LWD随钻测井技术在水平井中的应用.docx

1、LWD随钻测井技术在水平井中的应用LWD随钻测井技术在水平井中的应用胜利石油管理局钻井工程技术公司 前 言随钻测井仪器早在上个世纪30年代就开始研究，通过不断的尽力和实践，到60年代初期，研制出了自然伽玛和电阻率随钻测井仪器，但由于工艺技术掉队，仅在有限的几口井中投入使用。80年代，具有商业应用价值的随钻测井仪器和工具的出现，随钻测井技术开始大规模应用于生产。各类功能全面、性能优良、能知足各类井眼尺寸随钻施工的新型地质导向仪器接踵出现。目前，FEWD与国际上其他著名石油公司的地质导向仪器一路，已经普遍应用于石油勘探与开发领域。自1999年胜利石油管理局钻井工程技术公司率先从美国哈里伯顿公司引进

2、具有世界先进水平的LWD地质评价无线随钻测量仪以来，前后在胜利油田桩西、孤岛、东辛、河口、现河、草桥、临盘等采油厂投入利用，主要用于对采用常规钻井技术难以开发的薄层油藏、复杂断块油藏、存在边水/底水的薄层油藏、边远油藏、超稠/特稠油/低渗透剩余油藏等油藏的钻井开发任务，到目前为止累计完成了304口水平井的施工，其中哈里伯顿LWD完成274口井，吉尔林克LWD完成30口井。在这些井的施工进程中，利用LWD对地层能够有效识别的优势，解决薄油层水平井的油层薄、中靶难和如何保证井眼轨迹在油层中的最佳位置穿行等难题，提高了水平段在油层的穿行率，取得了可观的经济效益。第一章 LWD仪器简介胜利石油管理局钻

3、井工程技术公司现配备有美国哈里伯顿公司生产的LWD系统和英国吉尔林克公司生产的LWD系统。哈里伯顿公司的LWD系统测井参数包括自然伽玛（DGR）、电磁波电阻率（EWR-PHASE 4）、补偿中子孔隙度（CNP）和岩石密度（SLD）等4道测井参数。 吉尔林克公司LWD系统测井参数包括自然伽马、感应电阻率（TRIM ）两道测量参数。 哈里伯顿公司随钻测井井下仪器简介1.1.1 自然伽玛传感器（DGR-Dual Gamma Ray） DGR传感器采用双向伽玛测量技术，即包括有两组伽玛射线探测器（盖革-米勒计数器）。每一组由8根长22.9mm（9in）的盖革-米勒计数管组成（见图-1）。两组探测器捕捉

4、的地层自然伽玛射线计数，地层中的放射性元素主要有钾、钍、铀。钾和钍存在于页岩和粘土矿物（伊利石、高岭石、蒙脱石）中。传感器将伽玛的原始记数转换成标准的API 标准计数，通过平均计算后组合成伽玛测井曲线，使测量加倍精准。同时，这种结 构能够在有一组探测器失效的情形下，仍能够保证取得靠得住的伽玛计数。伽玛测井曲线能够帮忙现场人员区分泥岩和砂岩地层，并划分岩性界面。与EWR-PHASE4电磁波电阻率传感器进行配合，进行地质导向作业时，能够有效的控制水平段井眼轨迹穿行于储层中的最佳位置。 伽玛传感器的主要技术参数如下：仪器尺寸121mm（4-3/4in）171mm（6-3/4in）203 mm（8in

5、）241 mm（9-1/2in）适用井眼范围149 mm（5-7/9in）到660 mm（26in）最小采样周期8秒测量范围0-380API系统测量误差+/-5%统计精度4API units 100API units测点密度由采样率和ROP决定测量速度小于180英尺/小时垂直分辨率29mm（9 in）探测深度300mm（11.8in）1.1.2 多探测深度的电磁波电阻率传感器（EWR-Phase4 Resistivity）多探测深度的电磁波电阻率传感器采用特有的四相位测量技术，具有高精度、高灵敏度和靠得住性好的特点。仪器由四个发射器和两个同意器组成（见图2），通过测量每一组传感器和同意器之间的

6、相位差和波幅衰减，能够绘制出八条不同探测深度（极浅、浅、深、极深）的电阻率曲线，相位差和对应的波幅衰减通过组合，能够取得组合电阻率曲线（CPA）。利用不同地层液体的电阻率不同，通过对电阻率测量结果的分析，能够帮忙现场工程师实时的判断油水界面或其他的液相界面。配合伽玛传感器测量数据，能够在进行地质导向作业时，准确的控制井眼轨迹有效的回避油/水界面。电阻率传感器的主要技术参数如下：仪器尺寸121mm（4-3/4in）171mm（6-3/4in）203 mm（8in）241 mm（9-1/2in）适用井眼范围149 mm（5-7/9in）到660 mm（26in）最小采样周期实时模式4秒记录模式3秒

7、测量范围相位差0-2000-M波幅-M系统测量误差+/-1%10 -M垂直分辨率153mm（6 in）探测深度762mm（30in）1.1.3 补偿中子孔隙度（CNP-Compensated Neutron Porosity）LWD的CNP中子间隙度传感器，采用镅241铍（Am-241Be）作为中子源，放射性活度为3ci（111GBq），放射性元素镅241在衰变中产生射线，用射线去轰击铍，发生核反映则产生中子，这种中子源产生的中子其平均能量为4MeV。由于镅的衰变是自发的，所以这种中子源发射中子是持续的，不能人为控制。在沉积岩所有元素中氢对中子的弹性散射截面最大，每次弹性散射的能量损失也最大，

8、而且其他元素与氢相较相差极为差异。氢含量高则岩石对中子的减速快，反之则慢。经弹性散射减速为热中子被岩石原子核俘获，放出中子伽玛射线，所以中子伽玛射线强度取决于地层的含氢量。含氢量越大，中子伽玛射线强度值越小，反之氢含量越小，中子伽玛射线强盗值越大。在传感器上装有近和远两个探测器同意伽玛射线，每一个探测器内部，包括两组盖革-米勒计数管。与伽玛传感器类似，这种结构能够保证工作靠得住性，在其中一组计数管失效的情形下，仍能够取得靠得住的伽玛计数。CNP传感器探测地层捕捉中子后释放出的伽玛射线，并通过计算取得孔隙度曲线。通过与岩石密度曲线的对比，能够帮忙区分油、气界面。 孔隙度传感器的主要技术参数如下：

9、仪器尺寸121mm（4-3/4）171mm（6-3/4）203 mm（8）井眼适用范围216mm（5-7/8）到311mm（12-1/4）最小采样周期 10秒测量范围 0-70 . 系统测量误差 +/-2 . 20 .统计精度 . 20 垂直分辨率 612mm（24 in） 1.1.4 岩石密度传感器（SLD-Stabilized Litho-Density）SLD岩石密度传感器采用铯-137（Cs137）（，56GBq）作为密度源。近、远两个低密度窗允许地层反射回来的伽玛射线进入，并引发内部闪烁计数器进行伽玛计数(见图3)，为减少射线在通过环空时的衰减，SLD传感器采用了独特的“扶正器增益”

10、技术，即将密度源和同意器安放在扶正器的扶正片上。由于扶正片加倍切近井壁，减少了射线通过的环空距离，因此，能够有效的增加探测深度和精度。从每一个探测器中取得的在不同能窗范围内的计数，计算出各自的密度值和光电值，采用“脊-肋”校正技术，对近、远两个探测器测取的密度值进行校正，组合成最终的岩石密度曲线。由于采用了“扶正器增益”和“脊-肋”校验两项技术，传感器的探测深度取得明显的增加，SLD能够探测到深切井壁2-4 in深的地层。岩石密度传感器的主要技术参数如下： 井眼适用范围5-7/8到12-1/4最小采样周期20秒测量范围-3.10 gcm3系统测量误差+/-0.025 g/cm统计精度0.015

11、 g/cm垂直分辨率18 in光电Pe6 in探测半径2-4 in吉尔林克LWD系统简介1. 感应电阻率传感器（TRIM） 吉尔林克LWD系统感应电阻率传感器（TRIM）主要由发射线圈和同意线圈组成。放射线圈向地层中发射交变电流，在地层中产生交变磁场，交变磁场中的单元环产生交变电流即涡流，地层中的涡流在同意线圈中产生感应电动势，再通过刻度、换算，就成为地层电阻率。随钻感应测井工具，适用于所有MWD仪器的工作环境。能够直接与有线感应工具测量信号进行比较。随钻感应电阻率测量地层的真电阻率，从而能参与地质解释。由于随钻测量的特点，泥浆对地层的侵入很小，大体上能够忽略侵入影响。工作范围较大,从 200

12、0 。有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，能够在水基，油基或饱和盐泥浆中利用。TRIM工具性能参数：工作频率 工作温度 -25 150C测量范围 2000 垂直分辨率 12 24 0.610 m) 探测深度 1122.845m/ 84 (2.130m) 1 泥浆类型 水基,油基和饱和盐水型经受压力 15,000psi MPa)最大工作排量 750 GPM (47L/s)电池寿命 250 hours (持续测井)1.2.2 GEOLINK自然伽玛自然伽玛用于测量地层中的自然射线，由于不同地层的自然放射性不同，故自然伽玛测量可用

13、于定性识别、划分地层岩性。井下探管通过伽玛探测器将地层的自然伽玛射线转换成电脉冲信号，通过处置后，取得伽玛射线的计数率，通过MWD的泥浆脉冲传输系统传输到地面，经处置后取得实时伽玛曲线。同时，伽玛计数率被送入伽玛探管的存储器中存储，待探管从井底掏出，将存储的数据处置后，取得回放的伽玛曲线。GEOLINK自然伽玛传感器性能参数：工作温度: -25150电池寿命: 持续测井250h测量范围: 0 500API精准度: 2 API垂直分辨率: 6(152.4mm) 内存数据获取率: 每16秒一个数据冲击： 1000g1/2 ms振动： 20g rms 30300Hz stochastic 30g 5

14、0300 Hz sine 应用LWD随钻测井技术的主要应用1.3.1 实时随钻测井 LWD能够在钻进作业进行的同时，实时的测取地质参数，并依照用户的需要，绘制出各类类型的测井曲线，提供给地质人员作为进行地质分析的依据。由于是实时测量，地层暴露时刻短，在钻时较快的情形下，暴露时刻能够忽略不计。因此，测井曲线是在地层液体有轻微入侵乃至没有入侵的环境下取得的，与电缆测井相较，更接近地层的真实情形。能够使咱们取得方才打开储层的油藏物性的最初期资料。同时，由于是在钻进速度下进行测量，因此与电缆测井相较，具有更高的精度。在必要的情形下，还能够将LWD测井曲线与电缆测井曲线进行对比，取得地层被流体侵入的实际

15、资料，为进行地层液体的特性分析提供帮忙。（见图-4）。1.3.2 地质导向 LWD提供的实时地质参数数据，能够帮忙现场人员随钻监控地质参数的转变情形，对将要出现的地层转变作出准确的判断。因此，配合定向参数测量传感器，在水平井钻井中，能够采用LWD配合导向钻井工具进行地质导向，准确的控制井眼轨迹穿行于储层中有利于产油的最佳位置，有效的回避油/气和油/水界面。这一技术，对于大幅度的提高单井产量和储层采收率具有重要的意义。1.3.3 风险回避 对地质参数转变的综合分析，能够帮忙预测诸如地层异样压力等有可能出现的风险因素。另外，若是在LWD中附加DDS钻柱振动传感器，还能够及时的探测到钻柱猛烈振动的发

16、生。因此，现场人员能够按如实际情形，分析发生风险的可能性，提前采取办法，控制风险的发生或减少损失。1.3.4 提高钻井效率 LWD测量的实时性，使得现场人员能够随时监控井眼轨迹的走向和相应的地质参数转变。因此，能够按照需要和现场情形，及时的采取相应的办法，有效的控制井眼轨迹的走向，从而能够显著的提高钻井效率，缩短钻井周期，从整体上降低钻井本钱。 1.3.5 地层预报利用自然伽玛和电阻率随钻测井曲线，能够划分岩性并肯定地层界面，进行地层物性的初步评价。而且由于其探测深度别离为30mm和762mm，故水平段钻进时，按照曲线转变能够预报地层转变，实现地质导向钻井。事实证明这一特性，对指导水平段的轨迹

17、控制具有重要的意义。 LWD的电阻率传感器的探测半径为0.76米，在井斜角接近90度时，电阻率传感器能够钻头提前探测到下部油藏。通过几何关系的计算，能够计算出预测距离（图5）。 这一特性，在薄油层水平井开发中取得了专门好的应用。能够准确的预报储层的位置，及时的调整井眼轨迹精准命中目的层。现场实践证明，水平段钻井施工中，当井眼轨迹接近上部或下部泥岩时，电阻率的转变会出现一样的情形。结合伽玛测井曲线，能够分析井眼轨迹所处位置的油藏物性。油藏研究表明，营31断块油藏中，当伽玛读数为60-70API单位时，油藏物性最好；利用这一点，能够准确肯定井眼轨迹在油藏中的位置，提前预报油藏界面的出现， 将井眼轨

18、迹控制在目的层中油藏物性最好的位置。这对于提高油藏的采收率和单井产量具有重要的意义。1.3.6 减少中间电测，缩短钻井周期由于LWD能够实时随钻测井，并及时指导井深轨迹进入目的层，因此，能够省去查验是不是进入目的层的半途测井，减少施工工序，缩短钻井周期，节约钻井本钱。1.3.7 减少浸泡时刻，有效保护油气藏LWD的测井传感器距离钻头很近，所测数据为新钻井眼的数据，真实地反映了地层的真实参数。同时由于完钻即可进行下套管等丸井作业，减少了地层的浸泡时刻，降低钻井液对储层的污染，能够有效保护油气藏。 LWD随钻测井技术的作用随钻测井提供油藏地质实时地质参数、岩性转变情形及随钻测井图。 利用LWD测井

19、曲线肯定标志层垂深、准确的划分地层界面、肯定标志层深度位置。利用LWD曲线划分地层、肯定岩性界面、预测实钻轨迹距离油顶的距离，预测井眼轨迹在油层中行进情形，实时指导钻井施工。利用实时随钻测井曲线指导精准入靶，精细控制轨迹在油层内穿行。 分辨地层,肯定地层岩性、泥砂/砂泥岩含量评价。 分辨油、气、水层和油/气、油/水界面，判断油气的运移。分辩薄油气层，有效开发地下油气资源。按照地层侵入带、冲蚀带和纯地层的电阻率，评价岩层性质。 LWD随钻测井技术的实际应用效果在LWD随钻测井技术的应用进程中，应用领域不断扩展，服务地域不断扩大，在薄层油藏等难动用油气资源的钻探开发方面取得了良好的效果，目前钻井工

20、程技术公司已完成304口井的测量施工。所完成的水平井，开发效果都达到了预期的目的，几乎所有的水平井都取消了半途对比电测，从定向到完钻平均钻井时刻比原来缩短5左右天，取得了显著的经济效益和社会效益。 第二章 LWD随钻测井技术的应用情形 LWD随钻测井仪器在胜利油田的应用随着市场经济的日趋深切，市场竟争日趋激烈，提高油田开发效益已迫在眉睫，迅速提高经济效益，开发薄油层、边底水油层等复杂油藏是提高老油区经济效益的有效手腕之一。抓住机缘，进展油田，增加原油产量，增加油气开发途径，针对油田形势，利用自身技术优势，踊跃开拓深挖技术潜力，利用先进的管理经验和先进的钻井新技术新工艺不断攻克难题，推行应用成熟

21、技术和新的技术办法，将会面到良好效果。1999年下半年，引进LWD地质评价无线随钻测量系统，通过现场测试性施工后，在桩1-平5和埕北21-平1进行了先导性实验，取得成功，所测取的地质参数曲线与测井曲线进行对比，完全吻合，知足钻井进程油藏分析要求。2000-2002年，对中国石化集团公司重点科研项目已开发油田水平井地质设计及薄油层水平井钻井技术进行技术攻关，在胜利油田利用LWD完成薄油藏及边底水油藏水平井32口,油层穿透率平均达85%以上,取得了良好的经济效益，利用LWD取得的测井资料经与邻井电缆测井资料对比，提高了油层钻穿率，并获国家科技进步二等奖，取得庞大的经济效益和社会效益。2003年依照

22、胜利石油管理局新技术、新工艺推行应用的整体部署，于2003年1月进入大规模推行应用。LWD测量施工工艺日趋成熟，实现了对地下多层复杂油藏的合理开发，知足了不同油区不同油藏的开采要求，降低了钻井本钱，极大的提高了开发速度，提高了油藏的采收率。2003年以来前后在胜利油田的桩西、孤岛、孤东、河口、东辛、现河、纯梁等9个采油厂及新疆哈德油田、四川气田、冀东油田利用LWD完成水平井242口，慢慢形成了人材、技术、设备的完整配套，具有了推行应用LWD地质导向技术的能力。 应用实例2.2.1 营31断块薄层水平井开发营31断块是一典型的断块油藏。布置营31-平、营31-平2井的目的，是利用水平井控制面积较

23、大的优势，开发营31断块反向屋脊式油藏高部位的沙一33油层的剩余储量。提高构造高部位储量的动用程度，改善开发效果，提高采收率。图7为东营凹馅北陂断块构造图。沙一33油层于1968年7月开始开采，曾经取得较高的产能。但由于后期边水的突进和低水上升形成的水锥，造成高含水，油井无水采油期短。该构造原含油面积平方千米,石油地质储量87万吨。已累计产油万吨，产出程度仅为%。若是依照最终采收率39%计算，可采储量为万吨。计算得出，该构造的剩余储量为万吨。地质预报，可供开采的剩余油厚度在2米左右。复杂的地质条件限制，形成了目的层独特意质构造特点：三面有断层，下有底水，油层厚度薄，地质情形不明朗。北、东、西三

24、面的断层，造成了油层位置的不肯定，在前期的开发设计中无法给出准确的目的层位置和深度；而下部的底水一旦在开发进程中被钻穿，会破坏被开发的油层。能够想象，开发难度是相当大的，采用常规的钻井技术无法进行。营31-平1井是该构造上第一口水平井，也是国内第一次采用水平井地质导向技术开发由水锥隔间的剩余油藏。由于该类型油层在东部老油区散布普遍，因此，该井的成功实践，对老油区的二次开发有着普遍的意义，应用前景广漠。 营31-平1井于2001年10月7日开钻，10月12日钻达造斜点。13日下入LWD进行地质导向施工。当钻至井身1814米（垂深）时，从测井曲线上观察到电阻率有明显的转变（升高），估计即将进入油层

25、，按照那时的井斜角、地层倾角和电阻率的探测深度，计算得出再钻进36左右，既在井深1850米左右钻遇油层。基于上述判断，及时的调整井斜角至设计入靶井斜角，结果在井深抵达1850(垂深米时，伽玛值明显下降，电阻率明显升高，两条测井曲线呈现背向而驰的趋势，表明已经钻入油层（见图8）。预算数据与实际结果十分吻合。由于在入A点前及时的将井眼轨迹的入靶姿态调整到最佳位置。进入水平段后的施工，相对超级顺利，利用LWD的测井曲线，一直控制轨迹在伽玛测量值在65API至80API（油层显示较好）之间。当钻进至1966米时，测井曲线形态发生明显转变，伽玛值升高至110API，电阻率下降至6-7欧姆米，而两条曲线在

26、此之前，都没有异样显示，地质判断钻遇断层，完成水平段控制任务。该井于2013米完钻。实际水平段长度116米，穿越油层长度116米，油层穿透率达100%。图9是营31-平1井随钻监控轨迹图。LWD在营31-平1井的成功应用，第一是准确探明了目的层，避免了由于地层情形不明，设计出现误差，而造成寻觅不到油层，填井报废进尺。与设计靶点相较，LWD预测的实际油层深度垂深下沉的5.9米。若是没有LWD的地质导向作用，井眼轨迹的控制将无法实施。第二，在水平段的钻进进程中，准确的预报地层转变和断层的出现，避免钻穿底水和钻遇边水，造成对油层的污染。图10是LWD随钻监控实例图。营31-平1井的成功实践，为胜利老

27、油区剩余油的开采提供了一条新路。以后，又前后采用地质导向水平井钻井技术了营31-平2井等一批开发 老油区剩余油储量的水平井，取得了良好的经济效益。2.3.2 桩1-平11井的应用（1）桩1-平11井大体数据桩1断块位于长堤油田北部，该块地理位置位于山东省东营市河口区境内，区域构造位于济阳凹陷东部，长堤潜山披覆带西翼二台阶的北端。桩1-平11井是在桩1断块第一次运用LWD施工的水平井，目的是开发Ng6油藏高部位，设计剖面图如图11所示：桩1-平11井位于桩1块的高部位，复杂的地质条件，形成了目的层独特意质构造特点：三面有断层，下有底水，且地质情形不明朗；南、东、西三面的断层，造成了油层位置的不肯

28、定，在前期的开发设计中无法给出准确的目的层位置和深度；而下部的底水一旦在开发进程中被钻穿，会破坏被开发的油层。在接近目的层以前没有标志层的情形下，钻进目的层难度超级大。在LWD的指导下，在斜深1651m进入主力油层，水平段从斜深1651m到斜深1895m，又曾穿透率达100%，整个水平段在油层高部位穿过，达到桩1-平11井的施工要求。后期效应与社会效益： 桩1-平11井建井周期短。与桩1区同类型井比较，建井周期缩短3-4天，因应用LWD此井从造斜点到完钻只用两趟钻，没有半途点电测与对比电测，减少了起下钻次数，而且减少了油层因泥浆浸泡而受到污染。 桩1-平11井产量高。此井与邻井或同类型水平井相

29、较，产量与含水均好于本区同类型井，用8mm油嘴放喷，日产液方，含水56%。2.3.3 在桩139平台水平井的应用桩西油田桩139丛式井平台位于桩西油田北部滩海地域，是填海建造的人工大坝钻井平台，开发位于海中的桩西潜山披覆高陡构造北部的桩139区块的馆陶组油气藏，在139平台上部署19口丛式井和2口水平井，是目前国内最大的海油陆采丛式井平台井组，它是应用海油陆采方式开发浅海油藏的科学性尝试。桩139平台上的2口水平井，油藏设计主要依据三维地震资料，为了保证准确钻遇目的层，采用地质导向钻井技术，采用带地质参数的无线随钻测量仪器LWD，在钻进进程中进行随钻测井，监测地层转变，随时调整井眼轨迹，确保井

30、眼在油层的最佳位置穿行。桩139-平1井施工中，钻进到井深1865m（垂深1600m）时，进尺突然变快，LWD显示电阻率增高，伽玛值降低，经对比发觉实际油层垂深比设计靶点垂深减少了7m，地层按地震图向北变深，现场决定全力增斜，通过调整井眼轨迹，实际钻穿油层165m。 桩139平2井的钻进到井深2115m（垂深1619.65m）进尺突然变快， 电阻率由2 升高到20左右，伽玛值较低，经地层对比实际油层垂深与设计靶点垂深（1621m）大体相符，增斜钻进将井斜角由84增至88。通过调整桩139-平2井井身轨迹，实际钻穿油层285m，油层穿透率达100%。利用地质导向钻井技术较好地控制井眼轨迹沿油层的

31、最佳位置穿行，实现地层实时地质评价，避免由于地层情形不明而造成找不到油层等情形的发生，有效地指导了水平井施工。2.3.4 在磨152H井的成功应用磨152H井位于四川省遂宁市和重庆市潼南县境内的磨溪构造，区域构造处位于四川盆地川中古隆中斜平缓构造区南部，南于潼南构造相连，北为遂南，东与龙女寺构造相连，西于高石梯构造相望。磨152H井的钻探目的是开发磨溪构造嘉二1气藏的天然气资源，嘉二1上部灰色石膏，中部深灰色云岩、灰色砾屑云岩，下部褐灰色针孔云岩。中下部白云岩、针孔白云岩是该井选择的地质靶体，以针孔白云岩为主要储集层，属孔隙型岩性气藏，地层压力67MPa左右。LWD地质无线随钻测量系统在孔隙型碳酸盐岩性气藏的气井中利用，在国内尚属第一次。本井的地质结构情形比较复杂，大部份地层是灰岩、白云岩、石膏的互层，部份含有泥质，运用自然伽玛、电阻率划分地层比较困难。咱们将测出的实时测井曲线转变成垂深曲线，及时与相邻的磨22井测井曲线进行对比，顺利找到储层。并按照储层曲线特征，指导水平段