随钻测井技术

第8卷第4期断 块 油 气 田

FAUL T-BLOCK OIL&G AS FIFLD2001年7月随钻测井技术

布志虹1　任干能2　陈　乐2

(11中原油田分公司勘探事业部　21中原石油勘探局地质录井处)

摘　要　随钻测井是一种新型的测井技术,它能够在钻开地层的同时实时测量地层信息。

本文介绍了斯伦贝谢公司最新的随钻测井技术,并通过对其新技术的分析,提出了在重点探井文古2井进行随钻测井的建议及方法。

关键词　随钻测量　随钻测井　随钻测量工具

引言

在钻井过程中同时进行的测井称之为随钻测井。

随钻测井系统中随钻测井的井下仪器的安装与常规测井的仪器基本相同,所不同的是各仪器单元均安装在钻铤中,这些钻铤必须能够适应正常的泥浆循环。

用随钻测井系统进行随钻测井作业比电缆测井作业简单。首先在地面把各种随钻测井仪器刻度好,然后把他们对接起来进行整体检验,再把随钻测井仪接在钻杆的底部,最后接上底部钻具总成和钻头,至此,就可以进行钻井和随钻测井作业了。

1　数据记录方式Ξ

随钻测井有2种记录方式,一是地面记录,即将井下实时测得的数据信号通过钻井液脉冲传送到地面进行处理记录;二是井下存储,待起钻时将数据体起出。这里仅介绍地面记录的方法。

在随钻测量仪中设计有一个十分重要的系统即钻井液脉冲遥测系统,该系统的作用是把各传感器采集的信号实时传送到地面。目前在随钻测量系统中主要使用连续钻井液脉冲进行遥测传输,它在井下用一个旋转阀在钻井液柱中产生连续压力波,这个旋转阀称为解制器。在井下改变波的相位(即调频),并在地面检测这些相位变化,就可以把信号连续地传输到地面。

来自各传感器的模拟信号首先被转换成二进制数。每一个二进制数则由一个具有适当的二进制位数的字来表示,每个字所含有的二进制位数的多少(即字长的大小)视测量结果所需的精度而定,如果所传输的信号对精度的要求不高,可用一个字长较小的字表示这个二进制数;反之,则需用一个字长较大的字表示。目前随钻测量系统中采用的字长一般为8位,即每个字含有8个二进制位,这是一个最优化方案,既满足了各测量信号对精度的要求,又能在单位时间里传送较多的二进制数到地面。

这些字由一系列的“0”和“1”组成,由调制器把它调制成代表这些字的钻井液脉冲发送到地面。调制器调制信号是一帧一帧地调制的,每一帧由16个字组成,其中15个字长为8位的字用于传输测量信号,一个字长为10位的字是用来标识一帧的起始位置的帧同步字。

最后,压力信号由安装在立管中的压力传感器检测出,由调制器调制并传送到地面。这些压力信号被送到地面计算机系统,由计算机系统调解后被还原成各传感器的测量信号值,并与其所对应的时间和深度一起存入数据库。这些测量信号和及其处理结果就可以实时地显示在荧光屏上或打印在绘图纸上。

在钻井液遥测系统的数据传输率和字长一定的情况下,系统在单位时间内向地面传送的二进

22Ξ收稿日期　2001-02-15

第一作者简介　布志虹,女,1962年生,高级工程师, 1982年毕业于江汉石油学院测井专业,现在中原油田分公司勘探事业部从事勘探管理工作,地址(457001):河南省濮阳市,电话:(0393)4822513。

制数的个数也是不变的,这样随钻测量工程师就面临这样一个问题:是增加被送曲线的条数而减少其采样密度,还是减少被送曲线的条数而增加其采样密度?随钻测量工程师应根据钻进速度、曲线的重要程度决定哪几条曲线需要实时传送以及它们应采用多大的采样密度。在随钻测量数据当中,井斜、井斜方位对于实时控制井眼轨迹至关重要,因此,每传送一帧井斜和井斜方位数据到地面,它们被采样2次,其它数据只采样1次。

在现有的随钻测量数据都测全且都需传输的情况下,如果数据传输率为3b/s,那么,测量信号更新一次需44s,假设钻进速度为25m/h,则每钻进0.3m就要对所测信号采一次样。一般情况下,钻进速度低于25m/h,因此,测量信号的采样间隔要小于0.3m。

2　工具简介

随钻测量(Measurement While Drilling,简称MWD)系统可以测量井斜、井斜方位、井下扭矩、钻头承重、自然伽马、电阻率等参数。20世纪80年代,在原来随钻测量系统的基础上又增加了补偿双电阻率测井仪和补偿密度-中子测井仪,由这种仪器组成的系统常被称为随钻测井系统(Logging While Drilling,简称L WD)。

2.1　MWD随钻测量系统

21111　井斜、井斜方位测量部分

当钻井工程师需要采集数据时,只要启动钻井液泵,数据采集就会开始,井斜和井斜方位则由地面计算机从井下传上来的磁力计和加速度计数据和区域重力矢量值、地磁场值计算出来。

2.1.2　仪器相对方位测量部分

该部分测量的是底部钻具组合相对于仪器高边的方位(重力方位),或相对于磁北极的方位(磁力方位)。仪器相对方位需要连续不断地向地面传送,钻井工程师可以利用它控制井眼始终在预定的轨道上钻进。

2.1.3　振动测量部分

该部分利用专用加速度计测量随钻测量仪钻铤所受到的加速度超过一定值的振动次数。定时传送累计振动次数到地面。钻井工程师利用这些测量数据可避免钻柱机械破坏。在钻井条件很差时,钻井和随钻测量工程师也利用这些数据防止随钻测量仪的过早损坏和制定仪器维修计划。

2.1.4　钻头承重和扭矩测量部分

该部分使用应变计测量钻头在井下承受的有效重量和扭矩,并把这些数据连续传送到地面。通过配对使用应变计来补偿温度漂移。

2.1.5　温度测量部分

该部分所用的温度传感器实际上是安装在随钻测量仪钻铤壁中的一个热敏电阻,测量环形空间中钻井液的温度变化。

2.1.6　短电位电阻率仪

短电位电阻率短节含有一个40cm(16in)电位电阻率测量装置,通常与安装在钻铤内的用闪烁计数管作探测器的自然伽马测井仪组合在一起使用。这种电阻率测量装置受井眼影响,且不能在油基钻井液和饱和盐水钻井液中使用。但是在井眼环境合适时,所测的电阻率曲线是一种很有用的地层对比曲线。

2.2　L WD随钻测井系统

212.1　补偿双电阻率测井仪(CDR)

补偿双电阻率测井仪是一种电磁波传播测井仪,它被安装在钻铤内。另外,这种仪器还带有自然伽马能谱测井仪。补偿双电阻率测井仪与双感应测井仪有很多相似的地方:它响应的是电导率而不是电阻率,可在水基和油基钻井液中工作,测量2条具有不同探测深度(114cm和165cm)的电阻率曲线。这种仪器的垂直分辨率为15cm,高于双感应测井仪,但其探测深度比双感应测井仪浅。仪器有2种工作方式,即实时数据传播和井下数据储存。根据补偿双电阻率仪的测量结果可计算一条“电”井径曲线。

2.2.2　补偿密度-中子测井仪

该测井仪的原理与电缆测井中使用的岩性密度测井仪和补偿中子测井仪类似。根据井眼校正后的密度曲线外还可以计算一条微差井径。

2.2.3　声波测井仪(ISON IC)

随钻声波测井仪是斯伦贝谢公司的一种新仪器,其原理与电缆测井中的声波类似。

2.2.4　新型的电阻率随钻测井仪(RAB)

RAB测井仪是斯伦贝谢测井公司新研制的电阻率测井仪,它的最大特点是利用钻头作为供电电极,从而测量钻头处的地层电阻率。图1是RAB在英国某井的实例,根据RAB所测量的自然伽马和深、浅电阻率与邻井资料对比,可实时进行地层定位,卡取心层位,可精确到20cm。

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第8卷第4期 布志虹等1随钻测井技术 2001年7月