随钻测井技术进展

随钻测井技术进展2020/6/22提纲前言1MWD/LWD概述2随钻地层评价测井方法随钻电阻率测井随钻核/核磁测井随钻声波测井3地质导向4结束语2020/6/23测井学是一门应用学科，主要包括测井方法和理论基础、测井仪器与数据采集以及测井数据处理与综合应用等三个层面的内容。测井技术是油气藏勘探开发不可或缺的手段，测井资料是测井评价、地质研究和油气藏开发的科学依据。地质家和油气藏开发工程师的“眼睛”。前言2020/6/24（1）测井方法和理论基础（大学或研究机构）（2）测井仪器与数据采集（测井服务公司）（3）测井数据处理与综合应用（油公司）测井学基本内容2020/6/25测井技术特点方法和仪器种类多、信息量大纵向分辨率高而横向分辨率低受井眼环境影响大存在多解性，需要多学科结合：地质、油藏和钻井地层测井仪器测井响应激发信号接收信号物理场获取资料测井应用方法理论、实验解释评价等2020/6/26发展新型测井单项方法、采集装备、采集技术和现场快速解释（国内多数测井公司承担单井测井解释任务）服务公司1）发展测井精细评价技术成熟技术的推广和深入研究前沿技术的关注和评价老资料的重新认识与应用2）发展一体化多学科结合的油气层测井评价核心技术（国内油田研究院参加单井解释，负责精细解释与多井评价）油公司测井作用定位2020/6/27国际测井行业概况三大测井服务公司（Schlumberger,Halliburton,BakerAtlas）都是集研发、制造和服务于一体，使用自主研制的测井装备开展技术服务，形成了技术和市场的良性循环，占有国际测井市场90%左右的工作量。150家石油企业统计，2001年勘探开发总投入1,000亿美元，其中，测井投入40亿美元。Schlumberger62%其他公司合计9%BakerAtlas15%Halliburton14%国际测井市场份额（2001）BakerAtlas公司ECLIPS-5700Schlumberger公司MAXIS-500Halliburton公司EXCELL-2000三大测井服务公司成像装备的技术水平相当，为20世纪90年代推出的产品，分别为：国际测井行业概况（续）2020/6/291MWD/LWD概述MWD：MeasurementWhileDrilling，随钻测量LWD：LoggingWhileDrilling，随钻测井电缆测井—WirelineLogging在测井行业，应用LWD说法似乎更多一些；在钻井领域，应用MWD说法似乎更多一些。2020/6/210•1927:Schlumberger兄弟在法国得到第一条电缆测井曲线•1929:Jokosky申请第一个泥浆脉冲传送专利•1950:Arp发明正向泥浆脉冲系统•1960：利用正向泥浆脉冲的机械测斜仪出现，并用到现在•1971:MobilR&D第一次成功实验泥浆警笛•1978:定向MWD的商用传输系统•1980:Schlumberger/Anadrill引入多探头MWDMWD/LWD发展简史–早期2020/6/211MWD/LWD发展简史–LWD的诞生•1984:–NLBaroid引入岩性记录测井(RLL)–电磁波电阻率和自然伽玛测井–Teleco,Anadrill,Exlog和Gearhart提供电阻率和自然伽马测井服务•1986:NLBaroid引入三组合LWD•1989:–Sperry引入三组合LWD–Anadrill引入三组合LWD2020/6/212MWD/LWD发展简史–钻头成像•1992:Anadrill公司的IDEAL系统（IntegratedDrillingEvaluationandLogging）开始服务–钻头电阻率仪RAB(ResistivityAtBit)–地质导向仪GST(GeoSteeringTool)–井眼成像仪/声波井径仪•1993:Baroid(NLSperry)开始利用近钻头倾角仪•1995:出现商用小井眼电阻率仪•1996:Anadrill小井眼三组合测井仪•1999:Schlumberger引入实时地层成像•2001:Schlumberger引入随钻地震SMWD2020/6/213随钻测量(MeasurementWhileDrilling)是在钻井过程中进行井下信息的实时测量和上传的技术的简称；由井下部分（脉冲发生器，驱动电路,定向测量探管，井下控制器，电源等）和地面部分（地面传感器，地面信息处理和控制系统）组成，以钻井液作为信息传输介质；通常意义的MWD仪器系统，主要限于对工程参数（井斜、方位和工具面等）的测量，它只是一种测量仪器，无直接导向钻进的功能经典随钻测量（MWD）概念2020/6/214随钻测井(LoggingWhileDrilling)是在随钻测量(MWD)基础上发展起来的一种功能更齐全、结构更复杂的随钻测量系统，主要是在常规MWD基础上增加电阻率、中子、密度和声波等测量短节，用以获取测井信息；与MWD相比，LWD传输的信息更多，不可能完全泥浆脉冲传送数据，采用井下存储（起钻后回放）和部分信息实时上传方式处理；LWD作为随钻测井仪器，其任务是获取测井信息，无导向、决策功能；LWD位于井下钻具组合(BHA)上部，测量得到的电阻率、自然伽玛等参数已不属于近钻头测量。经典随钻测井（LWD）概念2020/6/215著名公司关于MWD/LWD的认识BP-Amoco公司：MWD是指随钻压力之类的钻井测量和各类定向测量，而LWD专指地层评价测井服务。BakerHughes公司：将MWD用于一般的井下平台，包括脉冲发射器、通讯和方位系统，而LWD专门用于地层评价仪器，如电阻率、声波和中子探头。Halliburton公司：MWD泛指钻井时所有的井下测量，特指与方向/方位及钻井有关的测量；LWD指钻井时的岩石物理参数测量。2020/6/216随钻测井发展的动力和条件工程需求：测井成功率、钻井安全与效率地层评价—常规地层评价（浅泥浆侵入）—时间推移测井（多次测量）—地层各向异性评价地质导向降低费用：少占用钻台时间，节省时间和资金数据传输“瓶颈”问题的解决2020/6/217随钻测井现状•目前，随钻测井技术发展很快，已经具备几乎所有的电缆测井项目；•国外，在海上，几乎所有的裸眼测井作业采用随钻测井技术；在陆地上，特别是大斜度井和水平井，以采用随钻测井技术为主；•中国国内随钻测井技术较落后，以电缆测井为主。2020/6/218MWD/LWD内容•钻井定向控制和安全控制的实时测量–倾角、方位和钻头方向–钻压、扭矩（力学数据）•地层物理参数测量（地层评价）–电磁波传播与侧向测井–密度/中子测井–声波测井•地质导向测量–电阻率/GR/方位密度（优化井眼轨迹和地质目标）•其它应用–套管位置和取心位置选择–超压探测–临井对比/地震对比–浅层天然气探测2020/6/219随钻测井系统（1）Schlumberger公司收购Anadrill公司，著名的系统为VISION系统，包括伽马、电磁波传播、方位密度-中子、常规和方位电阻率仪器等。可以获得全井眼图像，用于构造解释、地质导向、地层评价和井眼故障分析。主要包括：VISION475、VISION675和VISION825：分别适合在小井径（5.75~6.25in.）井眼、8~9.875in.井眼和12.25in.的井眼中使用；ProVISION：增加了磁共振测量，可以实时提供孔隙度、束缚水和自由水体积、渗透率和孔隙尺寸等；GeoVISION：地质导向（Geosteering）。2020/6/220Schlumberger公司的VISION系统2020/6/221随钻测井系统（2）Halliburton公司收购以随钻测井技术为主的专业公司Sperry-Sun，随钻测井技术处于领先地位。著名的系统为INTEQ系统和PATHFINDER系统，包括伽马、电阻率、密度中子、声波、核磁共振（2002年推入市场）、地层测试、井径和部分成像测井等测井方法，基本具备电缆测井的功能。2020/6/222Halliburton公司的PATHFINDER系统伽马测量电阻率测量定向测量脉冲仪电池密度测量中子测量井径测量DNSCMHDSLCWRGMMultiLink接头2020/6/223随钻测井系统（3）BakerHughes公司OnTrak为最新一代的随钻测量系统（为该公司著名的AutoTrak系统的重要组成部分），包括方位伽马、电阻率、中子、密度、温度、压力、井径和方向等测量，提供底部钻具组合(BHA)的方向控制、动态监测与地层评价服务。2020/6/2242随钻地层评价测井方法随钻电阻率测井随钻核/核磁测井随钻声波测井2020/6/225（1）随钻电阻率测井基本原理与电缆电测井相同，以电磁波传播电阻率测井方法为主仪器相对简单，处理、解释比较困难由于泥浆侵入、地层倾斜、各向异性、围岩和井眼等影响，解释处理相对复杂，尤其是倾斜地层和各向异性影响，使处理解释复杂化、困难化需要考虑介电常数影响2020/6/226电测井基本原理)()()(22xJixEkxET)()]()([xxUx磁导率介电常数电导率：波数:::)(2iik地层电性参数2020/6/227电测井测量方程KVRaRKVXaX121log20aRVVEATT221aRIUKRa直流电测井感应测井电磁波传播测井Geolink公司已经开发出低频（20kHz）随钻感应测井仪器；2020/6/228电磁波传播电阻率测井通过发射线圈激发电磁波，电磁波信号在地层中传播，其相位和振幅发生改变，根据变化量判断地层的电性参数特征主要特点：频率以2MHz为主，单发双收为基本结构，测量幅度比（衰减）和相位差数值，转换得到深、浅电阻率曲线。2020/6/2292MHz电法测井仪器相位差电阻率有较好的轴向分辨率和较浅的径向探测深度；适用地层：200Ω.m幅度比电阻率的轴向分辨率差，径向探测深度较大；适用地层：100Ω.m探测深度较深可在非导电井眼中应用能够反映各向异性受井眼影响比较小垂向分辨率相对较差无方位测量信息受地层倾角影响明显相位差幅度比Ω.m2020/6/230各向同性/各向异性地层模拟结果2020/6/231Halliburton公司CWRGM仪器•地层电阻率范围：0.15~200Ω.m•2MHz双间距电阻率测量：CWR(6.75,8,9.5in.)、SCWR(4.75in.)•相位差测量R55P,R25PR35P,R15P•衰减测量R55A,R25AR35A,R15AGR55in.发射探头25in.55in.25in.发射器接收探头（测量点）25in.发射探头55in.发射探头深度（ft）1010.2Rm=0.1Ω.m,dh=8.5in.010203040R55PR25PR55AR25AR55P和R25P分辨率匹配的相位测量可以识别6in.的地层6in.1ft2ft4ftRt电阻率(Ω.m)2020/6/232Schlumberger公司ARC5仪器及响应2020/6/233仪器名称频率线圈排列数据(in.)CDR2MHzTRRT-28.0-3.0+3.0+28.0ARC52MHzTTRRTTT-28.0-16.0-3.0+3.0+10.0+22.0+34.0电磁波传播电阻率测井仪器仪器名称频率线圈排列数据(in.)DPR2MHzRRT-3.5+3.5+31.0Navigator400kHz2MHzTRRT-36.1-5.1+5.1+36.1-35.0-4.0+4.0+35.0SlimMPR400kHz2MHzTTRRTT-36.1-22.9-5.1+5.1+22.9+36.1-35.0-23.0-4.0+4.0+23.0+35.0MPR400kHz2MHzTTRRTT-35.625-22.375-4.0+4.0+22.375+35.625-35.625-22.375-