迹位置，参考区域铁柱子，根据岩性特征、元素分析数据变化等进行分段地质预测(见表1)。

表1 根据轨迹情况进行多参数预测

2 创新钻中数据同步，实现前后线互动，保障导向决策高效

近年来数字油田的概念已经形成，而数字井场是数字油田的基础，数字井场的一个关键就是井场的数据传输，Witsml因此应需而生，通过研究Witsml服务部署,打通了StarSteer 与随钻测井仪器的数据通道，建立与随钻测井仪器端口的数据同步方法，实现数据同步，数据实时传输为前后线无缝衔接提供技术保障，现场驻井导向与后方专家组互动沟通，集思广益，减少分析等停时间，保障导向决策高效，助力钻井提速（见图2）。

图2 远程数据同步工作原理流程图

StarSteer软件数据同步设计方案如下：

StarSteer软件导入数据的方式有两大类，一类为从各类文档文件中手动导入，另一类应用WITSML 协议进行数据请求同步。

Witsml作为基于网络，面向对象的新型数据标准，使用XML 技术定义数据标准，是石油与天然气工业共享现场数据信息的重要标准。他定义了一个与平台无关的规范，为不兼容的平台提供一个有效的数据中间交换环节。

通过对钻研自研的旋转导向仪器进行调研，得到信息如下，钻研自行研制的旋转导向系统其随钻测量参数有相位电阻率两条，随钻方位伽马四条，近钻头实时井斜，定点测斜。钻研自研旋转导向系统地面配套软件所应用的数据库为Sqlite，是一款单机版的轻量数据库，优点是基本不需要维护，可应付较大数据量的处理，可靠性高，但是不支持网络访问。钻研自研仪器现已具备Wits 发送功能，能够与录井实时传输连接远传数据。

现有的工作模式上，地质导向需要三方人员配合，分别是仪器工程师、定向工程师、地质导向师。实验自研旋转导向仪器的井三方人员分别为钻研钻井工艺所技术人员任仪器工程师，钻二定向科人员负责轨迹控制，录井导向师负责地质导向分析。仪器测量数据井传输同步到地质导向师的机器，地质导向分析后下达指令或建议到定向工程师，再由定向工程师进行轨迹控制。

为解决StarSteer 软件数据同步问题，现提出两种解决方案。

方案1、Witsml 服务连接录井动态数据库组织数据。

Witsml服务部署在录井动态数据服务器或其他内网服务器上，可提供对内网和对外网的两套数据接口，无论导向电脑是在现场外网环境应用，还是在基地集中监控都能够同步数据，这套方案的优点是录井动态数据库收集了现场地质导向所需要的所有动态数据，Witsml服务只需要联系一台服务器就可以获取所有井的所有动态数据，通用性好，无论任何仪器，经过实时传输进入动态库后都变成了同一种组织形式，获取和组织数据比较容易，并且服务可部署在云服务器上，安全性上由云服务器那边统一管理。缺点是动态数据库里的数据需要专人维护，可能会出现部分错误、重复数据或数据有断的情况。

方案2、Witsml服务部署在钻研旋转导向仪器上直连数据库。

由于钻研自研旋转导向仪器地面软件的数据库为Sqlite，不支持网络访问，所以Witsml 服务应部署在钻研存储数据库的机器上，通过本机访问本地数据库的方式可取到LWD数据，同时该机器要接在中石油的局域网内，能够访问录井动态数据库，通过访问本地的LWD数据库和云端的录井动态库来进行组织数据。该套方案的优点是LWD库中数据不会出现断的情况，且仪器工程师会对数据进行维护，删掉错值，数据的准确性高；并且与钻研自研的设备配套可实现更加紧密一致的地质导向服务。该方案缺点为通用性差，仅与此种仪器配套使用时该套方案才能应用，换了一种服务仪器后就无法连接仪器数据库，各类仪器数据库类型复杂，且权限开放程度不一，逐一配套开发不现实，为实现与自研仪器配套应用的话，仅开发与钻研自研仪器的数据库连接的工作量可以接受；同时，由于该服务需部署在钻研仪器上，需要该机器有IIS，能够发布服务，并需部署在局域网中，才能获取到云端的录井动态库，但钻研仪器目前在192网段内，不在中石油局域网中，因上述原因方案2 实施难度大，方案1 相对易于操作，为可实现数据同步最佳方案。

3 创新钻中导向方法，实时确定钻头位置，确保工程不等停

3.1 横、纵向拟合方法

导向核心“明确知道现在在哪，下一步去哪！”，应用横、纵向拟合方法，结合大庆地质条件，综合运用地震、随钻录井、测井、定向等资料，确定钻头所在地层位置，及时修正随钻导向模型，精准预测之后用多大井斜角度及尽可能降低狗腿度平稳钻进，提高储层钻遇率，同时降低钻井定向施工难度，成为井下钻头的导航软件。

3.2 多参数应用方法

在应用随钻测井数据基础上，综合运用录井气测、地化热解、残余碳及元素等多参数，增加科学判断钻头位置的依据，提高预测地层倾角精度，减少轨迹调整次数及幅度，保障高效率钻井。

3.3 镜像分析对比法

总结了镜像分析方法，解决了曲线重叠井段导向分析困难的问题，提高了录井导向对于复杂构造的分析能力，根据导向经验判断轨迹位置，减少钻井施工风险，为钻井安全施工创造地质条件。

4 创新钻后评估方法，为压裂优化、井位部署及标定地震提供成果资料

4.1 为压裂设计优化提供成果资料

箱体内：提供轨迹在箱体内距层顶层底位置，为压裂分段后哪段增大规模或哪段控制规模提供依据。

箱体外：提供轨迹在箱体外距层顶层底位置，为定向射孔及穿层压裂提供数据支撑。

4.2 为甲方后期部署提供数据支持

通过提供轨迹在地层中空间展布情况，对区块内单井小层占比、左右偏移进行统计，提供平台井区内井间距位置参数，为甲方后期井间加密提供数据支持。

4.3 应用随钻数据标定地震，为后续井精准建模优化地质参数

平台内水平井钻后跟踪导向认识及导向数据与地震相互参考印证标定，为后续试验区待钻水平井优化地质参数。

5 应用效果分析

2021 年1~12 月份共承担82 口水平井地质导向任务，其中水平段由贝克休斯公司使用LWD 仪器完成，平均储层钻遇率94.61%；与2020 年相比，入靶成功率提高2.7%、储层钻遇率提高10.06%、平均水平段长增加1192.28m、平均工期减少5.5d，平均日进尺增加124.62m，效果显著，项目研究为提速提质提供了技术保障，随着地质导向软件的引进和持续的技术攻关，大庆录井水平井地质导向技术有了飞速的发展，在现场82 口水平井应用中得到验证，在提高非常规水平井储层钻遇率和助力钻井提速上发挥应有的作用。

6 结论与认识

（1）通过StarSteer 地质导向软件在大庆油田的应用技术研究，钻前建模过程中找到工程需求契合点，依据设计轨迹将造斜段至入靶过程中轨迹走向提前岩性及元素特征进行预测预判，为钻井优化钻具组合、合理调整钻井参数提供数据支持；

（2）数据同步技术实现前后线无缝衔接，现场驻井导向与后方专家组互动沟通集思广益，减少导向分析等停时间，高效率指导导向工作顺利开展，保障钻井施工进度；

（3）钻中应用导向方法可及时准确超前预判下部地层倾角，与工程定向紧密结合提前进行井斜角度微调，确保了实现地质目的基础上保障井眼平滑，钻井过程中导向提前预判可以大幅度减少地质循环等施工方案、等技术决策等突发状况的时间，提高钻探时效，同时避免了因识别错误导致的方案失败、决策错误等重大质量事故；

（4）钻后评估技术创建钻后评估方法，拓展导向成果应用，通过建立围绕Starsteer功能实现的导向全流程工作模式，围绕软件能实现的功能，丰富录井导向工作内容，打造地质工程一体化工作桥梁，建立健全融合软件功能及工作职责的工作流程。