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随钻测井技术 李清涛

2013-06-19 01:10 随钻测井技术 李清涛
 摘要：随钻测井主要特点是边钻边测,在完成钻井任务的同时完成测井任务。文章对随钻测井的发展历程、技术现状进行了介绍,并对常规电缆测井与随钻测井进行了对比,展示了随钻测井广阔的发展前景。
 关键词：随钻测井、电缆测井、脉冲
 引言
 随钻测井是近几年来迅速崛起的先进测井技术，与常规测井资料相比，随钻测井资料更为客观真实地反映了地层的实际地质特征。当一些井无法进行电缆测井，或者在某些特殊地层条件下操作困难，花费钻井时间过多时，就可以用随钻测井代替电缆测井。由于是实时测量，地层暴露时间短，因此，测井曲线是在地层液体有轻微入侵甚至没有入侵的情况下获得的，与电缆测井相比，更接近地层的真实情况。近年来，随着大斜度定向井和水平井技术的发展，随钻测井地层评价技术(FEWD)无论是在理论上，还是在仪器设备方面都日趋完善，所取得的各种资料在复杂储集层地区的地层评价、岩性对比、油藏描述以及钻井设计和实施过程中的应用更为广泛，随钻测井所带来的经济效益越来越明显。
1 随钻测井技术的发展历程
 自从1927 年Schlumberger 兄弟第一次成功地在法国实施了电缆测井,人们就有了将其用于“随钻”中的想法。1929 年，Jakosky 先生申请了泥浆脉冲发生器概念的专利技术。
 在其后的30 年代和40 年代，工程师们试图将电缆测井的导电电极捆绑在钻杆上进行尝试性的测量，Stanolind 油气公司也尝试采用将电缆测井的电缆穿在钻杆内进行“随钻”测井。在20 世纪50 年代初期，随着泥浆录井和电缆测井成为地层评价的主流技术，以及受当时钻井工具机械性能的限制，随钻技术尤其是早期的遥测/ 遥传技术被放弃而停止发展。实际上，在这个时期，由于第二次世界大战的影响，也极大地影响了人们对石油新技术的开发与探讨。
 20 世纪50 年代后期，Arp先生发明了正脉冲的泥浆遥传系统，并由Arps公司和lane Walls 共同进行了开发，这套系统在60 年代初期曾进行了几次成功的自然伽马测井和电阻率测井。20 世纪60 年代后期，Redwine 和Osborne 开发出一套“随钻单电极电阻率测井”仪器，遥测仪器也应运而生并开发出正泥浆脉冲的机械式倾角计，来测量井斜角和方位角，这套系统在北海油田仍偶有使用。
 20 世纪70 年代，随钻技术由于人们的再认识而得到了充分关注和发展。此时的OPEC 企业联合体就对随钻测量(Measurement While Drilling)系统产生了浓厚兴趣。1971 年，正弦波泥浆遥传系统第一次由Mobil R&D 公司试验成功。
 20 世纪80 年代是随钻测量(MWD) 技术发展的革命性年代。之所以称为革命，是因为众多的公司相继成立并推出了自己的主导L/MWD 产品，仪器的设计工艺与质量得到了有效保障。同时，随着油田对仪器功能需求的不断提高，随钻测井(LWD) 技术开始相继投入试验和商业化运用。
 钻井工业的需要推动了随钻测井技术快速发展；反之，随钻测井技术的发展保证了复杂钻井获得成功。20世纪80年代中期，大斜度井、水平井和小直径多分枝井钻井已成为油气田开发的一种常规方法。在这样的井中，常规电缆测井仪器很难下到目标层，通常借助于挠性管传送和钻杆传送，这些作业方法费用高，操作困难。过去20多年里，在油公司的需要和钻井技术发展的推动下，各种随钻测井仪器相继研制成功，LWD井下探头组合的内容不断丰富，能进行电、声、核随钻测井的探头逐步增多，方向测量探头得到发展，综合利用LWD探头和方向探头测量信息的地质导向技术开始发展。
 随钻测井技术在20 世纪90 年代经历了快速的发展。同时，作为仪器开发商的服务公司也进行了一系列大的兼并与重组，使得各公司的研发实力和服务能力得以显著的加强，逐步形成了“三雄争霸”的局面，他们是Schlumberger 、Halliburton 和Baker Hughes 公司。 （转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
2 随钻测井技术现状
 迄今为止，随钻测井能提供地层评价需要的所有测量，如比较完整的随钻电、声、核测井系列，随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。有些LWD探头的测量质量已经达到或超过同类电缆测井仪器的水平。
 2.1　随钻测井数据传输技术
 多年来，数据传输是制约随钻测井技术发展的“瓶颈”。泥浆脉冲遥测是当前随钻测量和随钻测井系统普遍使用的一种数据传输方式。泥浆脉冲遥测技术数据传输速率较低，为4~10 bit/s，远低于电缆测井的传输速率，这种方法不适合欠平衡水平井钻井。电磁波传输数据的方法也用于现场测井，但仅在较浅的井使用才有效。哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为10Hz，在无中继器的情况下传输距离约10000 ft。此外，声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。
 2.2　随钻电阻率测井技术
 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。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。Baker Hunghes INTEQ 公司最新的电阻率随钻测井MPR (Multiple propagation resistivity) 技术是在CDR(Compensated Dual Resistivity) 技术基础上发展起来的。MPR 属于补偿式电磁波传播电阻率仪器，它有两组补偿发射天线，接收器采用接收上下对称发射器信号的方式进行补偿测量，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侵入达到的深度。MPR 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 MHz 与400 kHz 信号组合，提高了水平井中层边界划分能力。该系统可对环境影响进行识别和校正，可以进行介电参数计算。对大斜度井，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。MPR 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。

（转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）

自然伽马测井
 伽马射线是由放射性元素如钾、钍和铀的同位素发射出来的。这些元素在页岩中比其它岩石中更普遍地存在。因此，通过测量岩石序列的伽马射线发射量，就能确定页岩区。装在LWD仪器中的伽马射线传感器可在钻头钻过地层时检测到发射量。为尽快地检测到岩性的变化，伽马射线传感器应尽可能地装在靠近钻头的位置。由于在钻井液和钻铤中的衰减作用，实际上只有所发射的伽马射线中很小的百分数被检测出来。现在使用的传感器有2种:盖革—米勒管(Geiger-Muller Tube)和闪烁计数器(Scintillation Counter)。
 2.4  随钻声波及孔隙度测井技术
 APX ( Acoustic Properties explorer)是Baker Hunghes 公司的声波特性参数测量技术产品。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。
 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；因此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。随钻声波测量信息(APX) 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。
 Baker Hunghes 的APLS (Advantage porosity logging service)是一项综合孔隙度测井技术，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、声波间隙及3 轴井径参数测量、间隙约束处理。在APLS 中，ORD (Optimized rotational density ) 和CCN ( Caliper corrected neutron measurement) 是两个主要组件，它们保证了孔隙度的测量精度。

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补偿中子密度(CDN)
 由2个中子源1个中子探测器、1个密度探测器、1个扶正器和电子线路构成，Anadrill公司的测量工具有如下特点： (1) Anadrill公司特别强调工具使用安全性，放射源放在钻铤里，而其它公司则由侧面放入，由螺钉密封，易落入井中，故Anadrill公司将源放到钻铤中间，并且有独特的安装方法。有一个专门的源安装平台，对周围的人员没有伤害。若钻铤卡死，很容易将放射源打捞出来；(2)使用2个探测器的目的是补偿井眼的影响；(3)补偿热中子密度；(4)补偿岩石的密度；(5)带全尺寸或欠尺寸的扶正器；(6)可在井下存储测量数据；(7)可用LWD工具实时传递数据。
3 　结　论
 随钻测井技术是在电缆测井技术基础上发展起来的，由于电缆测井技术在满足对实时信息需要方面存在不足，随钻测井技术的应用市场会越来越大，技术的发展空间亦很大。未来的勘探地质目标将日益复杂，以地质导向为核心的定向钻井技术的应用会越来越多。定向钻井技术的发展，钻井自动化程度的提高，对随钻测井技术的依赖会不断加强。与电缆测井相比，随钻测井有如下优点：
 (1) 可获得原状地层的电阻率。因随钻测井是边钻边测，在地层被钻井液侵入前，即进行了数据采集，可获得地层的真电阻率，及时发现低压易受泥浆污染的油气层。
 (2) 测量的数据受泥浆侵入的影响小,即使在含泥质地层中也能很好的探测气层。其测试曲线与常规测井曲线对比有很好的匹配性，因此，对水平段可以不进行常规测井，减少测井风险，节约开支，可有效地控制钻井周期和成本。
 (3) 实时进行地层对比和评价,卡准取心层位和完钻进深,提高钻探效益。
 (4) 实时测量的自然伽玛、深浅电阻率曲线能为现场地质工程师确定着陆点，判断油层位置，预测上下顶界提供参考；井斜、方位、工具面值能为定向井工程师调整钻井参数提供依据，确保中靶，且轨迹达到地质要求。 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
 随钻测井的缺点是数据传输率低，实时传输的曲线条数和数据采样率受到限制，数据的精度也低于电缆测井。但是随着信息传输技术、信息处理技术的发展和材料领域的技术进步，随钻测井技术发展的速度会进一步加快，测井技术的发展将促进更多的方法加入到随钻测井的行列。随着技术的发展，随钻测井的成本将大幅度降低，在勘探阶段(裸眼井) 随钻测井替代电缆测井的领域会不断扩大。
 参考文献
[1] 罗万静、王晓冬、李义娟．钻井的眼睛——地质导向理论及实践．西部探矿工程，2006年第2期：149~152
[2] 苏义脑、窦修荣．随钻测量、随钻测井与录井工具．石油钻采工艺，2005年2月第27卷 第1期：74～78
[3] 潘宇、刘艳、周利军．2003年随钻测井(MWD)和地层评价新进展．国外油田工程，2004年3月第20卷 第3期：15～19