随钻测井及地质导向钻井技术
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都振川
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
系统组成
有线随钻测斜仪以重力加速度和地磁 场强度为基准矢量。探管将经过高精度A/T 变换得到的各传感器数据, 通过单芯电缆 从探管传到地面计算机。计算机经一系列 计算得到INC、AZ、TF等钻井工程参数, 显 示、打印并传送到井台司钻显示器。
二、随钻测量技术
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
磁通门
用来测量地磁场的传感器。采用交流励磁, 使由高导磁材料做成的磁芯磁化饱和, 此时, 绕 在磁芯上的探测线圈中感应的电动势e只含有励磁 电 流 基 波 的 奇 次 谐 波 分 量 ( 不 含 偶 次 谐 波 分 量 ), 感应电压是对称的，这时T1=T2。而当待测的直流 磁场和交流励磁同时作用时, 则感应电动势e不仅 奇次谐波分量, 而且也含有偶次谐波分量, 这时, 感应电压变得不对称, 即T1≠T2, 测量这种不对 称性即可测得待测磁场。
随钻测井及地质导向钻井技术
张海花 二○○七年九月
报告提纲
一、地质导向钻井技术概述 二、随钻测量技术 三、LWD地质导向仪器 四、地质导向技术应用实例 五、结论与认识
一、地质导向钻井技术概述
按照预先设计的井眼轨道钻井。
任务是对钻井设计井眼轨道负责，使
实钻轨迹尽量靠近设计轨道，以保证
现
几何导向
井眼准确钻入设计靶区。（由于地质
地质导向钻井技术
组成
概念
根据地质导向工具提供的井下实时 地质信息和定向数据，辨明所钻遇 的地质环境并预报将要钻遇的地下 情况，引导钻头进入油层并将井眼 轨迹保持在产层延伸。
•钻头处进行测量的地质导向工具 •功能完备的井场信息系统
关键
测量点(即传感器)与钻头之间的距离 测量参数的多少
一、地质导向钻井技术概述
地质导向钻井技术可以精确地控制大斜度井和水平井 的动靶，特别适合在薄产层和高倾角产层中钻水平井，可 以随时知道所钻地层的地质特征和钻头与地层流体的相对 位置，因此可以控制钻具始终在水平段储层物性最好的产 层中延伸。
一、地质导向钻井技术概述
利用实时、记录测井曲线对地层进行综合评价
地
质
分辨地层、确定地层岩性、泥砂/砂泥岩含量评价
导 向
分辨油、气、水层以及油/气、油/水界面，指导钻井施工
钻
判断地层变化，准确进行地质评价
井
技
分辨薄的油气层，有效开发地下油气资源
术 的
预测轨迹在油层中行进的情况，实时指导钻井施工
应
预测高压地层，回避钻高施工效率
报告提纲
一、地质导向钻井技术概述 二、随钻测量技术 三、LWD地质导向仪器 四、地质导向技术应用实例 五、结论与认识
代
不确定性带来的误差，原设计靶区可
导
能并非储层）
向
地质导向技术问 世之前，常规的
钻
井眼轨迹控制技
井 技
术均属几何导向 范畴。
以井下实际地质特征来确定和控
术
地质导向
制井眼轨迹。任务是对准确钻入油气 目的层负责，具有测量、传输和导向
三大功能。
一、地质导向钻井技术概述
单纯的几何导向由于受控制井点少、储层厚度及物性变化大、构 造形态变异等因素影响, 容易出现井眼轨迹偏离目的层等情况, 延误 钻井进程或出现井下事故等不正常现象, 难以达到预期地质目的。
二十世纪九十年代，在世界范围内的勘探开发形势面临复 杂地质条件的背景下，以及随钻测量技术日趋成熟的基础上， 地质导向钻井技术逐渐发展成为一项前沿钻井技术，并在大位 移定向井、水平井及特殊工艺井中广泛应用。
美国、挪威、英国等国家采用地质导向钻井技术完成的井 数逐年增加，钻井周期逐步缩短，钻井成本明显下降，油田开 发效果明显提高。
激磁稳压
温 度 传 感 器 电 压 基 准
调制
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
加速度计
加速度计是一种专门测量重力加速度的传感器。DST随钻测斜仪中, 采用 的是磁液悬浮式加速度计。它相当于一个质量弹簧控制系统。
线圈AB通以方波激励, 当a≠90时, 加速度计敏感 轴与重力加速度垂直, 磁钢D位于线圈中间, 其在两个 线圈中产生的感应电势平衡,C点没有输出。当a=90, 加速度计发生了倾斜, 磁铁D在重力作用下产生位移, 两线圈中的感应电势失去平衡，C点输出电信号, 幅值 和相位与α有确定的关系, 通过放大、校正、解调, 最后反馈至线圈C端, 构成电弹簧, 使磁铁D回到中间 位置。反馈电流的大小, 与所敏感的加速度成正比。
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
各传感器的输出经高精度A/T变换, 由脉冲传输电路通过单芯电缆从探管传 到地面计算机, 探管供电电源也通过该电缆从地面计算机传到探管。探管内的电 路对各传感器的温度系数进行补偿。
Gx加速度表
多
路 Gｙ加速度表
开
Gz加速度表 关
时序控制
A/T变换
Bx磁通门 By磁B通门 Bz磁通门
一、地质导向钻井技术概述
地质导向钻井就是在钻井过程中通过测量多种地质和 工程参数来对所钻地层的地质参数进行实时评价，根据评 价结果来精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。
换言之，地质导向就是使用随钻测量数据和随钻地层 评价测井数据来控制井眼轨迹的钻井技术。它以井下实际 地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井 眼轨迹进行钻井。
二十世纪八十年代，导向螺杆钻具（弯外壳马达）替代了直螺杆 钻具和弯接头，通过导向螺杆钻具和无线随钻测斜系统两项新技术的 应用，成功地实现了水平井钻井的几何导向。
随钻测井技术的发展改变了目前普遍使用的电缆测井和钻后测井 的状况，随钻测井技术的推广与应用使得实现测井和钻井的统一成为 可能。
一、地质导向钻井技术概述
二、随钻测量技术
数据传输方式的变革 电子多点——中断钻井作业，地面读取数据，非连续测量
有线随钻——电缆作为数据传输介质，随钻连续测量
MWD/LWD——钻井液（或电磁波）作为数据传输介质，随钻连续测量
都振川
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
有线随钻测斜仪是定向井测量仪器中的一种, 它可 在钻井过程中实时测量井斜、方位、工具面和温度等钻 井工程参数。
二、随钻测量技术
电子多点
测量技术的变革
有线随钻测量仪
MWD
LWD
都振川
二、随钻测量技术
电子多点 有线随钻 无线随钻
测量参数的变革
定向参数
井眼轨迹参数 — 方位角、井斜角 造斜工具状态参数 — 工具面角 地层磁场参数—磁场强度、磁倾角 地温参数 — 温度
LWD
都振川
定向参数 地质参数
自然伽马 电阻率 岩石密度 中子孔隙度 声波
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
系统组成
有线随钻测斜仪以重力加速度和地磁 场强度为基准矢量。探管将经过高精度A/T 变换得到的各传感器数据, 通过单芯电缆 从探管传到地面计算机。计算机经一系列 计算得到INC、AZ、TF等钻井工程参数, 显 示、打印并传送到井台司钻显示器。
二、随钻测量技术
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
磁通门
用来测量地磁场的传感器。采用交流励磁, 使由高导磁材料做成的磁芯磁化饱和, 此时, 绕 在磁芯上的探测线圈中感应的电动势e只含有励磁 电 流 基 波 的 奇 次 谐 波 分 量 ( 不 含 偶 次 谐 波 分 量 ), 感应电压是对称的，这时T1=T2。而当待测的直流 磁场和交流励磁同时作用时, 则感应电动势e不仅 奇次谐波分量, 而且也含有偶次谐波分量, 这时, 感应电压变得不对称, 即T1≠T2, 测量这种不对 称性即可测得待测磁场。
随钻测井及地质导向钻井技术
张海花 二○○七年九月
报告提纲
一、地质导向钻井技术概述 二、随钻测量技术 三、LWD地质导向仪器 四、地质导向技术应用实例 五、结论与认识
一、地质导向钻井技术概述
按照预先设计的井眼轨道钻井。
任务是对钻井设计井眼轨道负责，使
实钻轨迹尽量靠近设计轨道，以保证
现
几何导向
井眼准确钻入设计靶区。（由于地质
地质导向钻井技术
组成
概念
根据地质导向工具提供的井下实时 地质信息和定向数据，辨明所钻遇 的地质环境并预报将要钻遇的地下 情况，引导钻头进入油层并将井眼 轨迹保持在产层延伸。
•钻头处进行测量的地质导向工具 •功能完备的井场信息系统
关键
测量点(即传感器)与钻头之间的距离 测量参数的多少
一、地质导向钻井技术概述
地质导向钻井技术可以精确地控制大斜度井和水平井 的动靶，特别适合在薄产层和高倾角产层中钻水平井，可 以随时知道所钻地层的地质特征和钻头与地层流体的相对 位置，因此可以控制钻具始终在水平段储层物性最好的产 层中延伸。
一、地质导向钻井技术概述
利用实时、记录测井曲线对地层进行综合评价
地
质
分辨地层、确定地层岩性、泥砂/砂泥岩含量评价
导 向
分辨油、气、水层以及油/气、油/水界面，指导钻井施工
钻
判断地层变化，准确进行地质评价
井
技
分辨薄的油气层，有效开发地下油气资源
术 的
预测轨迹在油层中行进的情况，实时指导钻井施工
应
预测高压地层，回避钻高施工效率
报告提纲
一、地质导向钻井技术概述 二、随钻测量技术 三、LWD地质导向仪器 四、地质导向技术应用实例 五、结论与认识
代
不确定性带来的误差，原设计靶区可
导
能并非储层）
向
地质导向技术问 世之前，常规的
钻
井眼轨迹控制技
井 技
术均属几何导向 范畴。
以井下实际地质特征来确定和控
术
地质导向
制井眼轨迹。任务是对准确钻入油气 目的层负责，具有测量、传输和导向
三大功能。
一、地质导向钻井技术概述
单纯的几何导向由于受控制井点少、储层厚度及物性变化大、构 造形态变异等因素影响, 容易出现井眼轨迹偏离目的层等情况, 延误 钻井进程或出现井下事故等不正常现象, 难以达到预期地质目的。
二十世纪九十年代，在世界范围内的勘探开发形势面临复 杂地质条件的背景下，以及随钻测量技术日趋成熟的基础上， 地质导向钻井技术逐渐发展成为一项前沿钻井技术，并在大位 移定向井、水平井及特殊工艺井中广泛应用。
美国、挪威、英国等国家采用地质导向钻井技术完成的井 数逐年增加，钻井周期逐步缩短，钻井成本明显下降，油田开 发效果明显提高。
激磁稳压
温 度 传 感 器 电 压 基 准
调制
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
加速度计
加速度计是一种专门测量重力加速度的传感器。DST随钻测斜仪中, 采用 的是磁液悬浮式加速度计。它相当于一个质量弹簧控制系统。
线圈AB通以方波激励, 当a≠90时, 加速度计敏感 轴与重力加速度垂直, 磁钢D位于线圈中间, 其在两个 线圈中产生的感应电势平衡,C点没有输出。当a=90, 加速度计发生了倾斜, 磁铁D在重力作用下产生位移, 两线圈中的感应电势失去平衡，C点输出电信号, 幅值 和相位与α有确定的关系, 通过放大、校正、解调, 最后反馈至线圈C端, 构成电弹簧, 使磁铁D回到中间 位置。反馈电流的大小, 与所敏感的加速度成正比。
1、有线随钻测量技术
探管工作原理
各传感器的输出经高精度A/T变换, 由脉冲传输电路通过单芯电缆从探管传 到地面计算机, 探管供电电源也通过该电缆从地面计算机传到探管。探管内的电 路对各传感器的温度系数进行补偿。
Gx加速度表
多
路 Gｙ加速度表
开
Gz加速度表 关
时序控制
A/T变换
Bx磁通门 By磁B通门 Bz磁通门
一、地质导向钻井技术概述
地质导向钻井就是在钻井过程中通过测量多种地质和 工程参数来对所钻地层的地质参数进行实时评价，根据评 价结果来精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。
换言之，地质导向就是使用随钻测量数据和随钻地层 评价测井数据来控制井眼轨迹的钻井技术。它以井下实际 地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井 眼轨迹进行钻井。
二十世纪八十年代，导向螺杆钻具（弯外壳马达）替代了直螺杆 钻具和弯接头，通过导向螺杆钻具和无线随钻测斜系统两项新技术的 应用，成功地实现了水平井钻井的几何导向。
随钻测井技术的发展改变了目前普遍使用的电缆测井和钻后测井 的状况，随钻测井技术的推广与应用使得实现测井和钻井的统一成为 可能。
一、地质导向钻井技术概述
二、随钻测量技术
数据传输方式的变革 电子多点——中断钻井作业，地面读取数据，非连续测量
有线随钻——电缆作为数据传输介质，随钻连续测量
MWD/LWD——钻井液（或电磁波）作为数据传输介质，随钻连续测量
都振川
二、随钻测量技术
1、有线随钻测量技术
有线随钻测斜仪是定向井测量仪器中的一种, 它可 在钻井过程中实时测量井斜、方位、工具面和温度等钻 井工程参数。
二、随钻测量技术
电子多点
测量技术的变革
有线随钻测量仪
MWD
LWD
都振川
二、随钻测量技术
电子多点 有线随钻 无线随钻
测量参数的变革
定向参数
井眼轨迹参数 — 方位角、井斜角 造斜工具状态参数 — 工具面角 地层磁场参数—磁场强度、磁倾角 地温参数 — 温度
LWD
都振川
定向参数 地质参数
自然伽马 电阻率 岩石密度 中子孔隙度 声波