随钻测井技术最新进展及其应用

1、文章编号 :167128585 (2003) 0420313210随钻测井技术最新进展及其应用秦绪英1 ,2 ,肖立志1 ,索佰峰3(1 . 石油大学 (北京) ,北京昌平 102249 ; 2 . 中国石化勘探开发研究院南京石油物探研究所 ,江苏 南京 210014 ;3 . 中国石化新星石油公司东北分公司 吉林长春 130062)摘要 :分析了近年来随钻测井 ( m/ l wd) 技术迅速发展的原因 ,阐述了相关领域技术进步对 l wd 技术发展的影响 。介绍了多频电磁波电阻率 ( m pr) 、方位井眼补偿地层密度 中子 ( adn) 、声波特性参数 ( a px) 、地层评价( f e

2、m wd) 、储层监测 ( r pm) 、核磁共振 ( m r il wd) 等最新随钻测井技术的发展现状 。介绍了随钻测井技术在钻井工程及地层对比评价中的应用 ,给出了多个随钻测井技术的应用实例 。通过综合分析阐述了随钻测井及其 密切相关领域的技术发展趋势 ,得出了随钻测井技术应用会越来越广 ,但不会替代电缆测井技术的结论 。 关键词 :随钻测井 ;多频电磁波电阻率 ;方位井眼补偿地层密度 中子 ;地层评价 ; 储层监测 ; 核磁共振 ; 声波特性参数中图分类号 : t e24文献标识码 :athe devel opment ofl ogging2while2drill ing an d i

3、ts a ppl icat ionqin xuying1 ,2 , xiao l izhi1 ,suo baifeng(1 . u niversity of pet roleum , beijing 102249 , china ; 2 . instit ute of geop hysical prospecting , sino p ec research in2stit ute of pet roleum exploratio n and productio n , nanjing 210014 , china ; 3 . nort heast co mpany of sino p ec

4、starpet roleum exploratio n and productio n ,changchun 130062 ,china)abstracts :the reaso n for t he rapid develop ment of measurement / logging2while2drilling ( m/ l wd)technologies wasanalyzed . the effect s of t he p rogress in closely related technologies o n l wd were dicussed. a review of m pr

5、 ( multiple p ropagatio n resistivity) l wd , and ( azimut hal density2neut ro n) l wd , a px ( acoustic p roperties explorer) l wd , f em wd (formatio n evaluatio n measurement while drilling) , r pm ( reservoir performance mo nitor) , and m r il wd( magnetic reso nance imaging logging while drilli

6、ng) was given. the applicatio n of l wd technologies in drilling engi2 neering and formatio n evaluatio n was illust rated by examples. the f ut ure of l wd technologies was also discussed. the aut hor point s out t hat t hough t he l wd will be used more widely , it will never replace wll ( wire li

7、ne logging) .key words :logging2while2drilling ; multiple p ropagatio n resistivity ; azimut hal density2neut ro n ; formatio n evaluatio n ;reservoir performance mo nitor ; magnetic reso nance ; acoustic p roperties随着测量精度及可靠性的提高 ,测量信息的增加 ,随 钻 测 井 ( m/ l wd ) 技 术 日 益 受 到 人 们 的 关 注 。近年来 ,随钻测井及其相关技术发展

8、迅速 ,应 用领域不断扩大 ,特别是在钻井工程及储层评价领 域 ,随钻测井技术的应用越来越多 ,前景十分广阔 。 随着测量技术的发展 ,测量仪器类型不断增加 ,随 钻测井技术在岩石物理 、储层描述等领域的应用越 来越多 。随钻测井的数据更真实 、更及时 ,精度更 高 ,满足了石油天然气工业对测井技术的特殊需 要 。这也是近几年随钻测井技术快速发展的原因 。 随钻测井技术发展的核心是将电缆测量方式成熟 的技术改造成为随钻方式测量 ,使其具有更大的应 用价值 。经过发展的特殊声波技术 、电磁波电阻率及核磁共振等测井新技术的加盟 ,以及与综合录井技术 、地质导向钻井技术的结合 ,赋予了随钻测井 技术

9、强大的生命力 。1 随钻测井技术的发展1 . 1需求推动随钻测井技术发展经常发生钻头偏离设计钻井轨迹的现象 ,有时 是井眼轨迹设计有误差 , 导致钻井偏靶事件的发 生 ,在钻井施工中也出现过没有钻遇地质目标层以收稿日期 :2003 05 12 。第一作者简介 :秦绪英 ( 1962) , 男 , 高级工程师 , 1984 年毕业于长春地质学院物探系 ,现从事测井技术研究工作 。及钻井取心时由于深度误差造成取心错误的情况 。这些问题不论是由什么原因引起的 ,在钻井过程中 进行实时监控 、及时修改钻井设计轨迹或钻井设计 方案是很必要的 。电缆测井无法解决这类问题 ,随 钻测井技术就逐步发展起来 ,

10、成为获取实时信息的关键技术 。为了使钻井轨迹沿地质目标钻进 ,结合前导模 拟软件技术的地质导向钻井技术应运而生 ,随钻测 井技术是地质导向钻井的基础 。随钻测井井下仪 器提供实时测量数据 ,前导模拟软件完成有关数据实时处理解释 、钻井轨迹设计及修改 、现场决策指 导钻井施工 ,完成地质导向钻井 。钻井工程的需要 促进了随钻测井技术的不断发展 ,随钻测井技术为 简化钻井作业程序 、节省钻机时间 、降低钻井成本 、 提高钻井精度提供保障1 4 。随钻测井参数更真实地反映原状地层信息 ,这 是人们对随钻测井技术感兴趣的另一个原因 。随 钻测井是在地层刚被钻开 、泥浆侵入开始发生的条 件下进行的 ,所

11、得数据为地层参数真值 。尤其是在 高渗透性地层 ,可以及时 、有效识别油气层 ,特别是天然气储层 。随钻测井对重大勘探项目井 、重要勘 探井具有特殊意义 ,大斜度井 、水平井及复杂地层 井眼不稳定时 ,为了确保能取到珍贵的测井资料 , 就必须用随钻测井替代电缆测井 ,这从根本上解决 了电缆测井遇阻 、遇卡 、仪器落井等事故的发生 ,所以随钻测井技术受到普遍重视 。 随钻测井在钻井时提供实时信息 ,可以用来预测地层应力及地层压力特殊的层段 , 及时提供信 息 ,优化钻井作业方案 ,减少钻井事故的发生 。用 随钻测井数据结合钻后测井数据进行地层侵入评价是更为可靠的方法3 5 。1 . 2相关技术发

12、展为随钻测井技术发展提供了 保障需求促进随钻测井技术的发展 ,而相关领域技 术的进步则为随钻测井技术的发展提供了技术支持 。随着电子 、信息技术的发展及测井仪器的不断 改进完善 ,随钻测井技术得到了前所未有的发展 。20 世纪 30 年代 ,曾用测量电极与导电钻杆绝 缘的办法测量井底电极附近的地层电阻率 。也有 人试图用在钻杆中埋设电缆的方法进行随钻测井 ,由于连接部位绝缘的技术问题没有解决而失败 。 后来人们的注意力从设备的硬件连接转向通 过无线的方式将测量数据传到地面 。由于信号严 重衰减问题无法解决而失败 。通过地层或钻杆传 输声波信息的方法 ,也由于衰减问题而不具有实用价值 。20 世

13、纪 60 年代至 70 年代 , 在钻井液柱中用压力脉冲传输数据的方法获得成功 ,才使随钻测 井技术有了实质性突破 。先是电阻率测量 、后来发 展了中子和密度的随钻测井6 ,7 。20 世纪 80 年代随钻测井中又增加了自然伽马 、声波 、井径等内容 。随着应用的深入 ,随钻测井技术向更广的范围拓展 。数据记录方式除了实时传输外 ,还有井下芯 片存储的方式3 5 。由于实时传输信息使得随钻测井更具有实用价值 ,加上数据压缩技术的应用 、信息技术的发展 ,使得快速传输大量数据的需求成为可能 。在此基础上 ,核磁共振测井系列 、声波全 波测井系列 、电磁波传播测井系列 、方位密度测井 技术都在向随

14、钻测井 (测量) 方向发展3 5 。数据压缩技术 、信息传输技术的发展 ,供电方 式的完善为随钻测井的发展提供了很好的技术支持 。斯伦贝谢公司开发出一种新的 m/ l wd 井眼 成像技术 ,将井下成像数据进行 50 倍压缩后 ,用修 正的泥浆遥测技术将数据实时传送到地面 ,在地面 将数据解压后分析处理 。这种实时成像技术可以 在钻开地层很短时间内对地层结构和井眼稳定性作出评价 ,地质导向作业将受益于该项新技术 。该 公司 新 近 推 出 的 新 的 n m r 测 井 仪 , 在 成 熟 的 cm r2200 设计中增加了特殊的性能 , 提高了数据 采集速率 ,为进行核磁随钻测井做好了技术准

15、备 。 哈里伯顿公司研发的核磁共振新仪器改进了天线结构 ,减少了等待时间 ,体积比现有仪器更小 , 目前在努力研制减少速度及振动影响的传感器 ,为 在 m/ l wd 中应用及发展做准备 。2 随钻测井最新技术现状2 . 1 电阻率随钻测井技术随钻电阻率测量是随钻测井技术的核心之一 , 是及时评价油气层的关键技术 ,最新随钻电阻率测 量技术是对地层的传导性进行响应 ,而不是对地层电阻率特征响应 。技术核心是在钻杆内设置电磁 波及自然伽马能谱仪器 。最新的电阻率随钻测井 m pr ( multiple propagatio n resistivit y ) 技 术 是 在 cd r ( co m

16、pensated dual resistivit y) 技术基础上发 展起来的8 。m pr 属于补偿式电磁波传播电阻率仪器 ,它 采用接收器上下对称发射的方式进行补偿测量 。2 组补偿发射天线 ,通过长短源距的相位差及信号衰 减进行电阻率测量 。先进的电子技术及完善的天 线组合弥补了机械天线的许多不足 。这种方法同第 4 期秦绪英等 1 随钻测井技术最新进展及其应用315非对称发射方式采集数据然后用软件技术进行处理的方法相比有许多优点 。它采用阵列天线形式 向地层发射不同频率的电磁波 ,频率不同 ,探测的 深度不同 ,此类仪器探测深度由浅到深的动态范围 很大 ,最深的探测范围远远超过泥浆滤液

17、侵入达到的深度 。最新技术的突破点是标准的 2 m hz 电磁波信 号与 400 k hz 的信号一起测量 。此技术保证高频 信号受上下围岩的影响小 , 有比较高的纵向分辨 率 ,可以达到几英寸的量级 。长源距发射天线产生的 2 个低频的 400 k hz 信号可以使此仪器比其他 所有同类型的仪器有更大的探测范围 ,此技术可以 进行更可靠的地层真电阻率值测量 ,同时具有分辨 薄层的能力 。实际工作时 , 测量每个发射器发射的 2 m hz及 400 k hz 信号的相位差及信号的衰减参数 ,将 2 组对称接收器的相位差及信号的衰减参数取平均 值 ,来消除发射器及接收器受仪器倾斜及井眼其他 影响

18、带来的误差 。电阻率计算也是分“视电阻率”及“经过井眼校正”(井眼大小及泥浆电阻率校正) 的电阻率 。可以 得到长短源距及与之对应的 2 m hz 和 400 k hz 信 号的组合相位差及信号的衰减参数共 16 条测量曲 线 。经过补偿的电阻率测量数据用泥浆脉冲遥测 技术传到地面 ,并同时记录在井下存储器内 。目前此技术可以在任何钻井条件及地质条件 下进行测量作业 ,可测量井眼范围大到 30 in ,小到3 . 5 in 。图 1 为 m pr 井下仪器结构 。m pr 技术 的 主 要 特 点 是 : 精 度 高 , 探 测 范 围大 ;侵入剖面多参数测量 ;井眼影响小 ;降低了油基 泥浆

19、不良影响的敏感性 ; 提高了纵向分辨率 ; 改进 了薄层电阻率响应 ; 2 m hz 与 400 k hz 信号组合 , 提高了水平井中层边界划分能力 。该系统可以对环境影响进行识别和校正 , 可以进行介电参数计 算 。对高角度井 ,该系统还具有计算代表各向异性 的水平电阻率及垂直电阻率值的能力 ,有高精度的 模型支持及严格的质量控制 。m pr 技术的引进提高了电阻率测量的精度 ,增强了薄层及其流体界面划分的能力 ,使储层综合 解释及详细的油气水分析技术得到改进及完善 。2 . 2 孔隙度及核参数随钻测井技术用一台仪器同时测量地层密度 中子参数是核参数随钻测井技术的特点之一9 ,10 。斯

20、伦 贝 谢 公 司 的 adn ( azimut hal densit y2neut ro n tool) 是新一代方位井眼补偿地层密度 -中子随钻测井技术 产 品 , 是 在 cdn ( co mpensateddensit y2neut ro n tool) 技术基础上发展起来的 。 为了提高测量精度 ,仪器采用井眼补偿及间隙校正技术进行光电吸收指数测量 。与 cdn 相比 , adn 技术的特点是在钻井过程中提供多方位实时 视中子孔隙度 、地层体积密度及光电吸收指数测 量 ,描述地层岩性及孔隙度特征 。仪器旋转探头在4 个象限内测量的密度及孔隙度结果 360°成像 。除了方位参

21、数外 ,还记录各参数的平均值 。adn 技术提供现代技术所能达到的最佳井眼 补偿地层密度 、中子及光电吸收指数测量参数 ,得 到比较合理的体积孔隙度及渗透率 。可以给出基 质孔隙度及裂缝性孔隙度 。adn 技术仪器结构见图 2 。图 2 a pl s 技术井下仪器贝克阿特拉斯公司的 a pl s ( advantage po ro s2it y logging service) 技术是核参数随钻测井技术 ,它的主要特色是声波传感器的改进 ,加强了密度 、中子孔隙度的测量 。将可靠的中子孔隙度及地层密度同井下快速采集技术结合 ,提供高精度孔隙度测量 、全补偿体积密度和光电吸收截面指数测量 、图

22、1 m pr 技术井下仪器声波间隙及 3 轴井径参数测量 、间隙约束处理 。井下仪器在紧靠密度传感器位置一字排开声波传感器 ,3 个传感器间隔 120°分布 ,在进行密度 中子测量的同时提供精确的 3 轴井径测量 。此参 数既可以进行实时井况评价 、井眼体积计算 ,又可 以改进中子孔隙度井眼校正 。间隙测量在数据采集过程中可以优化密度测量 。a pl s 技术应用快速数据处理技术 ,在保证测 井质量的同时可以确保不影响钻井进程 ,即使钻进 速度达到 360 f t / h ( 1 f t = 0 . 305 m) 也 不 受 影 响 。 a pl s 技术井下仪器结构见图 3 。合密

23、度 、中子孔隙度测井评价地层孔隙度及进行天然气识别 ,解释模型见图 6 。图 6 综合解释模型小井眼密度中子仪器 sdn ( slimhole densit y neut ro n) 是 a pl s 系 统 中 的 一 部 分 , 集 成 了 o rd 和 ccn 的 所 有 特 性 , 仪 器 结 构 见 图 7 。仪 器 上 部图 3 a pl s 技术井下仪器o rd ( op timized rotatio nal density) 是 a pl s系统主要组件之一 (见图 4) ,为用户提供全补偿地 层体积密度及光电吸收截面指数 。该技术同声波 传感器组合可以提供声波井径参数 、经

24、过间隙校正 的最佳密度测量参数 、经过扩径校正后的中子孔隙度参数 。在 a pl s 系 统 中 , 另 一 个 关 键 模 块 是 ccn ( caliper co rrected neut ro n measurement s) ,仪器结 构见图 5 。此仪器用高性能的锂 6 晶体探测器 ,可 以在井眼状况不好 、快速钻进的条件下进行高精度的统计 测 量 , ccn 可 以 提 供 全 补 偿 中 子 孔 隙 度 。 ccn 采用先进的微处理器及电子驱动技术保证了 高速采样及高精度质量控制 。ccn 提供地层含氢 指数特征测量 ,与 o rd 模块组合 ,用 3 轴声波井径 参数 ,ccn

25、 的井眼校正得到进一步细化 。l wd 数据可根据需要实时传到地面 。在解释 时 , 岩 性 类 型 及 泥 质 含 量 用 gr , d en 和 cnl 计 算 , 水及烃的饱和度参数用 m pr模块 完 成 , 结第 4 期秦绪英等 1 随钻测井技术最新进展及其应用317是用镅246 或铍中子源 ,用 2 个锂6 晶体探测器进行中子孔隙度测量 ,位于仪器底部的铯137 伽马源及 2 个钠碘闪烁探测器用来测量体积密度及光电吸收 指数 。仪器中间是声波传感器 ,提供间隙及井径测 量参数 ,用来进行密度及中子校正 。图 7 是 a pl s系统中 sdn 井下仪器结构 。2 . 3 声波参数随

26、钻测井技术声波特性参数测量技术 a px (aco ustic proper2 ties e xplo rer) 是贝克阿特拉斯公司最近推出的声 波参数随钻测井新技术 。在原有仪器模型设计的基础上集成了先进的声波技术 ,使 a px 技术的性 能得到很大的提高 ,可选择组合更加灵活 ,可以满 足用户的各种需要3 5 。a px 仪器结构如图 8 所示 。宽频声源在远离 钻头方向 , 24 个接收器组成阵列数据采集系统 ( 6组 ,每组 4 个) 。系统配有井下组合模块式数据采 集系统及数据实时处理系统 。发射器以适当的频 率向地层发射声能 ,阵列接收器接收沿井壁传播的 波形能量 ,仪器工作示意

27、图见图 9 。声波传感器采 用圆柱形压电器件 。多接收器组合及长短源距组合可以得到高质量的地层信号 。适当的滤波技术可以减小钻机噪声 、钻 头跳动及泥浆流动的影响 。先进的隔音技术消除 了仪器体波的干扰 。声波速度直接受井壁附近地 层的影响 ,所以利用这项技术可以得到准确的地层声波时差 。所测量信息除实时传到地面外还存储 在井下高速存储器中 。发射器系统特点是 : (并行排列 ,每个深度位置3 个) 柱状压电传感器 ;全方位单极模式 ; 高能声波 输出 ;分段多级激发 。隔音装置设计特点是 :在 8 f t 长接箍上分内外 环 ,用反射原理消除发射器激发时产生的仪器体 波 ,可以达到衰减 40

28、 db 的目标 。这种设计可以实 现在纵波初至上仪器体波很小甚至没有的目标 。 a px 系统接收器阵列设计为环绕接箍全方位排列 (间隔 90°) 。这使得我们可以对纵波和横波 进行不同的处理 ,增加目标信号的信噪比 。在接箍 上安装了 3 个加速计 ,测量钻井产生的噪声 ,用最 佳的滤波技术消除钻井噪声影响 。随钻声波测量信息主要用于 :一般孔隙度及碳酸盐岩裂缝性孔隙度计算 ; 地震资料时 深转换及合成地震记录 ; 岩石机械特性分析及钻井事故预测 ;纵横波能量 、频率分析 ; 裂缝性地层研究 ; 与常 规测井资料做相关分析对比 。2 . 4 地层评价随钻测井地 层 评 价 随 钻

29、测 井 f em wd ( fo r matio n evaluatio n measurement while drilling) 技 术 是 综 合性技术 。它在最短的时间内可以提供包括储层 压力 、储层动态监测等在内的地层评价服务 。此技 术的组合设计增加了测量结果可靠性 ,减少对钻井器具的依赖 ,优化传感器间距 ,实现严格的实时数 据采集 。系统的基本构成是双向通讯系统 、电源系 统及传感器仓 。双向通讯系统 、电源系统负责提供实时正泥浆脉冲遥测及系统供电 、调节 、指令传输 。传感器仓负责提供数据采集 、数据处理 、数据存储 、方位测量控制 ,同时测量温度 、井眼状况 、环压 、方位

30、自然伽马 、钻杆振动 、滑落及 m pr 数据测量 。2 . 5储层监测储 层 监 测 仪 r pm ( reservoir perfo r mancemo nito r) 是小井眼多功能脉冲中子仪器 。r pm 同 多功能中子测量系统组合 ,在精度及准确率上达到业内领先位置 。r pm 通过 c/ o 、脉冲中子俘获及3 项流体测量 ,提供含水饱和度参数 ; 通过氧活化 测量探测水流通道 。小井眼仪器应用广泛 ,可以进图 8 a px 井下仪器图 9 a px 仪器工作示意图行储层评价 ,给出储层饱和度计算 ,产出流体监测 、产出剖面评价 ,油井维修及井报废评价 ,井眼诊断 ,寻找漏失的油气

31、层及识别产水层 。r pm 的仪器工作原理见图 10 。在中子发生 器上方有 3 个高分辨率自然伽马探测器 ,测量到达 的时间及能量 。发射器在工作时所用频率明显不同 ,探测器也是在不同的模式下进行测量 。指标的主要障碍来自电子线路部分 ,目前深部随钻测井的极限温度是 175 (342°f) 。2 . 7 核磁共振随钻测井技术核磁共振从深奥的理论研究到在石油领域应 用的进程是非常快的 ,核磁共振测量技术属于测井新技 术 , 核 磁 共 振 随 钻 测 井 m r il wd ( magnetic reso nance imaging logging while drilling) 技

32、术则 更加引人注意 。n u ma r 公司着手研究核磁共振 随钻测井技术已经有十多年的时间 ,一直努力测量 地层流体横向驰豫时间 t 2 ,并将其同地层及流体参数关联起来 。m r il wd 系统设计的关键一是克 服钻杆转动 、震动 、摆动产生的噪音 , t 2 对此类噪 音敏感 ;二是井下供电系统 ,为了得到足够强的信 号 ,必须有充足的电源 。研究发现 ,纵向驰豫时间 t 1 对上述噪音的影响不敏感 ,这对研究 t 2 有参考价值 。这一发现使得阻碍 m r il wd 技术发展的难题有解决的可能 。在仪器试验中发现在移动方式下测量 , m r il wd可以得到同 p 型仪器电缆方式

33、测量得到同样优质 的 t 2 信号 。在研究及试验工作的基础上 ,哈里伯顿公司研 发了第二代核磁共振随钻测井仪器 m r il- wd ,并 在北海及墨西哥湾投入商业 服 务 , m r il- wd 井 下仪器结构见图 11 。此仪器采用在钻井方式下测 量 t 1 ,在移动方式下测量 t 2 ,电池供电 。t 1 测量耗能少 ,可以延长电池寿命 。此仪器可以自动根据 钻杆转动情况设置测量开关13 16 。图 10 r pm 仪器原理示意图在 c/ o 工作模式下 ,主要测量 c/ o 。中子发生器产生 10 k hz 的脉冲 ,探测器通过测量完全非 弹性俘获伽马射线能谱的方式记录 c/ o

34、。这些数据用来精确计算元素比 ,包括来自非弹性谱的 c/ o , ca / si 及来自俘获谱的 si/ ca 。每个探测器的数 据可以单独应用也可以综合应用 ,以便得到最佳的探测数据 。在脉冲中子俘获工作模式下 ,主要测量热中子 俘获截面 。中子发生器产生 1 k hz 脉冲 ,探测器记 录时间谱及能量谱用来监视仪器的稳定性 。长短源距的时间谱可以用来分别处理 ,得到常规热中子 俘获截面 。这 2 个谱也可以同时处理 ,得到经过自动 井 眼 校 正 及 扩 散 校 正 的 反 映 地 层 本 质 的 结果11 ,12。2 . 6高温条件下随钻测井sperry2sun 钻井服务公司 ( spe

35、rry2sun drilling services) 正致力于提高随钻测井系统的性能 ,测量 温度从 150 (302°f) 提高到 175 ( 342°f) 。测 量系统除电阻率外 ,还有密度和中子孔隙度仪器 。 这种改进在很大程度上加强了对深部油气层的探测能力 。maurer 工程公司及其合作者哈里伯顿能源公 司正 在 开 发 一 种 测 量 系 统 , 能 在 温 度 达 195 (383°f) 环境下提供与方位及岩性有关的信息 ,目 前正在向 200 (392°f) 目标努力 。提高耐温技术图 11 m r il2wd 井下仪器结构图target

36、 公司同 aberdeen 大学合作 , 研发核磁共振随钻测井系统 m r- l wd 。它通过电子及机械技术克服钻杆转动 、震动 、摆动噪音产生的影响 。系统供电采用高性能涡轮发电机供电 ,组件输出功率可达数百瓦特 ,远远超过 m r- l wd 的需要 。 不论 m r il- wd 系 统 还 是 m r- l wd 系 统 目前都可以在 150 及 20 000 p si 条件下工作 。由于 系统测量基于流体响应 ,所以不受钻遇地层岩石骨架的影响 ,这对岩性复杂或未知地层特别有意义 。常规方法测量地层密度或孔隙度 ,需要事先掌握岩第 4 期秦绪英等 1 随钻测井技术最新进展及其应用31

37、9石骨架参数 。计算流体饱和度 ,常规方法需要事先测量地层水电阻率 ,而 m r il wd 则不需要事先准 备参数 ,直接探测烃含量获得目标参数 。目前 ,m r il wd 系统同电缆核磁测井一样 ,可 以提供关于流体及渗透率参数的信息 ,不同之处在于其实时性 。m r il wd 系统可以提供储层原状条 件下实时流体数据 、分析描述束缚及可动流体 。可 以提供的主要参数有 : 束缚水饱和度 、束缚流体体 积 、自由流体体积 、地层渗透率 、流体类型 、地层孔 隙度及孔隙大小等信息 。m r il wd 技术优势在于可以通过渗透率最佳 路径进行钻井地质导向 。由于是在现场提供这些 参数 ,

38、地质学家可以进行快速地层评价 ,在钻井过 程中进行地层评价 ,对达不到经济指标的井做特殊 处理 ,放弃或加侧钻改变路径寻找最佳储层 。m r il wd 技术在斯伦贝谢公司及贝克阿特拉 斯公司都有新进展 。调节钻井轨迹 ,更新钻井模型设计 ,保证在最佳位置进入储层 ,保证钻井轨迹在储层最佳产层之内 ; 完善钻井进程 ,预测及避免井轨迹偏离储层 ,避免 “钻井纠偏”等误差工作 ,降低风险 。3d2rn s 技术 在水平井储层内定位的准确性对老油田边缘外围岩体及漏失 油 气 层 的 开 发 有 很 重 要 的 价 值 。3d2rn s 技术应用示意图见图 12 。图 12 3d2rn s 技术应用

39、示意图除了服务于地质导向钻井外 ,随钻测井 ( 特别是声波全波及 v sp) 技术还可以预测钻头下方地 层信息 ,评价岩石强度 ,更新钻前模型 ,划分超压及 欠压地层 ,及时调整钻井泥浆密度 ,可以预防井喷及泥浆漏失等钻井事故的发生 ,达到节约成本 、提 高钻井效益的目的 ,随钻温度测量可以及时掌握井 底温度条件 ,判别是否适合下一步施工作业 ,避免 测井设备的损坏 。从钻井施工的安全 、油气层保护的目的出发 ,进行随钻声波测量非常必要 。随钻 v sp 测量是一 个新的测井途径 。3 . 2 随钻测井技术用于地层对比评价随钻测井可以在发生泥浆侵入之前获得地层 的真实信息 ,这是非常重要的 。

40、由于一般的测井仪 器探测深度都比较浅 ,特别是高分辨率及成像类的测井仪器 , 其测量参数受泥浆滤液侵入的影响严 重 ,给各种用电测井参数评价油气层真电阻率的方 法带来困扰 , 给中子测井天然气储层识别带来困 难 。随钻测井解决了这些问题 。并且随钻测井有 利于进行时间推移测井 , 对比多次测量的测井曲线 ,可以获得区分油 、水层的宝贵信息 ,可以开展泥 浆侵入机理研究 。时效性是随钻测井的特点之一 ,测量数据现场3 随钻测井技术的应用3 . 1随钻测井技术在钻井工程中的应用随钻测井技术在地质导向上的应用使定向钻 井技术又上了一个台阶 。用于定向钻井的随钻测 井系统包括井下仪器和地面信息系统 。

41、前导模拟 软件是地面信息系统的核心 。井下仪器提供实时测量的数据 ,前导模拟软件完成数据分析及现场决 策 、实时指导钻井施工 、完成地质导向钻井 。前导 模拟技术包括测井解释技术 、区块油藏描述技术 、 地质建模技术 、定向钻井技术等 。进一步发展 ,与 可变径扶正器 、导向马达等可控钻井技术结合逐步实现自动化 、智能化钻井系统 。3d2rn s 是贝克阿特拉斯公司推出的应用技 术之一 。在储层导向系统上集成三维可视化随钻 测井传感器 ,形成 3d2rn s 技术 ,即三维可视化地 层导向技术 ( reservoir navigatio n service) ,就是利 用所有实时数据 , 多数

42、是钻井数据及随钻测井数 据 ,参考某一特殊层面或三维坐标数据控制钻进 。 其根本目的是优化钻井轨迹 ,确保钻头在储层之内钻进 ,约束钻井完成钻井作业 。将定向钻井同地层 评价技术结合 ,快速探测储层界面 ,严格保证钻井轨迹在目标层之内 。实现此目标的技术保障是多 项不同探测深度的电阻率测量 ,准确计算地层渗透 率参数 ,确定储层界面 。3d2rn s 有助于快速及时进行综合地层评价 ,减少不确定性 ,完善钻井设计 ; 在钻井过程中精细分析 、处理 、解释最大程度地发挥了随钻测井优势 。在勘探过程中 ,利用随钻测井获得的大量资料可以及时 、有效地进行随钻地层评价 。用随钻测井技术 获取的电阻率

43、、自然伽马 、中子孔隙度 、岩石密度等 资料 ,配合岩心 、井壁取心资料 ,参考钻时 、转盘扭矩等参数变化可以建立单井地层剖面 、岩性剖面及单井沉积相和岩相古地理分析 。 随钻测井技术可以在现场提供从单井油气层的发现 、解释到储层的分析 、评价 ,在钻探现场及时 准确地进行油气资源评估 。从单井评价到区域评价都可以快速进行 ,并能及时作出评价报告 ,供石 油公司使用 。随钻测井技术不仅可以快速 、准确地发现油气 显示 ,而且还可以结合其他技术进行油气层的综合 解释 ,大大提高了现场资料的运用效果 。确定储层类型 、含油级别 、估算产能 、现场计算单层油气地质 储量等 。由于随钻测井是在钻井过程

44、中提供参数 , 可以使地质 、地球物理学家及生产管理人员及时做 出储层经济评估 , 进一步做出完井方案及开发方 案 。由于评价报告来源于现场 ,故其所具有的及时性 、准确性可大大加快勘探步伐 ,节省勘探费用 。图 13 m pr 的测量结果与电缆测井 ( wl ) 结果相比4 应用实例4 . 1 储层定位地质导向油田 :挪威的卑尔根 (bergen) ;作业井 :bl m7 , b km7st , b km8 和 b km9 ; 施工 :b p amoco ; 井性 质 :水平井 。为了使天然气产量有更大的突破 ,b p amoco需要在 bergen 油田很薄的层里 ( 大约为 50 cm)

45、 钻4 口井 ,此薄层在 plat ten 白云岩层系中间 。 孔隙度参数根据实时提供的密度数据计算 ,经过烃含量校正 。为了识别孔隙度层位边界 ,进行了 方位密度测量 。此技术提供了确切的上下地层边 界证据 。并对硬石膏独特的地震反射特征进行了校准 。这项工作取得圆满成功 。4 . 2 m pr 应用实例mpr 的测量结果与电缆测井 ( wl) 结果相比有 如下特点 :mpr 的幅度及曲线形态同 wl 接近或相 似 ;mpr 纵向分辨率更高一些 ; mpr 可以反映 wl不能反映的渗透率局部变化 。结果见图 13 。4 . 3 自然伽马的特色测量实例l wd 配置的 2 个伽马射线探测器间隔

46、 180°对 称排列 ,可以探测不同方位的伽马射线 ,更好地识 别地层边界及地层倾角 。应用实例见图 14 , 同一个层位 ,2 个伽马射线探测器反映的深度不同 , 可 以计算出地层的倾角 ,图 14 所示曲线的地层倾角 为 72°17 。4 . 4 优化钻井施工实时测量钻杆倾斜 、旋转速度及钻杆滑动参图 14 自然伽马的特色测量实例数 ,钻井施工技术人员可以及时调整钻前施工设计预案 。优化钻井施工随钻测量参数见图 15 18 。图 15 优化钻井施工随钻测量参数4 . 5随钻压力测量随钻压力测量可以实时监测地层压力状态 ,根 据经验识别气流 。可以对气流的出现提前发出警

47、报 ,使得钻井作业人员提前采取预防措施 。随钻压 力测量结果见图 16 。第 4 期秦绪英等 1 随钻测井技术最新进展及其应用3214 . 7侵入带在 l wd 及 wl 的响应差别图 19 中 ,与左侧红线交叉的线为电阻率 l wd 测量结果 ,右侧线为电阻率电缆测井测量结果 。从 图中可以看出同电缆测井相比 ,l wd 的测量结果 分辨率更高 。图 19 电阻率 l wd 测量结果与电缆测井结果对比图 20 是侵入带在 l wd 及 wireline 测井的响 应差别 。进行 a pl s 测量时 , 砂岩储层充满天 然 气 ,结果见图 20 左侧 。在进行电缆测井时 ,由于泥 浆滤液的影

48、响 , 曲线已经变成“梨形”, 见图 20 右 侧 。图 16 随钻压力测量结果4 . 6提高泥质砂岩地层水井生产能力针对图 17 所示砂体分布 ,应用随钻测井参数 , 调整钻前设计钻井轨迹 , 见图 18 。用储层的岩性 特征调整井钻进位置 ,提高了水平井的价值 。对最 初设计的井轨迹点做调整 ,地质导向降低了钻井风 险 、提高了效率 。此技术在陆地及海上施工都得到了应用 。加速了水平井投入成本的回收 。图 20 侵入带对 l wd 测量结果与电缆测井结果影响对比随钻测井技术的发展趋势5目前随钻测井技术可以采集 30 多种参数 ,仪器类型比较齐全 ,基本能满足各种类型定向钻井的 需要 ,满足

49、钻井现场决策的需要 。在其先进性 、时 效性 、精确性 ,特别是市场高利润的推动下 ,世界级的大公司都在大力发展随钻测井技术 。目前随钻 测井技术的应用范围从海上钻井逐步向内陆钻井 扩展 。作为一种降低风险 、提高投资回收率的技 术 ,随钻测井将应用于中后期油田开发 ,用于开发 复杂油气藏 、薄层及小断块油气藏 ,应用领域十分广阔1 。从开发的新技术现状看 , 现代随钻 测 井 技术的发展重点将集中在以下几个方面 :1) 逐步加大仪器的探测深度及采样密度 ,使 之更精确地反映地层客观情况 ;2) 多方法集成随钻测井系统 ;图 17 l wd 应用实例油田砂体分布图 18 l wd 应用实例 -

50、 钻井轨迹示意图3) 提高随钻测井信息传输能力及进一步强化信息应用技术 ;4) 声波随钻测井 ( 特别是声波全波) 及 v sp 随钻测井技术会进一步发展 ,满足地质导向钻井 、 随钻地层评价及智能化钻井系统的开发需要 ;5) 开发高强度耐温耐压材料及专用传感器设 计 ,完善供电系统设计 ;6) 解决钻井噪声及仪器壳体波的干扰 ;7) 进一步缩小仪器体积 ,提高仪器耐温耐压 性能及仪器的抗震性 。5acoustic p roperties explorer eb/ ol . ht t p :/ / www .baker hughes. co m/ inteq/ evaluatio n/ lwd

51、/ acoustic/ index. ht m黄忠富 , 黄 瑞 光 , 陈 鹏 . 随 钻 电 阻 率 测 井 仪 器 的 实 现j . 测井技术 , 2002 ,26 (2) :172175徐莉莉 ,夏克文 ,朱军. 测井学 m . 北京 : 石油工业出 版社 ,1998 . 283285logging while drilling2resistivity at t he bit tool (l wd - rab) eb/ ol . ht t p :/ / www . ldeo . columbia . edu6789logging whiledrilling2co mpensated d

52、ual resistivity tool(l wd - cdr) eb/ ol . ht t p :/ / www . ldeo . columbia . edunew l wd nuclear technology imp roves data acquisitio n and density neut ro n log qualit y eb/ ol . ht t p :/ / www . baker hughes. co m/ inteq/ evaluatio n/ lwd/ nuclear/ technical-p ublicatio ns/ new- lwd. ht mutilizing acoustic standoff measurement s to imp rove t he accuracy of density and neut ro n measurement seb/ ol .ht tp :/ / www . baker hughes. co m. / inteq/ evaluatio n/ lwd/nuclear/ technial-p ublicatio ns/ spe- 56447 . ht minnovatio ns in reservoir na