随钻测井技术进展

1、2022-2-51随钻测井技术进展随钻测井技术进展2022-2-52前前 言言1 MWD/LWD概述概述2 随钻地层评价测井方法随钻地层评价测井方法q 随钻电阻率测井随钻电阻率测井q 随钻核随钻核/核磁测井核磁测井q 随钻声波测井随钻声波测井3 地质导向地质导向4 结束语结束语2022-2-532022-2-542022-2-55地层地层测井仪器测井仪器测井响应测井响应激发信号激发信号接收信号接收信号获取资料获取资料测井应用测井应用方方 法法理论、实验理论、实验解释评价等解释评价等2022-2-56发展新型测井单项方法、采集装备、采集技术和现发展新型测井单项方法、采集装备、采集技术和现场快速解

2、释场快速解释服务公司服务公司 1）发展测井精细评价技术）发展测井精细评价技术v 成熟技术的推广和深入研究成熟技术的推广和深入研究v 前沿技术的关注和评价前沿技术的关注和评价v 老资料的重新认识与应用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）发展一体化多学科结合的油气层测井评价核心技术 油油 公公司司2022-2-57三大测井服务公司（三大测井服务公司（Schlumberger, Halliburton, Baker Atlas）都是集研发、制造和服务于一体，使用自主研）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制的测井

3、装备开展技术服务，形成了技术和市场的良性循环，占有国际测井市场性循环，占有国际测井市场90%左右的工作量。左右的工作量。150家石油企业统家石油企业统计，计，2001年勘探开年勘探开发总投入发总投入1,000亿亿美元，其中，测井美元，其中，测井投入投入40亿美元。亿美元。Schlumberger62%其他公司其他公司合计合计9%Baker Atlas15%Halliburton14%国际测井市场份额国际测井市场份额（2001）Baker Atlas公司公司 ECLIPS-5700Schlumberger公司公司 MAXIS-500Halliburton公司公司 EXCELL-2000三大测井服

4、务公司成像装备的技术三大测井服务公司成像装备的技术水平相当，为水平相当，为20世纪世纪90年代推出年代推出的产品，分别为：的产品，分别为：国际测井行业概况（续）国际测井行业概况（续）2022-2-591 MWD/LWD 2022-2-5101927: 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: Mobil R&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 / A

5、nadrill 引入多探头MWDMWD/LWD发展简史 早期2022-2-511MWD /LWD发展简史 LWD的诞生1984: NL Baroid 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: NL Baroid 引入三组合 LWD1989: Sperry 引入三组合 LWD Anadrill引入三组合 LWD2022-2-512MWD /LWD发展简史 钻头成像1992: Anadrill 公司的IDEAL系统（Integrated Drilling Evaluation

6、 and Logging）开始服务 钻头电阻率仪RAB (Resistivity At Bit) 地质导向仪GST(GeoSteering Tool) 井眼成像仪/声波井径仪1993: Baroid (NL Sperry) 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 SMWD2022-2-513v 随钻测量(Measurement While Drilling)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；v 由井下部分（

7、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；v 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（经典随钻测量（MWD）概念）概念2022-2-514v 随钻测井(Logging While Drilling)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；v 与MWD相比，LWD传输的信息更多，不可能完全泥浆脉

8、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；v 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（经典随钻测井（LWD）概念）概念2022-2-515著名公司关于著名公司关于MWD/LWD的认识的认识BP-Amoco公司公司：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。 Baker Hughes公司公司：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。Ha

9、lliburton公司公司：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。2022-2-516随钻测井发展的动力和条件随钻测井发展的动力和条件工程需求：测井成功率、钻井安全与效率工程需求：测井成功率、钻井安全与效率地层评价地层评价常规地层评价（浅泥浆侵入）常规地层评价（浅泥浆侵入） 时间推移测井（多次测量）时间推移测井（多次测量） 地层各向异性评价地层各向异性评价地质导向地质导向降低费用：少占用钻台时间，节省时间和资金降低费用：少占用钻台时间，节省时间和资金数据传输数据传输“瓶颈瓶颈”问题的解决问题的解决 2022-2-517随钻测井现状随

10、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；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国外，在海上，几乎所有的裸眼测井作业采用随钻测井技术测井技术 ；在陆地上，特别是大斜度井和水平井，；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；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。中国国内随钻测井技术较落后，以电缆测井为主。2022-2-518MWD/LWD内容内容2022-2-519随钻测井系统随钻测井系统（1） Schlumberger公司 收购Anadrill公司，

11、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。 主要包括主要包括： VISION475、 VISION675和VISION825 ：分别适合在小井径（5.756.25 in.）井眼、 89.875 in.井眼和12.25 in.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）。2022-2-520Schlumberger 公司的公司的VISION 系统系

12、统2022-2-521随钻测井系统随钻测井系统（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。2022-2-522Halliburton公司的公司的 PATHFINDER系统系统伽马测量伽马测量电阻率测量电阻率测量定向测量定向测量脉冲仪脉冲仪电池电池密度测量密度测量中子测量中子测量井径测量井径测量DNSCM HDSLCWRGMMultiLi

13、nk接头接头2022-2-523随钻测井系统随钻测井系统（3） Baker Hughes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。2022-2-524v 随钻电阻率测井随钻电阻率测井v 随钻核随钻核/核磁测井核磁测井v 随钻声波测井随钻声波测井2022-2-525q 基本原理与电缆电测井相同，以电磁波传播电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阻率测井方法为主q 仪器相对简单，处理、解释比较困难仪器

14、相对简单，处理、解释比较困难q 由于泥浆侵入、地层倾斜、各向异性、围岩和由于泥浆侵入、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、困难化层和各向异性影响，使处理解释复杂化、困难化q 需要考虑介电常数影响需要考虑介电常数影响2022-2-526电测井基本原理电测井基本原理)()()(22xJixEkxET )()()(xxUx磁导率介电常数电导率：波数 : : : )(2iik地层电地层电性参数性参数2022-2-527电测井测量方程电测井测量方程 KVRaRKVXaX121log20aRVVE

15、ATT221aRIUKRa 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（公司已经开发出低频（20kHz）随钻）随钻感应测井仪器；感应测井仪器；2022-2-528电磁波传播电阻率测井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主要特点：频率以2MHz为主，单发双收单发双收为基本结构，测量幅度比（衰减）幅度比（衰减）和相位差相位差数值，转换得到深、浅电阻率曲线。2022-2-5292 MHz 电法测井仪器电法测井仪器v 相位差电阻率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

16、层适用地层：200. mv 幅度比电阻率幅度比电阻率的轴向分辨率差，径向探测深度较大；适用地层适用地层：100 . m 探测深度较深探测深度较深 可在非导电井眼中应用可在非导电井眼中应用 能够反映各向异性能够反映各向异性 受井眼影响比较小受井眼影响比较小 垂向分辨率相对较差垂向分辨率相对较差 无方位测量信息无方位测量信息 受地层倾角影响明显受地层倾角影响明显相位差幅度比. m2022-2-530各向同性各向同性/ /各向异性地层模拟结果各向异性地层模拟结果2022-2-531Halliburton 公司公司 CWRGM 仪器仪器地层电阻率范围：0.15200 .m 2MHz双间距电阻率测量：C

17、WR (6.75, 8, 9.5 in.)、SCWR (4.75 in.) 相位差测量R55P, R25PR35P, R15P 衰减测量 R55A, R25AR35A, R15A GR55 in.发射探发射探头头25 in.55 in. 25in.发射器发射器接收探头接收探头（测量点）（测量点）25in.发射探发射探头头55in.发射探发射探头头深深 度（度（ft）1010.2 Rm = 0.1 .m , dh = 8.5in.010203040R55PR25PR55AR25AR55P和和R25P 分辨率匹配的相位测量可以识别分辨率匹配的相位测量可以识别 6 in.的地层的地层6 in.1 f

18、t2 ft4 ftRt电阻率(.m)2022-2-532Schlumberger公司公司ARC5仪器及响应仪器及响应2022-2-533仪器名仪器名称称频频 率率线圈排列数据线圈排列数据(in.)CDR2 MHz T R R T-28.0 -3.0 +3.0 +28.0ARC52 MHz T T R R T T T-28.0 -16.0 -3.0 +3.0 +10.0 +22.0 +34.0电磁波传播电磁波传播电阻率测井仪器电阻率测井仪器仪器名称仪器名称频率频率线圈排列数据线圈排列数据(in.)DPR2 MHz R R T-3.5 +3.5 +31.0Navigator400kHz2 MHz

19、T R R T-36.1 -5.1 +5.1 +36.1-35.0 -4.0 +4.0 +35.0Slim MPR400kHz2 MHz T T R R T T-36.1 -22.9 -5.1 +5.1 +22.9 +36.1-35.0 -23.0 -4.0 +4.0 +23.0 +35.0MPR400kHz2 MHz T T R R T T-35.625 -22.375 -4.0 +4.0 +22.375 +35.625-35.625 -22.375 -4.0 +4.0 +22.375 +35.625仪器名称仪器名称频率频率线圈排列数据线圈排列数据(in.)CWR2MHz T T R R T

20、 T-55.0 -25.0 -5.0 +5.0 +25.0 +55.0SCWR2MHz T T R R T T-35.0 -15.0 -5.0 +5.0 +15.0 +35.0EWR2MHz R R T-3.0 +3.0 +27.0EWR-Phase42MHz1MHz R R T T T T-3.0 +3.0 +9.0 +15.0 +27.0 +39.0Baker Hughes INTEQHalliburton Anadrill 2022-2-534直流电测井方法直流电测井方法2022-2-535下发射器/测量探头纽扣电极上发射器环电极方位 GRSchlumberger公司的GVR仪器在每个深

21、度点，GVR测量56 个电阻率数据 RAB(Resistivity-At-the-Bit)2022-2-536RAB应用举例应用举例 通过测量钻头处电阻率，可以在钻头刚钻到标识层时确定其位置，为准确下套管和取心做准备，本例中钻头仅钻入储层9in.。2022-2-537GVR/RAB 特点 良好的垂向分辨率 可以得到用于构造分析的图像 方位测量信息 测量点靠近钻头 受高倾角影响小 不能在非导电井眼中工作 探测深度较浅2022-2-538（2）随钻核随钻核/核磁测井核磁测井 几乎所有的随钻测井系列中都包括自然伽马测井几乎所有的随钻测井系列中都包括自然伽马测井 各服务公司有随钻密度、中子测量仪器各服

22、务公司有随钻密度、中子测量仪器 NPS（中子）（中子）,ADN（VDN）Schlumberger SLD（密度），（密度），CNP（中子），（中子），DNSC Halliburton 随钻核磁测量迅速发展，随钻核磁测量迅速发展， Schlumberger 和和Halliburton 公司已经有商用仪器（公司已经有商用仪器（2000）投放）投放市场。市场。2022-2-539方位密度中子（ADN） ADN:Azimuthal Density and Neutron2022-2-540根据图像资料得到倾斜角根据图像资料得到倾斜角/密度密度2022-2-541ADN气层应用举例气层应用举例 平均密度

23、测量值不能反映储层的真实岩石物性，而方位密度测量效果明显2022-2-542随钻随钻/电缆测井孔隙度交会图电缆测井孔隙度交会图2022-2-543随钻核磁测量随钻核磁测量2022-2-544随钻核磁测量随钻核磁测量与与CMR对比对比2022-2-545（3）随钻声波测井随钻声波测井 主要功能和特点主要功能和特点：q 提供可替代核测井孔隙度的声波孔隙度提供可替代核测井孔隙度的声波孔隙度q 通过使用实时孔隙压力预测提高安全系数通过使用实时孔隙压力预测提高安全系数q 通过与地震资料的结合降低地球物理风险和通过与地震资料的结合降低地球物理风险和提高地质导向效率提高地质导向效率q 随钻声波逐渐阵列多极化

24、随钻声波逐渐阵列多极化 随钻声波测井比其它方法要晚随钻声波测井比其它方法要晚4年，原因在于：年，原因在于： 需要消除钻井噪声的影响需要消除钻井噪声的影响需要解决声波探头的安装和声波信号处理问题需要解决声波探头的安装和声波信号处理问题2022-2-546重要的随钻声波测井仪器重要的随钻声波测井仪器v Baker Hughes的随钻声波仪器APX 一个宽频带声源、24个接收器（6组，每组4个）v Baker Hughes的随钻多极子声波仪 能以单极子、偶极子、四极子模式获取声速 v Halliburton的双模式声波仪BAT 9.5 in.，适用于大井眼；2个发射器，多个频率下工作；可在软地层、强

25、衰减地层获得高信噪比 v Schlumberger的ISONIC仪器v Baker Hughes的全波列随钻声波仪（试验阶段）2022-2-547电缆电缆/随钻声波测井对比随钻声波测井对比 随钻声波比常规电缆随钻声波比常规电缆声波结果可靠，原因声波结果可靠，原因在于后者易受泥岩膨在于后者易受泥岩膨胀和井眼变化的影响。胀和井眼变化的影响。2022-2-548利用实时随钻声波和密度测井数据计算得到合成地震记录，可以准确确定钻头位置、判断下套管位置和取心位置。ISONIC 与地震的相关对比轮古轮古A井井LWD随钻测井随钻测井常规测井对比常规测井对比两种测井均能较好地反映地 层的岩性和物性变化；常规测

26、井明显受侵入影响；未扩径井段，常规测井与随 钻测井密度与电阻率曲线形态 及数值基本一致；扩径井段，实时随钻比常规 测井更更能反映岩性变化；未扩径井段,自然伽玛普遍高 1520API，为刻度源系统误差所至。2022-2-550轮古轮古A井随钻测井与常规测井处理成果对比井随钻测井与常规测井处理成果对比2022-2-551储层在哪里？ 最好的储层在哪里？ 井在哪里？2022-2-552 几何导向的主要任务是对钻井井眼设计轨迹负对钻井井眼设计轨迹负责责，使实钻轨迹尽量靠近设计轨迹，以保证准确钻入设计靶区（由于地质不确定性误差，设计靶区可能并非为储层） 在地质导向技术问世之前，常规的井眼轨迹控制技术均应

27、属于几何导向范畴几何导向几何导向 “指哪儿打哪儿！指哪儿打哪儿！” 预定目标（预定目标（静态目标静态目标）2022-2-553地质导向地质导向地质导向主要指随钻测井信息与方向地质导向主要指随钻测井信息与方向/方位测量信息在控制方位测量信息在控制井底钻具组合方面的应用，根本目标是保证钻具以最佳井底钻具组合方面的应用，根本目标是保证钻具以最佳角度进入储集层，并控制井眼在储集层合理的范围内。角度进入储集层，并控制井眼在储集层合理的范围内。其主要任务是对其主要任务是对准确钻入油气储层准确钻入油气储层负责。负责。 “哪儿好打哪儿！哪儿好打哪儿！” 最佳目标（最佳目标（动态目标动态目标）中国工程院苏义脑院

28、士关于中国工程院苏义脑院士关于 “地质导向地质导向”的定义：的定义： “用近钻头岩石物理参数、工程测量参数和随钻控用近钻头岩石物理参数、工程测量参数和随钻控制手段保证实际井眼穿过储层并取得最佳位置。制手段保证实际井眼穿过储层并取得最佳位置。”2022-2-554地质导向技术特征地质导向技术特征q 把钻井技术钻井技术、测井技术测井技术及油藏工程技术油藏工程技术融合为一体，能够完成近钻头地质参数（伽玛、电阻率）、近钻头钻井参数（井斜角、方位）及其他辅助参数的测量的系统；q 用无线信号(电磁波)短传方式把上述近钻头参数传至MWD，再传至地面控制系统；q 用地面软件系统（包括地层构造模型、参数解释和钻

29、井设计控制三个主要模块）做出解释与决策，实时随钻控制。目的目的：提高对地质构造、储层特性的判断和钻头在储层内轨迹的控制能力，从而提高油层钻遇率、钻井成功率和采收率，实现增储上产，节约钻井成本，提高经济效益。2022-2-555v 角度和分辨率问题：角度和分辨率问题：1的地层倾角误差在的地层倾角误差在57米的测量米的测量深度内可以引起深度内可以引起1米的真实垂直深度（米的真实垂直深度（TVD）误差，）误差，而地震构造倾角的精度为而地震构造倾角的精度为23。因此，给出井眼的。因此，给出井眼的精确位置（深度精确位置（深度/方向方向/方位）信息非常重要方位）信息非常重要v 时效问题：利用地质导向技术可

30、以减少滞后反应时间，时效问题：利用地质导向技术可以减少滞后反应时间，及时（实时）进行井眼轨迹校正及时（实时）进行井眼轨迹校正v 目标优化问题：钻到最佳地质目标目标优化问题：钻到最佳地质目标2022-2-556早期地质导向仪器早期地质导向仪器 GST（GeoSteering Tool）：Schlumberger公司 PZS（Pay Zone Steering）：Halliburton公司 Navigator：Baker Hughes公司2022-2-557地质导向与几何导向的比较地质导向与几何导向的比较2022-2-558近钻头测量可以缩短反应时间缩短反应时间2022-2-559位置、方位与方向

31、问题2022-2-560断层问题2022-2-561倾斜界面问题2022-2-562情形情形 A情形情形 B2022-2-563结果分析情形情形B正确正确2022-2-564方位密度测量用于引导井眼进入产层方位密度测量用于引导井眼进入产层在在A处，密度测量显示为气层处，密度测量显示为气层在在B处，上部信号显示井眼离开储层顶部处，上部信号显示井眼离开储层顶部在在C处，仅有底部信号显示下面的气层处，仅有底部信号显示下面的气层2022-2-5652022-2-566（1）地层模型的钻前设计）地层模型的钻前设计根据邻井或导眼井资料，设计根据邻井或导眼井资料，设计1-D地层模型地层模型2022-2-567地层模型的钻前设计（续）地层模型的钻前设计（续）根据地质构造图和井眼轨迹设计，在确定地层倾角后，可根据地质构造图和井眼轨迹设计，在确定地层倾角后，可以得到以得到2-D地层模型地层模型 根据根据3D构造特征和岩石物理参数分布特征，可以得到构造特征和岩石物理参数分布特征，可以得到3