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随钻测井技术新进展64082713

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测井 技术 进展 64082713
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随钻测井技术新进展李振 1102020115摘要 随钻测井是一种能够既钻开地层又能同时对地层信息进行实时测量的钻井技术。近年来水平井钻井、大斜度井活动使得随钻测井技术得到了发展,尤其是在海上钻井中随钻测井这种技术的利用率几乎是 100%。随钻遥测,随钻电法、核、声波、随钻地震以及核磁共振等技术在最近几年有着较大的发展空间和较好的发展前景。随钻测井主要应用于地层评价以及地质导向。我国在随钻测井这种技术的研究领域上,只有突破创新才能够跟上世界石油工业技术的前进步伐。本文将系统的对随钻测井这种技术近些年的发展以及将来的趋势进行介绍。 ,通常是在对井眼轨迹设计的过程中产生了误差,导致钻头偏离现象的发生。而这些现象的发生会造成开采过程中的资源物力的浪费,所以在钻井的过程中对其进行实时监控、钻井设计方案以及及时修改设计轨迹是十分必要的,而电缆测井这种技术无法解决上述问题,而随钻测井技术由于其可以将这些困扰解决使得其逐步发展起来,并成为当今钻井开采过程中获得实时信息的必要技术。 随钻测井参数可以反映地层的信息。随钻测井在刚钻开地层、泥浆侵入地层刚开始发生的条件下进行,所得到的数据就是地层参数真值。水平井、大斜度井以及复杂地层的经验不稳定时,可用随钻测井代替电缆测井以此来确保能够探测到地层信息得到测井资料。这就避免了电缆测井遇卡、遇阻等事故。随钻测井在钻井的同时可提供各个地层中的实时信息,用来预测地层压力及地层应力特殊的层段,为钻井及时提供信息。减少钻井过程的资源物力的浪费,也大大的避免了钻井事故的发生。 2 随钻测井的近期发展及现状 在二十世纪八十年代末九十年代初的时候,随钻测井技术只有中子孔隙度、伽马、光电因子、岩性密度、衰减电阻率和相移电阻率。而在过去的这十几年里,随钻测井技术的发展突飞猛进,不仅是原有技术得到改进,而且还创新出许多新的方法。例如随钻方位测井中的方位密度中子测井仪能够测出光电因子和方位密度。又或是定量成像测井,电阻率图像等等。 钻地震     迄今为止拥有随钻地震技术的公司仅有 司一家,该公司的统在钻井的同时能够提供深度、时间、速度信息,以此来优化钻井决策,达到节约成本。减小事故风险的目的。此系统所特有的“前视”功能能够探测到钻头前 8000内的地层信息。统的应用包括:优化泥浆的比重、预测孔隙压力、识别岩层、预测目的层的深度、使井眼轨迹达到最佳状态。钻多极声波测井 近十年,随钻声波测井取得了突飞猛进的进展,这种技术在地层中能够探测到高质量的横波和纵波数据,多被用于实时钻井决策。 随钻宽频多极声波测井仪器是 司最近研发出来的。这种仪器是对原有的偶极声波测井仪加以改进所研制出的,该仪器同时采用了偶极、四级以及单极声源,可以在各种地层环境中采集高质量的声波数据,即使是在较差的环境下,也能够对采集到的声波数据的质量进行优化提高数据的质量,并且对横波的速度测量范围增大了百分之五十。这种仪器的优点:能够增大数据存储量;在更长的时间里记录高密度数据;在 5000间具有平缓的频率响应,对地层的信号更加敏感,减小钻井噪音的干扰,而其声源组合有更高的声波能量输出,配备了可编程宽频发射器和高敏度的接收器;而且该仪器采用了最新的频散追踪法,大大的减小了慢速横波测量所带来的不确定性。图 1 新的随钻多极声波测井仪器     凑型电阻率测井 近些年来,随着科技的发展电阻率测量技术的水平也逐渐提高,根据最近的调查显示,电阻率测量仪器也有从前的三根天线提升到现在的具有九根天线的更加复杂的系统。由松代克斯公司所研发的信心碎钻电磁波电阻率测井仪――紧凑型补偿电磁波电阻率测井仪,可以支持电阻率测井的多个需求:井眼补偿、多个频率、多个探测深度等等。 这种新型的测量仪器天线数量较原来更多而长度则比原来更短,并且可以同时进行多个频率测量。与原有的天线列阵相比,新型天线列阵缩短了百分之四十的长度,大大的减少井底组合的成本和长度,新型仪器通过测量三个电阻率能更加准确的确定地层真电阻率、冲洗带电阻率和侵入直径。紧凑型补偿电磁波电阻率测井仪所特有的紧凑型天线列阵设计较为完善的改变了地层真电阻率和侵入剖面的测量。 钻核磁共振测井 最近由哈里伯顿公司研发出的第二代随钻核磁共振测井仪一一 测井仪有两种工作方式: (1)评价测井:此方式根据区分近井眼地层的流体,从而确定自有留体的体积和孔隙度; (2)勘测测井。这种新型的核磁共振测井仪在原有测井仪的基础上进行了改进包括方式上的自动变换,使其具有更高的信噪比、更强的分辨率、增长了电池的寿命以及环境额定值。钻地层测试(1)测试地层测井仪在现场使用前, 必须要在已知性质地层进行刻度描述和调试。 设计和建造确定新测井仪器的测试设备是一项科学严肃的程序。 已确定许多私有的和公共的测试设备(如俄克拉荷马州 气体技术研究所的测试设备)用于校准和检验单一功能测井仪。(2)随钻地层取样压力测试和流体取样是评估储层性能的基本因素。 为了计算径向渗透率, 最终预测产能, 压力瞬态测试要测量一系列流动情况的流量和压力。 随钻地层取样(装置体现了随钻地层压力(器(上一代仪器)的技术进步历程。 采集流体样品和进行随钻储层分析的能力可降低或消除对电缆地层测试和特殊试验井的需求, 从而节省钻井时间和其它井的成本。 与中途测试相比, 电缆和随钻取样仪相对测试的地层流体体积较小, 仪器设计的重点是确保取样质量(污染最小化) 。哈里伯顿开发的最新 器采用模块式设计, 是电缆版本缆抽空地层测试器的翻版, 即它有独立的探头和取样采集部分。 经过改进后, 单个探头结构中的探头部分采用的是与老式 器一样的平台。 哈里伯顿的 置还包括一个特殊的电源部分, 电源部分用泥浆涡轮为流体泵供电。 已完成了现场测试, 准备商业服务。仪器由几个接箍部分组成: 下端的探头接箍、接着是泵送接箍、取样接箍和上端的终端接箍。 每个取样接箍有 5 个 1 公升的用于氮补偿的取样筒。 叠层可安放多达 3 个取样筒, 这样能使 器在单次作业时完成多达15 次取样。泵送开始后, 实时传感器显示污染达到想要的程度(通常在钻井终止后 1~ 4 个小时) , 就发送指令装满取样筒。 终端部分包括为设备供电的电池。器可被放置在 器串范围内的任何地方, 一般在地层评价传感器的上部。 钻井停止后,发送指令伸出探头, 密封后进行降压测试以测量地层压力并计算地层流体流度。 预测试结束后, 包括压力等重要信息就会传至地面, 并据此决定是否进行取样。 大量抽吸开始后, 起泡点测量也开始。 传感器监测流体温度、压力、电阻率和密度以确定污染程度。 整套测试和流体数据存储于井下存储器。 下行线系统用于发送各种作业(如抽吸和岩样的挑选、泵率或压力和起泡点测试的调整)的指令。 样品挑选完成后, 要发送命令停泵、收回探头、恢复钻井。仪器液压系统电源由涡轮发电机提供。寸仪器适用井眼范围为 寸, 耐温耐压为 302°F 和 25,000010 年 5 月 3 日 , 哈里伯顿公司宣称成功地完成了 体识别与采样传感器的现场测试。 这次测试在 司位于挪威海上的 34/5 井中成功地采集了地层流体样品。应用该项技术, 无需进行钻后电缆流体采样作业, 节省钻机时间和成本, 加速油藏表征进程。感器使得地下油气流体采样发生了革命性的变化, 首次能够用随钻测井仪器在钻井暂停期间采集地层流体样品。 该技术非常适于高成本钻井环境(如深水探井) 下采集地层流体样品,在钻开地层的数小时而不是数天内采集多个流体样品, 降低了井眼损害的可能性, 得到更清洁的样品。与常规电缆采样相比, 随钻地层流体采样具有如下优势:• 可以极大地降低作业成本, 提高效益;• 提高了快速表征流体变化以及指示油藏分隔情况的能力;• 具有优化井眼位置以及在油藏寿命期内使产量最大化的潜力;• 钻成像测井(1)油基泥浆成像仪电缆 像装置通过液压推靠器将极板推向井壁实现了传感器与地层的必要耦合, 位于使极板上的传感器因而获得了高分辨率图像。 对于 置来说, 这不是一个切实可行的方案, 因为这意味着在钻井过程中 置与地层的间隙可以任意小, 从而导致旋转速度降低和增加差压卡钻或仪器发生故障的风险。目前正在测试的哈里伯顿仪器集成了微电和超声脉冲发射声波成像装置, 其兼顾了二者的优点,即: 声波成像对井眼误差(裂缝、孔洞和井眼几何形状)较为敏感、微电阻率成像(岩性、层理、倾角、沉积结构和流体界面) 具有较高的象素分辨率和清晰度。 与常规脉冲发射声波仪器相比,聚焦的超声波(350束具有较高的信噪比(, 并提供较清晰的声波图像( 如小至 寸的裂缝宽度的探测) , 见图 2。 者都提供了基于传播时间和衰减的声波图像。图 2 同一井眼环境中新型 器( 右) 和常规电缆超声成像仪的声波成像质量的比较。 已给出 原始数据(无图像增强) 。微电传感器包括一个固定在钻箍上的防护电极。 该电极发射正弦波由 流, 通过泥浆中的位移电流与地层耦合。 传导电流穿过地层, 并返回电极周围的仪器体。 仪器的传感器设计满足仪器与地层间隙达到 寸的需求。准确的绝对电阻率测量要求泥浆电导率要明显地小于测量的预期误差,而在泥浆和地层电阻率之比为 10/1 时, 可以获得高质量的图像。直径为 1 英寸的标准分辨率纽扣电极提供了 寸的半功率点图像分辨率。 可探测的裂缝宽度小至 寸, 裂缝宽度产生了一个典型的极化喇叭。 钻杆旋转和振动在图像中可引起运动模糊,见图 3。 大多数的 用并不提供微电阻率图像。。图 3 同一地层两种扫描得到的 电阻率图像的对比(图像增强) 。(2)成像传感器地层微电阻率成像测量具有多种用途, 包括地质导向和地层评价。 但目前还没有油基泥浆(钻微电成像测井仪器。 此前, 在油基泥浆井中进行电缆微电成像测量, 必须用水基泥浆替换油基泥浆。 多数情况下, 用密度成像测量替代, 但密度图像的像素为 2 英寸× 2 英寸, 只限于识别大的地层特征。 当井眼与地层夹角较小时, 几乎无法用密度图像可靠地计算倾角。 为了满足油基泥浆随钻微电成像测量的需要, 哈里伯顿公司正在研发 像传感器。 像传感器将中等分辨率的电磁电阻率成像仪器与动态聚焦声波传感器相结合, 既可以提供地层信息, 又可以进行井眼和裂缝成像(分辨率 寸) (图 4) 。 微电图像用于划分油水界面、页岩与砂岩界面, 特别是对地层特征进行成像并评价地层的相对和绝对倾角 。 聚焦超声波图像对于 寸或更大的裂缝成像非常有效, 探测精细小层和孔洞, 计算倾角, 井眼形状成像等。图 4 新仪器采用聚焦换能器, 照射到井壁的射线宽度 1 / 4 英寸3 随钻测井技术的应用 于钻井工程 随钻测井技术在进行定向钻井时包括地面信息系统和井下仪器。在地面信息系统中前导模拟软件是其核心。井下仪器则为定下钻井提供实时测量的数据信息,前导模拟软件用于对数据的分析、现场决策、地质导向钻井、指导钻井施工。前导模拟技术包括区块油藏描述、定向测井、测井解释、地质建模等技术。 随钻测井技术除了可以用于定向钻井还可以用于预测所钻地层的下方地层信息,根据所预测到的地层信息及时改善钻井泥浆的密度,更新钻前模型,避免井喷、泥浆泄漏等事故的发生,从而达到节约物力、减少成本、增大利益的目的。随钻测井也是钻井过程中的安全保障,并且其可以保护油气层,所以随钻测井是一项很必要的测井技术。 于地层对比评价 随钻测井技术多用于水平井和大斜度井,对于地层评价的方法也是要视情况而定的。普通的测井仪所能够探测到的地层深度都比较浅,尤其是成像类测井仪器以及高分辨率测井仪器,由于受到探测深度以及泥浆滤液的影响其用途不能得到最大的发挥,影响了各种用电测井评价油气层真电阻率的方法,而随钻测井技术则解决了这些问题。而且随钻测井更可以区分油、水层的信息。 随钻测井可以既快又准的发现油气显示,并且此技术还可以对油气层进行综合解释,使现场资料得到充分的运用。而随钻测井的钻井过程中对地层信息进行实时测量,对地质学家、地球物理学家以及勘探学家及时作出储层经济评估,做出完井以及开发方案都起到了巨大的作用。既增大了勘探的进度又节省了人力物力,减少了勘探费用。4 数据传输与存储技术数据传输是 重要组成部分, 是 展的瓶颈 。 国外从 19 世纪 30 年代就开始研究 之后研制出了一些 器, 但是由于不能实时进行数据传输, 因此很大程度上阻碍了 发展。 直到 19 世纪 60 年代, 利用泥浆脉冲传输系统才成功的完成了 到了今天, 泥浆脉冲传输技术已经很成熟了, 但是, 其传输速率慢, 最快传输速率也在 50 s 以下。 不能满足大量数据的传输,因此, 国外几家大的测井公司又发展起了电磁传输、声波传输。 而光纤传输还处于研究和试验阶段。 目前随钻测井的数据传输和存储技术包括一下几种:• 泥浆脉冲遥传技术• 电磁波传输技术• 声波传输• 光纤传输技术• 智能有线钻杆传输技术5 认识和建议国际随钻市场份额和技术被斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯等几大公司绝对垄断。虽然随钻测井技术仍在完善之中, 但国外随钻测井技术已经成熟, 从技术的角度而言, 已经完全可以代替电缆测井技术。随着随钻测井技术的日益成熟, 地质导向和地层评价作用越来越大。 提高仪器可靠性, 提高随钻数据传输速率是随钻测井技术发展的趋势。另外, 随钻测井方法的多样化, 随钻地层评价全面替代电缆测井是必然结果。 所以说, 我们加大随钻技术的研发力度势在必行。 参考文献 [1] 秦绪英,肖立志,[2] 毕林瑞,[3] 张辛耘,王敬农,] 雍世和、 张超漠、 高楚桥等,测井资料综合解释,东营: 中国石油大学出版社,2007.[5]et “of 12010, .[6]陆黄生 测井技术在石油工程中的应用分析与发展思考 石油钻探技术2012[7] 黄潮 高勃 刘高阳 陈文翠 随钻测井技术在我国石油勘 探开发中的应用 中国石油和化工标准与质量 , 2 0 14.
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