国外电缆测井和随钻测井技术新进展

1、文章编号 :100421338 (2021) 0420380205国外电缆测井技术新进展朱桂清 , 章兆淇(中国石油集团经济技术研究院 ,北京 100011)摘要 : 介绍了国外测井公司近年来推出的电缆测井新技术以及新型或改良型测井仪器的特点 、结构组成及工作参数 。主要包括 :新型 3D 电极电阻率测井仪器 、新型阵列感应测井仪器 、新型微电阻率极板仪器 、油基泥浆成像仪 器 、低污染流体采样技术 、新一代油管传送流体采样系统 、具有椭圆形极板的地层压力测试仪器和 Co nne X 射孔系统 。这些新仪器和技术可在斜井或水平井中更准确地确定三维地层电阻率分布 ,改善地层评价 ; 采集“清洁的

2、地层流体样品 ,缩短采样时间 ;克服常规聚能射孔系统的缺乏 ,提高油气井的产量 。关键词 :电阻率测井 ; 感应测井 ; 地层测试 ; 流体采样 ; 射孔中图分类号 : P631文献标识码 : ARecent Advances in Fore ign Wirel ine Logging TechnologyZ H U Gui2qi ng , Z HA N G Zhao2qi( Re sea rch In stit ut e of Eco no mics a nd Technolo gy , CN PC , Beiji ng 100011 , Chi na)Abstract : Int ro d

3、uce d a re sp ecialitie s , st r uct ure s a nd p a ra met e r s of so me newl y develop e d welllo ggi ng tool s u se d by e mi ne nt well lo ggi ng co mp a nie s i n t he p a st f ew yea r s , such a s t he new 32D elect ro de2t yp e lo ggi ng tool ,t he new a symmet rical a r ray i nductio n lo g

4、gi ng tool ,t he new micro2re2 si stivit y p a d tool ,t he oil2ba sed mud i ma gi ng tool ,t he no vel t hro ugh2ca si ng re si stivit y tool ,t he fo r2 matio n t e st e r wit h a n o val p a d , t he A r ma da TM sa mp li ng syst e m a nd t he Co nne X p e rfo rati ng sys2 t e m . The se t ech no

5、lo gie s a nd tool s ca n be u se d to det er mi ne 32D fo r matio n re si stivit y di st ri butio ni n deviat ed a nd ho rizo nt al well s ,acqui re clea n f l ui d sa mp le s i n sho r t p erio d , o verco me t he defi2cie ncy of t ra ditio nal p e rfo rati ng sy st e m a nd i ncrea se oil a nd ga

6、 s p ro ductio n .Key words :re si stivit y lo ggi ng , i nductio n lo ggi ng , fo r matio n t e sti ng , f l ui d sa mp li ng , p e rfo ratio n公司联合研发了新的射孔技术 Co nne X 射孔 。引言01 国外几家大型测井公司最新推出的电缆测井仪器1 . 1 新型 3D 电极电阻率测井仪器大多数电测井仪器 ,如双侧向 、双感应和阵列感 应测井仪器 ,均设计为方位对称 。对于层状地层和 垂直井眼 ,仪器可以较准确地测量地层的真电阻率 , 特别是在厚地层

7、中 。因为在将测量信号转换为视电阻率读数时 ,假设仪器位于均匀介质中 ,仪器2地层 组合为方位对称 。但对于大斜度和水平井 ,因地层 不 是方位对称 ,其电阻率读数通常无法反映地层的近 2 年 ,哈里伯顿等公司研发了新型电阻率测井仪器 ,如新型阵列感应测井仪器 、新型 3D 电极电 阻率测井仪器等 ,他们采用了新的设计方法或是对以前同类仪器进行了重大改良 。斯伦贝谢等公司推出了新的地层测试与流体采样系统 ,通过独特的聚 焦采样方法以及椭圆形极板设计 ,可有效地将纯洁 的储层流体与被污染的流体分开 ,确保在孔洞和裂缝性碳酸盐岩地层中测试压力和采集样品时的密封 性 。在射孔方面 ,为了清洁孔道 、

8、提高产能及流体注 入能力 , GEODyna mic s 、壳牌国际 E &P 和 Qi netiQ作者简介 :朱桂清 ,女 ,1962 年生 ,高级工程师 ,现从事石油科技信息监测与研究工作 。真实电阻率 。最近 ,休斯敦大学的 L i Sha nj u n 等人经研究提 出了一种新型 3D 电极电阻率仪器结构 , 可以在每 个测量点围绕井眼从不同的方位以不同的径向深度探测地层电阻率 1 。仪器由 15 个电极组成 ,包括 1 个主电极和 14 个副电极 。电极之间由绝缘体隔离 。 主电极含 12 个沿方位方向排列的子电极 。绝缘体 间夹角为 20,2 个方位电极间夹角为 10(见图 1)

9、。确保了适当的信号水平 ,多频采集 ,测井质量指示和噪音压制 。A CRt 所有线圈的圈数均为奇数 , 有利于对称 的线圈缠绕 ,线圈的电接地点恰好位于线圈的中间 ,从而使发射器到接收器的电耦合降到最低 。除了感 应测量外 ,A CRt 还采集自然电位 、泥浆电阻率和探 头温度 。A CRt 地面系统将井下信号作为输入 , 处理后 交付现场客户使用 。数据处理包括 用刻度增益和补偿将井下信号转换成视电导率 ; 叠加和深度 采样 ; 温度校正 ,补偿温度漂移 ; 表皮效应校 正 ,消除表皮效应并改善线性关系 ; 井眼校正 ,消 除井眼影响 ,降低洞穴影响 ; 2D 软件聚焦 , 在给 客户提交的

10、曲线中包括了子阵列测量数据 ,各组曲线的分辨率分别为 1 、2 f t 或 4 f t ,含 5 条探测深度 分别为 10 、20 、30 、60 、90 i n 曲线 ; 径向反演 ,求解Rt 、Rxo 和侵入深度 。 新型阵列感应仪器创新的重点在线圈配置和间距上 ,新仪器使原始测量的聚焦深度与生成的径向曲线的探测深度高度一致 。 仪器刻度方法可以用公式表示 ,其精度取决于温度影响和地层影响补偿 ; 新的表皮效应校正方法 只利用同相信号测量结果 ,校正表皮效应对视电导 率以及几何因子的影响 。井眼校正也采用了新的自适应井眼校正方法 ,以井眼几何因子数据库为根底 , 是一种新的拟合方法 ,可以

11、有效 、可靠地求解与井眼 校正有关的复杂变量 。在评价径向温度分布时 ,采 用了温度对时间的导数 ; 用 2 个温度传感器测量温 度分布 ,有了径向与轴向温度分布 ,能够提高温度校 正的精度 ;通过感应测量转换 ,使得侵入深度的反演对侵入带电导率和地层电导率的依赖程度减小 ,改 善了侵入深度的估算 。1 . 3 新型微电阻率测井仪了解近井眼井壁参数 ,像冲洗带电阻率和泥饼 厚度与电阻率 ,是地层评价的关键 。其中冲洗带电阻率是最重要的参数 ,另 2 个参数可以用其他的测 量获得 。一些仪器的电极安装在橡胶极板上 ,具有 更大的灵活性和井眼覆盖范围 ,但橡胶极板不耐用 , 经常需要更换 。为了到

12、达更高的灵活性 ,有些仪器 的极板带有铰接翼 ,因此可能造成翼部与主极板间的电接触较差 ,并改变仪器的几何因子 。聚焦仪器 需要复杂的电子元件以到达必要的作业条件 。微电阻率测井由带有 3 个金属钮扣电极 ( 在一 条垂线上) 的橡胶极板组成 。外侧电极发射电流 ,其图 1 仪器结构图( 左) 与 A0 电极结构( 右)仪器有 6 种工作模式 ,能够在 12 个方位角以 6个探测深度测量视电阻率 。数值模拟说明 ,仪器对 电阻率在方位方向上的变化敏感 。例如 ,当仪器通过电阻率反差为 1 10 、倾斜为 70的地层时 ,仪器方位响应的反差为 1 8 。当仪器在水平井中时 ,可 以探测距井眼 0

13、1 8 m (径向) 的地层边界 ,这说明该仪器能够产生地层的 3D 电阻率图像 。1 . 2新型阵列感应测井仪器阵列感应测井仪器投入商业化应用已接近 20 年 ,但仪器设计和数据处理相关的问题一直存在 ,使 数据产生各种不确定性 ,降低了测井质量 。为解决这些问题 ,哈里伯顿公司研制了新型阵列感应测井仪器 A CRt 2 。A CRt 由 1 个 发 射 器 和 6 个 子 阵 列 接 收 器 组 成 ,每个子阵列有 1 对接 收 器 , 其中 一个 是主 接 收器 ,另一个是补偿接收器 。仪器设计时 ,在线圈间距选择上确保子阵列接收器的固有探测深度接近设计 的 径 向 探 测 深 度 ,

14、以 保 证 完 整 的 径 向 信 息 采 集 。A CRt 的所有子阵列接收器均位于一侧 , 在不牺牲 探测深度的前提下 ,优化了仪器长度 。A CRt 具有 5个径向 探 测 深 度 分 别 为 10 、20 、30 、60 i n 和 90 i n(非法定计量单位 , 1 f t同) 。= 12 i n = 01 304 8 m , 下用最短的子阵列接收器 (间距 6 i n) 测量井眼信息 。A CRt 有 3 个工作频率 :12 、36 k Hz 和 72 k Hz ,他 2 个测量电压 。测量分别为电位侧向测量和梯度测量 。电位和梯度测量间的差异通常指示泥饼的存 在 ,用作渗透率显

15、示 。为解决上述问题 ,贝克阿特拉斯公司开发了新的微电阻率极板仪器 ,该仪器可以同时提供与微侧 向和微电阻率相当的测井数据 ,改善冲洗带表征 。 仪器由动力扶正器支撑 ,扶正器使极板托架居中 ,确保极板压向井壁 。极板是金属的 ,整个外表保 持为一定的电位 。极板电流返回到金属芯轴和支撑极板的金属连接 。在极板的金属外表上嵌有 3 个电 流测量电极 ,电极与金属外表的其他局部处于同样 的电位上 。测量每个电极发射的电流 。探测深度取 决于电极位置 ,在极板中心的电极探测深度最深 ,中 间一个的探测深度较浅 ,边缘一个的探测深度最浅 。用快速非线性反演程序对测量结果进行处理 。 处理算法假设只有

16、径向变化 ,反演求解冲洗带电阻 率 、泥饼厚度和电阻率 。也可以输入泥饼电阻率数 据 ,求解另 2 个参数 。在每个深度上对极板测量进行分析 ,用非线性反演算法对数据进行反演 。对反演的微侧向测井值 进行正演模拟 ,用于导出合成的微测井响应 。合成的和实际数据测井实例显示 ,微电阻率测 井仪器可以提供目标参数的估算值 ,具有足够高的 垂直分辨率 。合成的微电阻率测井响应可以用于取代实际测井曲线作为渗透率指示 。因此 ,结果可以 与其他测量结合使用 ,完成综合地层评价 。1 . 4 油基泥浆成像仪器哈里伯顿公司推出了油基泥浆成像仪器 ( O M2R ITM ) ,该仪器利用高度专业化的新型传感器

17、技术 ,能够在地层中产生电流 ,消除了直接耦合 ,可以获得 高分辨率的地层电阻率图像 。仪器不受井眼中泥浆电导率的影响 ,可以在所有类型的泥浆中测井 。仪器保持了以前成像测井仪器的 6 极板结构 ,具有极 好的井眼覆盖率 。每个极板是独立的 ,独特的设计 有助于仪器极板与井壁保持接触 ,先进的数据采集程序可以补偿因井眼坍塌等造成的极板接触不良对 测井质量的影响 。仪器长 271 54 f t ,直径 51 5 i n ,重 760 l b ( 非法 定计量单位 ,1 l b = 01 453 6 kg ,下同) ,额定温度和 压力分别为 350 F (非法定计量单位 ,1 F = (F -32

18、) 5/ 9 , 下 同) 和 20 000 p si ( 非 法 定 单 位 ,1 p si = 6 8941 76 Pa , 下 同 ) , 可 以 在 直 径 为 61 5 16 i n的井眼中测井 。在泥饼厚度达 01 25 i n 、地层电 阻率为 01 510 000 m 的情况下仍能得到良好的图像 。新的油基泥浆电阻率成像仪器可以在地层电阻 率低至 01 5 m 的情况下得到高质量的电阻率图 像 ,有助于地质家描述构造细节以及断层和薄层等特性 。当与常规测井系列仪器一起使用时 ,电阻率 成像有助于更完整地描述和评价薄层 。电阻率成像 测井的应用包括 :高分辨率油层体积测量 (流体

19、与矿物) 、油层探测 、构造与地层倾角 、沉积特征与结构 、有效厚度与总厚度 、断层和不整合识别 、沉积层序和流动单元评价 、岩性 单 元厚 度测 量 、次生 孔 隙度 评 价 、层序地层学分析 、井眼应力分析 。1 . 5 Arma da 采样系统A r ma da 采样系统是哈里伯顿公司最新推出的 下一代油管传送流体采样系统 ,用于在常规到重/ 稠油等恶劣环境下的套管井中使用 。光滑 、全直径设 计使得电缆仪器可以自由通过 ,不损害采样器 。系 统特别设 计 用 于 高 温 高 压 环 境 , 采 集 的 样 品 至 少80 %都是有代表性的单相流体 。9 个 Inco nel 采样 器都

20、能耐受 400 F 高温和 20 000 p si 高压 ,可以采集 400 c m3 样品 。A r ma da 系统用一个大体积氮气 装置向 9 个采样器提供需要的高压氮气 ,并通过利 用氮气保持样品是单相的 。A r ma da 采 样 器 托 架 的 外 径 51 375 i n , 内 径21 25 i n ,全长 311 5 f t 。采样器的额定温度和压力分 别为 400 F 和 20 000 p si 。采样系统有 9 个容积为400 c m3 的 Inco nel 采样器和 1 个压力计 。采样时 ,用环空压力触发采样器 。 系统的设计具有相当的灵活性 ,实际操作中可以采集

21、19 个样品 ,因共用氮气装置 ,样品恢复压 力将随着使用的采样器数量的减少而增加 。在设计中融入了一些新特性 ,以提高样品质量 。如采样活 塞有个舢板室 ,采样期间用于隔离可能没有代表性 的初始流体 。该采样活塞还具有定位功能 ,允许以 非侵入方式追踪其位置 。因此 ,在采集的样品置于钻台上几分钟内 ,用户可以了解采样程序是否成功 。A r ma da 系统设计的某些方面使其具有明显的操作优势 。整个采样器可以在岸上基地组装 ,然后 和充氮装置一起运往海上 。到达目的地后只需完成 氮气充填 ,所以在到达目的地几小时内即可进行井 下采样 。完成采样后 ,在压力下隔离充氮装置 ,放置一旁供二次

22、D S T 时使用 。采样器的设计也可以相 对简单 ,可以在现场快速组装 ,大大节省钻机时间 。1 . 6 椭圆形极板地层测试器现代电缆地层测试器 ( W F T) 于 20 世纪 90 年代问世 ,具有 1 个或多个采样探头 。多数 W F T 的直径为 1/ 21 i n ,大的有 2 i n 。然而 ,用 W F T 在非 均质地层中采样有一定的困难 。此后不久 ,引入了 采用跨式双封隔器的采样仪器 ,跨式双封隔器系统( SPS) 在低渗透率和非均质地层中的应用具有一定 的优势 3 。因 SP S 的操作有一定难度 ,这些系统未能像探 头式测试器那样得到广泛应用 。此外 , SPS 的耐

23、温 和耐压指标也较低 ,压力测试时间较长 。为了克服地层压力采样中遇到的各种问题 ,哈 里伯顿公司开发了具有椭圆形极板的地层压力测试 仪器 。椭圆形极板可以覆盖井眼的一个垂直段 ,使 其既具有跨式封隔器在密封方面的优点 ,又能保持 探头式地层测试器的灵活性 。特别是椭圆形极板设计确保在孔洞和裂缝性碳酸盐岩地层中测试压力和 采集样品时的密封性 。除增加了垂直密封面之外 ,因极板对近井眼流 动的聚焦作用 ,椭圆形状可以降低采样时间 。多相 流模拟证实 ,椭圆极板在均质和层状地层也有类似效果 。模拟还说明 ,当考虑整个测试系统的性能时 , 与标准的探头测试器相比 ,椭圆极板测试器可以降 低流体抽吸时

24、间 。在苏伊士湾 Al Ha md 油田碳酸盐岩油藏的应 用 ,证实了椭圆形极板的作用 。现场测试数据与数值模拟比照也验证了椭圆极板设计相对标准探头与 跨式封隔器的优点 。通过模拟和现场测试 ,可以得出如下结论 对 于用标准的探头式地层测试器难于测试的非均质地 层 (薄层与天然裂缝地层) ,可以使用椭圆极板地层 测试器 ; 在非均质地层 ,椭圆极板具有自然聚焦作用 ,使地层流体流 过高 导 流能 力的 流 动通 道 ; 在低渗透率地层 ,椭圆极板产生更低的压降 ,因其表 面积比探头大 ,接近跨式封隔器系统 ; 当考虑系 统的总体性能时 ,在中到低渗透率地层 ,椭圆极板能 够更快速地采集样品 ;

25、 Al Ha md 油田碳酸盐岩油藏的测试验证了椭圆极板的效用 。此外 ,与 SPS 相 比椭圆极板还节省了钻机时间和费用 。1 . 7 新的电缆采样技术2006 年 5 月 ,斯伦贝谢公司将其新型的 Q uick2sil ve r Pro be 电缆采样技术投入商业应用 ,使得 0 污 染井下流体采样成为可能 ,同时极大地降低了采样时间 4 。斯伦贝 谢公 司电 缆 部 经 理 Cha rle s Woo dbur n称 ,在采样历史上 ,Q uic k sil ve r Pro be 首次实现了能够在井下采集用于现场或后续地面 PV T 分析所需纯度的流体样品 。更快 、更有代表性的采样降

26、低了 作业本钱 ,能够为用户提供更准确的储层信息 ,用于 优化完井 、生产和勘探以及地面设计 。挪威 国 家 石 油 公 司 地 层 采 样 顾 问 Ka re Ot to Eri k se n 认为 ,这种新一代的采样技术将会使未来的 采样发生改变 ,接近 0 污染的采样不仅对通常的流 体分析很重要 ,而且向实现不受泥浆滤液污染的高 质量地下流体测量迈出了一大步 。Q uick sil ver Pro be 利用独特的聚焦采样方法 , 在采样的早期阶段将钻井泥浆滤液隔离 ,探测器设 计可以有效地将纯洁的储层流体 (进入探测器中部) 与被污染的流体 (进入探测器外围) 分开 。2 局部流 体相

27、互隔离 ,被分别泵入不同的管线 。采样期间实时监测流动管线 ,用 2 个独立的泵系统控制聚焦采 样过 程 。与 常 规 采 样 方 法 相 比 , 采 样 时 间 降 低60 % ,污染程度降低 10 倍 。采样时间的减少可以带 来巨大的效益 ,特别是在深水区 。Q uick sil ver Pro be 已经成功地在世界各地进行了测试 ,包括墨西哥湾 、北海尼日利亚和印度 。最近在挪威大陆架的 采 样作 业中 , 需 要低 污 染的 水样 。在用常规采样时 ,在 1 个测点泵工作了 2 h 后得到污染率达 8 %的样品 。在同一深度进行了 Q uic k sil2ver Pro be 聚焦采

28、样 ,在相同时间后获得了污染率为0 的样品 。1 . 8 高导流聚能射孔技术聚能射孔技术的使用始于 20 世纪 50 年代 ,它 利用炸药膜腔效应结合锥形金属罩 ,使射孔弹的穿 透深度最大 。这种射孔的副作用是爆炸的冲击力使 得钢 、水泥 、岩石等颗粒和井眼流体等进入孔道周围的地层 ,造成地层损害 。此外 ,爆炸产生的金属及岩 石碎屑常滞留在新形成的孔道中 ,限制了井的产能 和注入能力 。为了清洁孔道 、提高产能及注入能力 , GEODy2na mic s 、壳牌国际 E &P 和 Qi netiQ 公司联合研发了 新型射孔技术 Co nne X 射孔 5 。Co n ne XTM 射孔基于

29、Qi netiQ 公司提出并获得专利的革命性概念 ,GEODyna mic s 公司获得了独家专利使用权 。在过 去 3 年的技术开发中 ,壳牌 Ga me Cha nger 工程给予 了财力支持 。使用 Co n ne X 射孔技术 ,在炸药引爆之后 ,射孔孔道内产生二次反响 。这种反响利用新 型金属罩技术 双金属罩材料结合 ,爆炸后的震 动引发金属罩成份之间 ( 金属内部) 强烈的 放热 反 应 。二次反响发生 在射 孔 孔道 形成 后的 数 微秒 之内 ,能够有效地“清洁射孔孔道中的碎屑 ,从孔道壁上去除破碎的岩石颗粒等 ,使流动通道得到优化并 接近理想状况 。Co nne X 射孔技术

30、使用的射孔弹与 现有的射孔技术及常规的射孔程序兼容 。射孔弹的反响特性使射孔孔道内产生很高的侧 向压力 ,产生自清洁 作用 , 从 而 使孔 道开 启并 无 碎 屑 。Co nne X 系统和 常规 射 孔系 统性 能 比照 说明 , 在中等应力地层中 ,常规射孔穿透深度为 13 i n ,并 在孔道中残留有碎屑 ;在相同情况下 ,系统射孔深度为 14 i n ,清洁率达 100 % ,产量提高 30 % ;在高应力 地层中 ,常规射孔系统和 Co n ne X 系统的穿透深度 均为 9 i n ,但新系统射孔使流动能力提高了 20 %40 % ,且不需要负压来清洁孔道中的碎屑 。在 Be r

31、ea 砂岩中的试验进一步验证了 Co n ne X系统的优势 。与常规射孔系统相比 ,新系统的射孔 深度提高 44 % ;孔道外表增加 164 % ;孔道体积增加355 % ;流动性能改善 35 % 。的电阻率测井仪器能够更加可靠地在大斜度和水平井中测量地层电阻率的分布 、改善油基泥浆井的电 阻率成像测量以及冲洗带电阻率评价 。另外 ,与常 规的流体采样和射孔系统相比 ,低污染地层流体采样技术的采样时间降低大幅降低 ,采集流体的污染 程度降低数倍 ; Co n ne X 射孔系统的射孔深度 、孔道外表 、孔道体积以及流动性能均有明显增加或改善 。参考文献 : 1 L i Shanj un ,L

32、 iu Ce , Shen L ia ngchi . A New 32D Elec2t ro de2t yp e Lo gging Tool C SE G A nnual Meeting , New O rlea ns , 2006 .Xiao J . A New A symmet rical A r ray Inductio n Lo ggingTool C SP E A nnual Technical Co nf erence a nd Ex2hibitio n , 2006 .Zefzaf T EI. Fo r matio n Te sting a nd Sampling U sing A n Oval Pad i n Al Ha md Field , Egyp t C SP E A n2 nual Technical Co nf erence a nd Exhibitio n , 2006 .Wei n