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2007-CNPC-随钻测井技术介绍(高杰)

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2007 CNPC 测井 技术 介绍
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测井新方法、新技术 地球物理测井简介 电法测井理论与新技术 随钻测井技术进展高 杰中国石油大学(北京)高 杰中国石油大学(北京)测井研究中心随钻测井技术进展地址 :中国石油大学(北京)资源与信息学院测井研究中心, 102200010—81 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2016/7/5—8述随钻测量随钻测井电缆测井 — 应用 钻井领域 , 应用 2016/7/5—8的来源2016/7/5—8展时间表2016/7/5—81927: 弟在法国得到第一条电缆测井曲线• 1929: 请第一个泥浆脉冲传送专利• 1950: 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,并应用至今• 1971: &D 第一次成功实验泥浆警笛• 1978: 定向 1980: 入多探头 早期2016/7/5—8 1984:– 入 岩性记录测井 ( 电磁波电阻率和自然伽马测井– 供电阻率和自然伽马测井服务• 1986: 入三组合 1989:– 入三组合 —8 发展与成熟• 1992: 司的 始服务– 钻头电阻率仪 t 地质导向仪 井眼成像仪 /声波井径仪• 1993: 开始利用近钻头倾角仪• 1995: 出现商用小井眼电阻率仪• 1996: 井眼三组合测井仪• 1999: 入实时地层成像• 2001: 随钻地震 磁共振测井• 2003: 重复式地层压力测试技术2016/7/5—8随钻测量 ( 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 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( 念2016/7/5—8随钻测井 ( 是在随钻测量 ( 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 中子 、 密度和声波等测量短节 ,用以获取测井信息; 与 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; 其任务是获取测井信息 , 无导向决策功能; 部 , 测量得到的电阻率 、 自然伽马等参数已不属于近钻头测量 。经典随钻测井( 念2016/7/5—8 而 包括脉冲发射器 、 通讯和方位系统 , 而 如电阻率 、 声波和中子探头 。 特指与方向 /方位及钻井有关的测量; 英国石油勘探家协会预测:未来 5年采集的 0年 据总量还要多 !2016/7/5—8井眼倾斜地层评价的复杂程度小低大高2016/7/5—8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2016/7/5—8目前 , 随钻测井发展很快 , 已经具备几乎所有的电缆测井项目;• 国外 , 在海上 , 如北海和墨西哥湾 , 几乎所有的裸眼测井均采用随钻测井 ;陆地上的大斜度井和水平井中 , 以采用随钻测井为主;• 中国随钻测井技术较落后 , 以电缆测井为主;• 1987年全球 1991年为 2002年已经达到 12亿美元 , 2005年已经达到 25亿美元;• 2004年 5%的井斜度超过 45° , 36%的井倾角大于 70° , 这些井在钻井时均需要随钻测井 ;• 目前 70% 工作量为随钻测井 , 电缆测井工作量仅占 30% , 与两年前情况正好相反 。2016/7/5—8 54 . 4122504812162024服务费(亿美元)随钻测量服务费用1987 1991 2002 20052002年,裸眼井电缆测井服务量为 19亿美元!2016/7/5—8$100$200$300$400$500$600$700$800$900$ 1 , 0 0 01999 2000 2001 2002 2003 2004 2005收入(百万美元)2004年随钻测井 1999年增长 42%2016/7/5—8 随钻测井能较真实反映原状地层信息 , 提高测井数据质量 , 国内需要跟踪 、 学习国外先进的随钻测井技术 , 缩小技术差距( 科技需求 ) ; 具备随钻测井技术是参与国内外测井服务市场竞争的必要条件( 市场需求 ) ; 中国主要油气田进入勘探开发的中后期 , 大斜度井和水平井应用较多 。 2006年 00口水平井的规划 , 利用随钻测井可提高钻井成功率 , 降低作业成本和风险 ( 经济需求 ) 。2016/7/5—8塔里木油田 、 中国海上油田利用 可信度较高;新疆油田公司编制完成 《 随钻测井质量控制标准 》 和 《 随钻测井资料验收标准 》 ; 国内已经引进较多的 如大庆 、 长庆 、 大港和胜利等;国内地质导向系统已经基本研制完成;实现为地层评价服务的 国内油田公司期望利用随钻测井解决储层测井评价的问题;国内进行随钻测井研究和仪器研制的外部条件已经成熟 ,2016/7/5—8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 /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—8并等发展壮大 司 公司 司 司 源公司 源服务公司国外主要随钻测井服务提供商2016/7/5—8地面采集控制系统 括伽马、电阻率、密度、中子等 ) 导向控制系统 遥测短节—8 1) 著名的系统为 包括伽马 、电磁波传播 、 方位密度 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:分别适合在小井径( 井眼 、 8~使用;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 ;质导向 ( 。2005年推出 26016/7/5—8司的 统2016/7/5—82005年 , 司推出 包括 : 多 功 能 随 钻 测 井 系 统 随 钻 地 层 压 力 服 务 确定井身轨迹和钻井优化测量:– 常规测井项目:电阻率 、 中子孔隙度 、 方位自然伽马 、 密度和光电系数– 新增加测井项目:俘获伽马能谱 、 中子伽马密度和俘获截面– 双频传播电阻率测井可提供 10个相位和 10个衰减测量电阻率• 高效和快速地提供地层压力数据;• 倍2016/7/5—8 2) 随钻测井技术处于领先地位。著名的系统为 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。2016/7/5—8池密度测量中子测量井径测量—8—8 3) 为该公司著名的 , 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 ( 的方向控制 、 动态监测与地层评价服务 。2016/7/5—8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2016/7/5—81)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2016/7/5—8)()( 22  )()]()([   磁导率介电常数电导率:波数: : :)(2  地层电性参数2016/7/5—8  直流电测井感应测井20钻感应测井仪器;2016/7/5—812     —8低端仪器 “短电位”或“环状电极” 电阻率— 限于水基泥浆中应用 单间距、单频传播电阻率— 未补偿 –补偿 – 专利许可的仪器— 从相位差和衰减测量得到最多 2 种探测深度 应 – 1种探测深度 高端仪器 – 多种天线间距 & 多频率 5 种间距 , 2种频率 , 仿制仪器 – 2 种间距 , 2种频率 , 5 – 6种间距 , 3种频率 , 2发 2收 , 2种频率 , 专有的井眼补偿方法 高端仪器 – 侧向和方位成像 : —8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 : <100 Ω. 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. —8司 器• 地层电阻率范围: 00 28, 9.5 、 • 相位差测量 35P, 衰减测量 35A, 收探头(测量点)—8器模拟响应深 度( 0 20 30 4025P 分辨率匹配的相位测量可以识别 6 1 016/7/5—8井示例2016/7/5—8—8 率 线圈排列数据 ( R R T R R T T 率 线圈排列数据 ( R 00 R R R T 00 R R T 率 线圈排列数据 ( T R R T T R R T R R T T T 016/7/5—8Φ与电阻率关系曲线0 . 0 1 10 1 00 1 00 0501 001 502 002 503 000 . 0 10 . 11101 00L(dB/m)R t (  . m ) T /  L(0) —8—8测量探头纽扣电极上发射器 环电极 方位 6 个电阻率数据016/7/5—8 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 92016/7/5—82) 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– 子) ,—度), 子), 随钻核磁测量迅速发展, 司已经有商用仪器( 2000)投放市场。2016/7/5—8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( 一个深度点测量16 个密度数据—8密度2016/7/5—8方位密度测量效果明显2016/7/5—8电缆测井孔隙度交会图2016/7/5—8—8—83) 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2016/7/5—8 24个接收器 ( 6组 , 每组 4个 ) 偶极子 、 四极子模式获取声速 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 试验阶段 )2016/7/5—8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。—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 ,自然伽马普遍高15~20刻度源系统误差所致。2016/7/5—8井随钻测井与常规测井处理成果对比2016/7/5—8地质导向储层在哪里?最好的储层在哪里?井在哪里?2016/7/5—8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 )2016/7/5—8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 。 ”2016/7/5—8—8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 ( 伽马 、 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 。2016/7/5—8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 ( 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2016/7/5—8 —8—8—8位与方向问题2016/7/5—8—8—8情形 A)2016/7/5—8—8处,密度测量显示为气层在 部信号显示井眼离开储层顶部在 有底部信号显示下面的气层地质导向应用实例( B)2016/7/5—8C)2016/7/5—81)地层模型的钻前设计根据邻井或导眼井资料,设计 1—8)• 根据地质构造图和井眼轨迹设计,在确定地层倾角后,可以得到 2根据 3以得到 3始地层模型(二维切片)2016/7/5—82)钻前数值模拟根据地层模型 ,利用数值模拟得到预测测井曲线2016/7/5—83)地质导向与钻井2016/7/5—8)2016/7/5—8)2016/7/5—8)2016/7/5—84)地质导向结果分析2016/7/5—8D)目的层厚度: 水平井段 : 545;纯钻时间: 75.5 h ;平均机械钻速: m/月 15日, 768 目前稳定产量 40—8E)砂层钻前设计实际结果 断层倾角变化中国海上2016/7/5—8F)m)m)钻前设计m)m)实际结果南美洲2016/7/5—8 语( 1) 随钻测井方法的多样化:随钻声 、 电 、 核 、 核磁 、 地层测试等方法 , 替代电缆测井 , 使随钻地层评价( 成为必然结果; 随钻测井仪器的集成化 、 小型化 、 贴近钻头化 , 以及阵列化 ( 成像测井 ) ; 数据存储和传输速率仍然是随钻测井的关键技术;2016/7/5—8 语( 2) 整合现有钻井和测井的力量(通过收购或兼并)实现国内随钻测井高起点的快速发展; 中国需要发展随钻测井:市场需求,经济需求,技术需求。中 国 如 何 应 对 ? ? ? ? ?请大家思考!2016/7/5—8利用了如下单位和个人提供的部分资料和数据,在此表示感谢:– W. 塔里木油田研究院– —8 !
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