國外隨鑽測井發展歷程

2023-02-02 06:06:02 字數 3974 閱讀 6256

提高服務質量,降低服務成本是工程技術服務努力追求的目標,就此而言, 隨鑽測井相對於電纜測井具有多方面的優勢。隨鑽測井資料是在泥漿濾液侵入地層之前或侵入很淺時測得的,更真實地反映原狀地層的地質特徵,可提高地層評價精度。隨鑽測井在鑽井的同時完成測井作業,減少了井場鑽機占用時間,從鑽井-測井一體化服務的整體上節省成本。

在某些大斜度井或特殊地質環境(如膨脹粘土或高壓地層)鑽井時,電纜測井困難或風險大以致不能進行作業時,隨鑽測井是唯一可用的測井技術。因此,隨鑽測井既提高了地層評價測井資料的質量,又減少了鑽井在用時間,降低成本。

在過去的近20年裡, 隨鑽測井技術快速發展, 目前已具備對應電纜測井的所有技術,包括比較完善的電、聲、核測井系列,以及隨鑽核磁、隨鑽壓力等等。同時, 全球隨鑽測井業務不斷增長, 已成為油田工程技術服務的主體技術之一,其業務收入和工作量大幅增加。可以預期, 隨著石油勘探開發向複雜儲集層縱深發展, 隨鑽測井技術將更趨完善, 電纜測井市場份額將更多地被隨鑽測井所取代。

一、 隨鑽測井發展歷程

隨鑽測井技術的發展可追溯到2023年前後,當時電纜測井技術開始出現和發展。20世紀30年代早期,dallas地球物理公司的用一段長4-5英呎的絕緣線將鑽頭與鑽柱絕緣,在每根鑽桿內嵌入絕緣棒,用一根導線在絕緣棒中間穿過,通向地面,通過這根導線傳輸訊號。用這種方法得到了令人鼓舞的結果,測量到連續的電阻率曲線。

2023年採集到第一條lwd電阻率曲線[1],這是用電連線方式傳輸資料的第一條lwd曲線(圖1)。

20世紀40年代和50年代僅有的幾個專利文獻表明,許多發明家和研究組織繼續致力於實時的、可靠的隨鑽測量系統的研究,遺憾的是,lwd資料傳輸技術的發展非常緩慢,技術上很難突破。在測井技術發展開始的50年時間裡,在石油工業界許多人的眼裡,lwd是難以實現的理想化技術。在20世紀60年代以前,lwd的發展幾乎停滯不前,少有的幾件值得一提的事件是[2,3,4,5],30年代美國註冊第乙個mwd專利, 等人研製了隨鑽電阻率測井系統;50年代,發明的泥漿遙測系統首次在技術上獲得成功;60年代,在snea和raymoend工程公司的共同努力及美國能源署的資助下,teleo公司於2023年首次推出了具有商業用途的lwd儀器。

這標誌著lwd技術已經可行,是lwd技術開始加速發展的里程碑。80年代初期,吉爾哈特公司的lwd服務居領先水平,已在全世界測井幾千口。當時的lwd測量只能測電阻率和伽馬射線,主要用於地層相關對比。

80年代初期,工業界對lwd在準確性、可靠性和穩定性方面初步建立了標準,並不斷進行改進。與此同時,先進的地層評價和井控技術也逐漸成熟。

圖1、右圖為第一條隨鑽測井曲線,左邊為對應層段電纜測井曲線

鑽井工業的需要推動了隨鑽測井技術快速發展,反之,隨鑽測井技術的發展保證了複雜鑽井獲得成功。2023年代中期,大科度井、水平井和小直徑多分枝井鑽井已成為油氣開發的一種常規方法,在這樣的井中,常規電纜測井儀器很難下到目標地層,通常借助於撓性管傳送和鑽桿傳送,這些作業方法費用高,操作困難。過去20多年裡,在油公司的需要下和鑽井技術發展的推動下,各種隨鑽測井儀器相繼研製成功(表7),lwd井下探頭組合的內容不斷豐富,能進行電、聲、核隨鑽測井的探頭逐步增多,方向測量探頭得到發展,綜合利用lwd探頭和方向探頭測量資訊的地質導向技術開始發展。

表7 隨鑽測井技術發展

現代隨鑽測井技術大致可分為三代,如表8。80年代後期以前屬於第一代,提供基本的方位測量和地層評價測量,在水平井和大斜度井用作「保險」測井資料。但其主要應用是在井眼附近進行地層和構造相關對比,以及地層評價。

隨鑽測井確保能採集到在確定產能和經濟性、減少鑽井風險時所需要的測井資料。90年代初至90年代中期屬於第二代,方位測量、井眼成像、自動導向馬達及正演模擬軟體相繼推出,通過地質導向精確地確定井眼軌跡。司鑽能用實時方位測量,並結合井眼成像、地層傾角和密度資料,發現目標位置。

這些進展導致了多種型別的井,尤其是大斜度井、超長井和水平井的鑽井取得很高的成功率。從2023年代中期到目前屬於第三代,稱為鑽井測井(logging for drilling),提供界定地質環境、鑽井過程、採集實時資訊時所要求的資料。

表8 斯侖貝謝公司現代隨鑽測井(lwd)和隨鑽測量(mwd)技術發展階段

隨鑽測井技術發展中,公司的併購活動很活躍,併購是技術服務公司發展隨鑽測井技術和擴充套件隨鑽測井業務的重要戰略之一。目前既進行隨鑽測井技術研發,也提供隨鑽測井服務的公司主要有斯侖貝謝、貝克休斯inteq、哈里伯頓sperry-sun、pathfinder、威得福等公司[2](圖2)。

圖2 mwd/lwd公司的演化

二、隨鑽測井技術現狀

隨鑽測井是測井、鑽井、機械、電子等專業知識和技術的綜合應用。經過幾十年的發展,尤其是近20年的快速發展,常規隨鑽測井地層評價技術已經較為成熟,並廣泛用於油田現場服務。斯侖貝謝、貝克休斯、哈里伯頓、威得福等大的油田技術服務公司都已開發出成套隨鑽測井裝備,geolink、ge能源等公司開發了隨鑽測量和隨鑽電阻率測井儀器。

迄今為止,隨鑽測井能提供地層評價需要的所有測量,如比較完整的隨鑽電、聲、核測井系列,隨鑽地層壓力、隨鑽核磁共振測井以及隨鑽**等等。有些lwd探頭的測量質量已經達到或超過同類電纜測井儀器的水平。

隨鑽測井資料傳輸技術。多年來,資料傳輸是制約隨鑽測井技術發展的「瓶頸」。泥漿脈衝遙測是當前隨鑽測量和隨鑽測井系統普遍使用的一種資料傳輸方式。

泥漿脈衝遙測技術資料傳輸速率較低,為4~10bps,遠低於電纜測井的傳輸速率,這種方法不適合欠平衡水平井鑽井。電磁波傳輸資料的方法也用於現場測井,但僅能在較淺的井使用才有效。哈里伯頓公司的電磁波傳輸使用的頻率為10hz,在無中繼器的情況下傳輸距離約10000英呎。

此外,聲波傳輸和光纖傳輸方法還處於研究和實驗階段。

隨鑽電阻率測井。與電纜測井技術一樣,隨鑽電阻率測井技術也分為兩類:側向類和感應類。

側向類適合於在導電泥漿、高阻地層和高阻侵入的環境使用,目前的側向類隨鑽電阻率測井儀器能商業化的只有斯侖貝謝公司的鑽頭電阻率儀rab及新一代儀器**r。 **r使用56個方位資料點進行成像,影象解析度比rab有較大提高。感應類在導電性地層測量效果好,適合於導電或非導電泥漿。

新型隨鑽電磁波電阻率的儀器結構相似,使用多個發射器和多個接收器,測量兩個接收器之間的相移和衰減;工作頻率相近,只能使用有限的幾種頻率,才能消除鑽鋌等背景影響而測量到地層訊號,如低頻20khz、250khz、400khz、500khz,高頻一般都使用2mhz。

隨鑽聲波測井現場服役的隨鑽聲波測井儀器使用的聲源有單極子、偶極子和四極子,如貝克休斯inteq公司的apx既使用單極子也使用四極子聲源,斯侖貝謝公司的sonicvision使用單極子聲源,哈里伯頓sperry公司的bat是偶極子儀器。這些儀器可測量軟/硬地層縱/橫波速度和幅度,測量資料一般儲存在井下儲存器內,起鑽後回放使用。隨鑽聲波測井資料可用於岩性識別、孔隙度計算、岩石力學引數計算、井眼穩定性**、泥漿比重優化、下套管位置選擇等(見第五節)。

隨鑽核測井。隨鑽中子測井儀器使用5.0ci-10ci的ambe源或脈衝中子發生器,探測器使用he-3閃爍計數器或li-6玻璃閃爍體,通過遠/近探測器計數率比值計算孔隙度。

隨鑽密度儀器使用1.5ci-2ci的cs-137源,探測器使用nai晶體,大部分儀器使用脊肋圖計算地層密度和pe值。目前的隨鑽核測井一般具有方向性,如方位伽馬、方位密度等。

由於資料是在儀器旋轉的過程中採集的,方位的加入,使得這些測量可用成像圖的形式顯示出來,形象直觀。可進行成像測井的有伽馬、密度、中子和pef等測量。例如斯侖貝謝公司的隨鑽中子儀adnvision使用**r的遙測技術,僅在編碼演算法上作了較小修改,儘管只使用16個方位資料點進行成像,解析度有所下降,仍可用於地質導向和構造分析。

隨鑽**。目前僅斯侖貝謝公司提供隨鑽**服務,其seismicvision系統在鑽井的過程中提供時間、深度、速度資訊,幫助優化鑽井決策、減少成本、降低事故風險。該系**特的「前視」能力提供鑽頭前面8000ft之內地層的資訊,資料的質量足以對鑽頭前面和側面的地層進行成像。

系統的應用包括:**孔隙壓力、**目的層或災害層深度、幫助選擇最佳的下套管和取心深度、優化泥漿比重、識別鹽層、使井眼軌跡保持最佳。

隨鑽測井資料應用。隨鑽測井資料主要用於優化鑽井作業和地層評價。

在鑽井過程中,隨鑽測井資料可以用於:早期探測高壓層,將井眼精確地導向目標地層,確定壓力梯度及流體介面,實時調整泥漿比重以便有效地增加機械鑽速,優化下套管位置,更加安全地鑽入高壓層段。隨鑽測井資料的應用,使得鑽井作業更加快速、安全和有效,減少了鑽井時間和成本。

井無線隨鑽配套儀器

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