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地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，是當(dāng)今世界石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域最核心、最關(guān)鍵的技術(shù)，特別是對(duì)于海上油氣田開(kāi)發(fā)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大。目前國(guó)際一流石油技術(shù)服務(wù)公司一直在地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)方面遙遙領(lǐng)先，而我國(guó)一直處于遠(yuǎn)距離模仿和技術(shù)跟蹤。

地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的作用是實(shí)現(xiàn)鉆井的同時(shí)，采集到第一手的地下地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)，根據(jù)這些實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析解釋，完成實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向決策和井身軌跡控制，保證井眼軌跡最大限度地在油氣層（目的層）中鉆進(jìn)，以最少時(shí)間實(shí)現(xiàn)最大限度提高單井產(chǎn)量和油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)水平。

由一幅三維井眼軌跡圖談起

圖1所示為2009年，美國(guó)西方石油公司 (Oxy)THUMS項(xiàng)目的衛(wèi)星照片。由于地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，照片中約2000口井（包括側(cè)鉆井）分布在4個(gè)人工島和2個(gè)碼頭上而。每天人們驅(qū)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，并沒(méi)有注意到地表下有這么多且復(fù)雜的定向井分布結(jié)構(gòu)。作為世界上井眼最擁擠的油田之一，THUMS項(xiàng)目體現(xiàn)了地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展成果。

地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是在幾何導(dǎo)向技術(shù)的基礎(chǔ)上，將電纜測(cè)井技術(shù)和井下閉環(huán)自動(dòng)鉆井控制系統(tǒng)集成逐漸發(fā)展而來(lái)的。自1941年，前蘇聯(lián)石油工程師Grigoryan鉆出世界第一口定向井之后，定向井以其極大地提高油氣層暴露面積、提高產(chǎn)量、避開(kāi)鉆井危險(xiǎn)區(qū)、減少鉆機(jī)搬遷，大幅降低海上油田開(kāi)發(fā)費(fèi)用等優(yōu)越性，而被發(fā)展成為當(dāng)今海上、陸上鉆井的核心主力技術(shù)。

但是由于隨鉆測(cè)井技術(shù)發(fā)展滯后、定向鉆井控制裝備僅限于馬達(dá)等低端技術(shù)，使得定向井技術(shù)的推廣受到極大的限制。所以世界三大石油服務(wù)公司先后投巨資，甚至重金邀請(qǐng)美國(guó)航天空中導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)精英參與石油地下鉆井的地下導(dǎo)航——地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究。隨著自上世紀(jì)70年代末以來(lái)，大斜度井和水平井鉆井活動(dòng)的增加，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)獲得了加速度式的發(fā)展。目前一個(gè)深水鉆井平臺(tái)日耗費(fèi)約一百萬(wàn)美元。既能節(jié)約鉆井時(shí)間，又能保證“中靶”的核心技術(shù)就是地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，因此，目前地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)已成為海上油氣田開(kāi)發(fā)必不可少的主力鉆井和實(shí)時(shí)地層評(píng)價(jià)手段，占據(jù)著海上油氣田開(kāi)發(fā)的極為重要的位置。

世界先進(jìn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的井下體系

目前世界上最先進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)裝備體系，其井下部分的基本構(gòu)成要件如圖2。

第一部分為地球物理參數(shù)相關(guān)測(cè)量部分，該部分相當(dāng)于井下的地質(zhì)和工程參數(shù)監(jiān)視器。包括電磁波傳播型電阻率測(cè)量和電極型電阻率測(cè)量模塊（含方位電阻率和電阻率成像）、地層自然放射性測(cè)量的自然伽瑪模塊（含方位伽瑪和自然伽瑪成像）、地層密度測(cè)量和孔隙度測(cè)量模塊（含方位密度、中子測(cè)量及成像）、井下幾何參數(shù)測(cè)量模塊（井斜、方位、工具面角）、井下機(jī)械參數(shù)測(cè)量模塊（環(huán)空壓力、溫度、扭矩、鉆柱機(jī)械振動(dòng)、震動(dòng)）、地層壓力測(cè)試與取樣模塊、聲波測(cè)量模塊等。

第二部分為井下閉環(huán)井眼軌跡控制模塊，該部分相當(dāng)于井下鉆井控制器。包括井下PDM動(dòng)力馬達(dá)和智能化的可變徑扶正器。智能化的可變徑扶正器可根據(jù)地面指令實(shí)時(shí)并自動(dòng)將井身軌跡調(diào)整到目標(biāo)值，自動(dòng)“中靶”。PDM馬達(dá)功能是將鉆井時(shí)的高壓高速流動(dòng)的鉆井液動(dòng)能轉(zhuǎn)化為為幫助鉆頭鉆進(jìn)的機(jī)械動(dòng)能，加快鉆井速度?？勺儚椒稣髦饕删挛⑿透吣馨l(fā)動(dòng)機(jī)、翼肋、智能控制模塊和近鉆頭地球物理測(cè)量模塊構(gòu)成。

 第三部分為雙向通訊和動(dòng)力模塊，該部分是井下與地面的交流器，同時(shí)負(fù)責(zé)整體井下儀器的各項(xiàng)工作質(zhì)量檢查，向地面報(bào)告井下儀器的工作狀態(tài)，并為所有電子儀器提供電力。其中雙向通訊是指負(fù)責(zé)將井下實(shí)時(shí)測(cè)量到的所有地球物理測(cè)量相關(guān)參數(shù)，和井眼軌跡控制數(shù)據(jù)編碼后通過(guò)鉆井液壓力波傳到地面計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊；在需要對(duì)井下數(shù)據(jù)采集模塊和井眼軌跡控制模塊相關(guān)參數(shù)進(jìn)行更改和干預(yù)時(shí)，雙向通訊模塊可接受地面指令并傳至相應(yīng)井下測(cè)量或控制模塊來(lái)執(zhí)行地面系統(tǒng)的指令。動(dòng)力模塊是將鉆井液動(dòng)能通過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能，供所有井下儀器使用。

世界先進(jìn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)體系全貌

根據(jù)圖3可見(jiàn)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)體系的大致全貌。整個(gè)體系分成地表部分和井下部分。井下部分分為各種井下數(shù)據(jù)測(cè)量模塊、井身軌跡控制模塊、雙向數(shù)據(jù)通訊模塊和井下儀器總線控制模塊四大主要部分，地表部分主要有地表數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、前導(dǎo)地質(zhì)建模、實(shí)時(shí)測(cè)井解釋、井下控制命令生成與編碼傳輸模塊六大部分。這些主要模塊相互聯(lián)系構(gòu)成一個(gè)有機(jī)地質(zhì)導(dǎo)向整體，完成井下導(dǎo)航工作。

其中，井下部分主要負(fù)責(zé)第一手地質(zhì)和工程數(shù)據(jù)的采集、采集數(shù)據(jù)的上傳、地面指令的接受、井眼軌跡的自動(dòng)閉環(huán)控制。為了完成這些功能，必須有對(duì)整個(gè)井下儀器管理的總線結(jié)構(gòu)、有為整個(gè)井下儀器工作提供動(dòng)力的蝸輪發(fā)電機(jī)。

地面部分主要負(fù)責(zé)地面有關(guān)工程數(shù)據(jù)的采集、井下數(shù)據(jù)的解碼復(fù)原、對(duì)采集到的實(shí)時(shí)地質(zhì)及工程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋、發(fā)送指令給井下儀器進(jìn)行井眼軌跡的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

圖3中，每一模塊均可展開(kāi)成更細(xì)致的體系圖，如整個(gè)地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)占據(jù)靈魂地位的前導(dǎo)模擬技術(shù)模塊，可簡(jiǎn)要細(xì)分為以下示意圖。圖3中，其它模塊由于篇幅原因，本文不再詳細(xì)論述。【未完待續(xù)】