龐海波，郭福祥，裴 斐

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413)

1 隨鉆伽馬成像測量原理

傳統(tǒng)的隨鉆伽馬測量儀是在隨鉆測量工具內(nèi)安裝自然伽馬傳感器，通過伽馬傳感器內(nèi)的計數(shù)管來獲取其周圍巖層中放射出的γ射線，然后乘以一個API刻度系數(shù)后傳輸至地面，進(jìn)而判斷目標(biāo)地層的平均自然伽馬值［3］。因測量資料沒有方向性，當(dāng)測量參數(shù)反映出軌跡已經(jīng)不在目標(biāo)層時，不能確定鉆頭從油層上界面出層，還是從下界面出層，所以也無法制定重返油層的具體措施。隨鉆伽馬成像測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型隨鉆測量技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)八扇區(qū)（或十六扇區(qū)）的伽馬成像測量，不僅要對儀器進(jìn)行自然伽馬API單位刻度，還需要對儀器的方位響應(yīng)進(jìn)行刻度，這樣才能準(zhǔn)確得出不同扇區(qū)方位地層的響應(yīng)貢獻(xiàn)。隨鉆伽馬成像儀器通常將一只或多只自然伽馬傳感器安裝于鉆鋌表面，用來記錄來自其對應(yīng)地層的自然伽馬射線。井下鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中，利用井下扇區(qū)方位測量系統(tǒng)分時、分區(qū)累計來自巖層不同方位的自然伽馬射線，經(jīng)過實(shí)體刻度及修正技術(shù)得到國際通用的API數(shù)據(jù)，用于表征對應(yīng)地層的泥質(zhì)含量[4]。

2 儀器轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗

隨鉆方位伽馬成像儀器具有轉(zhuǎn)動測量特點(diǎn)，伽馬儀器對井下鉆具轉(zhuǎn)速敏感特性，當(dāng)井下鉆具的轉(zhuǎn)速特別低時，不同扇區(qū)自然伽馬采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，導(dǎo)致儀器測量精度偏低，可信度就會很差，當(dāng)井下鉆具的轉(zhuǎn)速提高時，每個扇區(qū)采集的自然伽馬數(shù)據(jù)也相應(yīng)大幅度地提高，這樣，實(shí)際測量結(jié)果才更加符合實(shí)際鉆井施工需要。

2.1 地面模擬鉆具井下轉(zhuǎn)動測量

為了實(shí)現(xiàn)伽馬成像儀器的地面轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗，我們使用了鋰電池組供電，并實(shí)時存儲各個扇區(qū)的測量數(shù)據(jù)，把隨鉆伽馬成像儀器放置在機(jī)械加工機(jī)床上，開展模擬轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗，模擬伽馬成像儀器的轉(zhuǎn)速范圍為5～300r/min，轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗從上午9時開始，上午11時結(jié)束，因地面轉(zhuǎn)動實(shí)驗設(shè)備的部分金屬屏蔽作用，導(dǎo)致不同方向的自然伽馬值有很大區(qū)別，上方向自然伽馬值偏大，而下方向伽馬值比較小，這樣就可以模擬井下泥巖—砂巖過渡層。

2.2 實(shí)驗數(shù)據(jù)分析

模擬伽馬成像儀器轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗?zāi)芸刂撇煌D(zhuǎn)速檔位（見表1），實(shí)驗過程中，可分為不同轉(zhuǎn)速檔位條件，并設(shè)定每種速度檔位的儀器旋轉(zhuǎn)測量時間為10min，為了處理測量數(shù)據(jù)方便，我們繪制了8個扇區(qū)的自然伽馬測量曲線，通過對這8條動態(tài)測井曲線的分析，得出鉆具轉(zhuǎn)速對隨鉆方位伽馬成像測量的影響。

表1 實(shí)驗臺轉(zhuǎn)速檔位表

8條曲線對應(yīng)8個扇區(qū)的自然伽馬值，對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 扇區(qū)分布

第一扇區(qū)和第八扇區(qū)的測量數(shù)據(jù)可描述儀器上端地層自然伽馬值，第二、三扇區(qū)數(shù)據(jù)可描述儀器的右端，第四、五扇區(qū)數(shù)據(jù)可描述儀器的下端，第六、七扇區(qū)數(shù)據(jù)可描述儀器的左端。

圖2 八扇區(qū)自然伽馬曲線

分析了8個扇區(qū)的自然伽馬曲線（如圖2），我們發(fā)現(xiàn)如下結(jié)果：在實(shí)驗時間段9：00～9：50，方位伽馬成像儀器的轉(zhuǎn)速范圍為5～35r/min，伽馬傳感器這時在各扇區(qū)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)少，8條自然伽馬曲線測量值接近，這樣的測量結(jié)果無法區(qū)分不同扇區(qū)；在實(shí)驗時間段9：50～10：30，儀器轉(zhuǎn)速在45～110r/min之間，隨著儀器轉(zhuǎn)速逐漸增加，每個扇區(qū)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)相應(yīng)提高，8條自然伽馬曲線也逐漸拉開，可以明顯分辨出不同扇區(qū)伽馬測量值，符合儀器上方向測量值大、下方向測量值小的實(shí)際情況；當(dāng)實(shí)驗時間超過10：30時，各條自然伽馬測量曲線趨于穩(wěn)定，說明了方位伽馬成像儀器轉(zhuǎn)速超過110r/min后，儀器轉(zhuǎn)速已不是影響各扇區(qū)自然伽馬值測量的主要因素，可以忽略轉(zhuǎn)速引起的測量誤差。

2.3 伽馬成像分析

測量數(shù)據(jù)生成方位伽馬圖象過程：在預(yù)設(shè)30s時間內(nèi)，2只自然伽馬晶體傳感器掃描8個扇區(qū)，記錄各扇區(qū)的自然伽馬脈沖，并把每個深度點(diǎn)上所測量的8組數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)區(qū)間，因?qū)嶋H測量的數(shù)據(jù)點(diǎn)少，要生成沿井周360°的連續(xù)測井圖像效果，必須要進(jìn)行插值才能實(shí)現(xiàn)，我們采用插值方法為3次樣條函數(shù)插值[5]，這種插值方法保證了插值結(jié)果包含所測量的方位伽馬真值，并且數(shù)據(jù)區(qū)間上一階導(dǎo)數(shù)平滑和二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，從而使得每個深度點(diǎn)上的測量數(shù)據(jù)都具有8扇區(qū)方位伽馬分布，方位伽馬數(shù)據(jù)較好的相關(guān)性，且插值結(jié)果光滑。插值處理將伽馬儀器測量的不同方位自然伽馬數(shù)據(jù)展開為沿井周的連續(xù)變化圖像，能直觀顯示地層界面8個方位的巖性變化趨勢。通過后續(xù)計算機(jī)圖像學(xué)的進(jìn)一步處理，還可以提高隨鉆方位伽馬測井圖像解釋結(jié)果的精度，這樣就能滿足不同地層地質(zhì)分析的要求［6-7］。

圖3 數(shù)據(jù)成像分析

圖3 縱坐標(biāo)為時間數(shù)據(jù)，對應(yīng)了方位伽馬成像儀器的轉(zhuǎn)速變化，00：00時刻的儀器轉(zhuǎn)速為5r/min，01：39時刻對應(yīng)的儀器轉(zhuǎn)速為300r/min；橫坐標(biāo)表示8個測量扇區(qū)，通過特定插值處理，實(shí)現(xiàn)扇區(qū)圖像的連續(xù)變化。伽馬成像結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)速對伽馬成像儀器影響較大，轉(zhuǎn)速較低時，因方位伽馬儀器的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)少，圖像質(zhì)量不佳，不同扇區(qū)間圖像連續(xù)性較差，不能反映儀器轉(zhuǎn)動測量實(shí)驗的實(shí)際情況，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)速區(qū)間為60～300r/min時，扇區(qū)成像結(jié)果趨于穩(wěn)定，真實(shí)反映了伽馬儀器周圍的自然伽馬值變化趨勢。為保證隨鉆方位伽馬測井的成像質(zhì)量達(dá)到最佳，在鉆具進(jìn)入目標(biāo)層段時，需要調(diào)整井下鉆具轉(zhuǎn)速在一個合理的區(qū)間內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）井下鉆具轉(zhuǎn)速是影響隨鉆方位伽馬成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，本文研究了鉆具轉(zhuǎn)速對其影響，并給出了井下鉆具的合理轉(zhuǎn)速區(qū)間，對隨鉆方位伽馬成像儀器的現(xiàn)場施工有重要指導(dǎo)意義。

（2）精確方位伽馬成像資料更能真實(shí)反映地層不同方位巖性的變化，依此判斷鉆具進(jìn)出儲層的詳細(xì)情況，可大幅提高砂巖鉆遇率，為大慶油田致密油勘探開發(fā)提供了一種低成本、精細(xì)化的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。