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一种随钻测井仪器的研制及应用

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一种 测井 仪器 研制 应用
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随着石油工业的不断发展和油气勘探开发难度的不断增大,石油勘探开发工业已逐渐转向开发规模更小、油层更薄、物性更差、非均质性强的油藏,定向井、水平井等特殊工艺井的应用逐年增多,在这些特殊工艺井的施工过程中,需要及时掌握钻头所钻穿的岩层性质,快速准确找到储集层,从而指导施工人员控制钻头始终穿行在储层中,以便最大限度地提高采收率,即在此过程中要进行随钻地层评价和地质导向钻井。随钻测井(是为了适应钻井现场实时决策的需要而研发的技术。它是在钻井过程中,同时进行的用于评价所钻穿地层的地质和岩石物理参数的测量技术。作为随钻地层评价和地质导向钻井核心技术的随钻测井系统构成了定向钻井的新概念,它是在构更复杂的随钻测量系统,与了测量井斜角、方位角、工具面角、钻具振动、钻具转速、环空压力等工程参数之外,还测量电阻率、自然伽马、密度、中子、声波等地质参数。利用随钻测井实时测井曲线能够对地层进行综合评价,由于随钻测井数据是在钻井过程进行的同时得到的,因此它具有较强的实时性,非常有利于现场 人员及时了解和掌握地层综合信息,例如利用随钻测井资料能够分辨地层、确定岩性、进行泥岩含量评价等;在水平井、大位移井中,随钻测井能够及时分辨油、气、水层及其界面,预测轨迹在油层中行进的情况,这样就可以结合地质导向工具指导钻井施工,实现地质导向钻井,有利于采收率的提高;随钻测井还可以分辨薄的油气层,有效开发地下油气资源,特别有利于复杂油气藏的开发;随着随钻测井技术的不断进步,随钻测井质量不断提高,能够较好地与电缆测井曲线吻合,从而可以代替电缆测井,取消中途及完井电测,节约投资,提高施工效率。随钻测井一般附加井下压力、振动、转速等信息,提高井下安全性,有效回避风险。随钻测井是电缆测井、钻井和录井技术的综合体,它突破了录井、测井、钻井单项技术的局限性,打破了原有行业界限,形成了新的技术体系和新的行业,是迈向自动化、智能化钻井的重要环节和关键技术。随钻测井由于自身的优点成为大斜度井、水平井和分支井油藏评价的重要手段,是实现地质导向钻井的关键技术,大力发展随钻测井技术是世界各大油田技术服务公司的一个主要方向。尽管随钻测井技术实现难度较大,但由于它具有电缆测井无法比拟的优势,能够广泛应用于定向井、水 平井等特殊工艺井的施工中,并能够产生巨大的经济效益,因此国外对随钻测井技术的研究非常重视。随钻测井技术研究始于20世纪60年代,经过几十年的发展,从最初的仅能够进行相关对比,到后来进行较为详细的地层评价,已经发展到第三代,能够用于钻井实时决策。目前随钻测井技术主要被斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯三大公司所垄断,代表了随钻测井技术的最高水平,它们生产的随钻测井仪器产品可测量参数已发展到30多种,主要特征为仪器种类繁多、集成度高、数据传输速度更快、信息量更大、可靠性更高、地面软件功能更强等,基本上能够满足各种井型的需要,主要用于随钻地层评价和地质导向钻井。对随钻测井的研究和使用在国内还处于初级阶段,随钻测井的资料还不齐全,随钻测井仪器和解释软件多为国外引进,如中海油技术服务公司、大港定向井、胜利定向井公司分别引进了进口仪器价格昂贵,使用成本高,并且由于随钻中子、孔隙度测井带有放射源,使用风险高,多参数多情况下还是使用带有自然伽马和电阻率的双参数内在对随钻伽马和电阻率的研究,胜利钻井院已完成了钻伽马测量仪和随钻电阻率测量仪的研制,并成功产业化,组成了简化结构的立了相应的刻度体系,制定—1国内外随钻测井发展状况一种随钻测井仪器的研制及应用徐凤玲(胜利石油管理局钻井工艺研究院钻井测量仪器研究所,山东东营257017)摘要:随钻测井是电缆测井、钻井和录井技术的综合体,是迈向自动化、智能化钻井的重要环节和关键技术。本文 论述了随钻测井在油田开发中的重要应用价值和国内外发展现状,并结合自行研制的向中的应用实例,论述了利用随钻自然伽马、电阻率实时测井曲线,结合邻井资料和无孔隙度测井资料条件下的孔隙 度解释模型,能够实现地质导向。关键词:地质导向;随钻测井;自然伽马;电阻率;回日期:作者简介:2010963-),女,河南宁陵籍,研究方向为测井仪器。20中国西部科技2010年09月(上旬)第09卷第25期第222期 总了随钻测量仪通用技术条件国家行业标准,取得了两项发明专利和12项实用新型专利,目前,正在研制近钻头井斜及方位伽马测量仪、随钻中子测量仪、随钻密度测量仪和随钻电磁波测量仪。国内随钻测井的技术水平虽然有一些突破,但是从总体上说,无论是国外相比存在较大的差距。目前随钻测井技术的发展趋势为多种类型的组合随钻测井平台、近钻头设计、增强仪器可靠性、进一步提高数据传输率、进一步发展随钻测井解释评价技术。随钻测井的探测原理与电缆测井基本相同。但由于随钻测井又在一些方面存在特殊性,例如,在仪器结构方面,仪器安装在钻铤中,是井下钻具的组成部分;工作环境为高温、高压、振动、冲击、易磨损的恶劣条件。由于上述原因,随钻测井的结构、电路、软件方法设计比电缆测井要困难,例如,钻铤的存在加大了响应模型建立的难度,不能直接采用电缆测井的仪器响应模型,工作环境的差异又导致测井响应影响因素及其修正方法的变化,结构设计需考虑材料、强度、安装方式等,电子线路设计重点考虑可靠性。胜利钻井院研制的钻伽马测量仪和随钻电阻率测量仪。该系统由井下仪器 和地面系统两部分组成。井下仪器一般安装在钻铤上,作为井下钻具组合的一部分,因此井下部分是定向钻井和电缆测井的结合体。地面系统在综合录井软件功能的基础上,结合实时数据采集系统和测井评价解释软件,构成了全面的井场信息系统。线随钻测量仪,是对定向井、水平井井眼轨迹随钻监测并指导完成井眼轨迹控制的测量仪器。可测到传感器安装位置处的井斜、方位、工具面、井底温度、振动等参数,然后通过泥浆脉冲把测量信息传送至地面的监控系统,以便及时识别井底的情况,调整钻进轨迹。用石英表加速度计传感器保证了仪器的测量精度;独创了井下工具多模式自适应节能控制技术使仪器的能耗最低,节约成本;采用单总线智能控制技术,为随钻测井建立了数据平台,简化了仪器结构;仪器结构简单,安装方便;在最大流速下连续工作时,额定最大静压力:标准仪器:用耐高压抗压筒可达150斜测量误差≤±方位测量误差≤±1°;重力工具面误差≤±磁性工具面测量误差≤±1°;井 斜测量重复性误差≤±方位测量重复性误差≤±工作温度范围125℃;平均无故障连续工作时间≥200h。无线随钻伽马测量仪根据不同地层中自然伽马放射性强度的差异,通过测量钻进过程中不同井深地层的伽马值,从而判断地层岩性的变化,实现地层评价和对比目的。在通常的钻井速度下,随钻伽马测量比电缆伽马测井数据密度高,而且具有实时性,还能避免井眼冲蚀的影响,因而能提供更详细、准确的地质资料。利用测得的伽马数据可以迅速指示地层变化情况,对粘土层进行估计,沉积环境指示,选择取心点和套管下入点,帮助判断孔隙压力,通过岩性和断钻头磨损情况。随钻伽马仪器特点和技术指标:模块化设计便于维护;具有高温能力的低成本接装式模块;同时可以提供实时测量和内存回放数据功能;精确划分砂泥岩界面;自然伽马曲线可以满足现场选择下套管和取心井深。测量范围:0~500确度:±2直分辨率:6"(电池寿命:连续测井400h;工作温度:125℃;内存数据获取率:每16通过测量钻进过程中不同井深地层的电阻率值,得到地层电阻率曲线,实现地层评 价和对比目的。电阻率参数能确定地层含水饱和度,对油田的开发尤为重要。特别值得一提的是在钻进过程中,泥浆对地层形成的侵入带很小,基本上可以忽略侵入带的影响,可准确测量地层真电阻率,从而确定地层含水饱和度。利用邻井测井资料,确定该地层的孔隙度,通过曲线交绘完成目标井钻进过程中地质参数的测量。随钻电阻率仪器特点和技术指标:较深的地层探测深度,提前预报地层边界,具有方位响应特性和地质导向功能。泥浆的导电性对电阻率测量影响不大,可以在水基,油基或饱和盐泥浆中使用,工作范围较大。工作频率:作温度:125;测量范围:m~2000Ω·m;垂直分辨率:12"~24"(探测深度:112"(4"(1Ω·m;泥浆类型:水基,油基和饱和盐型;承受压力:大工作排量:8'仪器(20347L/s;6'1/4仪器(15940L/s;4'3/4仪器(12125L/s;电池寿命:200h(连续测井)。操作系统选择破了目前境下开发的模式,照顾了得该软件具有较强的实时性、系统安全性、兼容性,以及较强的文件管理功能和图形绘制支持。用户界面设计软件采用面向对象的用户界面设计,采用多窗口的用户界面实现多种资料,多种方法的应用和解释。在利用面向对象的方法进行软件人机界面设计时使界面和应用分离,将用户界面作为一个独立部分来进行设计,界面和应用的交互通过传递消息的形式实现,从而有利于软件的模块化设计,使用户界面具有可重用性。研制成功国内第一个移动式伽马刻度井、随钻电阻率实体刻度井及量值传递方法。目前随钻伽马、电阻率与电缆测井仪器的响应量值难以达到完全统一。对于同一地层,两种仪器的响应在变化趋势上基本一致,但在量值幅度上往往存在不同程度的差异,随钻伽马、电阻率仪器的响应量值要么高于电缆测井,要么低于电缆测井,从而使随钻测井资料难以与测井资料进行相关对比,1开发应用马、电阻率局限于定性测量,仅仅提供对地层进行定性分析的依据,只能用于定性地识别岩性,而不能为定量解释地层提供准确的资料,从而不能从随钻测量结果中得到更有价值的资料。由于随钻测井仪器的响应、井眼修正是非线性的,因此必须建立随钻测井仪器的刻度井,进行标准化刻度及量值传递研究。从而建立准确的刻度装置,达到过建立随钻伽马、电阻率仪器的纵向/横向的刻度体系,使之成为随钻测井曲线标准化的重要手段,在随钻仪器与测井仪器之间建立标准的量值,便于油田内部及各油田之间的资料对比和定量解释。另外标准刻度装置还方便现场刻度,减少随钻伽马、电阻率仪器在实体标准井中刻度的不便和大量花费。以上仪器的研制成功可组成简化结构的于油田区块的开发已经到了中后期,为了开发薄油层以及残余油,地质导向仪器已经变得相当重要。另外由于这些区块的地质构成及地层描述都已相当清楚,再利用邻井的测井资料,就可以定性描述开发地层的地质构成、地层骨架的岩性及密度。在这种情况下,只要使用然伽马+电阻率组成的简易可以满足定向轨迹测量和地质导向的要求。以下是将仪、随钻伽马测量仪、感应电阻率测量仪安装在导向工具后,进行地质导向应用的实例。本实例中,西古潜山披覆构造北翼、埕东大断层下降盘;层位测井响应特征表现为中高电阻率、低自然伽马。在随钻曲线上,从2340始升高,自然伽马值开始减小,与m,自然伽马约48明已完全进入油层段,这与电缆测井响应一致。利用随钻资料结合邻井孔隙度进行了数据处理,计算平均孔隙度达23%,达到了随钻测井实时解释目的,从而准确判定储层特性,指导现场工程师调整轨迹,控制钻具有效穿行于油藏最佳位置,实现地质导向,如图1、2、3所示。旬)第09卷第25期第222期 月14日,眼尺寸是用井段:1520~2111m。应用过程:孤8斜点井深1518m,钻井深2111m。在实钻过程中,准确判断标志层及标志层上部的薄油层。在至1849m,根据实测曲线及地质录井,判断储层顶界上移,要求轨迹沿上靶钻进。在钻至2080阻率值下降,判断接近油底,控制轨迹上移,重新回到油顶。在钻井过程中,仪器井底工作正常,上传数据比较准确,根据随钻地质参数曲线,实时指导钻进,较好的发挥了地质导向功能(如图4所示)。应用时间:2003年5月27日~6月8日,井眼尺寸:用井段:2620m~3095m;应用效果:实时传送的伽马+电阻率值与录井地层岩性的变化对比,显示出较好的相关性,在指导轨迹导向钻进方面工作正常。应用过程:该井造斜点井深2296m,在钻至据实时曲线判断实际垂深比设计垂深上提2m,据实钻判断,时及时调整轨迹上移,在整个钻进过程中,保证井斜角 在91℃~93℃,确保轨迹在油层中钻进。根据随钻地质参数曲线,轨迹贯穿油层270m,达到较好的导向效果。应用结果:实测曲线与电测结果吻合较好。(如图5所示)。地质导向钻井技术在水平井中的应用体现了随钻测井资料的重要工程价值。胜利油田的用仅有的自然伽马和电阻率测井曲线,再有效地结合邻井的测井、录井资料,建立无孔隙度测井曲线资料条件下的孔隙度解释模型,完全能够定性地判别地层岩性、识别流体性质、指导钻井施工,从而基本实现地质导向钻井。参考文献:[1]]2]]004,(5).[3]]002,(6).[4]马连山,冯敬,地层评价在2000年的新进展[J]000,(6)[5]]993,钻伽马曲线随钻电阻率曲线图5实测曲线与电测结果对比控式密封铅酸蓄电池是一种电化学性能较复杂的设备,在生产中很难控制其参数的高度一致性,其寿命必须通过在后期使用中进行精确的监测和维护才能保证,免维护电池并不是真的免维护。蓄电池的测试和维护是一项重要而繁琐的工作,在日常工作中摸索经验、细致维护、科学掌握其工作特点,合理使用、延长其设备使用寿命、减少故障率可以让我们的维护工作事半功倍。参考文献:[1]刘恒林,]),2007.[2]桂长清,]000,(12).(上接第56页)8 128 12
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