第六部分-随钻测量技术.ppt

第六部分随钻测量技术 随钻测量与地质导向工具是一项钻井技术的 地下革命 2 2020 4 16 盐丘 定向钻井技术在勘探 开发中的功用 海上或陆地丛式井 工程救险井 因事故复杂进行侧钻 多目标勘探与开发 控制断层钻探 水平井进行开发 地面条件限制 大位移定向井 侧钻分支井 6 1随钻测量信息系统概述 4 2020 4 16 钻头前方探测系统 SWD 上行测量信息通道 6 1 1随钻信息测量 控制 通讯流程图 下行测量信息通道 5 2020 4 16 MWD measurewhiledrillingEM MWD eleetronicmeasureMWDFE MWD formtionEvaluationMWDDWD Diagnostic While DrillingLWD loggingwhiledrillingSWD seismicwhiledrillingGST GeosteeringTool 6 1 2随钻测量系统发展 6 2020 4 16 井斜 方位 工具面 井下钻压 井下扭矩 马达转速井下振动 伽马射线 地层电阻率 密度方位中子密度 中子孔隙度 环室温度探测各种异常地层压力 预测钻头磨损状况探测井下异常情况及故障分析通过井下存储可实现测井的全井图像分析 6 1 3随钻测量参数 7 2020 4 16 泥浆脉冲传输方法涡轮发电机给系统供电接收系统 接收各部分传感器采集的数据连续脉冲波发生器由转子和定子组成 转子与定子之间切割泥浆产生不同的泥浆压力差 利用钻杆传播应力波 声波 方法Burne和Kirkwood 1972 Drumheller 1989 奠定了理论基础 Lee和Ramarao 1995 分析了充液钻杆中声波传输问题 哈里伯顿 2000 开发了声波遥传系统AST AcousticTelemetrySystem 最有潜力的高速传输方式电磁波 EM 遥传系统载波频率一般在30Hz以下泥浆脉冲遥传系统载波频率一般在100Hz以下声波遥传系统 ATS 载波频段在400 2000Hz 6 1 4随钻测量数据传输系统 8 2020 4 16 9 2020 4 16 6 2MWD随钻测量系统 10 2020 4 16 井下传感器组装工具 11 2020 4 16 A D转换板温度校正换算 标定钻压校正 加速度X Y Z 钻压 钻头扭矩 环空压力井眼压力 温度 磁力仪X Y 1000赫兹16位 为研究用的仪表面板储存器 1000赫兹16位 1000赫兹16位 格式变换数字低频滤波付立叶变换处理集成平均值计算转换诊断处理 记录速度200 100 40赫 钻压扭矩弯矩转速环定压力井眼压力加速度静态矩 平方根 立方根 温度1跳钻2粘 滑3涡动 反转4扭振5轴向加速度6横向加速度7弯矩8钻头切削效率 传输到地面 0 2赫兹 诊断标志 静态的 数据检测 数字信号处理 数据监测和处理框图 12 2020 4 16 SystemforDiagnostic While Drilling DWD SandiaNationalLaboratories MeasurementSub Three axisaccelerationHigh frequencyaxialaccelerationAngularaccelerationMagnetometer rotaryspeed Weightonbit torqueonbit bendingmomentDrillpipeandannuluspressureDrillpipeandannulustemperature 13 2020 4 16 SystemforDiagnostic While Drilling DWD SandiaNationalLaboratories Data transmissionformatAstreamofdigital bi phaseencodedframesDatalinkDigitaldatarate 200 000bitspersecondAcommerciallyavailabledatalinkcalledWet connectwirelineischosedSurfacedisplay 14 2020 4 16 6 3 1与电缆测井的比较使测井在地层被破坏或被污染之前完成部分信息能实时测量 可使钻井过程更有效使测井更安全保险 某些井环境恶劣 下电缆困难 避免了仪器落入井中又无法回收等事故几乎能完成所有电缆测井工作 且有相同的测量精度成本高 尺寸大海上钻井作业中 使用LWD的比例高达95 每年随钻测井服务产值已占整个测井行业产值的25 6 3LWD随钻测井系统 15 2020 4 16 CDN 补偿中子密度CDR 补偿双电阻率 6 3 2系统组成及性能 16 2020 4 16 指向性 17 2020 4 16 18 2020 4 16 1 补偿双电阻率CDR CompensatedDualResistivity 6 3 3随钻测井工具 高频感应能在各种泥浆中工作补偿井眼的影响伽马射线能谱分析探测两种深度 中深RPS 是相位测量 深RAD 放射的 是通过衰感测量 使用目的是对比所钻地层 对地层进行评估 19 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL ARC5ArrayResistivityCompensated TheARC5ArrayResistivityCompensatedtoolprovides2 MHzborehole compensatedphaseandattenuation 衰减 resistivitymeasurementswithmultipledepthsofinvestigationinslimholes BenefitsoftheARC5toolFormationevaluationmeasurementswhiledrillinginslimholes AccurateRtupto200ohm mwithwiderangeofboreholefluids Invasionprofilingtoidentifypermeablezones High qualityreal timemeasurementsavailableforcorrelationandgeosteering 20 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL ARC5ArrayResistivityCompensated FeaturesoftheARC5toolFivetransmittersandtworeceiverscombinetogive10verticallymatched borehole compensated 2 MHzresistivities Totalgammaraysensorforlithologyestimationandcorrelation Downholememoryandbatteriesallowtooltoberunwhiledrillingorwhiletripping Real timedatatransmissionwithSlim1 MWDsystemDataprocessingprovideshorizontalandverticalresistivities Rh Rv mudresistivity Rm phasecaliper 井径仪 andinvasionprofile 21 2020 4 16 由两个中子源 一个中子探测器 一个密度探测器 一个扶正器和电子线路构成 使用两个探测器的目的是补偿井眼的影响补偿热中子密度补偿岩石的密度 2 补偿中子密度CDN CompensatedDensityNeutron 6 3 3随钻测井工具 22 2020 4 16 由中子源 中子探测器 密度源 密度探测器和超声探测器等构成世界首创方位核子测井工具方位核子测量能认识非均匀性地层 并在不规则井眼中很好应用与电缆测量的密度和孔隙度的精度相同可用超声进行偏离间隙测量可允许大泥浆排量放射源易于安装打捞 6 3 3随钻测井工具 3 方位中子密度ADN AzimuthalDensityNoutron 23 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL ANDAzimuthalDensityNeutron 是提供方位核子测量的第一个随钻测井工具 ANDtoolmeasuresborehole compensatedformationdensity neutronporosity photoelectricfactor 光电因子 andultrasonicstandoffs 间隙 Theseareindividuallymeasuredinfourquadrants 象限 aroundtheborehole top bottom leftandright alongwithaveragemeasurementsaroundtheborehole Quadrantreadingsallowdetectionofbedboundariesandheterogeneousformations 24 2020 4 16 由打捞柱 电池 上发射器 方位电极 电极环 方位伽马射线 钻头电阻率探测器和现场可换扶正器构成可定向地测量钻头处的方位电阻率可对地层倾角和井眼间隙补偿采用近钻头测量的原因实现地层对比实现地层评价保证测井数据更能真实反映地层情况得到比电缆测井效果更好的测井数据 6 3 3随钻测井工具 4 近钻头电阻率RAB ResistivityAtBit 25 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL RABResistivity at the Bit 方位电极 应用 地层评价 Formationevaluation 盐水泥浆或高电阻率地层可精确测量电阻率 Highverticalresolution 分辨率 几英寸 方位电阻率井眼成像探测电阻率各向异性 Sensoratbittoensureminimumpossibleinvasion Totalgammaraysensorforlithologyestimation Batterypoweranddownholememorytologwhiletripping 26 2020 4 16 应用相关性 Correlation Resistivityatthebitforinstantaneousdetectionofcasingandcoringpoints usingthebitasthemeasurementelectrode钻井 机械 Drilling mechanical TheRABtoolcanberuneitherslickorwithasleevestabilizer Builtintoashort independentsubforminimalinterferencewithHBAdesign ShockmeasurementtoallowthedrillertoadjustweightonbitandrateofturntoextendBHAanddrillbitlife IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL RABResistivity at the Bit 27 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL ISONICTool 90年代 在钻头上12米处的钻铤内装置发射和阵列接收探头 钻进时发射探头产生声脉冲 声波通过泥浆和地层传播到达4接受探头阵列 ISONIC工具获得声波波形 acousticwaveform 记录在井下存储器中 传输时间 transittime 地层时差 实时发送到地面 用于确定地层孔隙性 porosity 评价岩性 估测孔隙压力 并作为 syntheticseismograms 的输入值 实时钻井和测井数据可与3维地震数据一起放在计算机工作站上 声波数据可以来将钻头位置标示在地震图上 5 随钻声波测井 IsonicTool 28 2020 4 16 5 随钻声波测井 IsonicTool 斯伦贝谢最新推出 随钻声波测井仪sonicVISION随钻地震波测井仪seismicVISION贝克休斯INTEQ公司 声波参数随钻测量系统APX AcousticPropertieseXplorer 能以单极子 偶极子 四极子模式获取声波资料 SperrySun公司 9 5in双模式声波仪器 BAT 适用于在大井眼 14 3 4 26in 中获取声波速资料 能提供孔隙压力资料 29 2020 4 16 IDEAL地质导向工具 斯伦贝谢Anadrill公司 IntegratedDrillingEvaluationandLogging关键 定向和测井传感器接近钻头 1 2m 通过无线传输系统 电磁波 把数据从钻头处传到MWD系统 可以更好地指导钻井井眼穿过薄层和复杂地区 利用测井数据直接进行地质导向钻井 能更准确地预测井眼轨迹 在两点测量井斜角 其一是近钻头处 其二是保留原MWD处的井斜角测量 6 3 4地质导向GST Geosteeringtool 30 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL GeoSteeringTool 由PowerPak导向马达 测量短节 无线遥感测量系统组成 在地面实时地质导向显示屏上将钻头处实时测得的油藏信息与油藏模拟模型对比 可确定钻头在油藏中的位置 31 2020 4 16 IntegratedDrillingEvaluationandLogging IDEAL GeoSteeringTool 地质导向的特性 电阻率和咖码测井可确定被钻岩层的流体和岩石性质 方位电阻率提示司钻钻遇新的地层 approachingformationboundariesandcontacts 以便确定最佳工具面角 Bitspeedenablesthedrillertooptimizethepowercurveofthemotorandimprovepenetrationrate Inclinationatthebitenablesthedirectionaldrillertodrillstraightahead reducingwelltortuosityandextendingthepotentialdispalce mentofthewellbore 32 2020 4 16 FMI fullboreformationmicroimagerlogs 几种测井结果吻合 33 2020 4 16 34 2020 4 16 35 2020 4 16 6 4 SeismicWhileDrilling 随钻地震技术 随钻地震的基本原理示意图 36 2020 4 16 预测钻头前方地层信息 37 2020 4 16 38 2020 4 16 从SWD LWD SL T 声波时差 以及测井 地质钻井资料获取随钻速度信息 39 2020 4 16 还有钻机波 首波 钻杆多次波 钻具组合多次波等次生波 这些次生波都有各自的传播路径和传播规律 可以用时距方程来表示 也可以用计算机正演模拟它们的时距曲线表示 钻头震源 钻头的冲击力产生纵波 P波 它沿着井轴方向传播 偏离井轴方向能量减小 同时产生横波分量 SV波 它沿着井底平面径向 垂直井轴方向 传播 偏离井底平面能量减小 钻头的旋转力产生横波水平分量 SH波 它沿着井底平面径向传播 其质点方向与SV波的质点方向垂直 40 2020 4 16 随钻地震数据采集 处理及应用示意图 41 2020 4 16 随钻地震的资料处理 1 相关处理 相关技术是一门边缘学科 以信息论和随机过程理论作为基础 将参考信号与地面每个检波器记录的信号作互相关 使得连续的钻头信号压缩成脉冲信号 每个尖脉冲代表着一种特殊地震波 直达波 反射波 干扰波 从脉冲对应的时间可测出钻头信号经不同路径到达各接收器所需的旅行时间 互相关过程加强钻头信号的能量 特别对来自钻头下方的反射信号作用更明显 2 反褶积 为了有效的检测和记录钻头信号 需在钻杆顶端设置参考检测器 但该检测器接收的信号存在钻柱谐振效应或路径传播效应 致使频谱畸变和存在高速多次波干扰 为消除钻柱谐振效应 可假设钻头信号为白噪信号 且钻柱脉冲响应为最小相位 由参考信号自相关的单边倒数作为反褶积因子 对互相关输出进行反褶积 即可消除互相关输出中参考信号的高速多次波和频谱畸变 42 2020 4 16 随钻地震资料处理流程 43 2020 4 16 随钻地震的应用 1 利用随钻地震研究井孔附近的地层构造细节实时得到的速度资料 对地震剖面进行重新处理 预测地层孔隙异常压力 对声波测井资料进行校正 实现测井与速度的一致性 利用时 深关系数据 确定所钻深度在地震剖面上的精确位置 预测钻头前方的待钻地层 包括岩性 地层压力等 确定井旁小断层 解释地层不整合面是否存在 求地层界面的倾角 综合利用直井和斜井资料可以查明井孔附近的地层构造细节 44 2020 4 16 2 地层参数的综合研究参考信号能量的大小与所钻地层的硬度有关 地层越硬 能量越强 从地震波的传播时间 方向 频率 波形 极性 偏振等信息可获得地层纵波和横波的传播速度 泊松比 能量衰减等 估算岩石类型 岩石孔隙度 孔隙压力和其它声学敏感的岩性参数 有了钻头处的地层参数 结合反射波的信息 运用资料处理中的反演技术或建模技术预测钻头下方各深度点的波阻抗参数 并估算钻头下方岩石类型 岩石孔隙度 孔隙压力和其它声学敏感的岩性参数 随着钻头的钻进 结合钻井参数及录井 地质 测井等资料 未知地层的参数逐步变为已知 再与外推钻头下方的待钻地层参数进行比较和修正 再进行外推 不断重复进行 使钻前外推的地层参数逐步逼近真实值 随钻地震的应用 45 2020 4 16 随钻地震的应用 3 利用随钻地震测定实时井深 钻头位置和井身轨迹曲线 随钻地震获取的信息是油藏未被污染的原始参数 二维剖面上钻头位置的确定 46 2020 4 16 47 2020 4 16 48 2020 4 16 49 2020 4 16 50 2020 4 16 51 2020 4 16 52 2020 4 16 VSP Checkshot 校验炮 WhileDrilling 53 2020 4 16 有线随钻测量 6 5 54 2020 4 16 55 2020 4 16 elastomerface sealconnectionpinend 56 2020 4 16 elastomerface sealconnectionboxend 57 2020 4 16 tooljointmakeupwiththe3conductorsclearlyvisibleateachend 58 2020 4 16 annulorconductorconfigurationintooljointandmid body 59 2020 4 16 connectorassemblywithintegralby passtoprotectelectricalcontacts 60 2020 4 16 用电子钻柱进行智能钻井 降低钻井成本 应用井下牵引器 traction 或推进器 thruster 来控制钻压以优化钻进过程 并保持钻头转速独立于 不依赖 排量来降低钻井成本 减轻井眼稳定性 失稳 问题 由于既可通过反循环减低了ECD以及又可从分布安放在全井长度范围的传感器 复数 来掌握 全井各段 压力情况 而能减轻井眼失稳问题 减少成本 使用实时LWD系统来代替电缆测井而减少成本 在大位移井中减少卡钻 由沿钻柱布置的牵引工具来减少钻柱粘卡问题 提高油井产能 从改善地质导向入手 取道于瞬时数据反馈 借助于这种高质量的遥传 信息 通道 利用井下震源和接收器的随钻地震 SWD 的改进 新型传感器的潜在进展能从有用的井下剩余功率得到好处 61 2020 4 16 1 ProfileSaltFace 6 6随钻测量 LWD 应用 62 2020 4 16 2 DelineateLateralFacies RockPropertyVariations Goodf k Lowerf k Delineate 描绘 63 2020 4 16 3 OptimizeGeosteeringRelativetoCapRock OWC HorizontalWell 64 2020 4 16 4 LookAhead BelowSheetAnhydriteorSalt GWC Saltoranhydrite 65 2020 4 16 5 Find GeosteerintoPorousCarbonateLayersEmbeddedinSalt 66 2020 4 16 6 OptimizeWellPositioninOilRim OWC GOC 67 2020 4 16 7 MaximizeSandPenetrationinChannelizedReservoir 68 2020 4 16 8 Find GeosteerintoFracturedZones 69 2020 4 16 9 Identify DelineateCompartments 70 2020 4 16 10 DetectGeopressuresAheadoftheBit 71 2020 4 16 11 DetectFluidContactsRemotefromWell GOC OWC 72 2020 4 16 12 OptimizeIn fillWellPlacementtoAvoidWaterInfluxviaFracturedFaults OWC 73 2020 4 16 13 OptimizeIn fillWellPlacementtoAvoidWaterInfluxviaPermeableZones Higherk 74 2020 4 16 14 LocateRemainingOilAwayfromWateredOutWells POWC POWC 75 2020 4 16 15 LocateRemainingOilinaLayeredReservoir POWC POWC HorizontalWell OriginalOWC 76 2020 4 16 16 LocateOWC sinProximalStackedOilBearingSands POWC OriginalOWC HorizontalWell 77 2020 4 16 17 MonitorbeyondaVerticalProductionCone WaterorGas Orig