国外随钻测井发展历程

1、国外随钻测井发展历程提高服务质量，降低服务成本是工程技术服务努力追求的目标，就此而言随钻测井相对于电缆测井具有多方面的优势。随钻测井资料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的，更真实地反映原状地层的地质特征，可提高地层评 价精度。随钻测井在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，从钻井 -测井一体化服务的整体上节省成本。在某些大斜度井或特殊地质环境（如膨胀 粘土或高压地层）钻井时，电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。因此，随钻测井既提高了地层评价测井数据的质量， 又减少了钻井在用时间，降低成本。在过去的近20年里，随钻测井技术快速发展，目前已具备对

2、应电缆测井的 所有技术，包括比较完善的电、声、核测井系列，以与随钻核磁、随钻压力等等。 同时，全球随钻测井业务不断增长，已成为油田工程技术服务的主体技术之一， 其业务收入和工作量大幅增加。可以预期，随着石油勘探开发向复杂储集层纵深 发展，随钻测井技术将更趋完善，电缆测井市场份额将更多地被随钻测井所取 代。一、随钻测井发展历程随钻测井技术的发展可追溯到1930年前后，当时电缆测井技术开始出现和 发展。20世纪30年代早期，Dallas地球物理公司的用一段长4-5英尺的绝缘线 将钻头与钻柱绝缘，在每根钻杆内嵌入绝缘棒，用一根导线在绝缘棒中间穿过, 通向地面，通过这根导线传输信号。用这种方法 得到了

3、令人鼓舞的结果，测量到连续的电阻率曲 线。1938年采集到第一条LWDfe阻率曲线1,这 是用电连接方式传输数据的第一条 LWD曲线（图 1）。20世纪40年代和50年代仅有的几个专利文 献表明，许多发明家和研究组织继续致力于实时 的、可靠的随钻测量系统的研究，遗憾的是，LWD 数据传输技术的发展非常缓慢，技术上很难突破。 在测井技术发展开始的50年时间里，在石油工业界许多人的眼里，LW此难以实现的理想化技术。在 20世纪60年代以前，LWD 的发展几乎停滞不前，少有的几件值得一提的事件是 2,3,4,5 , 30年代美国注 册第一个MWDT利，等人研制了随钻电阻率测井系统；50年代，发明的泥

4、浆遥 测系统首次在技术上获得成功；60年代，在SNEAK RAYMOEND醍公司的共同 努力与美国能源署的资助下，TELES司于1978年首次推出了具有商业用途的 LWDZ器。这标志着LWDfc术已经可行，是LWDfc术开始加速发展的里程碑。80 年代初期，吉尔哈特公司的LWD艮务居领先水平，已在全世界测井几千口。当时 的LWDM量只能测电阻率和伽马射线，主要用于地层相关对比。80年代初期，工业界对LWDS准确性、可靠性和稳定性方面初步建立了标准，并不断进行改进。 与此同时，先进的地层评价和井控技术也逐渐成熟。图1、右图为第一条随钻测井曲线，左边为对应层段电缆测井曲线钻井工业的需要推动了随钻测

5、井技术快速发展，反之，随钻测井技术的发展 保证了复杂钻井获得成功。1980年代中期，大科度井、水平井和小直径多分枝 井钻井已成为油气开发的一种常规方法，在这样的井中，常规电缆测井仪器很难 下到目标地层，通常借助于挠性管传送和钻杆传送， 这些作业方法费用高，操作 困难。过去20多年里，在油公司的需要下和钻井技术发展的推动下，各种随钻 测井仪器相继研制成功（表7）, LW*下探头组合的内容不断丰富，能进行电、 声、核随钻测井的探头逐步增多，方向测量探头得到发展，综合利用LWDK头和 方向探头测量信息的地质导向技术开始发展。表7随钻测井技术发展年份里程碑技术1929 年第一项随钻测量专利1930 年

6、电缆传输的随钻电阻率测井1969 年第一代泥浆脉冲遥测系统1970 年第二代泥浆脉冲遥测系统1978 年泥浆遥测系统Teleco商业化1984 年随钻电磁波电阻率测井1986 年随钻中子孔隙度测井1987 年随钻密度测井1993 年电阻率、密度、中子三组合随钻测井1994 年硬地层随钻声波测井1995 年随钻电阻率、密度成像测井1998 年软地层随钻声波测井2001 年随钻核磁共振成像测井仪2003 年随钻地层压力测试器2005 年新一代随钻测井系统 Scope现代随钻测井技术大致可分为三代，如表 8。80年代后期以前属于第一代， 提供基本的方位测量和地层评价测量，在水平井和大斜度井用作“保险

7、”测井数 据。但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比，以与地层评价。随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。90 年代初至90年代中期属于第二代，方位测量、井眼成像、自动导向马达与正演 模拟软件相继推出，通过地质导向精确地确定井眼轨迹。司钻能用实时方位测量， 并结合井眼成像、地层倾角和密度数据，发现目标位置。这些进展导致了多种类 型的井，尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。从 1990 年代中期到目前属于第三代，称为钻井测井(Logging for Drilling ),提供界 定地质环境、钻井过程、采集实时信息时所要求的数据。表8斯仑

8、贝谢公司现代随钻测井( LWD )和随钻测量(MWD )技术发展阶段代服务类型第 1 代(1988-1992 )仪器解决的问题第 2 代(1993-1996 )仪器解决的问题第3代(1997-目前)仪器解决的问题LWDCDN密度AND四分密度VISION系列密度成像CDR定量电阻率超声井径APWD各向异性INFORMVISION快速直观地层评价ISONIC地质导向孔隙度评价仪ARC5相关对比INFORM 3DRABARC312 ARC900地质导向仪IMPulse钻头地震MACH-1创新点随钻地层评价方位读数精度提高井眼补偿电阻率电阻率成像大X围井径双源距电阻率方位电阻率非化学源钻头电阻率实时

9、成像密度-中子电阻率自动马达可靠性增强MWDDWOBMELMVC智能报警VIPERPERFORMDTORSPINRWOB井漏提示AIMFERTIWOB钻杆冲洗SlimlSHARP钻头牙轮锁定SlimPulseM1-M3PowerPulse TR防撞动力监控地面系统FASTIDEAL最大传输速36101216率(bps)通信InterACTInteract Web Witness主要应用相关对比成功的储层地质导向钻井效率和风险管理实时决地层评价地层评价策普查导入最理想储层随钻测井技术发展中，公司的并购活动很活跃，并购是技术服务公司发展随钻测井技术和扩展随钻测井业务的重要战略之一。目前既进行随钻测

10、井技术研发，也提供随钻测井服务的公司主要有斯仑贝谢、贝克休斯 INTEQ哈里伯顿Sperry-Sun、Pathfinder、威得福等公司2（图 2）。I_： FV.D卜:r图2MWD/LW公司的演化、随钻测井技术现状随钻测井是测井、钻井、机械、电子等专业知识和技术的综合应用。经过几 十年的发展，尤其是近20年的快速发展，常规随钻测井地层评价技术已经较为 成熟，并广泛用于油田现场服务。斯仑贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、威得福等大 的油田技术服务公司都已开发出成套随钻测井装备，Geolink、GE能源等公司开发了随钻测量和随钻电阻率测井仪器。 迄今为止，随钻测井能提供地层评价需要 的所有测量，如比较完

11、整的随钻电、声、核测井系列，随钻地层压力、随钻核磁 共振测井以与随钻地震等等。有些LWDS头的测量质量已经达到或超过同类电缆 测井仪器的水平。随钻测井数据传输技术。多年来，数据传输是制约随钻测井技术发展的 “瓶 颈”。泥浆脉冲遥测是当前随钻测量和随钻测井系统普遍使用的一种数据传输方式。泥浆脉冲遥测技术数据传输速率较低，为410bps,远低于电缆测井的传输速率，这种方法不适合欠平 XX平井钻井。电磁波传输数据的方法也用于现场 测井，但仅能在较浅的井使用才有效。哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为 10Hz,在无中继器的情况下传输距离约 10000英尺。此外，声波传输和光纤传输 方法还处于研究和实

12、验阶段。随钻电阻率测井。与电缆测井技术一样，随钻电阻率测井技术也分为两类： 侧向类和感应类。侧向类适合于在导电泥浆、高阻地层和高阻侵入的环境使用， 目前的侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯仑贝谢公司的钻头电阻率 仪RABt新一彳t仪器GVR GVR使用56个方位数据点进行成像,图像分辨率比 RABW较大提高。感应类在导电性地层测量效果好，适合于导电或非导电泥浆。 新型随钻电磁波电阻率的仪器结构相似， 使用多个发射器和多个接收器，测量两 个接收器之间的相移和衰减；工作频率相近，只能使用有限的几种频率，才能消除钻铤等背景影响而测量到地层信号， 如低频20kHz、250kHz、400kHz、5

13、00kHz, 高频一般都使用2MHz随钻声波测井现场服役的随钻声波测井仪器使用的声源有单极子、偶极子和四极子，如贝克休斯Inteq公司的APX既使用单极子也使用四极子声源， 斯仑贝 谢公司的SonicVision使用单极子声源，哈里伯顿 Sperry公司的BAT是偶极子 仪器。这些仪器可测量软/硬地层纵/横波速度和幅度，测量数据一般保存在井下 存储器内，起钻后回放使用。随钻声波测井数据可用于岩性识别、孔隙度计算、 岩石力学参数计算、井眼稳定性预测、泥浆比重优化、下套管位置选择等（见第 五节）。随钻核测井。随钻中子测井仪器使用5.0Ci-10Ci的AmBeK或脉冲中子发生 器，探测器使用He-3

14、闪烁计数器或Li-6玻璃闪烁体，通过远/近探测器计数率比 值计算孔隙度。随钻密度仪器使用 1.5Ci-2Ci的Cs-137源，探测器使用NaI晶 体，大部分仪器使用脊肋图计算地层密度和Pe值。目前的随钻核测井一般具有方向性，如方位伽马、方位密度等。由于数据是在仪器旋转的过程中采集的，方 位的加入，使得这些测量可用成像图的形式显示出来，形象直观。可进行成像测井的有伽马、密度、中子和 PEF等测量。例如斯仑贝谢公司的随钻中子仪 adnVision使用GVR勺遥测技术，仅在编码算法上作了较小修改，尽管只使用16 个方位数据点进行成像，分辨率有所下降，仍可用于地质导向和构造分析。随钻地震。目前仅斯仑贝

15、谢公司提供随钻地震服务， 具SeismicVISION系统 在钻井的过程中提供时间、深度、速度信息，帮助优化钻井决策、减少成本、降 低事故风险。该系统独特的“前视”能力提供钻头前面8000ft之内地层的信息， 数据的质量足以对钻头前面和侧面的地层进行成像。系统的应用包括：预测孔隙 压力、预测目的层或灾害层深度、帮助选择最佳的下套管和取心深度、 优化泥浆 比重、识别盐层、使井眼轨迹保持最佳。随钻测井资料应用。随钻测井资料主要用于优化钻井作业和地层评价。在钻井过程中，随钻测井数据可以用于：早期探测高压层，将井眼精确地导 向目标地层，确定压力梯度与流体界面，实时调整泥浆比重以便有效地增加机械 钻速，

16、优化下套管位置，更加安全地钻入高压层段。随钻测井资料的应用，使得 钻井作业更加快速、安全和有效，减少了钻井时间和成本。随钻测井是在钻井泥浆未侵入或侵入地层浅的情况下进行的， 测量资料更接 近原始地层。用这些资料进行油水层划分和地层评价， 精度高，效果好。在深井、 大斜度井、钻机日费用高、钻速高（松软地层）的情况下，使用 LWD勺地层评价 总成本低于使用电缆测井的地层评价总成本。三、随钻测井业务现状据统计，每口井获得LWEH组合测井资料所需费用约为电缆测井的 2倍。但 国外油公司在海上作业时一般选用随钻测井, 主要原因是LWLfg节省钻机占用时 问，减少因卡钻导致的井下工具丢失的风险，有利于实时

17、决策。在许多地区，尤 其是在钻井成本适中、井眼斜度低、井况好的情况下，电缆测井仍然是要优先考 虑的。从服务公司的角度看，服务公司在 LWDf面投入的资金比电缆测井高 3 5倍，根据不同的设计井眼尺寸要准备相应规格的随钻测井仪器，但是，油公司 的需要仍然是随钻测井业务蓬勃发展的主要动力。在国际测井市场，随钻测井正取代电缆测井，成为测井服务市场的主体技术。 在探井测井中，除了测常规的随钻三组合或四组合项目外， 还要根据需要加测随 钻核磁、成像、压力测试等项目，摸清地层岩石物理性质。在开发井随钻测井中， 根据用户的需要，一般使用两种组合测井：MWD伽马+电阻率，探测油气层和提供地质导向服务，结合邻近

18、地层孔隙度资料还可用于地层评价；MWB伽马十电阻率+密度+中子（有时还测声波），提供地质导向和基本地层评价服务。目前国际市场上能提供MWD/LWD务的公司有十多家，如斯仑贝谢、哈里伯 顿 Sperry-Sun、贝 克休斯 Inteq、威得福、PathFinder、DrilTech、 MWDServicesInc. TargetMWDInc.、UnidrillEnergyCo.Ltd.,（ Geolink 仪器租 赁公司.）、RyanEnergyTechnologies等公司，大部分的公司总部在美国休斯敦。从装备上看16,以斯仑贝谢的 Vision系列、Scope系统,哈里伯顿的 Geo-Pil

19、ot系统和贝克休斯的OnTrack系统等成套随钻测井装备为主， 这些仪器 均能提供中子孔隙度、岩性密度、多个探测深度的电阻率、伽马，以与钻井方位、 井斜和工具面等参数，基本能满足地层评价和钻井工程的需要。其它公司也能提 供随钻测量和电阻率测量，还不具备成套随钻测井的能力。表3为大的石油技术 服务公司主要随钻测井装备。从工作量上看，在XX墨西哥湾等海上钻井，几乎100%使用随钻测井。在 陆上油田，随着水平井和大斜度井钻井工作量增加，随钻测井正在占据更多的市场份额，而电缆测井市场份额相对减少。2004年ExxonMobil公司所钻的井45% 的斜度超过45。，36%勺井倾角大于70。，这些井钻井时

20、都需要使用随钻测井。 目前贝克休斯在中国的测井服务，随钻测井占工作量70%,电缆测井工作量仅占30%,仅两年前情况正好相反。从服务收入上看，20世纪80年代末，国外MWD/LWD术逐渐成熟，其应用 和市场份额高速增长。1987年全球MWD/LWD场为1.5亿美元，1991年为4.4 亿美元，平均年增长率为30% 2002年，MWD/LWD的服务费用达到了 12亿美 元（图2）,接近裸眼井电缆测井服务费用（19亿美元）。近两年MWD/LWD入直 逼电缆测井。加破年全球随拈同并和3E拈井收入预训：苫亿美元图22002年全球随钻测井（包括定向测量）收入表9、大的石油技术服务公司主要随钻测井装备验见舱

21、司垢闻瞪里稣际叫拈海星普公司见克林斯，网善司hthFudrr 公司颗adit血d公司定向行曲版Xui wrieX旋际导 向.GnStcmg, ImPtlK.相头货 蝴(5U Skrifd*,邕因痔 近niPwhE.E-PiLlje. CvTftPWsr电岖献煤负.帼睥东AutaTnk MPR. NviGiitiNawTrak OnTnk MWD、NmThJtEM$5rHD$ 案 陛箱理HD&五力HDS,小 直而置蟋率立曲山日电松工聂上冷 境捐并，Pteciinlikcp EWAPE DwnPuh*,林 施丸GH.电睥铜网星 番SlterthilM, hwtrPdst. Id感晔，EktScvp

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24、PLSEEli*.APLS皿*.APLSlSEIi 假林解吟幽小直径密度 中祠蝴上为业西中和醒瓯MfiL（AZD）加VISIOMEc,加 r方俊岩性密度（ALDA技正岩性密度做助桩15亚11帧加箪Eli看AFLS疵寄度申葩蛾空中子孔盛度GT，方SfrtfwS 51即TtfTrak睚讪后VISION四、随钻测井技术发展趋势随着石油工业向海上转移，同时作为陆上油田提高采收率的一种有效方式，大斜度井，水平井等复杂井钻井将更加普遍.英国石油勘探协会统计预测19, 未来5年采集的随钻测量/测井数据量比过去50年MWD/LW敏据总量还多（图 4）。实时传输、处理和解释这些巨量的随钻测井数据是一个大的技术挑

25、战。为了提高钻井作业效率，钻这些井一般使用旋转导向系统（RSS来提高机械钻速（ROP,这些系统都在底部钻具组合中安装了先进的 LWDM量设备。解决钻速高 对LWDS量结果的影响也是一个难题。从长远看，随钻测井将取代电缆测井，电缆测井将淡出测井历史舞台。目前, 在大的服务公司，电缆测井已被认为是“落后技术”，而着力发展随钻测井技术。图4、随钻测井数据量增长预测新一代随钻测井技术正在快速发展之中，当前的随钻测井技术仍有许多需要 改进和完善的方面。1）功能齐全的地面数据采集、处理和控制系统这是随钻地质导向和地层评价系统的控制中心，系统的功能综合化和数据管 理的网络化是地面数据采集、处理和控制系统的发

26、展趋势。功能的综合化主要体 现在钻井、录井和测井作业功能方面系统集成，主要是：钻井安全与优化管理地层化学和气体分析井中孔隙压力变化监测早期井涌监测钻井智能导向控制软件井眼轨迹监测各向异性测井解释评价随钻测井（LWD约合地层评价数据管理的网络化，主要是以井场采集的数据为中心，以网络为数据的载体， 通过数据库信息化管理软件平台，实现井场作业人员与远程咨询专家与决策人员 的互动，为用户提供快速、精确的高质量的服务。2）数据遥测技术泥浆脉冲遥测是一种使用当前现场普遍使用的数据传输方法，但传输速率低。预计通过提高信噪比和优化调制解调，新一代的泥浆脉冲遥测系统的传输速 率可望提高到50bps。电磁波传输技

27、术还没有达到实用的程度，重点要解决的问题包括电磁波信号 的指数衰减、大地电磁波的影响、钻井中的振电效应影响以与供电问题。声波传输技术可通过增强发射声信号强度、增大钻杆声传播效率（如使用转 发器）、使用特殊结构的钻头和地面设备等方法增加声传输距离。3）各种类型的组合测井平台国外随钻测量（MWP如井斜、方位和工具面等的测量）、随钻电阻率（主要 是使用线圈测量，仅斯仑贝谢公司开发了能现场使用的聚焦型随钻电阻率测井仪 器）、随钻密度、随钻中子、随钻声波等仪器工艺技术基本能满足现场需要。目前的问题是，通过改进机械工艺，根据钻井工程（钻铤尺寸、井眼介质） 和地层评价的需要，开发满足不同条件和需求的多种组合、各种规格的随钻组合 测井仪器。4）新型随钻测井仪器对现有随钻测井仪器进行改进和完善，达到：远探测，探测到离井眼更远岩层特征和流体截面；模块化设计，易于与其它传感器短接组合，实现组合测井；强的方位分辨能力，为准确的资料解释提供基础；更加丰富的成像测井能力，