謝洪路

(中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300450)

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)迎來(lái)了全面數(shù)智化時(shí)代。數(shù)智化時(shí)代為石油行業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，目前國(guó)內(nèi)外油田均在積極推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。錄井作為石油勘探領(lǐng)域中不可或缺的重要專業(yè)，在以往的油田發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用，但是現(xiàn)在卻難以參與到國(guó)家級(jí)和集團(tuán)公司級(jí)的一些重大項(xiàng)目中。特別是近些年在油田降本增效的大背景下，錄井服務(wù)費(fèi)用進(jìn)一步被壓縮，表明了目前的一些錄井技術(shù)含量不夠高，缺乏解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

1 數(shù)智化時(shí)代錄井新內(nèi)涵

在過(guò)去油氣勘探中錄井被定位為“勘探開(kāi)發(fā)的眼睛、鉆井安全的參謀、井場(chǎng)信息的中樞”。通過(guò)錄井可以獲取第一手資料，及時(shí)了解地下鉆遇情況，包括巖性信息和流體信息等，為鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)決策提供依據(jù)，保障鉆井安全。而在數(shù)智化時(shí)代，錄井還要能夠?yàn)闇y(cè)井解釋、壓裂選層以及壓裂后評(píng)估等提供有力技術(shù)支撐。基于獲取的高分辨率、高精度的錄井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行校正，特別是在部分測(cè)井作業(yè)難以實(shí)施的情況下，可以實(shí)現(xiàn)錄井對(duì)測(cè)井的簡(jiǎn)單替代[1]。

錄井?dāng)?shù)據(jù)采集對(duì)象為巖屑和鉆井液，具有直接、實(shí)時(shí)和地面采集的特點(diǎn)。錄井通過(guò)對(duì)巖屑以及鉆井液樣品進(jìn)行直接觀測(cè)，可以了解巖石成分、巖石物理化學(xué)性質(zhì)以及地層流體參數(shù)等。隨著巖屑伽馬、伽馬能譜等測(cè)井技術(shù)的發(fā)展，測(cè)井也逐漸向隨鉆和地面延伸[2]。錄井的實(shí)時(shí)性主要是相對(duì)于電纜測(cè)井、地層測(cè)試以及實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)而言，在數(shù)智化背景下近鉆頭隨鉆技術(shù)以及鉆頭前視隨鉆技術(shù)快速發(fā)展，隨鉆測(cè)井以及隨鉆地層測(cè)試也開(kāi)始呈現(xiàn)明顯的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。同時(shí)，鉆井專業(yè)已經(jīng)可以在地面對(duì)鉆井液性能和鉆井工程參數(shù)進(jìn)行一體化和智能化在線測(cè)量，井下隨鉆取樣也由原來(lái)的巖心和流體向巖屑拓展。目前，巖屑取樣和油基鉆屑處理后的含油性檢測(cè)已經(jīng)不再是錄井的業(yè)務(wù)范疇[3]。

2 數(shù)智化時(shí)代錄井技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域

2.1 井場(chǎng)智能采樣機(jī)器人

錄井中非常重要的一項(xiàng)工作便是巖屑采樣，基于巖屑樣品可以進(jìn)行核磁共振分析、巖石熱解分析、定量熒光分析等，為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)標(biāo)定研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其基于人工方式采樣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且容易受到人為因素干擾，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)真實(shí)性難以得到有效保證。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，智能機(jī)器人已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)中成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，這為錄井采樣機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用提供了思路。在井場(chǎng)智能采樣機(jī)器人視覺(jué)上集成掃描、識(shí)別等系統(tǒng)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)巖屑的挑選以及數(shù)據(jù)信息的采集和傳輸。除了巖屑外，井場(chǎng)智能采樣機(jī)器人還能實(shí)現(xiàn)鉆井液信息的實(shí)時(shí)采集。井場(chǎng)智能采樣機(jī)器人若成功應(yīng)用，將會(huì)是錄井專業(yè)發(fā)展的一次革命性成就，錄井將徹底擺脫過(guò)去的手工模式，為在線實(shí)時(shí)錄井提供一種全新的技術(shù)解決方案。

2.2 “一趟錄”信息采集系統(tǒng)

目前在非常規(guī)鉆井領(lǐng)域已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了“一趟鉆”，在測(cè)井領(lǐng)域也在積極探索嘗試“一趟測(cè)”，這些方式均可以在保障鉆井和測(cè)井質(zhì)量的同時(shí)顯著提升工作效率、降低成本。因此，錄井也可以借鑒鉆井和測(cè)井思想，實(shí)現(xiàn)巖屑和鉆井液的“一趟錄”。錄井相關(guān)系統(tǒng)包括巖心核磁共振掃描系統(tǒng)、巖屑聲波錄井系統(tǒng)、激光誘導(dǎo)在線錄井系統(tǒng)以及伽馬在線掃描系統(tǒng)等，通過(guò)對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行集成可以實(shí)現(xiàn)巖心“一趟錄”，獲取含油性、鉆井液含氣性以及元素成分等各種信息，相比于傳統(tǒng)錄井模式可以顯著提升錄井?dāng)?shù)據(jù)采集的連續(xù)性和系統(tǒng)性[4]。

2.3 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的錄井采集處理解釋一體化系統(tǒng)

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)的核心，其通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，形成準(zhǔn)確的評(píng)估判斷能力，可以給出一個(gè)面向某種性能度量的科學(xué)決策?；诓煌惴ǖ臋C(jī)器學(xué)習(xí)可以分為有監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)兩種類型。其中深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)子類，其通過(guò)構(gòu)建很多隱層的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并借助海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，可以更為準(zhǔn)確地把握事物特征，從而提升分類識(shí)別以及判斷評(píng)估的準(zhǔn)確性。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)在錄井專業(yè)中的應(yīng)用包括巖相自動(dòng)識(shí)別、流體識(shí)別、地質(zhì)導(dǎo)向以及工程預(yù)警等。在錄井采集現(xiàn)場(chǎng)錄井工作人員往往基于已有經(jīng)驗(yàn)對(duì)采集和處理參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，沒(méi)有充分考慮環(huán)境條件的不同。同時(shí)地層具有一定的非均質(zhì)性，即使對(duì)同一深度且同一巖性的巖屑樣品，其特征參數(shù)也會(huì)存在一定差異。因此，構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的錄井采集系統(tǒng)，可以顯著提升錄井?dāng)?shù)據(jù)采集的智能性和科學(xué)性，以改善錄井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量。

在錄井過(guò)程中，資料分析處理通常是較為薄弱的環(huán)節(jié)，具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理、曲線處理以及圖像處理等方面：數(shù)據(jù)處理內(nèi)容涵蓋深度校正、環(huán)境因素校正、儀器因素校正以及鉆井和鉆井液因素校正等；曲線處理內(nèi)容主要包括時(shí)間深度轉(zhuǎn)換、歸一化處理以及平滑處理等；圖像處理內(nèi)容主要包括模式識(shí)別以及量化處理等[5]。錄井資料處理分析涉及很多較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算，因此通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)可以有效排除各種干擾因素，準(zhǔn)確提取真實(shí)有用的信息，提升錄井?dāng)?shù)據(jù)資料處理分析水平。

錄井智能解釋若要取得高質(zhì)量成果，一方面需要準(zhǔn)確可靠系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，另一方面需要科學(xué)合理的解釋思路。錄井解釋主要是基于錄井?dāng)?shù)據(jù)獲取相應(yīng)的參數(shù)，并對(duì)巖性、流體、壓力以及工程異常等進(jìn)行評(píng)價(jià)。過(guò)去將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于錄井領(lǐng)域，進(jìn)行巖性識(shí)別、油氣層解釋以及地層壓力預(yù)測(cè)等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然具有良好的訓(xùn)練效果，但是在實(shí)際應(yīng)用中整體效果一般?？紤]到錄井解釋的復(fù)雜性，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的錄井采集處理解釋一體化系統(tǒng)主要基于以下三個(gè)方面來(lái)提升解釋精度：第一，改善數(shù)據(jù)質(zhì)量，包括原始數(shù)據(jù)質(zhì)量和對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)處理，為后續(xù)機(jī)器學(xué)習(xí)和智能解釋奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；第二，采用科學(xué)的解釋流程，采用分步解釋思路，對(duì)每步解釋成果進(jìn)行有效質(zhì)控，提升解釋評(píng)價(jià)精度和符合率；第三，應(yīng)用先進(jìn)的人工智能算法，近幾年類似深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)的人工智能算法層出不窮，選擇合適的算法可以起到事半功倍的效果。

2.4 錄井巖石力學(xué)

巖石力學(xué)研究是鉆井設(shè)計(jì)、壓裂設(shè)計(jì)、井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及地層可鉆性和可壓性評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)，是石油工程研究的重要內(nèi)容。巖石力學(xué)參數(shù)求取方法可以分為兩類：一是通過(guò)三軸應(yīng)力測(cè)量、聲波測(cè)量等實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測(cè)量進(jìn)行求取，該類方法具有較高的精度，但是參數(shù)獲取及時(shí)性較低，采樣率不足，并且容易受到環(huán)境因素影響；二是通過(guò)電纜聲波測(cè)井或隨鉆聲波測(cè)井等進(jìn)行求取，該類方法可以獲取連續(xù)性數(shù)據(jù)，能有效彌補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣不足的問(wèn)題，但是該類方法同樣及時(shí)性不強(qiáng)，并且價(jià)格昂貴。不管采用哪種測(cè)井方法均會(huì)受到井眼尺寸、高溫高壓、高硫化氫等地層環(huán)境因素的影響，另外對(duì)水平井、超深井等往往難以進(jìn)行聲波測(cè)井。針對(duì)這些問(wèn)題，亟需創(chuàng)新巖石力學(xué)錄井技術(shù)，發(fā)揮錄井四高兩低(高分辨率、高采樣率、高精度、高實(shí)時(shí)性、低成本、低風(fēng)險(xiǎn))的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。其中，巖石力學(xué)參數(shù)可以分為巖石彈性參數(shù)、巖石強(qiáng)度參數(shù)、地應(yīng)力參數(shù)和地層孔隙壓力參數(shù)四大類。

2.4.1 巖石彈性參數(shù)

巖石彈性參數(shù)主要有楊氏模量和泊松比等，錄井可以通過(guò)多種方法來(lái)求取楊氏模量和泊松比：第一種方法基于巖屑的聲波技術(shù)，基于多極子陣列聲波測(cè)井資料處理與解釋規(guī)范中的模型對(duì)縱橫波時(shí)差進(jìn)行計(jì)算，便可以得到楊氏模量和泊松比；第二種方法基于XRD礦物錄井技術(shù)，每種礦物均具有較為固定的縱橫波速度、密度、楊氏模量和泊松比等巖石彈性參數(shù)，可以通過(guò)礦物巖石骨架測(cè)量得到相應(yīng)的彈性參數(shù)；第三種方法為元素分析法，基于多元線性回歸來(lái)計(jì)算楊氏模量和泊松比。

2.4.2 巖石強(qiáng)度參數(shù)

在通過(guò)XRF/XRD錄井技術(shù)直接獲得泥質(zhì)含量后，基于泥質(zhì)含量和楊氏模量，再通過(guò)相應(yīng)的模型計(jì)算得到巖石的強(qiáng)度參數(shù)，包括抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

2.4.3 地應(yīng)力參數(shù)

通過(guò)錄井求取地應(yīng)力參數(shù)主要有兩種方法。第一種方法基于地層壓力關(guān)系模型，地層上覆壓力也被稱為靜巖壓力，是地層壓力模型中的主要參數(shù)，可以通過(guò)地層壓力關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算。其基于伊頓法模型將上覆壓力減去孔隙壓力得到垂直有效應(yīng)力，再通過(guò)破裂壓力與孔隙壓力計(jì)算得到最小水平有效應(yīng)力和最大水平有效應(yīng)力。第二種方法基于巖屑聲波技術(shù)，通過(guò)縱橫波時(shí)差計(jì)算得到相應(yīng)的地應(yīng)力參數(shù)。

2.4.4 地層孔隙壓力參數(shù)

在綜合錄井系統(tǒng)中地層孔隙壓力隨鉆監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，其監(jiān)測(cè)質(zhì)量在很大程度上取決于錄井工作人員的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)。目前，我國(guó)一些陸上油田在錄井方面已經(jīng)配置了專門(mén)的隨鉆地層壓力評(píng)價(jià)工程師，并在地層壓力預(yù)監(jiān)測(cè)方面取得了一定進(jìn)展。但考慮到地下地層類型較為復(fù)雜，碳酸鹽巖地層以及裂縫型地層等的孔隙壓力預(yù)監(jiān)測(cè)有待進(jìn)一步深入研究。

2.5 “超－微－弱”高分辨率高精度錄井識(shí)別評(píng)價(jià)系統(tǒng)

“超”主要指超深、超高溫、超高壓鉆井，該類鉆井常規(guī)測(cè)井作業(yè)難以順利實(shí)施，并且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性降低。針對(duì)該問(wèn)題有待于研發(fā)高分辨率、高準(zhǔn)確度的錄井新技術(shù)，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)或簡(jiǎn)單替代?！拔ⅰ敝饕肝⒂^尺度，隨著研究的不斷深入，孔隙尺寸已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)的致密儲(chǔ)層，通過(guò)錄井對(duì)儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)以及流體識(shí)別的難度顯著增加。在該背景下研發(fā)了小型化二維核磁共振、激光掃描共聚焦以及QemScan等先進(jìn)錄井技術(shù)，在一定程度上滿足了生產(chǎn)需求?！叭酢敝饕赣蜌怙@示弱，常規(guī)的氣測(cè)以及巖屑分析化驗(yàn)等手段難以有效識(shí)別和發(fā)現(xiàn)油氣。油氣顯示弱受到鉆井因素、地層因素等影響，鉆井因素主要包括井筒正壓差、采用PDC鉆頭和熒光鉆井液等，地層因素主要包括水淹層以及低氣油比油層等。為了提升對(duì)弱油氣顯示的識(shí)別精度，基于聚磺、混油、油基三種體系鉆井液構(gòu)建了核磁共振解釋模型，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好成效。

2.6 井下智能錄井技術(shù)

過(guò)去錄井作業(yè)一直在地面進(jìn)行，但錄井作業(yè)是否可以向井下發(fā)展以及井下錄井作業(yè)是否還屬于錄井范疇等，開(kāi)始引發(fā)深入思考。在數(shù)智化時(shí)代，不同專業(yè)之間的界限已經(jīng)逐漸模糊，因此在錄井技術(shù)發(fā)展中可以不再局限于某個(gè)專業(yè)，而是重點(diǎn)思考能夠有效解決問(wèn)題的方法。錄井向井下發(fā)展對(duì)鉆井液和巖屑的監(jiān)測(cè)均具有重要意義。對(duì)于鉆井液監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，可以在早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)溢流，為工程決策提供可靠依據(jù)，同時(shí)有助于及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)油氣顯示，既能節(jié)省時(shí)間、提升工作效率，又可以避免在上返過(guò)程中受到溫度和壓力降低的影響導(dǎo)致油氣擴(kuò)散；對(duì)于巖屑監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，井下智能錄井技術(shù)可以顯著提升巖屑測(cè)量的實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性，避免在上返過(guò)程中造成巖屑混雜，增加監(jiān)測(cè)難度。由此可見(jiàn)，井下智能錄井技術(shù)發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于錄井專業(yè)來(lái)說(shuō)，原始數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響后續(xù)錄井解釋成果的可靠性和準(zhǔn)確性，影響錄井專業(yè)價(jià)值的發(fā)揮。因此在油氣勘探開(kāi)發(fā)精度不斷提升的大背景下，錄井技術(shù)發(fā)展首先應(yīng)該保證原始數(shù)據(jù)質(zhì)量。

(2)在數(shù)智化時(shí)代，上下游專業(yè)之間相互滲透、專業(yè)之間的界限逐漸模糊。因此錄井專業(yè)在發(fā)展中不能局限于原有的專業(yè)邊界，應(yīng)該以生產(chǎn)需求為導(dǎo)向，加強(qiáng)與測(cè)井、地質(zhì)等其他專業(yè)的融合，拓展專業(yè)發(fā)展前景、提升技術(shù)發(fā)展水平、提高解決復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的能力。

(3)在數(shù)智化時(shí)代，錄井專業(yè)應(yīng)該充分發(fā)揮井場(chǎng)數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)數(shù)據(jù)采集、傳輸、解釋的一體化和智能化發(fā)展，加強(qiáng)“一趟錄”信息采集系統(tǒng)、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的錄井采集處理解釋一體化系統(tǒng)等的研發(fā)和應(yīng)用。