地质导向技术实际上是随钻测井及定向井测量技术的延伸，其设计思路是使定向井井身轨迹及地质资料的测量点下移至尽可能接近钻头的位置，从而获得最接近井底的测量资料。地质导向钻井技术的最本质也是最有价值之处在于其将MWD及LWD的功能延伸至离井底1~2 m左右的位置^[1-4]。倘若这两方面的效能缺其一，则地质导向的意义势必大打折扣。

目前，水平井的油层段大都依据临井资料和地质设计预先确定好路径，根据钻头方向的井斜数据，进行几何导向(Geometry Steering)，即主要是以预置的井眼轨迹或井下实时设计的井眼轨迹为参考量。导向作业时，将实测的轨迹参数与控制参考量作比较，由控制机构给出合适的控制指令，从而使钻头沿最优的井眼轨迹钻进。这种技术在目的层很厚、地质结构简单时应用效果很好，但在目的层较薄、地质结构复杂或对地下情况不很清楚时，则导向效率就较低。在钻水平井时，薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中，一般需要将井眼轨迹与界面(如油层顶部、油水界面等)保持一定距离，这就使得几何导向面临着挑战^[5-6]。

实际现场地质导向之前，通常是利用临井数据建立地质导向模型，根据实钻结果实时调整模型，给出钻进方案，这在地层构造简单、油层比较厚时，并且LWD及MWD仪器距离钻头比较近时(通常1到2 m)，效果比较理想；如果地层复杂，又没有近钻头的LWD工具，模型调节就具有一定的滞后性，当然给出的决策就存在一定的偏差^[7-10]。为此，本文尝试把基于模型的地震波阻抗反演技术引入到地质导向中，充分利用地震的横向分辨率预测井间前地层物性的变化，据此给出调整方案，指导实钻轨迹的走向。

基于模型的地震反演技术，它来源于正演模型，即首先利用测井资料及地震解释层面建立初始模型，然后与地震子波褶积后产生合成记录，同地震资料对比，通过不断修改模型，使之与地震资料达到最大限度的匹配，因而，它不受地震频带的限制，即纵向分辨率不受限制；它可以综合测井资料的纵向高分辨率与地震资料横向高分辨率的特点，获得高分辨率的地震反演结果，实现对储层横向非均质性的有效预测。对水平井段进行地质导向随钻跟踪时，根据分辨率的地震反演结果，就可以预测钻头前地层物性变化，及时调整钻井方案，保证钻后储层较高的钻遇率。

模型反演是从地震正演模型技术发展而来的一种反演技术。其基本原理是：首先使用测井资料和地震解释成果建立对油藏地质认识的初始模型(用速度、密度表示，即初始波阻抗模型)；通过正演算法，子波与初始模型褶积，产生合成记录一地震模型；然后，将地震模型与实际地震剖面比较，根据比较结果，反复修正初始模型，计算新的地震模型，以最佳地匹配地震资料。当地震模型与地震资料对比误差足够小时，即满足期望的边界条件，此时的油藏地质模型就是反演的最终结果。

基于模型的反演，其数学原理是使以下形式的目标函数最小化：

(1)

式中：T-地震道；

W-子波；

r-最后反射系数；

M-初始猜测模型阻抗；

H-综合因子与最后反射系数褶积得到的最后波阻抗，*代表褶积。

每次模型修改后，再重复以上计算，直至残差小到可以接受的程度，终止迭代，即可得到相应的波阻抗模型。基于模型的测井约束地震反演处理流程见图 1。

图 1(Fig. 1)

图 1 基于模型的地震反演算法流程图

在水平井地质导向随钻跟踪过程中，水平井的前导模型通常利用临井的测井资料模拟所钻遇的各个层位测井曲线形态，横向上的构造起伏变化通常以地震解释层位为控制条件，建立过井剖面，即为地质导向前导模型，如图 2所示。前导模型模拟的测井曲线是直接从临井推导过来，井间的非均质性完全没考虑，这样建立的前导模型存在较大误差，尤其是水平段模型。如果不能很好的预测地层非均质性，也就无法保证水平段始终在物性较好部位钻进。

图 2(Fig. 2)

图 2 地质导向前导模型

地震数据有很高的横向分辨率，它能体现井间地层物性的变化，尤其是波阻抗反演，雕刻砂体分布，可以作为水平井随钻跟踪工作的有力补充。根据目的层地震波阻抗反演结果，可以不断的修正导向模型；同时根据实钻结果，调整波阻抗反演结果，使得导向模型和波阻抗反演结果相互调整，进行综合导向服务工作，这样就可以保证钻头始终在储层物性较好的部位钻进，有力指导现场水平井随钻跟踪工作，提高储层钻遇率。

以地质导向跟踪服务过的油田为例，验证本方法地质导向的效果。图 3是某油田其中一口水平井初始导向模型(图的上部为导向模型；下部为测井曲线，其中黑色曲线是模型井曲线，彩色曲线为实钻地层的测井曲线，下同)，从图中可以看出，该模型模拟的地层物性基本是从临井直接推导过来，层内的非均值性基本与临井一致；假如地层变化比较剧烈，那该模型是无法进行地质导向服务的。图 4是过该井的反演剖面，图中蓝色曲线为设计井轨迹，白色曲线为实钻规矩，曲线上标定的数字为井斜深，从图中可以看出，大概在斜深2 850 m位置，设计轨迹接近储层下边界物性较差部位。因此，在水平段随钻跟踪过程中，及时提醒定向井作业人员，在斜深2 780 m时，把井斜全力增至90°，然后稳斜至完钻。钻后证明，该实钻轨迹的调整建议完全符合预期，未碰触到泥岩部位。图 5是根据实钻结果和反演结果调整后的完钻模型，也基本接近地下真实构造形态。这充分表明，利用测井约束反演和实钻结果实时调节模型，可以很好的指导水平井现场随钻跟踪服务，提高储层钻遇率。

图 3(Fig. 3)

图 3 某井水平段导向模型

图 4(Fig. 4)

图 4 过井反演剖面

图 5(Fig. 5)

图 5 最终的导向模型

基于模型的地震反演技术可以很好地预测横向上的井间地层，它可以弥补地质导向模型横向预测的不足，通过随钻结果实时调整反演结果及地质导向模型，可以综合预测地下地层储层发育状况，有力地指导水平井现场随钻跟踪服务。对于测井仪器距离钻头较远的LWD仪器，地震波阻抗反演结果，可以提前预测钻头前地层物性，因此能够提醒现场随钻工作人员，及时修正井眼轨迹，保证储层钻遇率，提高油藏开采效率。