测井技术新进展综述

第 2 0 卷 第 3 期 地 球 物 理 学 进 展 Vol. 20 No. 3 2005 年 9 月(页码: 786~ 795) PROGRESS IN GEOPHYSICS Sep. 2005 测井技术新进展综述 原宏壮1, 2, 陆大卫3, 张辛耘4 , 孙建孟1 ( 1. 石油大学地球资源与信息学院,东营 257061; 2.胜利油田测井公司, 东营 257096; 3.中国石油天然气股份公司 勘探与生产分公司,北京 100011; 4.中国石油测井有限公司技术中心, 潜江 433123) 摘 要 在过去几年里,测井技术受石油勘探开发需要所推动, 并借助现代电子和信息技术的新成就, 发展十分迅 速.三分量感应和正交偶极声波等新型成像测井仪器的出现,使地层各向异性研究成了热点. 网络测井作为新一代测 井系统, 处于研制和完善阶段. 新的裸眼井测井仪器,如新型的满贯组合测井系统、三分量阵列感应测井仪、油基泥浆 电阻率成像测井仪等得到进一步改进.新的套管井测井仪器,如过套管电阻率测井仪、新型脉冲中子类测井仪等不断 出现并得到改进.随钻测井系列不断增加, 如随钻核磁共振测井、随钻地层测试, 等等. 新的测量工艺技术, 如过套管 地层测试、井下永久传感器工艺技术等正日趋成熟. 新的测井概念, 如测井- 取心联作、套管外取心、动电测井、套管 钻井测井等,给人耳目一新的感觉. 对国外测井技术现状和水平进行全面而深入的研究,对于我们当前的科研和生产 具有指导和借鉴作用.本文综合评述了近几年测井技术六个方面的重大进展: ( 1)岩石物理性质; ( 2)测井地面系统; ( 3)裸眼井测井; ( 4)套管井测井; ( 5)随钻测井; ( 6)射孔、取心和测试. 在深入研究的基础上探讨了测井技术的发展方 向,主要结论是岩石各向异性仍将是岩石物理研究的一个重点, 测井传感器的物理模拟和数值模拟在测井仪器的设 计中将扮演越来越重要角色,测井地面系统的发展主要集中在网络化、综合化的方向上,井下仪器的发展主要体现在 集成化和阵列化的发展方向上.从长远看, 随着井下永久传感器和施工工艺技术不断发展和完善,套管井测井中的许 多项目最终会被取而代之.随钻测井技术仍将迅猛发展,随钻测井必将逐步取代电缆式裸眼测井. 关键词 进展,岩石物理性质, 测井地面系统,裸眼井测井, 套管井测井, 随钻测井 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 100422903( 2005)0320786210 An overview of recent advances in well logging technology YUAN Hong2zhuang1, 2 , LU Da2wei3 , ZHANG Xin2yun4 , SUN Jian2meng1 ( 1. Sch ool of Geo2resour ces an d Inf ormat ion, Universi ty of P et roleum, Dongy ing 257061, China; 2. Sheng l i Oil f ield Wel l Logg ing Co. , Dongying 257096, China; 3. E&P Company , P etr oCh ina Company Limi ted , Bei j ing 100011, China; 4. T echnolog y Cen tre of CP L , Qianj iang 433123, Ch ina) Abstr act Driven by the need of petroleum explor ation and production, t oday's well logging technology has been devel2 oping rapidly in the past five year s with the aid of modern elect ronics and information technology. T he research on petrophysical property is focusing on formation heterogeneity and anisotropy with the advent of three dimensional in2 t roduct ion logging tool and cross dipole acoustic logging tool. Network logging, as a new generation of logging sys2 tem, is in fast development and improvement . Novel open2hole tools such as newly developed slam combinat ion tool st ack, t hr ee dimensional introduction tool, oil base mud micror esist ivity imaging logging tool, a re coming forth and improving. The survey of recent and near - term advances in new logging technology is very helpful for curr ent re2 search and production. This paper provides an overview of recent advances in petrophysics, logging surface system, open2hole logging, cased hole logging, logging while drilling, and per for ating, coring and testing. The trends in well logging technology is explored based on thoroughly r esear ch, the points of which ar e 1) formation heterogeneity is an key aspect of petrophysics r esea rch, 2) physical and numerical simulations of logging sensors are playing a more and 收稿日期 2004211210; 修回日期 2005202210. 作者简介 原宏壮,男,高级工程师, 1990年毕业于西南石油学院测井专业, 2000年毕业于青岛海洋大学海洋地质专业, 获硕士学位,自 1996年开始从事国内外测井技术信息研究工作,并担任5测井与射孔6常务副主编,曾获得山东省和胜利石油管理局科技进步成 果奖(科技情报) 11项,现就读于石油大学(华东) ,攻读博士学位,主要方向为测井资料解释与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究. (E2mail: yh z@slof. com) 3期 原宏壮,等:测井技术新进展综述 more important role in tool design and development, 3) logging surface system is evolving to net2 working and comprehension, while downhole tools is developing forwar d to integrat ion and ar2 r ay. In the long term, with the continued development and deployment of permanent downhole sensors, most of current open hole logging operat ions may be r eplaced. The members of LWD family are get t ing matured and rich, and wireline logging is eventually superseded by LWD. Keywords advance, pet rophysical property, logging surface system, open hole logging, cased hole logging, logging while dr illing 0 引 言 过去几年里, 测井技术受油公司勘探与开发的 需求所推动,立足于岩石物理研究,并借助现代电子 和信息技术新成就, 发展十分迅速. 由于薄互层、低孔低渗低阻储层测井 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 和大 位移井/水平井测井地层评价的需要, 同时也由于新 的测量手段(如高分辨率感应、三分量感应、正交偶 极子声波等成像测井仪器)的出现, 近年来, 测井应 用基础的研究突出表现在对储层岩石各向异性的理 论和实验研究上.相对于 20世纪 90 年代中期以前, 近几年在国际会议和期刊上发表的这方面的文章明 显增多,对地层各向异性的深入研究成了/热点0. 电子技术和遥测技术的新发展使测井仪器精度 和可靠性得到改进, 使仪器的应用扩展到高温高压 等恶劣井眼环境.测井传感器技术的发展、机械设计 和制造工艺水平的提高, 促进了高可靠满贯组合测 井系统的研制取得成功.钻井行业油基泥浆(OBM) 和人工合成泥浆( SBM)的开发和推广使用,迫使服 务公司研制出了油基泥浆电阻率成像测井仪器. 储层监测是当今测井技术中发展最快、最活跃 的一个领域,主要进展包括:过套管地层电阻率测井 仪研制成功并推广使用;脉冲中子类电缆测井仪器 有大的突破;永久放置在井下的各种传感器的研制 获得重大进展, 已研制成功温度、压力、流量等永久 光纤传感器,用于探测流体流动、监测流体界面和饱 和度的变化. 随钻测井方面, 研发的重点仍然是提高测量数 据和井眼图像的实时传输能力,使钻井更安全、井眼 轨迹(地质导向)更准确、完井后储层的排驱效果更 佳,主要进展包括声波横波时差测量、随钻地震、随 钻核磁共振测井.随钻脉冲中子测量、随钻地层测试 等也已进行了现场测试. 射孔、取心和地层测试方面,针对多油层射孔和 压裂的套管外射孔新技术,使油井产量有较大提高. 新的套管井地层测试仪器可以将钻穿钢套管、水泥 和岩石,测量储层压力, 采集地层流体样品, 封堵射 孔孔眼等一系列操作一气呵成.裸眼井电缆地层测 试器具备了生产测试的许多功能. 1 测井应用基础研究[1 ) 6] 近年来,对地层非均质性和各向异性的理论和 实验的深入研究已经成为/热点0, 原因有二:其一, 薄互层、低孔低渗低阻储层测井评价和大位移井/水 平井测井地层评价的需要;其二, 新的测量手段 (如 高分辨率感应、三分量感应、正交偶极声波等成像测 井仪器)的出现,使得对各向异性的精细描述成为可 能. 地层各向异性是指岩石物理性质和储层参数 (如电阻率、声波速度和渗透率)随方向而发生变化. 这些变化源自内在的(沉积的)和外在的(应力诱导 的构造)因素. 地层各向异性是普遍规律, 各向同性 是各向异性的一个特例. 在垂直井内, 可以用阵列电 阻率测井和阵列声波测井资料来对各向异性地层进 行分析评价.随着大斜度井和水平井的大量出现,地 层各向异性对测井测量的影响及其测量精度和可解 释性成为测井分析家们主要关心的一个问题. 在这 些井中,井眼与地层界面以低角度相交或平行, 在测 井仪器周围不同角度上探测到的地层特性是不相同 的.用电缆测井或是随钻测井中的多分量感应测井 和正交偶极声波测井资料进行反演,可以较好地进 行地层评价,将这些测井资料与其它成像测井资料 相结合进行综合解释,可以取得更好的评价效果. 地层各向异性可以由区域应力的差异引起. 区 域地应力的差异可能导致井眼附近地层先行破裂 (自然的或诱导的裂缝,井眼不稳定性和产砂) . 裸眼 井和套管井中应力诱导的各向异性主要用多极子阵 列(斯通利波和偶极子横波)声波仪器进行评价. 裂 缝会使横波分裂成快、慢分量.四分量(正交偶极)仪 能测量快、慢地层中的横波分裂,能以此测量信息来 分析裸眼井中的裂缝,设计和评价套管井完井(水力 压裂) 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 . 787 地 球 物 理 学 进 展 20卷 薄层或岩性变化(主要为砂泥岩层序地层的沉 积、颗粒大小或分选的变化)导致了地层的固有各向 异性.低阻产层常常会导致错误的测井解释和油气 层的不经意漏掉,因为常规测井仪器分辨率不够,不 能对这些差异进行分析和评价.采用成像测井中的 阵列感应测井, 可以大大提高垂向分辨能力. 用相应 的反演算法,可以在薄互层研究中取得较好的效果. 新发明的三分量感应测井,能测得垂向电阻率和水 平电阻率, 可用于研究地层电阻率各向异性, 在薄互 层的研究中取得了较好效果. 2 测井地面系统 测井地面采集系统在不断更新换代, 从数字时 代( 1962年开始)到数控时代( 1976 年开始)经历了 14年,从数控时代到成像时代( 1990年开始)又经历 了 14 年[ 7] . 如果这是测井地面系统发展的规律的 话,那么第五代测井 ) ) ) 网络测井时代即将到来.事 实上,三大测井公司已经开始研制和试验网络化测 井地面系统. 2. 1 INSITE和 INSITE Anywher e系统[ 8] 这两种系统是哈里伯顿公司最近两、三年内开 发的网络化测井地面采集系统,处于试验和改进阶 段. INSITE 是该公司新近推出的一种实时数据管 理和分配系统, 依靠一种公用数据库结构,公司的所 有服务线都能管理和共享井场作业期间采集的数 据,帮助进行远距离决策和合作. INSITE Anywhere 是新一代基于因特网的数据传输系统, 提供灵活的 INSITE技术,不用安装专门的软件, 只要输入用户 名和密码, 就可以在世界任何地方、任何时候登陆互 联网,享用油井数据. 2. 2 FOX系统[ 9] 这是贝克2阿特拉斯公司正在开发的网络化测 井地面系统,目前只在其网站上见过宣传材料,未见 过该系统投产应用方面的报道. 3 裸眼井测井 裸眼井测井是勘探阶段寻找油气和划分油气水 层,并定量评价油气层的一系列经济而有效的方法. 在国际测井市场中, 裸眼井测井占总测井工作量的 53% [ 10] . 3. 1 满贯组合测井[ 11, 12] 斯仑贝谢公司 1995年推出快测平台( Express Plat form) ,此后, 研制高可靠、高效率的集成化的满 贯组合测井仪器已成为测井仪器发展的一个重要方 向.斯仑贝谢公司 2001年推出的新一代快测平台系 统提高了耐温性能, 哈里伯顿公司于 2002年推出了 称之为 IQ 的四组合测井仪, 贝克2阿特拉斯公司于 2003 年 7 月份隆重推出了该公司的 / 快测平 台0 ) ) ) FOCUS组合测井系统.这样的组合测井仪 (技术指标见表 1)通过集成新的传感器, 使用新的 机械设计,缩短了仪器长度, 增强了测量的稳定性, 一次下井可提供常规地层评价所需的所有测井资 料. 通常, 满贯组合测井仪主要有两类:三组合仪 (电阻率、密度和中子、辅助测量)和四组合仪(电阻 率、声波、密度和中子、辅助测量) .目前这两类仪器 主要有: ( 1)斯仑贝谢公司的快测平台 ( Express Plat2 form,三组合) :集成了高分辨率阵列感应 ( HAIT ) 或者高分辨率方位测向(HALS) , 三探测器岩性密 度( TLD) ,补偿中子, 辅助测量(井径、泥浆电阻率、 井温、加速度、伽马)等仪器. ( 2)哈里伯顿公司的 IQ 四组合仪:集成了高分 辨率感应(HRAI ) , 能谱密度 ( SDLT ) , 双源距中子 (DSNA) , 井眼补偿阵列声波( BCAS) , 辅助测量等 仪器. ( 3)贝克- 阿特拉斯公司的 FOCUS 测井系统 (三组合或四组合) :集成了高清晰度感应( HDIL) , 补偿 Z 密度, 补偿中子, 正交多极子阵列声波 (XMAC) ,辅助测量等仪器. 表 1 三大测井公司满贯组合系统技术指标对比 Table 1 Specif ication compar ison of slam combination logging system of Schlumberger, Halliburton and Baker Atlas 仪器指标 IQ 四组合仪 Express Plat form FOCUS四组合 耐温℉( e ) 350( 177) 250( 120) 260( 127) 耐压 psi (MPa) 20, 000( 138) 10, 000( 69) 10, 000( 69) 最大直径( cm) 9. 2 11. 7 9. 5 仪器长度( m) 20. 7 11. 6 15. 24 仪器重量( kg) 623 311 281. 2 适应井眼( in. ) 4 14 至 24 4 3 4 至 12 1 4 最大测速( m/ min) 18. 3 18. 3 18. 3 3. 2 成像测井 20世纪 80年代后期成像测井开始进入商业应 用.经过十多年发展, 成像测井在地面系统、井下仪 器、数据传输和资料处理解释等方面都得到较大发 788 3期 原宏壮,等:测井技术新进展综述 展,解决了常规三组合测井(密度、中子、电阻率)难 以解决的许多地质问题. 成像测井主要用于确定倾 角、探测裂缝、断层定位、孔洞定位、岩心归位验证、 描述薄层或薄互层及地层各向异性等, 还有其他地 质或工程应用. 过去几年里成像测井技术的发展主 要表现在如下几方面. 3. 2. 1 普通泥浆(水基泥浆)电阻率成像 精确钻井- 康普乐(ComputaLog)公司 2001年 研制成功的微电阻率成像测井仪( Ear th Imager)以 该公司的 6电极地层倾角测量技术为基础, 6电极 技术使用 6个铰链的极板,每个极板安装在一个独 立的臂上[ 13] .按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模式使用时, 有 6个极板可用, 每个极板含 25 个经过刻度的微电阻率传感器, 共 150个. 仪器还可按双模式工作,使用 12个极板, 每 个极板含 25个电扣. 仪器在直径为 200mm的井眼 中的井周覆盖率为 63%. 仪器额定温度和压力分别 为 350℉和 20 000 psi. 哈里伯顿公司 2003 年推出扩展型微成像仪 (XRMI ) [ 14] , 这是该公司微电阻率成像测井仪 ( EMI)的一种改进型.该型仪器主要是为 Rt/ Rm比 值大的环境应用而开发的,这样的环境在碳酸盐岩 地层很普遍. XRMI使用 32位现代数字信号采集技 术,同时增大电流激发需要的功率, 同 EMI相比,信 噪比提高了 5倍,动态范围扩大了 3 倍.即使在很高 阻地层(R t \ 2 000 8 # m)或井眼流体矿化度相对大 (Rm \ 0. 1 8 # m)的环境,仪器产生的成像图也是非 常可靠的. XRMI 是一种极板型仪器,数据采样率高 达 120样点/英尺, 在 8. 5英寸井眼, 图像覆盖率为 67% ,可获得高分辨率的井壁图像. 3. 2. 2 油基泥浆电阻率成像 在用油基泥浆和人工合成泥浆钻的井中, 非导 电的井眼环境致使常规微电阻率成像测井仪的应用 受到限制,电缆式高分辨率测量只能使用超声测井 仪和倾角测量仪. 2000年斯仑贝谢公司开发了一种基于成熟的 电阻率成像测井原理的新技术,研制成功了油基泥 浆微电阻率成像测井仪( OBIM) [ 15, 16] . 该仪器使用 一种设计独特的成像极板和相关电极, 测量每对电 扣的微小电压差 DV,从而在已知电流 I和几何系数 k的情况下, 可由 Rxo = k( DV / I ) 描述冲洗带电阻 率. OBMI 仪器使用 4个极板, 每个极板上有 5对电 扣.仪器的垂直分辨率为 3. 0 cm. OBMI 对于小于 3. 0 cm的薄层和特征有响应, 但不能准确确定其厚 度.在 10 in( 25 cm)厚的地层中, 仪器给出的 R xo ,最 大误差为 20%. 贝克- 阿特拉斯公司 2001年推出用于油基泥 浆环境的电成像测井仪 ) ) ) EARTH 成像仪[ 17] . 仪 器有 6个极板,每个极板上有 8 个传感器. 在 8in井 中单程测井时井周覆盖率为 64. 9%.在 1~ 2 000 8 # m 地层内,还产生高分辨率 Rxo曲线,精度为1. 5%. 仪 器额定温度和压力分别为 350bF 和 20 000 psi, 可在 6~ 21 in井眼内使用,最大测速为 600 ft / h. 3. 2. 3 核磁共振成像测井 斯仑贝谢、贝克- 阿特拉斯、康普乐( Computa2 log)和哈里伯顿- 纽马( NUMAR)等公司已经分别 开发出新的核磁共振测量仪器. 斯仑贝谢公司对其新一代 NMR电缆测井仪的 试验样机[ 18]进行了测试. 该仪器是一只多频的、偏 心的、梯度场测井仪.多采集模式可使仪器在单程测 井中获得近井眼地层的径向剖面.仪器的探测深度 增大,可以更好地探测原生流体,并降低了对井眼不 规则的灵敏度.目前仪器的最大探测深度为 6 in.仪 器使用一个预极化磁体, 能在长等待时间的环境进 行快速测井. MR Explorer( MREX)是贝克- 阿特拉斯公司 新近开发的多频、多磁场梯度、侧向测量式的 NMR 电缆测井仪器[ 19] .多频特征可以保证仪器在单趟测 井中按照不同的采集参数采集到多个回波串. 多梯 度特征用于根据扩散系数来对油气划分类型或量 化.侧向测量设计减少了盐饱和泥浆等环境影响,能 在大直径井眼使用, 在大斜度井和水平井中可降低 对仪器居中的要求. 该仪器的探测深度从离井壁 2. 5 in至 4. 5 in不等,取决于工作频率. 康普乐 ( Computalog) 公司已试验了一种由 NPR/ Karatozh0公司设计, 并在实验室研究过其性 能的新型 NMR测井仪[ 20] . 该核磁共振仪( NMRT) 是一种多频率的仪器,能以三种频率工作,中心频率 约在 730kH z,频率范围在 700~ 760 kHz之间. 该仪 器探测一个直径为 13. 8 in、厚度约为 0. 28 in 的环 状地层. NMRT 能在多个频率下测量多种储层参 数.几种样机业已安装完毕,并进行了测试. 3. 2. 4 三分量感应测井 一般来说,地层电阻率是各向异性的,即垂直方 向和水平方向测量结果不同.常规感应测井包括阵 列感应测井的测量只是水平分量,很容易低估和漏 掉低阻泥质砂岩产层. 据估计, 世界上大约 30%的 油气存在于砂泥岩薄互层.如何正确评价这类储层 促进了三分量感应测井仪器的研制. 789 地 球 物 理 学 进 展 20卷 贝克2阿特拉斯公司 2000 年推出了新的多分量 感应测井仪 ) ) ) 三维探路者 ( 3DEX) [ 21 ) 23] . 该仪器 使用三对相互正交的发射- 接收线圈对, 采集 5个 磁场分量 Hxx、Hyy、H zz、H xy、H xz . 这些信息可导出 地层的水平电阻率(Rh )和垂直电阻率( Rv) ,从而可 描述地层电阻率各向异性.根据阿尔奇公式和柯茨 公式提供的电阻率各向异性与渗透率各向异性之间 的岩石物理关系, 还可使用 3DEX的电阻率测量数 据来评价渗透率各向异性.仪器在薄互层、低阻层的 测井地层评价中有重要作用. 在 2003年 SPWLA 年会上,斯仑贝谢公司介绍 了该公司的多分量感应测井仪器样机[ 24] . 这只仪器 尽可能多的采用了该公司 H 型阵列感应仪的电子 线路和线圈系机械结构. 仪器有一个三轴发射器和 两个三轴接收器, 每个线圈系都含有一个常规的 z 轴线圈和两个横向线圈, 形成正交线圈系.长三轴线 圈系的补偿线圈和短三轴线圈系的主线圈都离发射 器 72 in.这种组合结构和各传感器的排列与相互补 偿是本样机的主要特点. 仪器还有一个常规的短线 圈系阵列. 3. 2. 5 正交偶极声波测井 在 2001年 SPWLA 年会上,哈里伯顿公司的科 学家发布了其全新的正交偶极子测井仪 ) ) ) Wave2 Sonic测井系统[ 25] . 该系统在机械设计上重点考虑 仪器的物理强度, 使其可置于组合仪器串中较重仪 器(如 NMR和地层测试器)的上部. 相对于以前仪 器的一个重大改进是,该系统的偶极声源在频率、幅 度、激发波信号及波形等方面是完全可调的. 仪器由 发射器/接收器控制电路、隔声体、接收器阵列和主 电子线路等几部分组成. 仪器长 33. 5 ft , 最高耐温 和耐压分别为 300 u ( 150 e )和 20 000 psi. 4 套管井测井 套管井测井能减少仪器故障和井眼不稳定所伴 随的裸眼井测井风险,另外,通过较少的测井次数和 使用不太贵的修井或完井钻机,套管井测井能显著 地降低作业成本.套管井测井在某些环境,如地质和 构造已完全清楚的油田, 能完全取代裸眼井电缆测 井.国际测井市场上,套管井测井占总测井工作量的 47% [ 10] .以下介绍过去五年里套管井测井方面的主 要进展. 4. 1 套管井电阻率测井 电阻率是评价地层含油性的关键参数之一. 如 果能在套管井中测量地层电阻率,就能够将已建立 的含水饱和度评价方法应用于正在开采的储层. 过 套管电阻率测井一直是国外大测井公司孜孜以求、 竞相发展的测井高新技术. 斯仑贝谢公司通过对其过套管电阻率测井仪器 CHFR进行改进,于 2001年推出了一种测速较快的 仪器) ) ) CHFR) Plus[ 26] ,其测速为 200~ 240 ft / h,在 直径为4 12 in至 9 5 8 in的套管内测井,额定温度和 压力分别为 300 u 和 15 000 psi. 相对于 CHFR 仪, CHFR ) Plus立足于误差抵消而不是误差补偿, 不 必单独测量套管电阻率补偿量,测量时间减半, 测量 精度或准确度相同或更好. 斯伦贝谢公司的 CHFR 已在印尼等国家和地区测井上千口, 2003~ 2004年 在中石油的多个油田测井 60余口. 贝克2阿特拉斯公司的套管井电阻率测井仪 TCR仍在试验和完善中[ 27] . TCR 仪器工作时被压 向套管壁, 仪器的 7个电极经过精心排列,能与金属 套管壁保持良好接触. 仪器的垂直分辨率由 19 in (短间距)和 38 in(长间距)两个电极距确定. 虽然目 前的测试结果令人满意, 但由于不同的井下条件限 制了该样机的推广使用, 进一步的现场测试是必要 的. 4. 2 脉冲中子测井 新的脉冲中子类测井仪综合了过去的中子寿命 测井仪、碳氧比测井仪的功能和元素测井仪的一部 分功能,可以通过油管将仪器下入井内,在套管井内 测定剩余油饱和度、评价油层水淹情况,还可以测得 地层孔隙度等地层参数. 哈里伯顿公司 2001年推出了其原先的储层监 测仪(RMT )的改进型, 称为 RMT Elite[ 28]系统. 仪 器直径 2 18 in, 能穿过 2 3 8 in的所有普通油管. 该 系统使用一对直径为 1. 4 in 的锗铋酸(GBO)晶体, 置于保温瓶中.光电倍增管与较近的晶体相距 1 in, 与较远的晶体相隔 6 in. 仪器有两个工作模式: ( 1) 非弹性或 C/ O 模式,能同时测量碳、氧、钙和硅的非 弹性中子产额, 还测量地层俘获截面、用于水流探测 的氧活化、用于孔隙度计算的计数率比值,以及元素 俘获产额. ( 2)重复多道热衰减岩性测量模式, 可产 生脉冲中子俘获( PNC)测井能提供的所有测量值, 从而能很好地进行岩性分析. 4. 3 井下永久传感器[ 29, 30] 近年来,井下永久传感器技术发展很快, 传感器 的种类也增多, 有从动型声波流量传感器、主动型和 790 3期 原宏壮,等:测井技术新进展综述 从动型声波及地震传感器阵列、实时的多点压力传 感器、分布温度传感器、电磁类传感器、流体成份分 析传感器等,有人还在研究超声和核磁共振传感器. 在井下永久传感器中,光纤传感器具有一些突 出的优点:它可以在高温下工作,可以不用井下电子 线路, 不受干扰,其信息可以通过光纤快速传送到地 面等. 井下永久传感器还可用于井间成像,有井间电 阻率成像及井间地震成像两类.将井下永久传感器 测得的资料与其他资料相结合,可以监测地下流体 (油气、蒸汽、水)的分布. 也有人试图达到智能完井, 利用井下永久传感器测得的资料,控制井下的一些 阀,以封闭出水层位, 调整各层的产出量或是注水 量.已研制成功的井下光纤永久传感器包括温度、压 力、流量和持率传感器. 4. 4 电动测井[ 31] 在 2002年 SPWLA 年会上,日本科学家提出了 一种新的测井系统, 称之为电动测井( EKL) . 这种方 法源于如下现象:毕奥特快纵波在穿过渗透率、孔隙 度等参数变化的界面时会产生毕奥特慢纵波, 后者 很快衰减并产生电信号. 在两口井中的测试表明,该 系统对于估算土壤和岩石的渗透率具有应用前景. EKL声系发射声能,测量声波衰减过程中产生的电 势,其响应大多与井壁处水/地层界面有关. 渗透性 地层中有水流时,电荷发生分离,反映了外加的声压 场.通过观察两个频率时的电势,可以获得渗透率和 其它流体性质. 这种电势非常弱, 为几个毫伏. EKL 声系使用了一种专利技术来提取固有噪声环境中的 有用信号.在 EKL处理中还要做进一步的工作以提 取和刻度弹性参数, 确保 EKL 系统的实用性. 4. 5 套管钻井测井[ 32] 套管钻井测井是在套管钻井技术诞生后出现的 新的测井模式. 套管钻井是一种新兴技术,是一口井 的钻井和下套管同时完成的过程.这种技术就是用 套管作为钻杆, 井眼钻成功时, 套管也下到了井下. 套管钻井技术正在发展之中, 尚未成熟, 因此, 套管 钻井测井可能还处于概念阶段. 套管钻井测井有两种模式: ( 1)钻后测井模式. 这种模式也称为电缆测井模式,就是在完成套管钻 井作业后,用电缆将测井仪器在套管内下到要测量 的目的层段,进行测井.测量的目的是完成常规裸眼 井测井的任务, 但所用的测井仪器受到很大限制,除 了过套管电阻率测井仪器(正在完善之中)外, 其他 所有电法测井仪器都不能使用. ( 2)随钻测井模式. 测井仪器安装在与最下面一根套管连接的底部钻具 组合内,在套管钻井进行的过程中,在需要测井的层 段一边钻井,一边测井.这种测井模式具有常规随钻 测井的所有优点, 同时免除了专门下套管需要的钻 机在用时间,节省了大量的钻机租赁费用. 4. 6 ABC软件系统[ 33] 斯仑贝谢公司的套管后分析( ABC)软件系统用 于套管井地层评价, 可用于评价孔隙度、体积密度、 岩性、含水饱和度、声波性质和渗透率,还可用于地 层压力和地层流体样品的分析.可使用的仪器包括: ( 1) CHFR2Plus ) ) ) 套管井地层电阻率测量仪; ( 2) CHDT ) ) ) 套管井地层动态测试器, 取压力和流体 样品; ( 3) CHFP ) ) ) 套管井地层孔隙度仪, 测量中 子孔隙度和俘获; ( 4) CHFD ) ) ) 套管井地层密度 仪,使用了专门为套管井设计的密度仪器的一个新 特征; ( 5)DSI ) ) ) 偶极横波声波成像仪,用于测量地 层声波速度信息. 5 随钻测井技术 随钻测井( LWD)能实时地提供地层评价和钻 井数据,能作为电缆测井的一种替代方法,能减少测 井所需要的钻机在用时间,还可以在高风险井中保 证数据的采集. 目前,随钻测井仪器能用于常规井和 小井眼井, 提供一系列地质导向和地层评价测量.除 了阵列电阻率、中子孔隙度、密度和声波纵波时差以 外,现在的 LWD测量还包括脉冲中子、声波横波时 差、随钻地震、随钻核磁、环空压力、地层测试. 方位 测量(包括电阻率、密度、声波)能用于实时确定倾 角,提供二维和三维井眼图象,用于地质导向和确定 井位. 随钻测井技术在过去几年里发展迅猛. 新的和 改进的随钻测井仪器系列能比以前的仪器提供更 多、更准确的地层评价测量, 应用范围也更广;数据 传输系统有了更多的选择. 5. 1 数据传输技术[ 34 ) 36] 多年来数据传输是制约随钻测井技术发展的 /瓶颈0.泥浆脉冲传输是普遍使用的一种数据传输 方式,大多数随钻测量都采用泥浆脉冲方式传输数 据.泥浆脉冲传输的数据传输速率较低,为 4~ 10 bit/ s, 而电缆的传输速率为 550~ 660 bit / s.电磁传输和声 波传输技术还处于研究和试验之中. (1)电磁( EM)传输.电磁传输作为把MWD/ LWD 数据从井下传送到地面的一种替代方法, 正处于发 展之中. EM传输速率与泥浆脉冲传输速率相当.但 EM传输能用于使用空气、泡沫泥浆的欠平衡钻井 791 地 球 物 理 学 进 展 20卷 中,这些钻井技术限制了泥浆脉冲传输技术的使用. 近几年推出了三个新的 EM传输系统: 1)康普乐公 司的 EM MWD 系统; 2)斯仑贝谢公司的 E 脉冲电 磁传输系统; 3) 哈里伯顿 - 斯瑞派森公司的电磁 MWD系统. ( 2) 直接传输. Gr antPride 公司的 Intellipip 钻 杆传送系统是通过钻杆在井下MWD/ LWD 仪器和 地面之间快速传输信号的一个连接系统. 数据通过 每一个钻杆连接来传输. 钻杆连接使用了没有特别 方位要求的非接触的耦合器, 沿钻杆每 1 000 ft 使 用放大接头来增强信号.传输速率可达 1 000 000 bps, 而传统的泥浆脉冲和较新的电磁传输速率仅 1~ 10 bps.双向传输能力可将信号从地面送到井下仪 器. Intellipip系统是 GrantPr ide公司与美国能源署 合作开发的. ( 3)光纤传输.美国圣地亚国家实验室已研制成 功并试验过用于MWD的光纤传输系统. 使用的光 纤电缆很细小, 很便宜, 可短时间使用, 最后在钻井 泥浆中磨损掉并被冲走. 在美国天然气研究所的测 试中, 光纤成功到达 3 000 ft 深处.光纤遥测技术能 以大约每秒一兆位的速率传送数据, 比其它商用的 随钻传输技术快 5个数量级. 5. 2 随钻电测井 ( 1)多频电阻率仪( MFR) [ 37] . 精确钻井康普乐 公司推出一种 4 34 in 的小井眼 LWD传播电阻率 仪,称为多频电阻率仪(MFR) .该仪器专门设计用 于井底压力达 30 000 psi、流量达 400 g/ min 的环 境. MFR以2 MHz和 400 kHz两个频率工作,有20 in、 30 in、40 in三个发射- 接收间距.每个间距的相位 和衰减测量可以产生 48个绝对测量结果,这些测量 可以组合用以生成具有不同径向探测深度的 12个 补偿电阻率测量.据报道,其补偿天线和电子线路设 计衰减精度分别达到 ? 0. 25 m 8 和 ? 0. 5 m8 . ( 2)超深电阻率随钻测井仪[ 38] . 斯仑贝谢公司 推出的超深电阻率随钻测井仪的探测深度为 6. 6~ 32. 8 ft(常规随钻测井仪器的探测深度不到 3. 3 ft ),还 具有更大的径向响应, 能够探测到距井眼数英尺以 外的岩石特征和流体接触面.该仪器为模块化设计, 有两个发射器和一个接收器(间距分别为 33 ft ( 10 m) 和 66 ft ( 20 m) ) ,能以三种频率工作,提供 6 个独立 的电阻率测量结果. 用一个地层模型进行反演这些 测量结果,就可算出从仪器到具有电阻率反差的层 界面的距离.该仪器已经在北海挪威水域的注水井 和生产井中使用, 为精确的地质导向和提高生产井 采收率提供了重要支持. 5. 3 随钻声波测井 ( 1)随钻声性质探测仪( APX) [ 39] . 2001年贝克 - 阿特拉斯公司推出该仪器. APX 仪器有一个宽频 带声源和 24个接收器( 6组,每组4个) .声源以一最 佳的频率向井眼周围地层发射声能脉冲. 当声能沿 井壁传播时, 接收器测量到波前( Wavefront) . 波前 的速度直接受井眼附近地层环境特征的影响. 系统 用先进的埋入技术将接收器声波模拟信号转换为数 字信号,得到地层声波时差( $T ) . ( 2)随钻偶极声波测井[ 40] . 单极子声波测井仪 在慢地层中,尤其是在松软沉积地层中,不能采集声 波横波速度信息.在电缆测井中,偶极子声波测井仪 用于在慢地层中采集声波横波速度. 贝克- 休斯- INTEQ 公司 2002年推出并现场测试了一种 LWD 多极子声波测井仪, 可按单极子、偶极子和多极子模 式采集声波速度. ( 3)新型双模式( BAT )声波测井仪[ 41] . 哈里伯 顿 Sperry- Sun 公司 2001年开发出 9. 5in 的 BAT 仪器,用于在大井眼采集声波速度.该仪器使用了两 个相对放置的发射器, 能在多个频率下发射强声信 号.使用双接收器阵列和 7个基本接收器阵列, 在软 地层、强衰减地层中能获得高的信噪比.在机械设计 上,仪器能适应钻大直径孔眼的井底钻具组合, 能在 直径为 14 34 ~ 26in的井眼内获得纵波时差数据. 5. 4 随钻核测井 ( 1)随钻核磁测井[ 42] . 哈里伯顿- 纽马公司研 制了第二代随钻核磁共振成像测井仪( MRI2LWD) . MRI2LWD按两种方式工作: ( 1)勘测测井 (RL)方 式:该方式对运动不敏感,能在钻头行程的大部分时 间工作;指示孔隙度(尚未对含氢密度的变化进行校 正)和自由流体的存在. ( 2)评价测井( EL)方式:可 对近井眼地层区的流体进行区分,确定孔隙度和自 由流体体积, 按该公司的电缆式 NMR 处理方式对 气的影响进行校正. ( 2)斯仑贝谢公司的 LWD NMR仪器[ 43] .斯仑 贝谢公司已现场测试了其新的 LWD NMR 仪器,仪 器设计用于获得 T2 数据.该仪器含有一个运动传感 器组件,用于识别有害的钻井运动情况.传感器信息 可实时获得,可在钻井时矫正钻井活动,或者用于识 别要反复进行扩眼以获得高质量数据的层段. 仪器 的磁场是轴向对称的,因此,可以在原始的MWD磁 792 3期 原宏壮,等:测井技术新进展综述 力仪定向测量结果上使用校正计算方法, 并可在底 部钻具组合的任何位置接 NMR仪器. 6 射孔、取心和测试 射孔、取心和测试是与电缆测井和随钻测井并 行的、用以获得地层评价信息的特殊途径和手段.近 几年这些技术也有许多发展. 6. 1 套管外射孔 射孔技术用于提高油气井产量, 解决与储层增 产激励和防砂相关的问题,并达到其它的完井目的. 最佳的射孔方向和孔密可使水力压裂更容易, 还可 避免孔道坍塌而导致出砂. ( 1)套管外射孔.这是近年来国外出现的一种新 的射孔技术,马拉松石油公司拥有这种全新的射孔 技术的专利,称之为 Excape[ 44] , BJ服务公司、Core2 Lab公司和 T ripoint公司提供套管外射孔设备和服 务.这种作业中,将射孔枪放在套管外面同时下到井 中.射孔枪靠液压控制管线启动点火, 该管线安置在 套管外一个开槽的接箍内,可避免受岩石损坏.枪被 激发时舌形隔离阀关闭, 可隔离每个层段.射孔枪要 在一定压力下才产生爆炸,所以能用液压泵来增加 压力, 并在每个射孔层段一个接一个地进行. 这种技 术已在加拿大、美国的多个油田由马拉松公司、飞利 普斯公司和 BP 公司进行了试验. ( 2)G2Force 精确定向射孔系统. 相对而言, 垂 直井射孔比较简单. 当井眼逐渐倾斜甚至水平时,射 孔枪的定向过程就变得非常复杂.哈里伯顿公司新 推出的 G2Force 精确定向射孔系统[ 45]正是针对这 种情况设计和开发的. G2Force 射孔系统是一种定 向射孔枪系统, 系统上的定向旋转仪位于枪身的保 护性环境内. G2Force 系统的先进性主要表现在它 克服了老的定向系统受到的一些限制, 即不依赖于 特殊的串联导向器、偏心短接和旋转环,所有这些都 受到枪工作时产生的摩擦和扭矩的影响, 导致定向 精度低. 6. 2 取心 ) 测井联作和新的岩心测量仪 取心和岩心分析是直接获取储层岩石信息的重 要途径,同时也是验证和刻度其它测井方法的重要 手段. 斯仑贝谢公司与美国海洋钻探 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (ODP)集团 联合推出一种取心测井系统[ 46, 47] , 使取岩心和测井 作业一气呵成. 在此之前,工业界还没有能在现场同 时连续采集大直径岩心和测井数据的仪器. 该系统 由两种现存的仪器经改造后组装而成, 一种是斯仑 贝谢公司的钻头电阻率成像测井仪(RAB28TM ) , 另 一种是德克萨斯 A&M大学的电缆回收式岩心筒锁 紧器.因为该系统首先是为满足海洋科学钻探目的 而研究的,因此 RAB28仪器的改造要使其能与ODP 取心系统中的马达驱动岩心筒(MDCB)有机结合. 主要做了两方面的改造: ( 1)重新设计电池, 使其轴 向留有一环形空间, 以便让MDCB穿过. ( 2)研制新 的电阻率电扣极板和滑行稳定器, 使 RAB28 适用于 ODP 特殊钻头.系统组装成功后在斯仑贝谢钻井 & 测量工厂进行了测试, 仪器在测井的同时成功地采 集到岩心. 6. 3 地层测试 电缆地层测试是直接获得地层压力、流体样品 和其它信息的主要方法. 国外三大测井公司的电缆 地层测试器已经发展到第三代.新进展主要包括研 制成功套管井地层测试器、NMR流体分析仪、扩展 了电缆地层测试器的用途,可以代替生产测试. ( 1)套管井电缆地层测试器(CHDT ) [ 48] . CHDT 的独特能力是:可在套管上钻一小孔, 钻穿套管/水 泥、再钻入地层,可进行多个压力测量,采集流体样 品,然后堵住套管上的孔.抗腐蚀的塞子保证金属与 金属之间的密封, 额定压差达 10 000 psi. 仪器直径 4. 25 in,能在 5 12 in至 9 5 8 in 的套管内工作,一次 下井能测 6个深度段. 可用于含 H 2 S的取样室能装 1 Gal流体样品. CHDT 包括多个取样模块,有 6个 450 e 的容器, 250 e 的单项多样品室, 及 1 Gal、 2 Gal、3 Gal或 4 Gal、6 Gal 的取样室.几个取样室 能同时使用. ( 2)NMR流体分析仪[ 49] . 哈里伯顿- 纽马公司 已研制成功核磁共振(NMR)井下流体分析仪,能与 该公司的油藏描述仪(RDT)模块式地层取样测试器 进行组合. 无论流体是不流动的还是流动的, 它都能 连续测量 T1弛豫时间和含氢密度(自动转换成含 氢指数) . 7 结 语 勘探与生产需求是测井技术发展的内在动力, 电子、信息、新材料和新工艺等高新技术是测井技术 发展的外在推力, 过去几年是这样, 未来更会如此. 不过,经济因素,比如降低研发和生产成本, 在测井 技术发展的过程中将会扮演越来越重要的角色. 岩石物理研究是测井作为一门学科发展的基 础,将来的发展仍然是继续开展岩石电、声、核、磁等 793 地 球 物 理 学 进 展 20卷 性质的实验研究,探索新的测井方法;建立新的岩石 物理参数与地层参数之间的关系,为新的解释方法 奠定基础. 同时,地层各向异性仍然是岩石物理学家 和测井分析家主要关注的一个问题, 重点研究岩石 电、声等物理参数和渗透率等储层参数各向异性的 形成机理,以及地层各向同性对测井数据和地层评 价的影响. 测井传感器的物理模拟和数值模拟在测井仪器 设计和测井资料解释方面将发挥越来越重要作用. 测井地面系统的发展主要集中在网络化、综合 化的方向上,实现远程实时监控,远程实时解释和评 价.井下仪器的发展主要体现在集成化和阵列化的 发展方向上,针对不同的地层评价需要,集成不同用 途的井下测井传感器, 一次下井采集全地层评价所 需的各种类型的数据;传感器和数据采集方式阵列 化,一次下井采集多个方位、多个探测深度的地层信 息. 由于当今所有测井服务几乎都可在套管井进 行,理论上,所有的裸眼井测井系列, 包括裸眼井全 系列测井(密度,中子,电阻率, 声波,辅助测井)及解 释评价方法都可用到套管井的情况, 因此套管井地 层评价成为继裸眼井测井地层评价、随钻测井地层 评价之后的又一种理想选择.然而,毕竟这些仪器大 部分最初是为裸眼井环境测井而研制的, 在套管井 使用时,还有许多需要改进的地方,如提高套管井电 阻率测井速度, 改进套管井密度测井的质量, 等等. 从长远看,随着井下永久传感器和施工工艺技术不 断发展和完善, 套管井测井中的许多项目最终会被 取而代之. 随钻测井技术的迅速发展受石油勘探钻井工业 的发展所推动. 未来 5~ 10年里,钻井活动仍然会继 续从陆上向海上转移, 水平井大斜度井的数量会继 续增加,与之配套的随钻测井技术也会继续发展和 完善,随钻测井将更多地取代常规测井. 从长远看, 随钻测井必将逐步取代电缆式裸眼测井. 参 考 文 献 ( References) : [ 1] Steph en Prensky. 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