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1、随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻测井技术随钻测井技术宋延杰宋延杰随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 在钻井过程中同时进行的测井称之为随钻测井。随钻测井由于是实时测量在钻井过程中同时进行的测井称之为随钻测井。随钻测井由于是实时测量,地层地层暴露时间短暴露时间短,其测量的信息比电缆测井更接近原始条件下的地层其测量的信息比电缆测井更接近原始条件下的地层,不但可以为钻井提供不但可以为钻井提供精确的地质导向功能精确的地质导向功能,而且可以避免电缆测井在油气识别中受钻井液侵入影响的错误而且可以避免电缆测井在油气识别中受钻井液侵入影响的错误,获取正确的储层地球物理参数和准确
2、的获取正确的储层地球物理参数和准确的孔隙度孔隙度、饱和度饱和度等评价参数等评价参数,在油气层评价中在油气层评价中有非常独特的作用。有非常独特的作用。 随钻测井定义随钻测井定义随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 与电缆测井相比,随钻测井具有准确性、实时性和适用性广等优势。具体表现为:与电缆测井相比,随钻测井具有准确性、实时性和适用性广等优势。具体表现为:a)LWD是在钻头破岩后不久、泥浆侵入较浅、井眼平滑与尚未明显垮塌的条件下测量的,是在钻头破岩后不久、泥浆侵入较浅、井眼平滑与尚未明显垮塌的条件下测量的,测井测井曲线受泥浆侵入影响比常规测井小曲线受泥浆侵入影响比常规测井小得多,更能
3、反映原状地层的电性、物性和孔隙流体性质。得多,更能反映原状地层的电性、物性和孔隙流体性质。其不同测量方式获得的时间推移测井资料,也易于识别油气层和分析储层渗透性;其不同测量方式获得的时间推移测井资料,也易于识别油气层和分析储层渗透性;b) 人们可根据实时记录测量的近钻头的地质参数,判释易于造成井涌的高压层、造成井漏的裂人们可根据实时记录测量的近钻头的地质参数,判释易于造成井涌的高压层、造成井漏的裂缝、破碎带缝、破碎带(断层断层)以及地层岩性和油气水界面,结合井眼几何参数,确定钻头在地层中的空以及地层岩性和油气水界面,结合井眼几何参数,确定钻头在地层中的空间位置并做出迅速反应,采取适当的工程措施
4、,引导钻头沿着设计的井眼轨迹或实际地质目间位置并做出迅速反应,采取适当的工程措施,引导钻头沿着设计的井眼轨迹或实际地质目标层标层(油气藏中油气藏中)钻进,钻进,提高钻井效率提高钻井效率;c)复杂条件下不能进行电缆测井时,利用复杂条件下不能进行电缆测井时,利用LWD可采集井眼和地层物理信息。与钻杆传输测井可采集井眼和地层物理信息。与钻杆传输测井(PCL一一WL)相比,相比,LWD更为安全可靠,它更为安全可靠,它适合适合在各种在各种恶劣恶劣的的井下环境中作业井下环境中作业,在大斜度井、,在大斜度井、水平井和小井眼中测量更是见其特长。水平井和小井眼中测量更是见其特长。 随钻测井的优点随钻测井的优点随
5、钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 1927年年 Schlumberger Schlumberger兄弟第一次成功地在法国实施了电缆测井开始,人们就有兄弟第一次成功地在法国实施了电缆测井开始,人们就有了将其用于了将其用于“随钻随钻”中的想法。中的想法。 1929年年 Jakosky Jakosky先生申请了泥浆脉冲发生器概念的专利技术。先生申请了泥浆脉冲发生器概念的专利技术。1.1.早期随钻测井技术的发展与技术特征早期随钻测井技术的发展与技术特征 随钻测井技术发展史随钻测井技术发展史30304040年代年代 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,工程师们试图
6、将电缆测井的导电电极捆绑在钻杆上进行尝试性的测量,StanolindStanolind油气公司也尝试采用将电缆测井的电缆穿在钻杆内进行油气公司也尝试采用将电缆测井的电缆穿在钻杆内进行“随钻随钻”测井。测井。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学5050年代初期年代初期 随着泥浆录井和电缆测井成为地层评价的主流概念,以及当时钻井器具机随着泥浆录井和电缆测井成为地层评价的主流概念,以及当时钻井器具机械性能的限制,随钻技术尤其是早期的遥测械性能的限制,随钻技术尤其是早期的遥测/遥传技术被放弃而停止发展。遥传技术被放弃而停止发展。5050年代后期到年代后期到6060年代初期年代初期 Arp
7、Arp先生发明了正脉冲的泥浆遥传系统,并由先生发明了正脉冲的泥浆遥传系统,并由ArpsArps公司和公司和Lane WallsLane Walls共同共同进行了开发和发展,这套系统在进行了开发和发展,这套系统在6060年代初期曾进行了几次成功的自然伽马测井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。和电阻率测井。60年代后期年代后期 Redwine Redwine和和OsborneOsborne开发出一套开发出一套“随钻单电极电阻率测井随钻单电极电阻率测井”仪器,遥测仪器仪器,遥测仪器也运应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。也运应而生并开发出正泥浆脉冲的机械式
8、倾角计,来测量井斜角和方位角。 Godbey Godbey公司也开发出简单的正弦波的泥浆传输系统公司也开发出简单的正弦波的泥浆传输系统。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 更具有化时代意义的是由于更具有化时代意义的是由于ELFELF石油公司积极推广使用正脉冲泥浆遥传石油公司积极推广使用正脉冲泥浆遥传系统,直接促成了系统,直接促成了TelecoTeleco公司的创立,也正是公司的创立,也正是TelecoTeleco发展了随钻测量的工发展了随钻测量的工业化基准的服务标准和系统可靠性与性能标准。从此随钻的概念正式以一业化基准的服务标准和系统可靠性与性能标准。从此随钻的概念正式以一项成功
9、技术全面浮出水面。然而,也是在这个时期,由于随钻系统在设计项成功技术全面浮出水面。然而,也是在这个时期,由于随钻系统在设计上的缺陷和缺乏经济利益的驱使,降低了人们对随钻技术的兴趣和技术研上的缺陷和缺乏经济利益的驱使,降低了人们对随钻技术的兴趣和技术研究,这种情况一直持续到究,这种情况一直持续到7070年代初。年代初。7070年代年代19711971年,正弦波泥浆遥传系统第一次由年,正弦波泥浆遥传系统第一次由Mobil R&DMobil R&D公司实验成功。公司实验成功。19701970一一19731973年,年,B.J.HughesB.J.Hughes公司推出有商业价值的公司推出有商业价值的T
10、eledriftTeledrift井下仪器。井下仪器。19721972年,年,ELFELF与与RaymondRaymond工程公司合资组建了工程公司合资组建了TELECOTELECO公司,并在公司,并在19781978年开发年开发出第一套商业化的出第一套商业化的MWDMWD系统系统TELECOTELECO定向和定向和WMDWMD系统。系统。19791979年,年,Gerhart OwenGerhart Owen公司推出公司推出NPTNPT定向定向/ /自然伽马测井仪器。自然伽马测井仪器。 在随钻测井仪器发展的早期在随钻测井仪器发展的早期(20世纪世纪30一一70年代年代),由于处于概念性的摸索
11、阶,由于处于概念性的摸索阶段而费时较多,仪器档次与质量也难有保障,数据传输速度缓慢。段而费时较多,仪器档次与质量也难有保障,数据传输速度缓慢。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学2.2.现代随钻测井系统的发展与技术特征现代随钻测井系统的发展与技术特征(1)80年代阶段年代阶段 80 80年代是随钻测量年代是随钻测量(MWD)(MWD)技术发展的革命性年代,之所以称为革命是因为众多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与推出了自己的主导的公司相继成立与推出了自己的主导MWDMWD产品,仪器的设计工艺与质量得到了有效产品,仪器的设计工艺与质量得到了有效保障。同时,
12、随着油田对仪器功能需求的不断提高,随钻测井保障。同时,随着油田对仪器功能需求的不断提高,随钻测井(LWD)(LWD)技术开始崭露技术开始崭露头角,相继投人试验和商业化的应用。头角,相继投人试验和商业化的应用。19801980年年,Schlumberger,Schlumberger下属子公司下属子公司AnadrillAnadrill公司取得公司取得GearhatGearhat公司授权在其公司授权在其NPTNPT多传多传感器感器MWDMWD系统的基础上推出系统的基础上推出MSTMST多传感器多传感器MWDMWD系统。系统。19811981年年, ,GentrixGentrix(EASTMAN)(E
13、ASTMAN)推出推出PPTPPT型型MWDMWD系统系统;EXLOG;EXLOG推出带内存记录的推出带内存记录的NPTNPT型多传感器型多传感器MWDMWD系统。系统。19831983年年,Teleco,Teleco首先推出首先推出2MHz RGD2MHz RGD型电阻率测量与定向参数测量于一体的仪器。型电阻率测量与定向参数测量于一体的仪器。19841984年年,NL Baroid,NL Baroid开发出开发出RLL(RLL(岩性记录测井仪岩性记录测井仪) ),是一种电磁传播电阻率和自然伽,是一种电磁传播电阻率和自然伽马仪器马仪器;EXLDG;EXLDG首次引人井下震动测量概念的仪器首次引
14、人井下震动测量概念的仪器DHVM;DHVM;同时在这重要的一年里,同时在这重要的一年里,TelecoTeleco、EXLOGEXLOG、AnadrillAnadrill、GearthartGearthart公司都相继推出了公司都相继推出了RGDRGD类型的商业服务。类型的商业服务。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学19851985年年,Teleco,Teleco与与AnadrillAnadrill同时给业界引人了随钻钻头机械性能测量的概念同时给业界引人了随钻钻头机械性能测量的概念和仪器和仪器;EXLOG;EXLOG公司则进一步推出了可回收式定向探管仪器公司则进一步推出了可回收式定
15、向探管仪器DMWDDMWD19861986年年,NL Bariod ,NL Bariod 首次引入随钻中子孔隙度测井仪器,而首次引入随钻中子孔隙度测井仪器,而GearhartGearhart公司首公司首次推出侧向与钻头电阻率测井仪器。次推出侧向与钻头电阻率测井仪器。19871987年年,EXLOG,EXLOG公司推出聚焦电流电阻率仪器。公司推出聚焦电流电阻率仪器。19881988年年,Gearhart,Gearhart公司推出聚焦自然伽马仪器。公司推出聚焦自然伽马仪器。19891989年年,ENSCO,ENSCO进人了进人了MWDMWD服务市场,他给随钻仪器家族带来了小尺寸的仪器种服务市场,他
16、给随钻仪器家族带来了小尺寸的仪器种类;同年,类;同年,NLSperryNLSperry首次开发出第一套三组合井下仪器,这是随钻测井技术新首次开发出第一套三组合井下仪器,这是随钻测井技术新的里程碑的里程碑! !随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学三组合仪器意味着随钻测井技术可以对地层的物性和孔隙度、渗透率、饱和度三组合仪器意味着随钻测井技术可以对地层的物性和孔隙度、渗透率、饱和度特性进行全面的评估。特性进行全面的评估。Schlumberger AnadrillSchlumberger Anadrill公司也推出了自己的三组合仪器和相应的配套软件公司也推出了自己的三组合仪器和相应的配套
17、软件MEL/SPIN;MEL/SPIN;此时,随钻电阻率仪器也进行了新的理论更新,其结果是更符合随此时,随钻电阻率仪器也进行了新的理论更新,其结果是更符合随钻测量的特点,这就是钻测量的特点,这就是TelecoTeleco公司开发的双极电磁波传播电阻率仪器。公司开发的双极电磁波传播电阻率仪器。(2)90(2)90年代阶段年代阶段随钻测井技术在随钻测井技术在9090年代经历了快速的发展。并形成三大公司:年代经历了快速的发展。并形成三大公司:SchlumbergerSchlumberger、HalliburtonHalliburton和和Baker HughesBaker Hughes1991199
18、1年年,NL Sperry,NL Sperry公司首次研究出公司首次研究出EPR Phase4 EPR Phase4 型多探测深度的电阻率随钻测井仪型多探测深度的电阻率随钻测井仪器器;Western Atlas;Western Atlas引人了引人了1MHz1MHz的的RGDRGD型电阻率仪器概念型电阻率仪器概念;Anadrill;Anadrill公司购买了加拿公司购买了加拿大大PositechPositech的专利技术推出的专利技术推出Slim lSlim l型可回收式随钻测井仪器。型可回收式随钻测井仪器。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学19921992年,年, Anadri
19、llAnadrill公司首次推出公司首次推出IDEALIDEAL(综合钻井评价和测井软件包)并引入了近(综合钻井评价和测井软件包)并引入了近钻头电阻率仪器钻头电阻率仪器RABRAB和声波井径仪器;和声波井径仪器;NL SperryNL Sperry则首次推出近钻头倾角仪;则首次推出近钻头倾角仪;Baker Baker HughesHughes公司推出小井眼的公司推出小井眼的NaviTrakNaviTrak定向定向/ /自然伽马井下仪器。自然伽马井下仪器。19941994年年Baker Hughes INTEQBaker Hughes INTEQ首次推出第一套首次推出第一套NaviTrakNav
20、iTrak短曲率短曲率MWDMWD系统和系统和NaviGatorNaviGator储层导向系统。储层导向系统。9090年代后期年代后期 在这几年里,以上在这几年里,以上“三大家族三大家族”努力推陈出新,开发新品,目标向着随钻努力推陈出新,开发新品,目标向着随钻核磁核磁共振共振,随钻地震随钻地震,随钻声波成像随钻声波成像,随钻电阻率成像仪器随钻电阻率成像仪器发展,并取得了一定的成绩。发展,并取得了一定的成绩。AnadrillAnadrill公司已经将随钻成像仪器投人了商业使用,同时,在公司已经将随钻成像仪器投人了商业使用,同时,在20002000年新推出年新推出ARCARC一一6 6,ARCAR
21、C一一8 8等来取代现有的系列仪器。等来取代现有的系列仪器。 仪器仪器种类种类更多,更多,体积体积更小,更小,数据传输数据传输更快,更快,信息量信息量更大,更大,可靠性可靠性更高,更高,地面解地面解释软件功能释软件功能更强等六个显著的特点。更强等六个显著的特点。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学3.3.随钻测井技术现状随钻测井技术现状 斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、威得福等大的油田技术服务公司都已开发斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、威得福等大的油田技术服务公司都已开发出成套随钻测井装备出成套随钻测井装备,Geolink,Geolink
22、、GEGE能源等公司开发了随钻测量和随钻电阻率测井能源等公司开发了随钻测量和随钻电阻率测井仪器。迄今为止仪器。迄今为止, ,随钻测井能提供地层评价需要的所有测量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、如比较完整的随钻电、声、核测井系列声、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。有些随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。有些LWDLWD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。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。随钻测井数据传输技术随钻测井数据传输技术 多年来多年来, ,数据传输是制约随钻测井技术发展的数据传输是制
23、约随钻测井技术发展的“瓶颈瓶颈”。泥浆脉冲遥测是当前。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输速率较低, ,为为4 410 bit/s,10 bit/s,远低于电缆测井的传输速率远低于电缆测井的传输速率, ,这种方法不适合欠平衡水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。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哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频
24、率为10Hz,10Hz,在无中继器的情况下传输距离约在无中继器的情况下传输距离约10 10 000 ft000 ft。此外。此外, ,声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻电阻率测井随钻电阻率测井 与电缆测井技术一样与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为随钻电阻率测井技术也分为侧向类侧向类和和感应类感应类2类。类。侧向类适合于在导电泥浆、高电阻率地层和高电阻率侵入的环境使用侧向类适合于在导电泥浆、高电阻率地层和高电阻率侵入的环境使用,目前的目前的侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯伦
25、贝谢公司的钻头电阻率仪侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯伦贝谢公司的钻头电阻率仪RAB及新一代仪器及新一代仪器GVR。GVR使用使用56个方位数据点进行成像个方位数据点进行成像,图像分辨率比图像分辨率比RAB有较大提高。感应类在导电性地层测量效果好有较大提高。感应类在导电性地层测量效果好,适合于导电或非导电泥适合于导电或非导电泥浆。新型随钻电磁波电阻率的仪器结构相似浆。新型随钻电磁波电阻率的仪器结构相似,使用多个发射器和多个接收器使用多个发射器和多个接收器,测量测量2个接收器之间的相移和衰减个接收器之间的相移和衰减,工作频率相近工作频率相近,只能使用有限的几种频率才只能使用有限的几种频率
26、才能消除钻铤等背景影响而测量到地层信号能消除钻铤等背景影响而测量到地层信号,如低频如低频20、250、400、500 kHz,高频一般都使用高频一般都使用2 MHz。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻声波测井随钻声波测井 现场服役的随钻声波测井仪器使用的声源有现场服役的随钻声波测井仪器使用的声源有单极子、偶极子和四极子单极子、偶极子和四极子, ,如如贝克休斯贝克休斯INTEQINTEQ公司的公司的APXAPX既使用单极子也使用四极子声源既使用单极子也使用四极子声源, ,斯伦贝谢公司的斯伦贝谢公司的SonicVisionSonicVision使用单极子声源使用单极子声源, ,哈
27、里伯哈里伯SperrySperry公司的公司的BATBAT是偶极子仪器。这些仪是偶极子仪器。这些仪器可测量软器可测量软/ /硬地层纵硬地层纵/ /横波速度和幅度横波速度和幅度, ,测量数据一般保存在井下存储器内测量数据一般保存在井下存储器内, ,起钻后回放使用。随钻声波测井数据可用于起钻后回放使用。随钻声波测井数据可用于岩性识别、孔隙度计算、岩石力岩性识别、孔隙度计算、岩石力学参数计算、井眼稳定性预测、泥浆比重优化、下套管位置选择等。学参数计算、井眼稳定性预测、泥浆比重优化、下套管位置选择等。随钻核测井随钻核测井 随钻中子测井仪器使用随钻中子测井仪器使用5.05.010 Ci10 Ci的的Am
28、BeAmBe源或脉冲中子发生器源或脉冲中子发生器, ,探测器使用探测器使用3He3He闪烁计数器或闪烁计数器或6Li6Li玻璃闪烁体玻璃闪烁体, ,通过远通过远/ /近探测器计数率比值计算孔隙度。随钻密度近探测器计数率比值计算孔隙度。随钻密度仪器使用仪器使用1.51.52 Ci2 Ci的的137Cs137Cs源源, ,探测器使用探测器使用NaINaI晶体晶体, ,大部分仪器使用脊肋图计算地大部分仪器使用脊肋图计算地层密度和层密度和PePe值。目前的随钻核测井一般具有方向性值。目前的随钻核测井一般具有方向性, ,如方位伽马、方位密度等。由如方位伽马、方位密度等。由于数据是在仪器旋转的过程中采集的
29、于数据是在仪器旋转的过程中采集的, ,方位的加入方位的加入, ,使得这些测量可用图像显示出使得这些测量可用图像显示出来来, ,形象直观。可进行成像测井的有伽马、密度、中子和形象直观。可进行成像测井的有伽马、密度、中子和PEFPEF等测量。例如斯伦贝等测量。例如斯伦贝谢公司的随钻中子仪谢公司的随钻中子仪adnVisionadnVision使用使用GVRGVR的遥测技术的遥测技术, , 尽管只使用尽管只使用1616个方位数据点个方位数据点进行成像进行成像, ,分辨率有所下降分辨率有所下降, ,仍可用于地质导向和构造分析。仍可用于地质导向和构造分析。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随
30、钻地震随钻地震 目前仅斯伦贝谢公司提供随钻地震服务目前仅斯伦贝谢公司提供随钻地震服务,其其SeismicVISION系统在钻井系统在钻井的过程中提供时间、深度、速度信息的过程中提供时间、深度、速度信息,帮助优化钻井决策帮助优化钻井决策,减少成本减少成本,降低事故降低事故风险。该系统独特的风险。该系统独特的“前视前视”能力提供钻头前面能力提供钻头前面8 000 ft之内地层的信息之内地层的信息,数数据的质量足以对钻头前面和侧面的地层进行成像。系统的应用包括据的质量足以对钻头前面和侧面的地层进行成像。系统的应用包括:预测孔隙预测孔隙压力、预测目的层或灾害层深度、帮助选择最佳的下套管和取心深度、优化
31、压力、预测目的层或灾害层深度、帮助选择最佳的下套管和取心深度、优化泥浆比重、识别盐层、使井眼轨迹保持最佳泥浆比重、识别盐层、使井眼轨迹保持最佳。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻测井的特点随钻测井的特点a)测速和采样率不同测速和采样率不同 WL测速相对固定,一般测速相对固定,一般501000m/h。除了成像测井外,。除了成像测井外,WL都是深度驱动,采样间距为都是深度驱动,采样间距为一常数,一般为一常数,一般为0.1或或0.125m。而。而LWD为时间驱动,采样率不均匀,钻速大时采样率低。为时间驱动,采样率不均匀,钻速大时采样率低。b) 数据记录方式不同数据记录方式不同 W
32、L通过电缆将数据传输到地面,传输率高达通过电缆将数据传输到地面,传输率高达250kB/s一一500kB/S。LWD数据一般都是通数据一般都是通过泥浆编码脉冲实时传输到地面,过泥浆编码脉冲实时传输到地面,传输率传输率很很低低,目前最大传输率仅为巧,目前最大传输率仅为巧15bps。Sperry-Sun井下存储器可以记录井下存储器可以记录8MB数据量,若为随钻全波测井,则可记录数据量,若为随钻全波测井,则可记录256MB,但这种数据须,但这种数据须等到起钻后才能获得。等到起钻后才能获得。c)测井环境响应不同测井环境响应不同 LWD探测深度较饯,受井眼和侵入影响小,但由于钻杆本身重量特别大,大多是在偏
33、心探测深度较饯,受井眼和侵入影响小,但由于钻杆本身重量特别大,大多是在偏心条件下采集数据的,尤其是中子密度测井受仪器偏心影响较大。此外,在大斜度井或水平井条件下采集数据的,尤其是中子密度测井受仪器偏心影响较大。此外,在大斜度井或水平井中,随钻电阻率测井不再象直井那样测量水平电阻率,其测量值介于水平电阻率和垂直电阻中,随钻电阻率测井不再象直井那样测量水平电阻率,其测量值介于水平电阻率和垂直电阻率之间,即率之间,即随钻电阻率测量结果受井斜、围岩和地层各向异性的影响较为明显随钻电阻率测量结果受井斜、围岩和地层各向异性的影响较为明显。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻测井系统中随钻
34、测井的井下仪器的安装与常规测井的仪器基本相同,所不同的随钻测井系统中随钻测井的井下仪器的安装与常规测井的仪器基本相同,所不同的是各仪器单元均安装在钻铤中,这些钻铤必须能够适应正常的泥浆循环。用随钻测井是各仪器单元均安装在钻铤中,这些钻铤必须能够适应正常的泥浆循环。用随钻测井系统进行随钻测井作业比电缆测井作业简单。首先在地面把各种随钻测井仪器刻度好系统进行随钻测井作业比电缆测井作业简单。首先在地面把各种随钻测井仪器刻度好,然后把他们对接起来进行整体检验,再把随钻测井仪接在钻杆的底部然后把他们对接起来进行整体检验,再把随钻测井仪接在钻杆的底部,最后接上底部最后接上底部钻具总成和钻头,至此,就可以进
35、行钻井和随钻测井作业了。随钻测井有钻具总成和钻头,至此,就可以进行钻井和随钻测井作业了。随钻测井有2种记录方种记录方式式,一是地面记录一是地面记录,即将井下实时测得的数据信号通过钻井液脉冲传送到地面进行处理即将井下实时测得的数据信号通过钻井液脉冲传送到地面进行处理记录;二是井下存储,待起钻时将数据体起出。记录;二是井下存储,待起钻时将数据体起出。 随钻测量原理随钻测量原理随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻伽马测量随钻伽马测量 随钻自然伽马测井是较早应用于随钻测井中的一种技术。目前,几乎所有的随钻测随钻自然伽马测井是较早应用于随钻测井中的一种技术。目前,几乎所有的随钻测井系列
36、中都包括自然伽马测井。对于所有的随钻自然伽马测井仪器,其测量原理及测量井系列中都包括自然伽马测井。对于所有的随钻自然伽马测井仪器,其测量原理及测量技术基本上类似。随钻自然伽马探测器一般采用闪烁探测器测量地层伽马射线,其响应技术基本上类似。随钻自然伽马探测器一般采用闪烁探测器测量地层伽马射线,其响应主要与探测器的性能、测速、耐压容器的几何形状主要与探测器的性能、测速、耐压容器的几何形状/密度、伽马射线吸收系数、采样密度、密度、伽马射线吸收系数、采样密度、泥浆密度、井径及钻铤的厚度等因素有关。伽马射线探测器一般都安装在离钻头不远的泥浆密度、井径及钻铤的厚度等因素有关。伽马射线探测器一般都安装在离钻
37、头不远的钻铤内部,同钻杆相比,钻铤能够给电子组件提供更多的空间。伽马射线必须穿过钻铤钻铤内部,同钻杆相比,钻铤能够给电子组件提供更多的空间。伽马射线必须穿过钻铤才能进入到探测器。测井速度和钻铤对伽马射线的衰减是主要影响因素,可影响到测量才能进入到探测器。测井速度和钻铤对伽马射线的衰减是主要影响因素,可影响到测量精度、地层分辨率和由谱线偏移造成的幅度变化。钻铤能够使减小伽马射线强度约精度、地层分辨率和由谱线偏移造成的幅度变化。钻铤能够使减小伽马射线强度约5-10 倍,影响测量精度,并间接影响了地层分辨率,因为二者都为给定深度间隔内探测器总倍,影响测量精度,并间接影响了地层分辨率,因为二者都为给定
38、深度间隔内探测器总计数的函数。由于钻铤的影响,探测器对高能的钾的伽马射线较敏感,对低能的铀和钍计数的函数。由于钻铤的影响,探测器对高能的钾的伽马射线较敏感,对低能的铀和钍的伽马射线灵敏度低。但是,随钻自然伽马测井速度通常要低于电缆测井速度,所以可的伽马射线灵敏度低。但是,随钻自然伽马测井速度通常要低于电缆测井速度,所以可以补偿钻铤引起的强度衰减的影响。同电缆测井相比,由于测速低,测量时间长,其统以补偿钻铤引起的强度衰减的影响。同电缆测井相比,由于测速低,测量时间长,其统计精度并未受到影响。计精度并未受到影响。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻电阻率测量系列随钻电阻率测量系列
39、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。与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为两类:关键技术。与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为两类:侧向类和感应类。侧向类适合于在导电钻井液、高阻地层和高阻侵侧向类和感应类。侧向类适合于在导电钻井液、高阻地层和高阻侵入的环境使用;感应类在导电性地层测量效果好,适合于导电或非入的环境使用;感应类在导电性地层测量效果好,适合于导电或非导电钻井液。导电钻井液。 随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 钻头电阻率钻头电阻率 (RAB):将频率为将频率为 15
40、00Hz 的电流通过环的电流通过环形线圈发射形线圈发射。该线圈距仪器底部仅。该线圈距仪器底部仅 12in,电流通过钻,电流通过钻头流入地层,返回到远离钻头的节箍处,并在钻头附近建头流入地层,返回到远离钻头的节箍处,并在钻头附近建立恒定电场,如图立恒定电场,如图 2.1。已知电压,测量流过钻头的轴向。已知电压,测量流过钻头的轴向电流,就可用欧姆定律计算钻头处地层的电阻率。利用该电流,就可用欧姆定律计算钻头处地层的电阻率。利用该测量可精确地指示钻头所穿过的地层的位置,分辨率为测量可精确地指示钻头所穿过的地层的位置,分辨率为 26in。RAB为多探测深度聚焦电阻率测量仪器为多探测深度聚焦电阻率测量仪
41、器,在仪器,在仪器侧面设置侧面设置 3 个个 1in 间隔的电极,其探测深度分别为间隔的电极,其探测深度分别为 1in、3in、5in(从井壁进入地层),测量电极的径向电阻率。(从井壁进入地层),测量电极的径向电阻率。当钻具在井中旋转时,可采集到井周电阻率图像,从方位当钻具在井中旋转时,可采集到井周电阻率图像,从方位扫描得到的数据可存储在井下,按象限平均后,实时发送扫描得到的数据可存储在井下,按象限平均后,实时发送到地面。这些成像资料能很好反映地层特征,但分辨率低到地面。这些成像资料能很好反映地层特征,但分辨率低于微电阻率扫描成像。此外,于微电阻率扫描成像。此外,RAB 还有一个环形电极还有一
42、个环形电极,因其接触面积大于侧面电极,故测量精度较高,探测的层因其接触面积大于侧面电极,故测量精度较高,探测的层厚为厚为 2in。侧向类电阻率测井系列侧向类电阻率测井系列RAB 电阻率测量仪器的特点电阻率测量仪器的特点是具有良好的垂向分辨率,可是具有良好的垂向分辨率,可以得到用于构造分析的图像,以得到用于构造分析的图像,方位测量信息等;由于其测量方位测量信息等;由于其测量点靠近钻头,因此受高倾角影点靠近钻头,因此受高倾角影响小;缺点为不能在非导电井响小;缺点为不能在非导电井眼中工作,探测深度较浅。在眼中工作,探测深度较浅。在国内实际使用国内实际使用 RAB 测量较少。测量较少。 随钻测井技术随
43、钻测井技术东北石油大学东北石油大学 感应类电阻率测井系列是通过发射线圈激发电磁波,电磁波感应类电阻率测井系列是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。早期的随钻测井感应类仪器使用一个层的电性参数特征。早期的随钻测井感应类仪器使用一个 2MHz 的发射器和两个接收器,通过比较两个接收器之间地层信号相位,的发射器和两个接收器,通过比较两个接收器之间地层信号相位,进而确定地层电阻率。新的仪器使用多个发射器、两个接收器,进而确定地层电阻率。新的仪器使用多个发射器、两个接收器,测量两个
44、接收器之间的相移和衰减,并进行平均处理。采用多个测量两个接收器之间的相移和衰减,并进行平均处理。采用多个发射器的目的是为了探测不同深度的地层,并对井眼进行补偿。发射器的目的是为了探测不同深度的地层,并对井眼进行补偿。 表表 2-1 为目前常用的几种主要感应类电阻率测井系列参数对为目前常用的几种主要感应类电阻率测井系列参数对比表。比表。 感应类电阻率测井系列感应类电阻率测井系列随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学ARC 共使用共使用 5 个发射器个发射器 (3 个位于接收器上面,个位于接收
45、器上面,2 个位于接收器下面)向地层个位于接收器下面)向地层发射两种工作频率(发射两种工作频率(2MHz、400KHz)的电磁波,提供)的电磁波,提供 10 个原始的相移测量和个原始的相移测量和 10 个原始的衰减测量。个原始的衰减测量。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学MPR 共使用共使用 4 个发射器个发射器 (2个位于接收器上面,个位于接收器上面,2 个位于接收器下面)向地层个位于接收器下面)向地层发射两种工作频率(发射两种工作频率(2MHz、400KHz)的电磁波,提供)的电磁波,提供 32条原始的相移测量和条原始的相移测量和 幅度测量曲线。幅度测量曲线。随钻测井技术随钻
46、测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻中子随钻中子-密度测井系列密度测井系列 随钻密度和中子孔隙度测井已出现许多年,但是早期的核测井仪器在设计时随钻密度和中子孔隙度测井已出现许多年,但是早期的核测井仪器在设计时主要是根据电缆仪器改进的,测量精度常常低于电缆仪器。主要是根据电缆仪器改进的,测量精度常常低于电缆仪器。 随钻密度测井随钻密度测井 随钻密度测井仪器与电缆密度测井仪器有许多共同之处,如设计原理基本相随钻密度测井仪器与电缆密度测井仪器有许多共同之处,如设计原理基本相同,大多采用双源距探测器。但也有不同的仪器设计,适用于不同的测井环同,大多采用双源距探测器。但也有不同的仪器设计,适用于不同的
47、测井环境和储层条件。早期的随钻密度仪器的测量精度常常低于电缆测井结果,这境和储层条件。早期的随钻密度仪器的测量精度常常低于电缆测井结果,这主要是由于电缆仪器的探头装在极板上并推靠井壁以此消除偏离间隙的影响,主要是由于电缆仪器的探头装在极板上并推靠井壁以此消除偏离间隙的影响,而随钻仪器由于旋转而偏离井壁产生间隙,其测量受到影响。虽然仪器有泥而随钻仪器由于旋转而偏离井壁产生间隙,其测量受到影响。虽然仪器有泥饼校正系统,但是当泥饼厚度在钻杆转动期间发生变化时,随钻测量值对间饼校正系统,但是当泥饼厚度在钻杆转动期间发生变化时,随钻测量值对间隙中的泥浆很敏感;特别是在水平井中,由于重力的原因使探测器趋于
48、滑向隙中的泥浆很敏感;特别是在水平井中,由于重力的原因使探测器趋于滑向井眼的下侧,未被冲洗的岩屑堆积在水平井的下侧,这时密度测量受聚集的井眼的下侧,未被冲洗的岩屑堆积在水平井的下侧,这时密度测量受聚集的岩屑的影响较严重。随钻测井仪器刻度也有不同于电缆测井仪,虽然随钻仪岩屑的影响较严重。随钻测井仪器刻度也有不同于电缆测井仪,虽然随钻仪器设计上采用了稳定器或耐磨带以减轻地层对仪器的磨损,但是在大斜度井,器设计上采用了稳定器或耐磨带以减轻地层对仪器的磨损,但是在大斜度井,特别是在水平井中,地层对井下钻具组舍的磨损仍然存在,随钻仪器刻度时特别是在水平井中,地层对井下钻具组舍的磨损仍然存在,随钻仪器刻度
49、时要考虑到仪器磨损的影响。要考虑到仪器磨损的影响。随钻测井技术随钻测井技术东北石油大学东北石油大学 随钻中子测井随钻中子测井中子测井的环境影响包括井眼大小、仪器间隙、泥浆比重中子测井的环境影响包括井眼大小、仪器间隙、泥浆比重 (含氢量含氢量)、泥质含量、岩性、泥质含量、岩性和孔隙流体等。由于中子探测器对称地分布在仪器周围,中子响应受偏心影响较小。和孔隙流体等。由于中子探测器对称地分布在仪器周围,中子响应受偏心影响较小。钻铤对其有显著的影响,这种影响与电缆中子仪器相比,能产生一种明显不同的电子钻铤对其有显著的影响,这种影响与电缆中子仪器相比,能产生一种明显不同的电子分布。制造钻铤的材料分布。制造
50、钻铤的材料铁也具有相对大的热中子俘获截面,每次俘获总能放射多铁也具有相对大的热中子俘获截面,每次俘获总能放射多个伽马射线,引起高俘获伽马计数率。结合中子测井和电阻率测井资料,结合随钻测个伽马射线,引起高俘获伽马计数率。结合中子测井和电阻率测井资料,结合随钻测井和钻后测井之间侵入的变化,可以成功地识别流体界面。随钻中子测井中的算法与井和钻后测井之间侵入的变化,可以成功地识别流体界面。随钻中子测井中的算法与电缆测井类似,输出每个探测器计算的中子后得到短长源距计数比,再用与岩性、井电缆测井类似,输出每个探测器计算的中子后得到短长源距计数比,再用与岩性、井径和间隙等有关的算法将比值转换为孔隙度。径和间