随钻测井技术

随钻测井技术东北石油大学随钻测井技术宋延杰随钻测井技术东北石油大学在钻井过程中同时进行的测井称之为随钻测井。随钻测井由于是实时测量,地层暴露时间短,其测量的信息比电缆测井更接近原始条件下的地层,不但可以为钻井提供精确的地质导向功能,而且可以避免电缆测井在油气识别中受钻井液侵入影响的错误,获取正确的储层地球物理参数和准确的孔隙度、饱和度等评价参数,在油气层评价中有非常独特的作用。随钻测井定义随钻测井技术东北石油大学与电缆测井相比，随钻测井具有准确性、实时性和适用性广等优势。具体表现为：a)LWD是在钻头破岩后不久、泥浆侵入较浅、井眼平滑与尚未明显垮塌的条件下测量的，测井曲线受泥浆侵入影响比常规测井小得多，更能反映原状地层的电性、物性和孔隙流体性质。其不同测量方式获得的时间推移测井资料，也易于识别油气层和分析储层渗透性；b)人们可根据实时记录测量的近钻头的地质参数，判释易于造成井涌的高压层、造成井漏的裂缝、破碎带(断层)以及地层岩性和油气水界面，结合井眼几何参数，确定钻头在地层中的空间位置并做出迅速反应，采取适当的工程措施，引导钻头沿着设计的井眼轨迹或实际地质目标层(油气藏中)钻进，提高钻井效率;c)复杂条件下不能进行电缆测井时，利用LWD可采集井眼和地层物理信息。与钻杆传输测井(PCL一WL)相比，LWD更为安全可靠，它适合在各种恶劣的井下环境中作业，在大斜度井、水平井和小井眼中测量更是见其特长。随钻测井的优点随钻测井技术东北石油大学1927年Schlumberger兄弟第一次成功地在法国实施了电缆测井开始，人们就有了将其用于“随钻”中的想法。1929年Jakosky先生申请了泥浆脉冲发生器概念的专利技术。1.早期随钻测井技术的发展与技术特征随钻测井技术发展史30~40年代工程师们试图将电缆测井的导电电极捆绑在钻杆上进行尝试性的测量，Stanolind油气公司也尝试采用将电缆测井的电缆穿在钻杆内进行“随钻”测井。随钻测井技术东北石油大学50年代初期随着泥浆录井和电缆测井成为地层评价的主流概念，以及当时钻井器具机械性能的限制，随钻技术尤其是早期的遥测/遥传技术被放弃而停止发展。50年代后期到60年代初期Arp先生发明了正脉冲的泥浆遥传系统，并由Arps公司和LaneWalls共同进行了开发和发展，这套系统在60年代初期曾进行了几次成功的自然伽马测井和电阻率测井。60年代后期Redwine和Osborne开发出一套“随钻单电极电阻率测井”仪器，遥测仪器也运应而生并开发出正泥浆脉冲的机械式倾角计，来测量井斜角和方位角。Godbey公司也开发出简单的正弦波的泥浆传输系统。随钻测井技术东北石油大学更具有化时代意义的是由于ELF石油公司积极推广使用正脉冲泥浆遥传系统，直接促成了Teleco公司的创立，也正是Teleco发展了随钻测量的工业化基准的服务标准和系统可靠性与性能标准。从此随钻的概念正式以一项成功技术全面浮出水面。然而，也是在这个时期，由于随钻系统在设计上的缺陷和缺乏经济利益的驱使，降低了人们对随钻技术的兴趣和技术研究，这种情况一直持续到70年代初。70年代1971年，正弦波泥浆遥传系统第一次由MobilR&D公司实验成功。1970一1973年，B.J.Hughes公司推出有商业价值的Teledrift井下仪器。1972年，ELF与Raymond工程公司合资组建了TELECO公司，并在1978年开发出第一套商业化的MWD系统—TELECO定向和WMD系统。1979年，GerhartOwen公司推出NPT定向/自然伽马测井仪器。在随钻测井仪器发展的早期(20世纪30一70年代)，由于处于概念性的摸索阶段而费时较多，仪器档次与质量也难有保障，数据传输速度缓慢。随钻测井技术东北石油大学2.现代随钻测井系统的发展与技术特征(1)80年代阶段80年代是随钻测量(MWD)技术发展的革命性年代，之所以称为革命是因为众多的公司相继成立与推出了自己的主导MWD产品，仪器的设计工艺与质量得到了有效保障。同时，随着油田对仪器功能需求的不断提高，随钻测井(LWD)技术开始崭露头角，相继投人试验和商业化的应用。1980年,Schlumberger下属子公司Anadrill公司取得Gearhat公司授权在其NPT多传感器MWD系统的基础上推出MST多传感器MWD系统。1981年,Gentrix(EASTMAN)推出PPT型MWD系统;EXLOG推出带内存记录的NPT型多传感器MWD系统。1983年,Teleco首先推出2MHzRGD型电阻率测量与定向参数测量于一体的仪器。1984年,NLBaroid开发出RLL(岩性记录测井仪)，是一种电磁传播电阻率和自然伽马仪器;EXLDG首次引人井下震动测量概念的仪器DHVM;同时在这重要的一年里，Teleco、EXLOG、Anadrill、Gearthart公司都相继推出了RGD类型的商业服务。随钻测井技术东北石油大学1985年,Teleco与Anadrill同时给业界引人了随钻钻头机械性能测量的概念和仪器;EXLOG公司则进一步推出了可回收式定向探管仪器——DMWD1986年,NLBariod首次引入随钻中子孔隙度测井仪器，而Gearhart公司首次推出侧向与钻头电阻率测井仪器。1987年,EXLOG公司推出聚焦电流电阻率仪器。1988年,Gearhart公司推出聚焦自然伽马仪器。1989年,ENSCO进人了MWD服务市场，他给随钻仪器家族带来了小尺寸的仪器种类；同年，NLSperry首次开发出第一套三组合井下仪器，这是随钻测井技术新的里程碑!随钻测井技术东北石油大学三组合仪器意味着随钻测井技术可以对地层的物性和孔隙度、渗透率、饱和度特性进行全面的评估。SchlumbergerAnadrill公司也推出了自己的三组合仪器和相应的配套软件—MEL/SPIN;此时，随钻电阻率仪器也进行了新的理论更新，其结果是更符合随钻测量的特点，这就是Teleco公司开发的双极电磁波传播电阻率仪器。(2)90年代阶段随钻测井技术在90年代经历了快速的发展。并形成三大公司：Schlumberger、Halliburton和BakerHughes1991年,NLSperry公司首次研究出EPRPhase4型多探测深度的电阻率随钻测井仪器;WesternAtlas引人了1MHz的RGD型电阻率仪器概念;Anadrill公司购买了加拿大Positech的专利技术推出Sliml型可回收式随钻测井仪器。随钻测井技术东北石油大学1992年，Anadrill公司首次推出IDEAL（综合钻井评价和测井软件包）并引入了近钻头电阻率仪器RAB和声波井径仪器；NLSperry则首次推出近钻头倾角仪；BakerHughes公司推出小井眼的NaviTrak定向/自然伽马井下仪器。1994年BakerHughesINTEQ首次推出第一套NaviTrak短曲率MWD系统和NaviGator储层导向系统。90年代后期在这几年里，以上“三大家族”努力推陈出新，开发新品，目标向着随钻核磁共振，随钻地震，随钻声波成像，随钻电阻率成像仪器发展，并取得了一定的成绩。Anadrill公司已经将随钻成像仪器投人了商业使用，同时，在2000年新推出ARC一6，ARC一8等来取代现有的系列仪器。仪器种类更多，体积更小，数据传输更快，信息量更大，可靠性更高，地面解释软件功能更强等六个显著的特点。随钻测井技术东北石油大学随钻测井技术东北石油大学3.随钻测井技术现状斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、威得福等大的油田技术服务公司都已开发出成套随钻测井装备,Geolink、GE能源等公司开发了随钻测量和随钻电阻率测井仪器。迄今为止,随钻测井能提供地层评价需要的所有测量,如比较完整的随钻电、声、核测井系列,随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。有些LWD探头的测量质量已经达到或超过同类电缆测井仪器的水平。随钻测井数据传输技术多年来,数据传输是制约随钻测井技术发展的“瓶颈”。泥浆脉冲遥测是当前随钻测量和随钻测井系统普遍使用的一种数据传输方式。泥浆脉冲遥测技术数据传输速率较低,为4~10bit/s,远低于电缆测井的传输速率,这种方法不适合欠平衡水平井钻井。电磁波传输数据的方法也用于现场测井,但仅在较浅的井使用才有效。哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为10Hz,在无中继器的情况下传输距离约10000ft。此外,声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。随钻测井技术东北石油大学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侧向类和感应类2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,目前的侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯伦贝谢公司的钻头电阻率仪RAB及新一代仪器GVR。GVR使用56个方位数据点进行成像,图像分辨率比RAB有较大提高。感应类在导电性地层测量效果好,适合于导电或非导电泥浆。新型随钻电磁波电阻率的仪器结构相似,使用多个发射器和多个接收器,测量2个接收器之间的相移和衰减,工作频率相近,只能使用有限的几种频率才能消除钻铤等背景影响而测量到地层信号,如低频20、250、400、500kHz,高频一般都使用2MHz。随钻测井技术东北石油大学随钻声波测井现场服役的随钻声波测井仪器使用的声源有单极子、偶极子和四极子,如贝克休斯INTEQ公司的APX既使用单极子也使用四极子声源,斯伦贝谢公司的SonicVision使用单极子声源,哈里伯Sperry公司的BAT是偶极子仪器。这些仪器可测量软/硬地层纵/横波速度和幅度,测量数据一般保存在井下存储器内,起钻后回放使用。随钻声波测井数据可用于岩性识别、孔隙度计算、岩石力学参数计算、井眼稳定性预测、泥浆比重优化、下套管位置选择等。随钻核测井随钻中子测井仪器使用5.0~10Ci的AmBe源或脉冲中子发生器,探测器使用3He闪烁计数器或6Li玻璃闪烁体,通过远/近探测器计数率比值计算孔隙度。随钻密度仪器使用1.5~2Ci的137Cs源,探测器使用NaI晶体,大部分仪器使用脊肋图计算地层密度和Pe值。目前的随钻核测井一般具有方向性,如方位伽马、方位密度等。由于数据是在仪器旋转的过程中采集的,方位的加入,使得这些测量可用图像显示出来,形象直观。可进行成像测井的有伽马、密度、中子和PEF等测量。例如斯伦贝谢公司的随钻中子仪adnVision使用GVR的遥测技术,尽管只使用16个方位数据点进行成像,分辨率有所下降,仍可用于地质导向和构造分析。随钻测井技术东北石油大学随钻地震目前仅斯伦贝谢公司提供随钻地震服务,其SeismicVISION系统在钻井的过程中提供时间、深度、速度信息,帮助优化钻井决策,减少成本,降低事故风险。该系统独特的“前视”能力提供钻头前面8000ft之内地层的信息,数据的质量足以对钻头前面和侧面的地层进行成像。系统的应用包括:预测孔隙压力、预测目的层或灾害层深度、帮助选择最佳的下套管和取心深度、优化泥浆比重、识别盐层、使井眼轨迹保持最佳。随钻测井技术东北石油大学随钻测井的特点a)测速和采样率不同WL测速相对固定，一般50~1000m/h。除了成像测井外，WL都是深度驱动，采样间距为一常数，一般为0.1或0.125m。而LWD为时间驱动，采样率不均匀，钻速大时采样率低。b)数据记录方式不同WL通过电缆将数据传输到地面，传输率高达250kB/s一500kB/S。LWD数据一般都是通过泥浆编码脉冲实时传输到地面，传输率很低，目前最大传输率仅为巧15bps。Sperry-Sun井下存储器可以记录8MB数据量，若为随钻全波测井，则可记录256MB，但这种数据须等到起钻后才能获得。c)测井环境响应不同LWD探测深度较饯，受井眼和侵入影响小，但由于钻杆本身重量特别大，大多是在偏心条件下采集数据的，尤其是中子密度测井受仪器偏心影响较大。此外，在大斜度井或水平井中，随钻电阻率测井不再象直井那样测量水平电阻率，其测量值介于水平电阻率和垂直电阻率之间，即随钻电阻率测量结果受井斜、围岩和地层各向异性的影响较为明显