随钻测井技术进展

随钻测井技术进展12/6/20231提纲前言1MWD/LWD概述2随钻地层评价测井方法随钻电阻率测井随钻核/核磁测井随钻声波测井3地质导向4结束语12/6/20232

测井学是一门应用学科，主要包括测井方法和理论基础、测井仪器与数据采集以及测井数据处理与综合应用等三个层面的内容。测井技术是油气藏勘探开发不可或缺的手段，测井资料是测井评价、地质研究和油气藏开发的科学依据。

地质家和油气藏开发工程师的“眼睛”。前言12/6/20233（1）测井方法和理论基础（大学或研究机构）（2）测井仪器与数据采集（测井服务公司）（3）测井数据处理与综合应用（油公司）测井学基本内容12/6/20234测井技术特点方法和仪器种类多、信息量大纵向分辨率高而横向分辨率低受井眼环境影响大存在多解性，需要多学科结合：地质、油藏和钻井地层测井仪器测井响应激发信号接收信号物理场获取资料测井应用方法理论、实验解释评价等12/6/20235发展新型测井单项方法、采集装备、采集技术和现场快速解释（国内多数测井公司承担单井测井解释任务）服务公司

1）发展测井精细评价技术成熟技术的推广和深入研究前沿技术的关注和评价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

（国内油田研究院参加单井解释，负责精细解释与多井评价）油公司测井作用定位12/6/20236国际测井行业概况三大测井服务公司（Schlumberger,Halliburton,BakerAtlas）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性循环，占有国际测井市场90%左右的工作量。150家石油企业统计，2001年勘探开发总投入1,000亿美元，其中，测井投入40亿美元。Schlumberger62%其他公司合计9%BakerAtlas15%Halliburton14%国际测井市场份额（2001）12/6/20237BakerAtlas公司ECLIPS-5700Schlumberger公司MAXIS-500Halliburton公司EXCELL-2000三大测井服务公司成像装备的技术水平相当，为20世纪90年代推出的产品，分别为：国际测井行业概况（续）12/6/202381MWD/LWD

概述MWD：MeasurementWhileDrilling，随钻测量LWD：LoggingWhileDrilling，随钻测井电缆测井—WirelineLogging

在测井行业，应用LWD说法似乎更多一些；在钻井领域，应用MWD说法似乎更多一些。12/6/202391927: 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: MobilR&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/Anadrill

引入多探头MWDMWD/LWD发展简史–早期12/6/202310MWD/LWD发展简史–LWD的诞生1984: NLBaroid

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: NLBaroid

引入三组合

LWD1989: Sperry引入三组合

LWDAnadrill引入三组合

LWD12/6/202311MWD/LWD发展简史–钻头成像1992: Anadrill

公司的IDEAL系统（IntegratedDrillingEvaluationandLogging）开始服务钻头电阻率仪RAB(ResistivityAtBit)地质导向仪GST(GeoSteeringTool)井眼成像仪/声波井径仪1993: Baroid(NLSperry)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SMWD12/6/202312随钻测量(MeasurementWhileDrilling)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；由井下部分（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；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（MWD）概念12/6/202313随钻测井(LoggingWhileDrilling)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；与MWD相比，LWD传输的信息更多，不可能完全泥浆脉冲传送数据，采用井下存储（起钻后回放）和部分信息实时上传方式处理；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（LWD）概念12/6/202314著名公司关于MWD/LWD的认识BP-Amoco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。BakerHughes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。Halliburton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。12/6/202315随钻测井发展的动力和条件工程需求：测井成功率、钻井安全与效率地层评价—常规地层评价（浅泥浆侵入）—时间推移测井（多次测量）—地层各向异性评价地质导向降低费用：少占用钻台时间，节省时间和资金数据传输“瓶颈”问题的解决12/6/202316随钻测井现状目前，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测井技术；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；中国国内随钻测井技术较落后，以电缆测井为主。12/6/202317MWD/LWD内容钻井定向控制和安全控制的实时测量倾角、方位和钻头方向钻压、扭矩（力学数据）地层物理参数测量（地层评价）电磁波传播与侧向测井密度/中子测井声波测井地质导向测量电阻率/GR/方位密度（优化井眼轨迹和地质目标）其它应用套管位置和取心位置选择超压探测临井对比/地震对比浅层天然气探测12/6/202318随钻测井系统（1）Schlumberger公司

收购Anadrill公司，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：

VISION475、VISION675和VISION825

：分别适合在小井径（5.75~6.25in.）井眼、8~9.875in.井眼和12.25in.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）。12/6/202319Schlumberger公司的VISION系统12/6/202320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。12/6/202321Halliburton公司的PATHFINDER系统伽马测量电阻率测量定向测量脉冲仪电池密度测量中子测量井径测量DNSCMHDSLCWRGMMultiLink接头12/6/202322随钻测井系统（3）BakerHughes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。12/6/2023232随钻地层评价测井方法随钻电阻率测井随钻核/核磁测井随钻声波测井12/6/202324（1）随钻电阻率测井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仪器相对简单，处理、解释比较困难由于泥浆侵入、地层倾斜、各向异性、围岩和井眼等影响，解释处理相对复杂，尤其是倾斜地层和各向异性影响，使处理解释复杂化、困难化需要考虑介电常数影响12/6/202325电测井基本原理地层电性参数12/6/202326电测井测量方程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（20kHz）随钻感应测井仪器；12/6/202327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：频率以2MHz为主，单发双收为基本结构，测量幅度比（衰减）和相位差数值，转换得到深、浅电阻率曲线。12/6/2023282MHz电法测井仪器

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；适用地层：<200Ω.m

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：<100Ω.m探测深度较深可在非导电井眼中应用能够反映各向异性受井眼影响比较小垂向分辨率相对较差无方位测量信息受地层倾角影响明显相位差幅度比Ω.m12/6/202329各向同性/各向异性地层模拟结果12/6/202330Halliburton公司

CWRGM仪器地层电阻率范围：0.15~200Ω.m

2MHz双间距电阻率测量：CWR(6.75,8,9.5in.)、SCWR(4.75in.)相位差测量 R55P,R25P R35P,R15P衰减测量R55A,R25A R35A,R15AGR55in.发射探头25in.55in.25in.发射器接收探头（测量点）25in.发射探头55in.发射探头深度（ft）1010.2Rm=0.1

Ω.m

,dh=8.5in.010203040R55PR25PR55AR25AR55P和R25P分辨率匹配的相位测量可以识别

6in.的地层6in.1ft2ft4ftRt电阻率(Ω.m)12/6/202331Schlumberger公司ARC5仪器及响应12/6/202332仪器名称频率线圈排列数据(in.)CDR2MHz

T

RR

T-28.0-3.0+3.0+28.0ARC52MHz

TT

R

R

T

T

T-28.0-16.0-3.0+3.0+10.0+22.0+34.0电磁波传播

电阻率测井仪器仪器名称频率线圈排列数据(in.)DPR2MHz

R

R

T-3.5+3.5+31.0Navigator400kHz2MHz

T

R

R

T-36.1-5.1+5.1+36.1-35.0-4.0+4.0+35.0SlimMPR400kHz2MHz

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+35.0MPR400kHz2MHz

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仪器名称频率线圈排列数据(in.)CWR2MHz

T

T

R

R

T

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+39.0BakerHughesINTEQHalliburtonAnadrill12/6/202333直流电测井方法12/6/202334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仪器在每个深度点，GVR测量56个电阻率数据

RAB(Resistivity-At-the-Bit)12/6/202335RAB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.。12/6/202336GVR/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12/6/202337（2）随钻核/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各服务公司有随钻密度、中子测量仪器NPS（中子）,ADN（VDN）—SchlumbergerSLD（密度），CNP（中子），DNSC—Halliburton随钻核磁测量迅速发展，Schlumberger和Halliburton公司已经有商用仪器（2000）投放市场。12/6/202338—在各个方位上进行密度、中子测量—提供密度、中子孔隙度、光电效应和超声波井径—方位数据可用于地质解释和地质导向中子探测器LINC线圈中子源密度源密度探测器超声波探头电池组仪器总线方位密度—中子（ADN）

ADN:一个深度点测量16个密度数据ADN:AzimuthalDensityandNeutron12/6/202339根据图像资料得到倾斜角/密度12/6/202340ADN气层应用举例平均密度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12/6/202341随钻/电缆测井孔隙度交会图LWDNeutron-DensityWirelineNeutron-DensityCrossplotPorosity12/6/202342随钻核磁测量12/6/202343随钻核磁测量

与CMR对比12/6/202344（3）随钻声波测井

主要功能和特点：提供可替代核测井孔隙度的声波孔隙度通过使用实时孔隙压力预测提高安全系数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随钻声波逐渐阵列多极化随钻声波测井比其它方法要晚4年，原因在于：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12/6/202345重要的随钻声波测井仪器BakerHughes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）BakerHughes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Halliburton的双模式声波仪BAT9.5in.，适用于大井眼；2个发射器，多个频率下工作；可在软地层、强衰减地层获得高信噪比

Schlumberger的ISONIC仪器BakerHughes的全波列随钻声波仪（试验阶段）12/6/202346电缆/随钻声波测井对比随钻声波比常规电缆声波结果可靠，原因在于后者易受泥岩膨胀和井眼变化的影响。12/6/202347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12/6/202348轮古A井LWD随钻测井~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15~20API，为刻度源系统误差所至。轮古A井随钻测井与常规测井处理成果对比12/6/2023503地质导向储层在哪里？最好的储层在哪里？井在哪里？12/6/202351几何导向的主要任务是对钻井井眼设计轨迹负责，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属于几何导向范畴几何导向

“指哪儿打哪儿！”

—预定目标（静态目标）12/6/202352地质导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。其主要任务是对准确钻入油气储层负责。

“哪儿好打哪儿！”

—最佳目标（动态目标）中国工程院苏义脑院士关于“地质导向”的定义：“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。”12/6/202353地质导向技术特征把钻井技术、测井技术及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；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；用地面软件系统（包括地层构造模型、参数解释和钻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：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。12/6/202354地质导向解决的具体问题角度和分辨率问题：1º的地层倾角误差在57米的测量深度内可以引起1米的真实垂直深度（TVD）误差，而地震构造倾角的精度为±2º~3º。因此，给出井眼的精确位置（深度/方向/方位）信息非常重要时效问题：利用地质导向技术可以减少滞后反应时间，及时（实时）进行井眼轨迹校正目标优化问题：钻到最佳地质目标12/6/202355早期地质导向仪器GST（GeoSteeringTool）：Schlumberger公司PZS（PayZoneSteering）：Halliburton公司Navigator：BakerHughes公司12/6/202356地质导向与几何导向的比较12/6/202357近钻头测量可以缩短反应时间缩短反应时间12/6/202358位置、方位与方向问题12/6/202359断层问题12/6/202360倾斜界面问题12/6/202361情形

A情形

B地质导向应用实例（A）12/6/202362结果分析情形B正确12/6/202363方位密度测量用于引导井眼进入产层在A处，密度测量显示为气层在B处，上部信号显示井眼离开储层顶部在C处，