国内外石油测井新技术.docx
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1、国内外石油测井新技术国内外石油测井新技术第一节岩石物理性质岩石物理性质研究是进行油层识别与评价的核心技术,主要研究岩石的电、声、核等物理性质,研究手段主要是实验室岩心测量。这些测量是刻度现场测井曲线、建立测井参数与孔隙度、浸透率、饱和度等储层参数之间关系的基础。岩石物理性质研究是测井学科。最基础的研究领域,最终目的是发展新的测井方法,改良测井参数与储层参数之间的经历关系式,减少测井解释和油气藏描绘的不确定性。测井解释和油藏描绘的不确定性在很大程度上是由于不能有效描绘岩石复杂的孔隙构造,尤其是对于碳酸盆岩。要显著减少不确定性程度就要求开发出新的技术,准确描绘岩石微小构造,并将这些信息与测量的岩石
2、物理性质联络起来。C.H.Arns等人使用一种高分辨率X射线微型计算层析(micro一CT)装置分析了几组岩心塞碎片。该装置包括一个能从岩心塞卜收集、由20003个体元组成的三维图像。研究者通过对各种砂岩样品和一块碳酸盐岩样品的分析,给出了直接用数字化层析图像计算的浸透率和毛细管压力数据。将这些计算结果与一样岩心的常规实验数据进行比拟,发现两组数据非常一致。这讲明,可用不合适实验室测试的岩心物质(如井壁岩样或损坏的岩心和钻屑)预测岩石物理性质,还讲明结合数字图像与数值计算来预测岩石性质和推导储层物性间的互相关系是可行的。M.MARVOV等人研究了双孔隙度碳酸盐岩地层孔隙空间的微观构造对其物性参
3、数的影响。利用两种自相一致的方法计算了弹性波速度、电导率和热导率。这两种方法是有效介质近似法和有效介质法。双孔隙度介质被以为是一种非均质物质,这种物质由均质骨架构成,同时带有小规模的原生孔隙和大规模的包含物(作为次生孔隙)。这些介质的所有成分(固体颗粒、原始孔隙和次生孔隙)都可用三轴椭球体近似表达。次生夹杂物椭球体纵横比的变化反映了次生孔隙度的类型(孔洞、孔道和裂缝)。研究人员将有效介质参数(声波速度,电导率和热导率)作为次生孔隙度大小和类型的函数计算了这些参数,此外,还考察了次生孔隙形状的双形式分布对研究参数的影响。所获得的结果是用反演方法独立确定碳酸盐岩原生孔隙度和次生孔隙度的基础。M.B
4、.BP11Pf1PI等人分析比拟了4种用LWD数据确定孔隙度的方法。在LWD测井中测量是在滤液侵入较深前就完成了,“天然气效应体积密度和中子孔隙度测量范围内,低密度、低含氢指数(HI)的轻烃的存在导致测井响应的分离)无处不在,确定岩石孔隙度变得很困难。研究人员用尼日尔三角洲浅海海滨收集的随钻测井数据评价了四种计算孔隙度的方法(快速直观的中子一密度法,电阻率一密度迭代法、中子一密度迭代法和蒙特卡罗模拟法)。一般情况下,这4种技术都可较准确地估算出孔隙度。文献讨论了这些方法的相对优点以及出现差异的原因,提出了对这4种方法的使用建议:快速直观的中子一密度法(方法1最合适于现场快速直观评价纯的地层层段
5、。常规的电阻率一密度迭代法(方法2)最好用于侵入很浅或完全浸人的岩石。3)中子一密度迭代法(方法3)尽管复杂,却可讲明储层的大部分组成,与其他数据结适宜用于油气井的描绘。蒙特卡罗模拟(方法4)法使用起来容易,假如在这种方法中考虑粘土影响,对现场评价很有用。用电阻率测量数据估算岩石含油/气饱和度最常用的公式是阿尔奇公式及其推导式。尽管人们对这种方法进行了长期实验,一些问题仍然有待解决。最重要的是在地层水电阻率未知或知其非常高的情况下,常规电阻率解释方法往往不成功。此外,地层因素和胶结指数也随深度变化,使得准确计算饱和度很难。N.SPIPZIIPV等人分析比拟了用介电测井计算含水饱和度的各种方法,
6、并构建了一种新的同轴环介电测量装置,可测量直径为1.5im、长度为1.5im的标准岩心。这种新的介电测量装置的使用标志着介电研究向前迈了一大步,由于早期的装置仅能测量薄片或同轴钻取的岩心,难以在控制条件下使岩心部分饱和。在新的测量装置内,岩心能通过离心作用部分饱和为不同的油水饱和度。通过称重能够检查饱和度值,可以以单独通过NMR实验获得饱和度。在300kHz一3GHz的宽频范围测量了部分或令饱和岩心的介电常数,并将这些测量结果与几个混合公式的计算进行了比拟。这些混合公式以模型为基础,需要知道岩心各组分的介电常数。通过对一组只含体积参数作为变量的介电混合公式进行测试,以为这些模型对单频介电测井仪
7、非常适用。第二节电法测井电法测井(主要指电阻率测井)是最重要的储层评价方法之一。地层电阻率与岩石孔隙度、孔隙类型和孔隙空间的流体(即油,气,水)有关。沉积岩完令饱和时,电阻率的变化反映孔隙度和组成的变化,主要反映孔隙流体的变化。近一年电法测井进展表如今如下几方面。经过60多年发展,套管井电阻率测井于2000年投入商业服务。到目前为止,大量的生产井都用这种新方法测量过。这些测井曲线所包含的丰富信息对老井评价、确定老井中死油气带的位置、确定剩余油饱和度的分布进而延长老井的开采寿命等发挥了重要作用。但目前的套管井电阻率测井只能进行点测,还存在一些问题。这些问题造成在某些井作出恰当的解释颇有困难。图表
8、:套管井电阻率测井技术发展历程卡通图资料来源:中国产业竞争情报网雪夫龙一德士古公司的QianZhou等人分析了引起套管井电阻率测井曲线异常的三大根源,还研究和识别了与真实地层电阻率无关的异常值和将其减小到最低程度的正确方法。第一类异常是来自套管局部的非均匀性,这些非均质性主要源于套管射孔孔眼、套管接箍和套管扶正器;第二类源自K-因子和归一化(标准化)因子(目前,套管井电阻率测井还是一种相对测量,由于相对于处在“无限远的一个参考电极,其电压不能轻易求得,这样就对曲线进行调整,使其与一非浸透层或整个经过不发生变化(例如在泥岩中)的裸眼井电阻率曲线相重叠。因而,这一步还要求有准确的裸眼井泥岩电阻率值
9、,而这往往易于办到);第三类异常产生于水泥胶结影响(由于套管井电阻率测井只要一种探测深度,假如水泥胶结影响比拟大,就不能够将其与地层的响应分开)。研究者通过大量数值模拟,对这些异常进行了令面研究。研究发现:6ft内的一段套管卜单个套管接箍、一个套管扶正器或一个套管射孔孔眼就可使曲线局部产生异常。采样率为2ft时,这么长的一段套管相当于3个测量点。异常点比实际电阻率的值高或者低。研究人员基于这些发现,开发了一种数值模拟算法,用于滤掉曲线局部的异常。在曲线归一化晴况下,可使用必要的校正方法获得泥岩段准确的裸眼井测井曲线。该处理方法和解释技术已用到一系列井的曲线,明显改良了含油饱和度的估算。多分量感
10、应测井仪器2000年由贝克一阿特拉斯公司率先研制成功。这种测量技术已被证实是一种评价各向异性砂泥岩层序的强有力的岩石物理评价工具。这种测量方法提供水安然平静垂直电阻率信息,而这两种电阻率可能是引起低阻储层评价误差大的原因。仪器投入市场服务后,研究重点集中在资料处理和解释上。大斜度井和水平井多分量感应资料之实时处理。在垂直井或倾角较小的斜井(VMD)收集的多分量感应测井资料的解释技术经太多年的发展已经成熟。但是,对于大斜度(70度)井,其测井资料的解释仍然是一个具有挑战性的领域。在垂直井应用很好的解释方法,对于井眼相对倾角大于70。的斜井可能不再适用,原因是仪器在大斜度井中的响应特征不同于垂直井
11、的情况,更重要的是,垂直井测井解释常用的圆饼形层状模型需要对地层倾角进行准确估算。为了解决这一问题,推出一种新的处理和解释技术。该方法放弃圆饼形层状模型,而以一个各向异性的“令空间模型(即没有层边界和井眼)模型为基础。由于该模型不存在层厚度,倾角误差对电阻率估算没有直接影响。但由于数据是在井眼和邻层存在的情况下收集的,所以首先要使用多频聚焦处理来消除或减少这些影响。聚焦后,测量数据对于在整个空间逐点反演就更稳定了。M.Rahinovich等人研究了多分量感应和阵列感应测井仪对充满导电的和不导电流体的裂缝的响应,多分量感应与阵列感应仪器线圈系排列。采用数值模拟,对各种各样的电阻率模型(比方泥岩中
12、的垂向高阻裂缝和含烃砂岩中的导电裂缝),预测了仪器的响应。模拟结果还能够用于天然裂缝和钻井诱导裂缝。研究者导出了一种用阵列感应和多分量感应测井数据估算垂直的高阻裂缝的长度及其方位的方法,研究了几种使裂缝对常规Rh/R、处理的影响最小化的方法,用最新的测井数据讲明了这些方法的有效性。图表:多分量感应与阵列感应线圈系排列资料来源:中国产业竞争情报网电磁场在岩石中激发构成弹性波,弹性波可以在岩石中激发产生电磁场,这种现象称为震电效应。震电效应(SEEF)现象可用于测井,估计岩石的孔隙度和浸透率。1944年科学家是从理论解释震电效应的。20世纪90年代后期多位作者发表了有关震电效应的实验和现场数据,证
13、实了震电效应的电动特征,还讲明震电测量实际上是可实现的。M.G.Markov等人研究了一种模拟井眼震电效应(SEEF)的方法。该方法以电动方程式组为基础求得一个由多极子声源产生的电磁场的分析解。考虑到感生电场对弹性波产生的电流的影响很弱,推荐使用一种顺序解算法。这种解法由下面几步组成:确定饱和流体孔隙介质中液体一固体的相对位移;计算出反映流体一固体位移相的电流密度;重建电磁场。这种方法可在一个宽频范围内得到电动部分的分析解,而不必采用准静态近视法。研究者对一个径向非均质介质(分段的圆柱状层)和带有对称(单极)和非对称(偶极)定向声源进行了模拟计算。模拟结果表明:在一宽频0.5一30kHz)范围
14、内,电磁场取决于流体矿化作用、地层孔隙度和Z电势(由地层岩性所限定)。电流流进地层的深度不超过井筒半径。坚固泥饼的存在将电磁场幅度降低几倍。最高的电磁场幅值可用单极源产生,该幅值反映斯通利波,为了大幅加强电磁信号,可使用中心频率为2一4kHz的活塞状声源。模拟计算证实,根据震电测井测量数据估算岩石物理特性是可行性的。超深电阻率随钻测井仪。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6.6一32.8ft(常规随钻测井仪器的探测深度不到3.3ft),还具有更大的径向响应,能够探测到距井眼数ft以外的岩石特征和流体接触面。该仪器为模块化设计,有2个发射器和1个接收器间距分别为33ftlOm)和
15、66ft20m),能以3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,为准确的地质导向和提高生产井采收率提供了重要支持。一种新的随钻电磁波遥测系统Weatherford公司已经开发出一种可靠、耐用的模块化随钻测量系统,能够适应欠平衡环境恶劣钻井条件的挑战,还可知足在过平衡应用中的更多基本要求。这种系统一种随钻电磁测量(EM/MWD)被冠以TreudSET之名,在可靠性卜有大幅提高,已于2004年一季度投入商业应用。TreudSET使用两种数据传输方法:E一WAVE电磁数
16、据传输和DuraPulse泥浆脉冲遥测。Weatherford公司讲,这一新的系统不仅是为欠平衡环境而研制的,它还包括了令套MWD传感器,包括方位、压力、伽马和电阻率等传感器,各部分可进行组合,知足各种准确应用。例如,在常规应用中,该系统比常规MWD仪器能提供更可靠更快的数据传输速率。新系统各部分不能移动,比泥浆脉冲系统更可靠。这种遥测系统比脉冲式MWD系统具有更高的数据传输速率。此外,地面检测软件能识另al和过滤小信号,进而系统能用于更深的环境。该系统在高阻地层、硬石膏或含盐地层能很好地工作。仪器各部分经过soo多小时测试,没有出现故障。测试表明,仪器能在10,800ft3240m)深的地层
17、传送信息,传送的数据比传统的MWD数据更准确。这一集成化系统在2003年12月中旬进行了现场测试。用于油气井套管检测的方法有多种,有使用光学的,还有使用超声波方法的和磁学原理的。然而,所有这些方法都都受井眼流体和仪器尺寸的限制,尤其是测量套管剩余厚度时。以生产测井仪器的开发为主的美国5011(PX公司研制了一种测量套管厚度的新仪器,这种仪器克制了常规套管检测技术的一些限制条件。仪器在一个弓形弹簧卜镶嵌12个小型换能器,弓形弹簧使这些换能器紧贴套管。弓形弹簧使仪器最大外径只要1/,yin4.3cm),能通过大多数生产油管,因而测井作业前不需要移走油管。换能器组合安装在一个壳体内,该壳位于换能器阵
18、列和电子线路(遥测,电源和信号处理)之下,电子线路位于传感器之卜的第二个壳体内。仪器总长86in(2.18m),使用扶正器,防止仪器偏心工作,尤其是在大斜度井和水平井中。使用一个旋转传感器来校正仪器的转动。第三节声波测井准确钻井一康普乐(Computalog,PrecisionDrilling)公司开发了一种细小型单极子阵列(SMA)声波测井仪。其特征包括发射器和接收器安装在气密性的金属罐内;使用16位井下数字化仪,使SMA比以前的仪器的动态范围更宽,使用一个井下可编程的可变增益放大器提高信噪比。SMA仪器的几部为电子线路短接,中间部分包含由8个单极子探测器组成的阵列,这8个探测器与位于仪器下
19、部的发射器的间距分别为3.0,5.0,5.5,6.0,7.0,7.5,8.0ft。用于径向水泥胶结评价和串槽识别时,可对探测器阵列中的6个重新排列成为一个6扇区圆周式探测器,每个扇区宽度为0度。重新构建的仪器称为细小型扇区胶结(SSB)测井仪,另外两个探测器可用于CBL和VDL测井。井下收集系统用最先进的电子技术来保持数据的完好性。可编程增益放大器有较宽的带宽,不需要用滤波器对接收信号进行滤波。这是特另al重要的一方面,由于井下滤波器可改变信号的频率组成,这对于分离地层和套管的声波波列是必不可少的。SMA的应用主要包括套管井地层评价、水泥胶结评价和井下打捞作业。不同的井眼条件,如井径和地层软硬
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