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塔里木油田动态监测技术及应用

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塔里木 油田 动态 监测 技术 应用 利用 运用
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1 塔里木油田动态监测技术及应用 王陶 1,2 ,杨胜来 1 ,朱卫红 3 ,练章贵 2 ,周代余 2 ,白文涛 2 ,雷雨 4 ,于志楠 3 ( 1.中国石油大学( 北京) 石油天然气工程学院,北京 102249; 2.中国石油 塔里木油田公司 勘探开发研究院, 新疆 库尔勒 841000; 3. 中国石油 塔里木油田公司开发事业部,新疆 库尔勒 841000; 4. 中国石油 塔里木油 田公司 技术发展处,新疆 库尔勒 841000) 摘要:塔里木油田主力油藏已处于中高含水、中高采出程度、剩余油分布复杂的开发阶段,单井产注量大,油 水井井况变差,动态监测风险和难度极大。通过强化生产井产注状况、压力和温度、含油饱和度、井下技术状 况、流体性质、储层渗流参数等动态监测资料的录取与应用,取得一批实用、创新的动态监测技术成果,其中 包括双台阶水平井产吸水剖面测井、双台阶水平井高分辨率原油色谱指纹技术、水平井含油饱和度监测等成果, 加深了对剩余油分布规律的认识,为油藏开发调整、增油措施、改善开发效果和提高采收率提供有力的支撑。 关键词: 塔里木油田;水平井;动态监测;潜力;剩余油 The Application of Dynamic Monitoring Technology in Tarim Oilfeld Wang Tao 1,2 , Yang Shenglai 1 , Zhu Weihong 3 , Lian Zhanggui 2 , Zhou Daiyu 2 ,Bai Wentao 2 , Lei Yu 4 ,Yu Zhinan 3 (1.Petroleum and Gas Engineering College, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina Tarim Oilfiled Company, Korla 841000, China;3.Development Bussiness Department of PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China; 4. Exploration and Development Department, PetroChina Tarim Oilfiled Company, Korla 841000, China) Abstract: Most of the main reservoirs in Tarim oilfields already in a complicated development phase . Most of the reserviors are in high water-content, in medium or high degree of reserve recovery, also the distribution of oil remaining is very complex,having the high production,the conditions of the oil wells and the water injection wells become poor. All of these increases the difficulty in dynamic monitoring. By strengthening data admitting and exploitation and the promotion of the new technology application of production logging, we deepen the cognition on the distribution of remaining oil.All of these strongly support to the reservoir development adjustments the increase production measures , improve the development effect. to enhance recovery ultimately. The data gotten and applied are about production status of the wells, pressure and temperature, production and injection profile, oil saturation, casing logging, fluid properties, reservoir seepage parameters etc. The practical and innovative monitoring the dynamic monitoring technology used are production and injection profile logging in the double-steps horizontal wells, high-resolution oil chromatographic fingerprint technology for double-steps horizontal wells,etc Key words: Tarim oilfield ; horizontal well; dynamic monitoring ; latent capacity of the reservoirs; oil remaining 作者简介: 王陶(1968-),女,四川盐亭人,高级工程师,在读博士研究生,油气田开发 (E-mail)xiao99315wt@163.com 第一作者简介:王陶(1968-) , 女,四川盐亭人,中国石油塔里木油田公司高级工程师,现为中国石油大学 (北 京 )在读博士研究生,主要从事油气田开发管理工作。 地址: 新疆库尔勒市 123 号信箱开发所,邮政编码: 841000。 E-mail: xiao99315wt@163.com; wangt-tlm@petrochina.com.cn First author: Wang Tao, Female, people of Yan Ting Si Chuan Province; senior engineer of Tarim oilfield company of Petro-China, doctor of Petroleum University of China(Beijing),mainly work on management of oilfield development. Address: Mail box 123 of Development Graduate School, Xinjiang Koala City 841000 .E-mail: xiao99315wt@163.com; wangt-tlm@petrochina.com.cn. 2 前 言 塔里木油田油气藏类型多样,主力油藏处于中高含水 、中高采出程度、剩余油分布复杂的 开发阶段,油水井具有直井、斜井、双台阶水平井等多种井型 ,以深井、超深井为主,机采井 占油井的80%以上,整体实施“稀井高产”战略,单井产量高,动态监测工作极为重要,动态监 测风险和难度都极大。塔里木油田通过不断摸索和实践,取得了一批 创新性强、实用性好的动 态监测技术成果,尤其是双台阶水平井吸水剖面测井(采用水动力伞输送、爬行器等方法)、水 平井产液剖面测井、双台阶水平井原油色谱指纹技术、水平井PNN脉冲中子含油饱和度监测、超 深机采井(电泵和抽油井)不动管柱测试、无自喷能力油井不稳定 试井等方面取得较大突破, 对掌握油气田地下开采状态(水淹状况、剩余油分布、油藏动态变化、注采情况、油套管损坏、 油井出砂出水等)、编制油气田开发方案和调整方案、开展油田综 合治理提供了依据,有效指 导了塔里木油田的合理高效开发,为提高油田采收率奠定了良好基础。 1 塔里木油田动态监测技术应用概况 塔里木油田根据“系统、准确、适用”的原则,按照 “井点部署具有代表性、监测时间具 有连续性、监测结果具有可对比性、录取资料具有针 对性、监测方式具有同一性 ”的要求,主 要开展了地层压力测试、常规测试、流体性质、剖面 测试、产层参数、工程测井等监测项目, 基本满足了油田动态分析和油气藏综合调整的需要。 塔里木油田针对油田目前动态监测情况结合油藏 调整的需要,考虑长期发展 的需要,除了 按计划开展以上项目中的生产井产注状况、流体性质监测等常规项 目监测外,继续加强原有重 点动态监测:中子寿命测井,爬行器输送法吸水剖面 测井,变流量试井,微地震法注水井水驱 前缘监测,40 臂、CAST-V等工程测井,静压静温梯度找漏技术,大地电磁探测剩余油分布状况, 示踪剂(同位素示踪剂、数值技术模拟示踪剂)等技术;同时还积极 开发、引进和推广应用多 项水平井动态监测新技术:超深水平井 PNN 脉冲中子剩余油饱和度测井,量身定制的水动力伞 输送技术首次成功应用于水平井吸水剖面测井,应用 高分辨率原油色谱指纹分析新技术判断多 层生产时每个单层的贡献率等;另外还创新探索了机采井不动管柱( Y 接头投捞式等)测试技 术、无自喷能力油井(气举助排)不稳定试井测试时机与解释方法,等。 2 塔里木油田重点动态监测技术及应用 2.1 水平井 PNN 测井 PNN测井 [1-2] 是通过PNN 仪器向地层中发射高能快中子(14.1Mev )并探测这些快中子经过地 层减速以后变成的还没有被地层俘获的热中子(而传 统中子寿命仪器是探测放射出来的中子被 3 地层俘获以后放射出来的伽马),定性划分油、气、水的界面, 定量计算饱和度、孔隙度、泥 质含量,评价生产井剩余油气的分布特性。与其它饱和度测井仪器(硼中子、C/O、PND-S、传 统中子寿命等)对比,PNN在低孔隙度、低矿化度地层具有更高分辨率,耐温(175℃)、耐压 (105MPa)较好,且仪器不需进行刻度 。PNN 测井项目包括磁定位、自然伽马、连续井温、地 层俘获截面、长源距计数率、短源距计数率、长短源 距比例系数。在水平井中施工,采用爬行 器或油管传输方式把测井仪器送入井底后上提电缆进行测井。 实例:对塔里木油田辖区内H 油田因特高含水关井的三口水平井A24H、A38H、A30H,采用 奥地利HOTWELL公司的PNN剩余油饱和度生产测井仪(外径43mm,长度5.7m)进行了测井,测 试结果显示A24H、A38H井水平段均全水淹;而 A30H 东河砂岩油藏5157 米以下约291米井段为 中高水淹层(平均孔隙度17.5%),含油饱和度从裸眼完井时的83%降至目前的35%-55%,上部 未射孔的斜井段 5150.0-5157.0m 为低水淹层(孔隙度 18%),含油饱和度从裸眼完井时的 73% 降至目前的 65%,因此度对 A30H 井实施了挖潜措施,封堵 5157 米以下中高水淹层段、补孔斜 井段 5150.0-5156.0m,措施后开井初期日产油 69 吨、含水率 19.2%,采油曲线见图 1,4 个月 后日产油降至43 吨、含水率升至48.3%,效果良好,验证了PNN测试结果的准确性,为水平井 堵水积累了经验。 2011-3 措施开井 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2003-7 2004-7 2005-7 2006-7 2007-7 2008-7 2009-7 2010-7 2011-7 日产液/ 吨,日产油/ 吨 -20 0 20 40 60 80 100 120 含水率/ % 日产液 日产油 含水率 图 1 A30H 井采油曲线(2003-7 投产,2011-1 测 PNN,2011-2 补孔,2011-3 开井) 2.2 双台阶水平井吸水剖面测井 水平井分为普通水平井和双台阶水平井,目前国内外现有产液 剖面和吸水剖面测井的施工 工艺 [3-6] 有挠性管输送法、爬行器输送法、水力输送法等三种,其中,挠性管输送法是利用连续 管的高强度、高韧性的特点,将井下仪器送入水平井 或大位移井的目的井段进行测试;爬行器 输送法(图 2),首先井下仪器靠自重下到遇阻位置 (如井筒内有油管鞋,仪器需靠自重从油 管鞋出来,因此要求油管鞋处井斜角不能超过 40°,且油管鞋距水平井段距离大于 50m),然 4 后给爬行器供电,控制爬行器向前移动(井斜角变化不超过10°/30m、内径不小于62mm),推送 下井仪器到井底时切断爬行器电源,给下井仪器供电 ,上提电缆进行测井;水平井水力输送法 是利用水的推动力将测井仪器推入到水平段的末端, 要求大于 73 毫米注水管柱下至水平段底 部,射孔层均在注水管柱以上。现场测试时,首先依 靠测井工具串的自重下放仪器至造斜段自 然遇阻,而后启动井口液压泵工作,使液流进入井筒并作用到水力伞 (图 3)上,加大注水量 把测井仪器推送到水平井段,注水量调整到正常注水状态后再释放同位素,开展相关测试。 实例:塔里木油田引进斯伦贝谢、sondex 公司的电子牵引爬行器,还定制了水动力伞等水 平井输送工具进行测试,其中 H油田的双台阶水平井B11H井分别采用爬行器输送法、水动力伞 输送法测试,显示CⅠ、CⅡ油组的层间矛盾愈加明显,2004年爬行器输送法测得石炭系CⅠ、 CⅡ油组相对吸水量分别为 31%、69%,与静态地质认识相符;2010 年用水力输送法测得石炭系 CⅠ、CⅡ油组相对吸水量分别为0%、64%(另外36%的注水量被上部套损段吸收),为下步找堵 漏措施及分层注水提供了一定依据。 图 2 水平井爬行器测井工艺 图 3 水平井产吸剖面测井新工艺-水动力伞 2.3 双台阶水平井高分辨原油色谱指纹技术 高分辨原油色谱指纹技术 [7-12] 最早由 Kaufman(1987)提出,所谓原油气相色谱指纹,是指 全原油气相色谱图上的除正构烷烃峰以外的精细组分峰的分布特征。 在气相色谱图中,正构烷烃 几乎以等间距的系列大峰出现, 而精细组分则以位于正构烷烃之间的小峰出现,这些小峰被称作 “气相色谱指纹峰”,代表着不同化合物的组成和含量 ,可研究多薄层油藏的连 通性和产量贡 献。关键技术是高分辨原油全烃色谱分析技术、单层 原油的指纹特征、原油特征指纹的筛选、 计算模型的建立。高分辨原油色谱指纹技术可以在一 定程度上弥补目前油田常用的生产测井、 分层测试、示踪剂跟踪方法所存在的费用高、周期长 、作业过程易污染油层、对流速低的油井 和发生串层的井不适用的缺点,只需定期(不停产)在井口采集油样进行色谱分析即可。 防喷 采油 油 套管 5 实例:H 油田的薄砂层油藏,超深、超薄、两层 合采、机采生产,因受制 于井筒和生产管 柱条件,无法进行常规分层产液剖面测试,2010年对该油田双台阶水平井B8H井应用了原油指 纹技术,处理步骤如下:①取样(分层样及混层样) ;②气相色谱分析,指纹化处理,建立原 始指纹峰高数据库; ③ 求取指纹参数,建立基础指纹数据库;④选 择特征指纹参数;⑤建立计 算模型,计算分层贡献。计算结果表明层间矛盾明显,合采的 2 号、3 号砂层相对采出量分别 为0.6%、99.4%,与相邻油水井静态资料和注水井吸水剖面测井资料(B11H、B16H 井,CI吸水 少、CII 主力吸水)定性上相互印证,为下步开展细分层开采论证和技术储备提供了依据。 2.4 机采井不动管柱测试 机采井生产管柱内通道一般不具备监测仪器入井 条件,常规动态监测工艺无法实现井底动 态监测资料录取。如:潜油电泵系统主要由电机、保 护器、分离器、泵、动力电源、地面控制 器组成,油管与泵挂成同轴直线排列,管柱中间无直接可用的测试通道。 实例:塔里木油田开发了电泵井 BTS 系统 Y 接头投捞式测试,其关键技术“潜油电泵井不 动管柱监测的井下管柱”已获得中国国 家知识产权局实用新型专利授权(专利号 ZL 2009 2 0277709.0),该技术已在T402、T12 井成功应用,引进了抽油机井偏心井口环空测试,在L26 井2011年3月测静压静温梯度,完成了注采剖面、压力及温度等监测作业,在油井不动管柱的 情况下,取得真实的第一手资料,为油田增产挖潜供重要的资料依据。 2.5 无自喷能力油井完井气举不稳定试井技术 针对 H 油田整体采用机采井生产,油井井筒及管柱条件无法进行不稳定试井测试,无法获 得单井控制面积内的平均地层压力、测试范围内地层参数 、本井完善程度、边界特征等重要油 藏信息的不利条件,提出了新井完井作业期间利用气 举助排方式完成测试的新方法,因为新井 完井作业时针对井底污染通常设计气举排液工序,不 需要额外增加井下作业工序,可以兼顾完 井施工与试井测试工作。该技术还为无自喷能力油井 利用检泵(抽)、大修等起出原机采管柱 的机会,下入全通气举管柱开展其他动态监测项目(如产液剖面)积累了经验。 实例:2010年2月,综合考虑井身、管柱、含水等因素后优选H 油田东河砂岩油藏不含水 的无自喷能力油井 A32-1(直井调整井 )在完井射孔作业时开展了气举 不稳定试井,射孔排液 管柱为: 射孔排液管柱为:油管挂 0.30m +双公短节 0.14m +73mm 油管 5032.77m(含气举阀 3 个,气举阀 0.62m/个)+筛管 9.53m +起爆器 0.56m +安全枪 8.36m +射孔枪 3.36m。 试井解释结 果认为存在两种可能性,一种是储层呈内好外差的径向复合特征(从内区 65.58mD 降至外区 24.56mD),第二种是存在断层距离为 148.60m 的不渗透边界,但这两种结果都排除了该断层复 活导致底水上窜强水淹(相邻另一条断层上的新钻井A32-2H井的导眼被强水淹,怀疑断层复活 6 沟通底水)的可能性,因此部署在同一条断层上的调整井 A4-1 井按原计划开钻,2010 年 6 月 用50 方电泵投产获高产,初期日产油115 吨,含水率1.0%,试井资料有效指导了生产调整。 同时,本次测试还总结出了 4 条必备应用条件:①确保测试工具串下入气举阀以下:采用 气举阀注气(环空注气),不采用连续油管注气(油 管注气占用工具下入通道);②测试工具 串尽可能下入水平井产层中深,测试时满足近似单相流条件,以避免油水重力分异作用的影响, 确保资料的准确和有效性;③严格控制注气站(或泵)和井口的关井 时间同步,并保证关井后 井口密封良好;④关井测试前必须保证产量稳定(包括注气量和产量 均稳定),并且关井前稳 定生产时间大于或等于设计关井测试时间。其中,为 了优化测试周期,要重视关井测试时间的 优化设计,计算公式如下: 从探测半径计算公式 [13] : t p i C kt r µφ 389.3= (1) 变形可得测试时间计算公式: k Cr t ti p µφ 2 087.0 = (2) 以上公式中, tp为压力恢复测试时间,hr; ri为探测半径,m; μ 为地层原油粘度,mPa• s; ∅为孔隙度,小数; Ct为总压缩系数,MPa -1 ; k为油藏渗透率, µm 2 。 如:计算 A32-1 井所需关井测试时间,可参考邻井 A32 井参数( K=0.1135µm 2 , µ=1.87mPa •s, ∅=0.1321, Ct=0.00126MPa -1 )按公式(2)计算,结果见表1。鉴于探测半径不应超出泄油 半径(即半个井距,约为500米)的范围,因此按表查出所需测试时间约为60hr,现场按此实 施在最佳时机、最短时间内取得了有效资料。 表 1 A32-1井测试时间与探测半径关系表 探测半径 ri,m 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 测试时间 tp,hr 2 10 21 38 60 86 117 153 193 239 2.6 不停产变流量试井不稳定试井技术 当前塔里木油田产量任务重,受其影响经常无法 关井进行正常的不稳定试井资料的录取, 因此探索对产能影响小又能获得油藏信息的新型不稳定试井技术很 有必要。不停产变流量不稳 定试井 [14] 能有效兼顾生产(生产井不需关井), 在开井生产过程中通过改变工作制度,造成生 产压差变化,使压降漏斗得到部分填充或加剧扩散, 形成类似关井压力恢复或开井压力降落信 号,通过新型的试井分析技术得到有效地层信息。H 油田砂岩油藏超深水平井 A32H 井于 2006 年进行的变流量测试实例详见文献[15]。 7 2.7 微地震法注水井水驱前缘监测技术 微地震法注水井水驱前缘 [16] 是根据最小周向应力、摩尔-库仑、断裂力学等理论、准则,分 析注水井在注水过程中引起的流体压力前缘移动和孔 隙流体压力的变化而引发的微地震事件, 获得水驱前缘状况、注入水的波及范围、优势注水方向 等油藏信息,可指导生产调整和优化开 发方案。该技术中的水驱前缘是指注水井周围含水在 90%-95 %的边缘(也可认为是特高含水区 的边缘),这与通常油藏工程中水驱前缘的定义 [17] (从注水端到采油端之间,在生产井见到注入 水之前,含水饱和度的分布是不连续的,饱和度突变 之处叫做油水前缘,即水驱前缘)不同, 因此对油藏动态分析的指导存在较大局限性和争议性。 2.8 工程测井和静压静温梯度技术检查井下技术状况 工程测井是为了了解井下管柱深度,检查井下技术状况等而进 行的测井(精确定位),主 要内容包括管柱深度、套管损坏(变形、破裂、错断和漏失)、井径变化、套管腐蚀及补贴效果、 射孔质量、固井质量、管外窜槽位置、压裂酸化及封堵效果 、出砂层位等检测。此外,注水井 也常常采用同位素吸水剖面测井进行套损井判断。还有就是利用静 温梯度技术(利用热平衡原 理、温度梯度敏感性找到套管破漏处)进行套损井段的 判断和准确定位。工程测井、静温梯度 技术在套损井中的应用实例详见文献 [18-22]。 2.9 大地电磁技术探测剩余油分布 大地电磁探测技术 [23-25] 是一种介于地震与测井间的 、实现地层流体特性预测的一种物探技 术。它以天然交变电磁场为场源,垂直射入地层的低 频电磁波在地层中衰减很慢,从而建立了 深度与地面间的往复反射,形成了稳定谐振多次电磁 波,储层流体介质和显示类别(剩余油分 布)就是利用电磁波的传播速度视电阻率变化原理进行预测的(同 种岩性不同流体,电磁波传 播速度和视电阻率亦存在差异,其数值特征为气>油>水)。 实例:大地电磁场探测的工区是 S 油田,在 31km 2 的范围内,自 L44~L14 井方向部署 47 个测点(含测控井9口),工区探测深度均为5400m,野外作业累计探测深度为253800m,室内 累计完成探测区 9 条剖面的储层流体解释,4 幅砂体、1 幅风化壳储集层、2 幅剩余油、1 幅潜 山油气分布图的综合评价与研究工作。经检验证实,野外探测资料合格率为100%,在储层与油 水层预测过程中,用测区内的S5-2、S6-2、S2-1共3 口井进行检验效果较好:①储层(主力砂 层)预测符合率为 93%:3 口井的三叠系Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层组共存在 29 个砂层,大地电磁资料解释 出了27个砂层。②流体识别(油水层预测)符合率为66.7%:S5-2开采的TⅢ油层因高含水于 2001年2月关井,S6-2、S2-1 井开发的TⅠ油层在探测时的综合含水分别为98.5%、82.1%,大 地电磁储层预测结果均为强水淹层,这 3 层解释结果与生产实际一致;在未射孔 3 层中,测井 8 解释分别为差油层、上气下油、上油下油水同层,大 地电磁技术分别预测为干层、油层、油水 同层。通过上述对比,6层中有4 层基本一致,符合率为66.7%。这表明大地电磁储层预测和油 水层识别结果可为井位设计和增油控水措施的制定提供参考依据。 2.10 井间示踪剂监测和示踪剂数值模拟技术 井间示踪剂监测指加入与被示踪流体性态同步的物质,监测被 示踪流体的运动状况,从而 完成井间参数分析与解释 [26] 。示踪剂是指易溶、在极低浓度下仍可检 出、能指示溶解它的液体 在多孔介质中的存在、流动方向和渗透速度的物质,在油田应用广泛的示踪剂主要有 5 类:放 射性同位素示踪剂、含有易检出离子的示踪剂、染料 (荧光染料如荧光素钠)、低分子醇、微 量物质示踪剂(特殊化学示踪剂)。塔里木油田从2000年在注水开发的D油田中开始应用放射 性同位素示踪剂,迄今已在L、H、TZ等油田中应用,总体上效果较好,与生产动态比较符合 [27] 。 示踪剂数值模拟技术是应用Eclipse数值模拟软件中的环境示踪(environmental tracer) 模块进行水驱前缘研究的方法,并利用流线模型分 析边水推进规律 [28] 。在应用示踪剂模拟技术 进行研究时,首先是建立符合研究区 H 油田薄砂层油藏地质实际情况的地质模型(地质模型是 否准确决定了示踪剂数值模拟技术研究成果上的可靠 性),然后在此基础上建立 一套精细的数 值模型,充分考虑示踪流体扩散、弥散现象的影 响,在动态历史拟合基础上,对注水井水驱前 缘状况、注入水波及范围、边水或注入水的推进速度及优势注水方 向进行分析研究,进一步对 该油藏两套油层注采渗流规律进行评价预测。示踪剂 数值模拟技术较好弥补了现场同位素示踪 剂施工复杂、费用高 、监测周期长等缺点,同时也弥补了微地震水驱前缘技术只研究含水率 90%-95%前缘的不足,有较好的推广应用前景。实际应用中,对 H油田薄砂层油藏7 个双台阶水 平井井组进行示踪剂数值模拟与现场示踪剂监测对比 分析,结果基本一致,注入水突破时间和 平均推进速度误差在容许范围之内。如B16H井组的油井B4H,示踪剂模拟结果显示该井为本井 组内注入水优势推进方向,突破时间 313 天、平均推进速度 4.24 米/天,现场同位素示踪剂监 测同样显示本井组内只有该井见到示踪剂,且突破时间 315 天、平均推进速度 4.23 米/天,吻 合程度极高。据此指导该井组注水量调整,控水效果明显。 3 结 论 针对塔里木油田主力油藏中高含水、采出程度高、剩余油分布分散、油水井状况变差的现 状,强化动态监测方案优化与新技术推广应用,为油田稳产和高效开发提供了有效的技术支持。 本文结合油田丰富的现场实例,介绍了近年来在塔里木油田应用的10项主要监测技术的进展, 重点详述了水平井PNN 测试、双台阶水平井吸水剖面测井、双台阶水平井原油色谱指纹等技术, 系统总结了塔里木油田开发动态监测工作经验,旨在 加强、提高油田开发管理水平,积极推动 9 更加先进实用的动态监测技术的开发、引进及推广应用。 参考文献 [1] 黄志洁,李疾翎,王林根,等.PNN测井资料处理及应用效果分析[J].国外测井技术,2009,23(3):24-27。 [1] Huang Zhijie,Li Jiling,Wang Lingen; 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