随钻测井技术.docx

随钻测井技术发展水平引言据统计，近十年来，世界上有关随钻测井（LWD）技术和应用的文献呈现出迅速增多 的趋势这反映了西方国家开始越来越多地重视 LWD／MWD 这是两个方面的原因产生 的结果一方面石油工业界强烈需要勘探和开发业降低成本， 减少风险，增加投资回报率 另一方面， MWD/LWD 有许多迎合石油工业需要的优势，如随钻测井时，钻机不必停钻就 能获得大量地层评价信息，节省了宝贵的钻井时间，从而降低了钻井成本 MWD 提供的 实时信息可即时使用，如可用于预测钻头前方地层的超常压力、预测复杂危险的构造，给 钻井工程师警报提示，迅速采取措施，减少事故发生率近几年里，大斜度井和水平井迅 速发展，海上石油的开发受到重视在这样的井中测井，常规电缆测井难以进行，挠性管 输送测井和钻杆传送测井成本十分高，现场操作困难LWD是在这类井中获取地层评价测 井资料的最佳方法，此外，LWD信息还能指导钻头钻进的方向，引导钻井井迹进入最佳的 目标地层随钻测井（LWD）技术是在钻井的同时用安装在钻铤上的测井仪器测量地层电、声、 核等物理性质，并将测量结果实时地传送到地面或部分存储在井下存储器中的一种技术 该技术要求测井仪器应能够安装在钻铤内较小的空间里， 并能够承受高温高压和钻井震动； 安装仪器的专用钻铤应具有同实际钻井所用的钻铤同样的强度；还应具有用于深井的足够 功率和使用时间的电源。

LWD 是随钻测量技术的重要组成部分 MWD 除了提供 LWD 信息外，还提供井下方 位信息（井斜、方位、仪器面方向）和钻井动态和钻头机械的监测信息 MWD 探头组合 了 LWD 探头、方位探头、电子／遥测探头，一般放在钻头后 50－100 英尺的范围内，一 般来说， MWD 探头越靠近钻头越好 LWD 探头提供地层评价信息，用于识别层面、地层 对比、评价地层岩石和流体性质，确实取心和下的点方位数据用于精确引导井迹向最理 想的储层目标钻井效率和安全性通过连续监测钻井而达到最佳目前的随钻测井技术已达到比较成熟的阶段，能进行电、声、核随钻测量的探头系列 十分丰富，各种型号的、适用于各种环境的随钻电阻率、密度、中子测井仪器进入 MWD 市场哈里伯顿的 PathFinder 随钻测井系统包括自然伽马、电磁波电阻率、密度、中子孔 隙度、井径和声波等斯仑贝谢公司的VISION475测井系统包括声波（SI）、电阻率（RAB ）、 阵列电磁波电阻率（ARC5 ）及密度中子（ADN）等Sperry Sun公司的三组合测井系统包 括SLIM PHASE4电阻率仪、SLIM稳定岩性密度仪及补偿热中子仪，还测量伽马射线。

在 地层评价的许多方面 LWD 已经可以取代常规电缆测井世界各地的 MWD 作业实践已经 表明，随钻测井对于经济有效的测井评价，相对于常规电缆地层评价有明显优势发展 MWD／LWD 技术，应用 MWD／LWD 成果已是西方钻井／测井相关公司的热点 研究领域必须承认我国自行研究和开发随钻测井技术是一片空白本报告将深入地调查 国外随钻测井技术的发展历程，技术水平现状，应用情况，预测发展趋势，分析 LWD 市 场，分析 LWD 风险，供管理决策和研究人员参考二）发展历程LWD 技术的初始发展是和钻井、电测井的发展伴生的勘探钻井的基本目的是发现新 的油气储层，获得岩石物理学家进行油气层评价的重要信息，钻井是获得这些信息的手段 之一在钻井的过程中，一口勘探井钻遇到无先验资料的地质条件和潜在储层显然，获 得这些新钻井地层的信息的最佳时间是当这类地层刚被钻井、受到泥浆滤液干扰最小时 如果预先时间知道钻进地层性质的变化特征，就可以制定最佳钻井速度和使用最小的钻井 成本，基于这些考虑，人们对在钻井的同时而不是在钻后获得这样信息的可靠的诊断方法， 即随钻测井技术的探索和研究和钻井工业的历史一样长LWD 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，这是识别和 评价地层的手段之一。

但它有一个重要缺陷，即所有测量都是在钻井施工完成并将钻头拔 出井眼之后进行的，朝着解决随钻测量问题发展的重要一步是在 1930 年迈出的，这时泥浆 录井首次在石油工业界推广，对岩屑进行荧光和含气分析为地质家提供一种在钻井进行的 过程中确定被钻地层特征的方法尽管录井技术的出现是朝着随钻地层评价这一最终目标迈出的重要一步，但还是存在 不利之处就是对泥浆的分析是在地层被钻开 30 多分钟后开始的 这一障碍在快速钻井地 区使得钻井工程师必须暂停钻井和进行泥浆循环，在停钻的间隙寻找泥浆分析结果，这样 消耗了大量的、昂贵的钻机在用时间进行常规测井时，大量的钻井时间也在井眼调整和停钻过程中被耗掉了为了克服常 规测井这种要推几天才进行测量的不足，工业界开始积极寻找一种方法，要求能在钻井的 同时提供有关岩性和地层组分的理想信息大都分努力在很长时间里都花在获得连续的电 参数测井上，这证明在常规电缆测井上是极其成功的井眼环境和泥浆滤液的侵入严重地影响了常规电测井的质量，人们自然地想到在钻头 处进行测量实现这种测量要解决两个独立问题首先，必须开发一种简单、实用和可靠的通信系统，在钻井的同时将信息从井底传到 地面，第二，必须开发能承受钻井条件并能精确测量理想参数的设备和仪器。

人们对连续随钻测井的实际尝试从 20 世纪三十年代早期就已开始， 当时 Dallas 地球物 理公司的 JCKaraher 用一个一段长 4-5 英尺，将钻头与钻柱绝缘，通过在钻杆的每部分嵌 绝缘导棒，提供通向地面的导电，用这种方法得到了令人鼓午的结果，提供了连续的电阻 率曲线这是用电连接方式，传输数据的第一条 LWD 曲线二十世纪 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 术上难以有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， LWD 是难以实现的理想的技术在二十世纪 60 年代以前， LWD 的发展几乎是停滞不前，少有 的几项值得一提的事件是，如前所述的JCKarther等人的连续传输数据的LWD三十年代 美国注册了第一个 MWD 专利；五十年代， J.J.Arpj 发明的泥浆遥测系统首次在技术上获得 成功；六十年代，埃克森公司和德士古公司作随钻的井下记录试验，由于缺乏高强度电子 线路密封壳和合理的储存介质及系统的结实性能等问题，这种井下记录无广泛应用的吸引 力，在 SNEA 和 RAYMOEND 工程公司的共同努力及美国能源署的资助下， TELE 公司于 1978 年首次推出了具有商业用途的 LWD 仪器。

这标志着 LWD 技术已经可行，是 LWD 技 术开始加速发展的里程碑八十年代初期，吉尔哈特公司的 LWD 服务居领先水平，已在 全世界测几千口井当时的 LWD 测量只能测电阻率和伽马射线，更多地用于地层的相关 对比八十年代初期，工业界对 LWD 在准确性、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八十年代中后期至九十年代初， MWD 井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 LWD 探头和方向探头测 量信息的地质导向技术开始发展 尤其是在 90 年代后，钻大科度井、水平井和小直径多分 枝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测井和钻杆传送测井，这些方法费用高，操作困难由于 LWD 的经济吸引力和技术可行性， LWD 开始在这些新型井中广泛使用，关于 LWD 技术成功应 用和经济回报的例子及减少钻井事故的例子成功通报出来， LWD 研究和应用热点逐步形 成LWD 技术现状1 随钻测井数据传输技术现状随钻测井数据可以在液体 （钻井液）侵入周围地层之前采集 , 因此数据质量相当于或优 于常规电缆测井数据。

同电缆测井数据相比，随钻测井数据的特点是：1）随钻测井与时间有关，与深度无关；2）数据采集是在动态的而不是静态的井眼环境中进行；3）由于钻井速率是变化的，所以数据采样不规则 这些深度间隔不规则的数据在定量（相关对比）和定性（确定岩性和流体饱和度）使 用前经数据转换后，变成间隔规则的数据随钻测井中所有的数据应该都可以从井下实时 地传输到地面，但是受传输量和传输速率的限制，现场只将部分必须的用于实时钻井决策 和地层评价的数据进行实时传输，而将另一部分数据存储在井下存储器中根据现场的实 际情况，可以选择不同的实时传输数据提高有效数据传输率是随钻数据传输的重点目前使用的数据传输方式有泥浆脉冲遥 测和电磁波遥测，另外一种有发展前途的传输方式是声波遥测，正处于研制和开发阶段泥浆脉冲遥测是普遍使用的一种数据传输方式，大多数随钻测量都采用泥浆脉冲遥测 方式传输数据它最早由 J.J.Arps 于50年代提出，主要是通过钻井液在井下传输信号， 不需要电缆，因此它不受钻杆旋转的影响数据传输被转换成一系列的压力脉冲一般是 仪器下井前，在仪器内部设定信号序列和传输速率有些服务公司可以在泥浆脉冲装置中 储存几个传输序列和程序，按连续次序用泥浆循环开始 /停止来激活。

泥浆脉冲遥测技术的 数据传输率较低，为3〜10比特/秒，而电缆的传输率为550〜660比特/秒预计通过提高 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率可望提高到 50比特/秒电磁波数据传输是将低频的EM信号从地下传到地面，它是双向传输的，可以在井中上 下传输，不需要泥浆循环数据传输能力与泥浆脉冲遥测相近EM传输的最大优点是不需 要机械接收装置，缺点是低的电磁波频率接近于地频率，从而使信号的探测和接收变得较 困难，目前只能在6000英尺内的井眼中传输数据EM遥测同小井眼随钻环空压力装置一 起使用，成为近距离（60米）无电缆随钻测量装置中的数据传输部分，能传输靠近钻头的测 量探头和井眼中的泥浆遥测探头之间的数据声波或地震信号通过钻杆传输是另外一种传输方法 声波遥测能显著提高数据传输率， 使随钻数据传输率提高一个数量级， 达到100比特/秒声波遥测和电磁波遥测一样， 不需 要泥浆循环，但是井眼产生的低强度信号和由钻井设备产生的声波噪声使探测信号非常困 难沿钻杆传输的声波遥测最早是四十年代提出的，由于信号损失很大，研制遇到很大的 困难七十年代，Sun石油公司也做过此类研究，因技术条件的限制未能成功。

直到 1994年，随着弹性波传播和磁致伸缩技术的发展，人们又开始研制声波遥测装置1995 年，用磁致伸缩材料制作井下发射器的声波遥测装置样机投入现场应用，并取得 了初步成功但是，样机还有待进一步完善，如缩小井下仪器的尺寸，降低井下仪器的电 压，提高仪器的传播距离以便能应用于井的延伸部分2．LWD 技术现状1）随钻电测井技术 随钻电阻率测井是本世纪八十年代初期为大斜度井、水平井发展起来的技术 ,广泛应 用于钻井地质导向和复杂地层的岩石物理分析随钻电阻率测井分为高频的电磁波传播电 阻率测井和低频的侧向电阻率测井，它们分别与电缆感应测井和电缆侧向测井类似高频 的随钻测井仪测量电磁波的相位和幅度，测量结果中有对垂向电阻率敏感的相移电阻率和 对水平电阻率敏感的衰减电阻率，因此能探测到电阻率各向异性，更适合水平井低频的 随钻电阻率测井仪采用了圆柱聚焦技术和测量钻头处的电阻率，能最及时地了解地层的真 实信息，有利于钻井施工高频随钻电阻率测井仪与电缆感应测井仪都发射电磁波 ,在地层中感应出环行涡流， 用一对接收器监测地层信号，都适合在导电和非导电泥浆井眼以及低至中等电阻率地层环 境中工作但高频随钻电阻率测井仪以2MHz频率工作。