随钻测量

第六部分随钻测量技术随钻测量与地质导向工具是一项钻井技术的“地下革命”李琪主讲22020/6/2盐丘定向钻井技术在勘探、开发中的功用海上或陆地丛式井工程救险井因事故复杂进行侧钻多目标勘探与开发控制断层钻探水平井进行开发地面条件限制大位移定向井侧钻分支井6.1随钻测量信息系统概述李琪主讲42020/6/2随钻测量系统MWDEM˙MWDFM˙MWD实时动态数据测量储存系统井下动态信息测储设备近钻头测量系统LWD空间姿态测量系统钻头前方探测系统SWD地面监测录井系统综合录井仪八参数仪地面模拟器地面与井下数据储存、分析与显示系统地面或远方决策与总控系统微电脑一微电脑二微电脑三（上行测量信息通道）6.1.1随钻信息测量-控制-通讯流程图（下行测量信息通道）地面控制设备环空/钻柱井下控制机构井下执行机构钻头/工具李琪主讲52020/6/2MWD——measurewhiledrillingEM.MWD——eleetronicmeasureMWDFE.MWD——formtionEvaluationMWDDWD——Diagnostic-While-DrillingLWD——loggingwhiledrillingSWD——seismicwhiledrillingGST——GeosteeringTool6.1.2随钻测量系统发展李琪主讲62020/6/2井斜、方位、工具面、井下钻压、井下扭矩、马达转速井下振动、伽马射线、地层电阻率、密度方位中子密度、中子孔隙度、环室温度探测各种异常地层压力、预测钻头磨损状况探测井下异常情况及故障分析通过井下存储可实现测井的全井图像分析6.1.3随钻测量参数李琪主讲72020/6/2泥浆脉冲传输方法涡轮发电机给系统供电接收系统、接收各部分传感器采集的数据连续脉冲波发生器由转子和定子组成，转子与定子之间切割泥浆产生不同的泥浆压力差。利用钻杆传播应力波（声波）方法Burne和Kirkwood(1972)、Drumheller(1989)奠定了理论基础；Lee和Ramarao(1995)分析了充液钻杆中声波传输问题；哈里伯顿（2000）开发了声波遥传系统AST（AcousticTelemetrySystem）最有潜力的高速传输方式电磁波（EM）遥传系统载波频率一般在30Hz以下泥浆脉冲遥传系统载波频率一般在100Hz以下声波遥传系统（ATS）载波频段在400～2000Hz6.1.4随钻测量数据传输系统李琪主讲82020/6/2李琪主讲92020/6/26.2MWD随钻测量系统李琪主讲102020/6/2井下传感器组装工具李琪主讲112020/6/2A/D转换板温度校正换算,标定钻压校正加速度X,Y,Z钻压,钻头扭矩环空压力井眼压力温度磁力仪X、Y1000赫兹16位为研究用的仪表面板储存器1000赫兹16位1000赫兹16位0.2赫兹0.2赫兹0.2赫兹格式变换数字低频滤波付立叶变换处理集成平均值计算转换诊断处理记录速度200,100,40赫钻压扭矩弯矩转速环定压力井眼压力加速度静态矩（平方根、立方根）温度1跳钻2粘/滑3涡动、反转4扭振5轴向加速度6横向加速度7弯矩8钻头切削效率传输到地面0.2赫兹诊断标志静态的数据检测数字信号处理数据监测和处理框图李琪主讲122020/6/2SystemforDiagnostic-While-Drilling(DWD)SandiaNationalLaboratoriesMeasurementSub:•Three-axisacceleration•High-frequencyaxialacceleration•Angularacceleration•Magnetometer(rotaryspeed)•Weightonbit,torqueonbit,bendingmoment•Drillpipeandannuluspressure•Drillpipeandannulustemperature李琪主讲132020/6/2SystemforDiagnostic-While-Drilling(DWD)SandiaNationalLaboratoriesData-transmissionformatAstreamofdigital,bi-phaseencodedframesDatalinkDigitaldatarate=200,000bitspersecondAcommerciallyavailabledatalinkcalledWet-connectwirelineischosedSurfacedisplay李琪主讲142020/6/26.3.1与电缆测井的比较使测井在地层被破坏或被污染之前完成部分信息能实时测量，可使钻井过程更有效使测井更安全保险（某些井环境恶劣、下电缆困难）避免了仪器落入井中又无法回收等事故几乎能完成所有电缆测井工作，且有相同的测量精度成本高、尺寸大海上钻井作业中，使用LWD的比例高达95%每年随钻测井服务产值已占整个测井行业产值的25％6.3LWD随钻测井系统李琪主讲152020/6/2CDN——补偿中子密度CDR——补偿双电阻率6.3.2系统组成及性能李琪主讲162020/6/2指向性李琪主讲172020/6/2李琪主讲182020/6/2（1）补偿双电阻率CDR（CompensatedDualResistivity)6.3.3随钻测井工具高频感应能在各种泥浆中工作补偿井眼的影响伽马射线能谱分析探测两种深度：（中深RPS(？)是相位测量，深RAD（放射的）是通过衰感测量，使用目的是对比所钻地层，对地层进行评估）李琪主讲192020/6/2IntegratedDrillingEvaluationandLogging(IDEAL)——ARC5ArrayResistivityCompensatedTheARC5ArrayResistivityCompensatedtoolprovides2-MHzborehole-compensatedphaseandattenuation(衰减)resistivitymeasurementswithmultipledepthsofinvestigationinslimholes.BenefitsoftheARC5toolFormationevaluationmeasurementswhiledrillinginslimholes.AccurateRtupto200ohm-mwithwiderangeofboreholefluids.Invasionprofilingtoidentifypermeablezones.High-qualityreal-timemeasurementsavailableforcorrelationandgeosteering.李琪主讲202020/6/2IntegratedDrillingEvaluationandLogging(IDEAL)——ARC5ArrayResistivityCompensatedFeaturesoftheARC5toolFivetransmittersandtworeceiverscombinetogive10verticallymatched,borehole-compensated,2-MHzresistivities.Totalgammaraysensorforlithologyestimationandcorrelation.Downholememoryandbatteriesallowtooltoberunwhiledrillingorwhiletripping.Real-timedatatransmissionwithSlim1*MWDsystemDataprocessingprovideshorizontalandverticalresistivities(Rh,Rv),mudresistivity(Rm),phasecaliper(井径仪)andinvasionprofile.李琪主讲212020/6/2由两个中子源、一个中子探测器、一个密度探测器、一个扶正器和电子线路构成。使用两个探测器的目的是补偿井眼的影响补偿热中子密度补偿岩石的密度（2）补偿中子密度CDN（CompensatedDensityNeutron)6.3.3随钻测井工具李琪主讲222020/6/2由中子源、中子探测器、密度源、密度探测器和超声探测器等构成世界首创方位核子测井工具方位核子测量能认识非均匀性地层，并在不规则井眼中很好应用与电缆测量的密度和孔隙度的精度相同可用超声进行偏离间隙测量可允许大泥浆排量放射源易于安装打捞6.3.3随钻测井工具（3）方位中子密度ADN（AzimuthalDensityNoutron)李琪主讲232020/6/2IntegratedDrillingEvaluationandLogging(IDEAL)——ANDAzimuthalDensityNeutron是提供方位核子测量的第一个随钻测井工具；ANDtoolmeasuresborehole-compensatedformationdensity,neutronporosity,photoelectricfactor(光电因子)andultrasonicstandoffs(间隙).Theseareindividuallymeasuredinfourquadrants(象限)aroundtheborehole--top,bottom,leftandright--alongwithaveragemeasurementsaroundtheborehole.Quadrantreadingsallowdetectionofbedboundariesandheterogeneousformations.李琪主讲242020/6/2由打捞柱、电池、上发射器、方位电极、电极环、方位伽马射线、钻头电阻率探测器和现场可换扶正器构成可定向地测量钻头处的方位电阻率可对地层倾角和井眼间隙补偿采用近钻头测量的原因实现地层对比实现地层评价保证测井数据更能真实反映地层情况得到比电缆测井效果更好的测井数据6.3.3随钻测井工具（4）近钻头电阻率RAB（ResistivityAtBit)李琪主讲252020/6/2IntegratedDrillingEvaluationandLogging(IDEAL)——RABResistivity-at-the-Bit方位电极应用：•地层评价（Formationevaluation）-盐水泥浆或高电阻率地层可精确测量电阻率-Highverticalresolution(分辨率)（几英寸）-方位电阻率井眼成像探测电阻率各向异性-Sensoratbittoensureminimumpossibleinvasion-Totalgammaraysensorforlithologyestimation-Batterypoweranddownholememorytologwhiletripping李琪主讲262020/6/2应用•相关性（Correlation）-Resistivityatthebitforinstantaneousdetectionofcasingandcoringpoints,usingthebitasthemeasurementelectrode•钻井/机械（Drilling/mechanical）-TheRABtoolcanberuneitherslickorwithasleevestabilizer-Builtintoashort,independentsubforminimalinterferencewithHBAdesign-ShockmeasurementtoallowthedrillertoadjustweightonbitandrateofturntoextendB