随钻测井技术及仪器研究进展探讨

随钻测井技术及仪器研究进展探讨
李业
【摘要】随着水平井的广泛应用以及海上油田的不断发展,随钻测井技术及仪器发展迅速.本文介绍了随钻测井数据传输技术,若光纤遥测广泛应用于测井方向,将极大的推动随钻测井工艺技术的发展.并讨论了随钻声波测井、随钻电阻率测井以及随钻核磁共振测井及相关仪器的现状,现有较先进的随钻测井仪器大多为外国大型石油公司研制,国内技术较国际水平还有一定差距,仍需要大力发展.
【期刊名称】《内蒙古石油化工》
【年(卷),期】2012(038)024
【总页数】3页(P104-106)
【关键词】随钻测并;光纤遥测;随钻声波测井;随钻电阻率测井;随钻核磁共振测井【作者】李业
【作者单位】西南石油大学,四川成都610500
【正文语种】中文
【中图分类】P631.8+1
传统的电缆测井是在钻井完工后进行,但是钻完井后再测井,地层各种参数与刚钻开地层时有所差别;此外,随着水平井的广泛应用,利用电缆将仪器放入油井中进行测量更是难以实现。

因此,在二十世纪八十年代,随钻测井应运而生。

随钻测井(Logging while drilling)一般是将测井仪器置于钻头之后,即可在钻井过程中同时测量地层岩
石物理参数,并利用数据遥测技术将测量结果实时送回地面进行处理,这样不仅解决
了大斜度井、水平井的测井问题,并且可利用实时测得的钻井参数和地层参数及时
调整和控制钻进过程。

早期的随钻测井质量、分辨率及深度精度均赶不上传统的电缆测井,并且随钻测井
数据遥测技术的带宽限制了测井数据的实时传输。

但是经过过去几十年的发展及科技的进步,现代随钻测井技术更加成熟,仪器更为精密,遥测技术带宽也已大幅度增加,同时井底数据处理也减小了传输数据量。

在诸多方面,随钻测井已经远远超过并取
代了传统的电缆测井。

并且,油田低成本开采使得定向及水平井钻探的应用越来越
广泛,以及海上油田不断发展,意味着随钻测井技术将进一步发展和完善。

1 随钻测井技术发展情况
迄今为止,可进行随钻测井的项目有比较完整的随钻电、声、核测井系列,随钻井径、随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等。

可以提供中子孔隙度、岩性密度、多个探测深度的电阻率、伽马,以及钻井方位、井斜和工具面等参数,基本能满
足地层评价、地质导向和钻井工程应用的需要。

哈里伯顿公司于1994年开发的path Finder LWD在定向测井服务中它们可以代替电缆测井而提供优质可靠的测
量数据。

斯伦贝谢公司开发的LWD系列包括声波(SI)、电阻率 (RAB)、阵列电阻
率 (ARC5)、密度中子(AND)等。

阿特拉斯公司开发的SWD仪以钻头为声源、在
地面或邻井进行测量的技术研究为LWD增添了新的内容。

国内中石化 FEWD[1]
可以实时获得地层自然伽马、电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度四道地质参数和井斜角、方位角、磁/高边工具面角等工程参数,2009年首次在塔河成功完成随钻
测井。

1.1 数据传输
随钻测井数据传输技术包括:泥浆脉冲遥测、电磁(EM)传输、声波传输及光纤遥测
等[2、3]。

泥浆脉冲遥测目前应用较为广泛,技术成熟,它是将被测参数转变成钻井液压力脉冲,随钻井液循环传送到地面。

但该方法数据传输速率较低,改进的泥浆脉冲遥测系统的传输速率仅可能达到50bit/s。

国内有中油测井西安仪器厂研发的MCQ-2型正脉冲泥浆发生系统。

电磁传输是将随钻测井仪器放在非磁性钻铤内,在上部钻杆和非磁性钻铤间安装有绝缘短节,便于载有被测信息的低频电磁波向井周地层传播。

电磁波传输不需要泥浆循环,不需要机械接收装置,可应用于空气或泥浆的欠平衡钻井,但其传输速率与泥浆脉冲传输相当,并且低电磁波段频率接近于大地频率,使信号探测和接收变得较困难。

声波遥测可以提高数据传输速率,一般能达到几百 bit/s,但信号容易受到钻井设备噪音干扰而变得探测困难。

光纤遥测使用的光纤电缆很细小,成本低,其室内实验光纤数据传输速率可以高达
1Mbit/s,比其他商用随钻遥测技术快 5个数量级。

但该技术仍处于研究阶段,尚未见到其在测井中的实际应用。

在未来,若其广泛应用于测井方向,将极大的推动随钻测井工艺技术的发展。

1.2 随钻声波测井
基于声学原理的随钻测井(LWD)仪器提供的资料可以用来降低不确定性,帮助工程师及时有效地进行决策。

通过随钻声波测井仪器获得数据不仅可以用来建立孔隙压力梯度和渗透率,还可以用来确定烃的类型,评估井眼稳固性,解释岩性变化,监测井眼中流体的流动影响,以及准确的设定套管下入深度等。

在制定对钻井成本和钻井效率有重大影响的一些关键决策时,及时获得这些是十分必要的[4]。

APX随钻声波测井仪是贝克休斯公司于 2002年开发成功,它应用了四级子波测量技术,突破了横波速度测量的限制,标志着随钻声波测井技术质的飞跃。

其工作原理[5]是位于钻铤上部的声源发射器以最佳频率发射声波脉冲,在沿井壁及周围地层向
下传播的过程中被阵列接收器检测到首波信号,接收信号后,利用先进的嵌入技术将声波模拟信号转换为数字信号,再采用有限元法将数字信号转换成地层声波时差,最后将波形数据存储起来或实时传输到地面。

APX它能提供各种快慢速地层的实时纵波和横波时差数据,大幅度提高了随钻的浅表层评价能力,具有巨大的商业潜力。

冲击波声波测井仪[6](Big bang sonic tool)由威德福公司研制,它可以实时返回钻井过程中可靠的油藏信息。

该仪器可以连续提供高质量的声波数据,它可以最大化地层信号,并且最大程度地减小钻井时其他声音的干扰,因此可在不同钻井条件下获得高精度油井测量。

其数据发射器可以轻易将高强度的信号与随钻测井产生的声音区分开,可提供 0.87psi的压力,较同类电缆测井工具高50%,其输出强度比传统随钻声波测井仪高两到三倍。

其接收器阵列可获得轴向高敏感性及径向低敏感度,即它对地层信号非常敏感,而受泥浆流动噪音的影响小。

该测井仪现有两种型号:6.75英寸及 8.25英寸,而其他型号仍在研制中。

该测井仪在墨西哥湾,北海以及中东和中国取得了成功应用。

并在北海一项具有挑战性的工程中,应用冲击波测井仪成功识别套管,并对地层进行连续可压缩声波测井,取得了较好的结果。

随钻超声波测井仪sonicVISION属于斯伦贝谢VISION系列,具有新的高能宽带发射器,频率为4-25k Hz,这种频宽使得斯通利波能够用于快速地层(如碳酸岩)评价,以及裂缝宽度和渗透性评估。

其快速横波可用于分析岩石的机械特性。

此外,随钻声波测井仪还有贝克休斯公司推出的LWD低频四级横波仪,低频时不存在仪器四极波,无须声波隔离装置,并且可测量低速地层的横波速度。

还有哈里伯顿公司的随钻宽频多级声波测井仪器,其横波速度测量范围扩大了50%,能在不同的地层条件下获取高质量的声波数据[7]。

1.2 随钻电阻率测井
与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为两类:侧向类和感应类。

侧向类适合于在导电泥浆、高电阻率地层和高电阻率侵入的环境使用;感应类在低电阻率地
层测量效果好,适合于导电或非导电泥浆[8]。

斯伦贝谢 geoVISION侧向电阻率测井仪适用于高导电性泥浆环境,其高分辨率侧向测井减小了邻层的影响。

该仪器提供包括钻头、环形电极以及三个方位聚焦纽扣电极的电阻率。

其中,钻头电阻率可提供实时下套管和取心点的选择;三个方位纽扣电极提供三种深度的微电阻率随钻成像,可以解决复杂的解释问题。

并且实时图像可以被传输到地面,以便认识构造倾角和裂缝,以更好地进行地质导向。

现有随钻电阻率测井仪还有斯伦贝谢公司推出的超深电阻率随钻测井仪,以及贝克休斯IN TEQ 公司开发的随钻聚焦型电成像测井仪Star Trak等。

哈里伯顿公司研制的方位聚焦电阻率仪(AFR)将电阻率成像和随钻侧向测井结合在一起,可以进行单向测井电阻率数据、钻头处电阻率以及地层电阻率图像三方面的测量[9]。

此外,随钻电磁波传播仪器在随钻电阻率测井中应用十分广泛,并且性能非常稳定。

电磁波传播电阻率,在高阻地层信号失真很小,而在低阻地层信号失真较大,幅度衰减和相位偏移大。

影响电阻率传播的因素较多,包括地层各向异性,井眼效应,介电效应,偏心,流体侵入,探测深度,垂直分辨率及传感器测量范围等。

朱由页[10]等人研究了水平井随钻电阻率测井与传统电缆测井曲线的对比,结果表明,虽然随钻电阻率测井受到井眼、井轴与地层各向异性等多种因素的影响,但可以通过理论校正图版进行校正,从而获得较为准确的结果。

贝壳休斯 MPR电阻率测量工具采用业内最深探测深度的传感器,可进行油藏地质导向,较早发现油层边界,明了前方地层。

该仪器运行2MHz和400k Hz双频率,采用自动补偿的天线设计,其专有的铁素体合金天线保证了独有的400k Hz测量的可靠性。

MPR电阻测量仪可测定8条不同深度的定量电阻率曲线,并可用于所有泥浆体系。

其他随钻电磁波电阻率测井仪有斯伦贝谢公司的ARC475,哈里伯顿的EW R-M5,精确钻井的MFR,以及松代克斯公司的紧凑型补偿随钻电磁波电阻率测井仪器等。

GW-LWD电磁波电阻率随钻测量仪为我国中国石油长城钻探工程公司通过国际合作,采取国外研究设计、国内组装配套调试完成的,采取两种频率四发双收,提高了其测量精度和抗干扰能力,采用最新设计大容量井下存储器,存储量超过国外同类仪器,性能稳定,是我国随钻测井仪器又一进步。

1.3 随钻核磁共振测井
核磁共振随钻测井[11](Magnetic Resonance Imaging Logging While Drilling)MRILWD可以得到可靠的地层参数,如总孔隙度和束缚流体体积等,其代表了地质导向和地层评价技术的重大进步,现国外许多大型公司都致力于进行核磁共振随钻测井技术的研究。

MRIL-PTM核磁共振仪器由哈里伯顿公司推出,由于它是居中探测,因此不容易受井壁条件的影响;共有九个测量频率,测速较快;单趟可测量五组数据,并且能够同时测量谱差分和谱位移两套数据;可识别天然气、轻质油、中等粘度的油和稠油,可井周360探测,适合于各向异性储层。

但其测量样品体积较大,信噪较高。

第二代核磁共振随钻测井仪器MRIL-WDTM:哈里伯顿NUMAR公司和Sperry Sun公司在 1996年就开始致力于其MRIL-WDTM计划,现在其第二代 MRIL-WDTM已经进入商业化阶段,先后在墨西哥湾和和北海进行多次商业服务。

斯伦贝谢公司及贝克休斯等公司也在进行MIRLWD技术的研究并取得了进展,斯伦贝谢2001年推出的核磁共振测井仪proVISION,证实了在碎屑岩和碳酸岩储层中实时采集测井数据的能力,它可以识别非常小或者难以检测的相变化,并且可以提供复杂地层环境中向导决策所需要的实时信息和数据[12]。

2 认识
(1)实时数据传输是影响随钻测井技术的一个关键因素,它制约着随钻测井技术的进一步发展。

改良现有数据传输技术,或采用新技术,提高实时数据传输速率,是今后随钻测井技术发展必须要攻克的难关。

若光纤数据传输广泛应用于测井方向,将极大
的推动随钻测井工艺技术的发展。

(2)随钻测井现阶段发展目标应该不断完善测井仪器和解释软件,以提高钻井效率,降低钻井风险,实现井眼的精确定位,最终降低勘探和开发成本。

(3)国外随钻测井技术发展较快,现有较先进较成熟的随钻测井仪器大多为外国大型石油公司研制。

我国随钻测井领域与国际水平还有相当差距,应加强人才交流,拓宽海外市场,增加合作项目,以利于我国快速成长为技术性国家。

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