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一文看懂:随钻远探-前视技术的现状与未来

一文看懂:随钻远探-前视技术的现状与未来

作为随钻测井的重点技术之一,近年来随钻远探-前视技术在国际范围内取得了快速发展,国外几大油服公司均取得了一定研究进展,但国内在这方面仍鲜有成果。

作者 | 二丫

随钻测量技术最早兴起于国外,到1980年Schlumberger公司推出第一支随钻测量(Measure While Drilling)工具M1,该工具仅能提供井斜、方位和工具面测量,不能满足复杂地质条件下的钻井需求。定向钻井技术的研发促进了MWD工具的快速发展,使其在数据传输速率、稳定性、耐磨性、工作频率可变、抗振性、体积更小等方面表现逐渐变优异。随着高斜度井、水平井、大位移井的增多,随钻测量工具与钻井工具组合形成类似于常规电缆测井,并能够将实时数据传输地面的随钻测井(LoggingWhile Drilling)技术。

在低油价新常态下,各项高新技术如雨后春笋般涌入油气行业。其中,随钻远探-前视技术被定义为油气行业“极具发展潜力的20项新技术”之一。

随钻远探-前视技术技术可保证钻头在油藏中钻进,引导钻头钻达“甜点区”;配合随钻流体分析等技术,可提供全面的井下油藏信息;减少测井占用海上平台的作业时间,降低作业成本;有效优化钻井决策,提高储层钻遇率、机械钻速和钻井安全性,达到提高单井产量、降低吨油成本的目的。

随钻远探技术是利用测井仪器探测距井眼较远范围的流体边界、地层边界以及其他地层信息,其探测方向垂直于井眼方向,主要用于油藏描述与地层评价。

随钻前视技术是利用测井仪器探测钻头前方未钻开地层的地层界面,其探测方向与井眼/钻进方向相同,主要用于地质导向。

2015年以来,国外随钻远探-前视技术获得巨大发展,斯伦贝谢、哈里伯顿等公司先后推出Geosphere、Earthstar、IriSphere等随钻技术,远探距离可达到60 m,前探距离30 m;而国内目前暂未获得重大突破。

按照测量方式,随钻远探-前视测井技术可分为随钻电法测井、随钻声波测井、随钻地震测井。

随钻电法远探-前视测井技术

随钻电法远探-前视技术能够综合利用包括地层电导率、井下流体特性等在内的多种信息,通过反演的手段,识别数十米外的地层、油藏边界,相较传统的测井技术其探测距离大大提升,主要应用于随钻油藏描绘和地质导向。

随钻方位电磁波测井技术是主动式的储层边界探测地质导向技术的核心,其中斯伦贝谢的PeriScope15(探边距离4.57 m)、哈里伯顿ADR(探边距离5.5 m)以及贝克休斯的AziTrak(探边距离5 m)应用最为广泛。

2008年、2010年斯伦贝谢公司先后推出了PeriScope HD、随钻深方位电阻率(DDR-LWD)等电磁波电阻率仪器,远探距离达30 m,并具有一定前视能力。

2014年斯伦贝谢使用基于DDR-LWD(Deep Directional Resistivity LWD)的Geo-Stopping服务解决了澳大利亚Wheatstone海上LNG项目遇到的难题,在距离气层边界不足3 m的地方布置了与气层水平顶部呈45°角的9-5/8 in生产套管,最大限度的提高了储层的生产能力,充分展示了随钻远探-前视技术的应用价值。

斯伦贝谢PeriScope15 & PeriScope HD

PeriScope15的核心是一个多频多源距电流环天线线圈系,该仪器的天线系组成如下:

① 一对放置在仪器两端与仪器轴成45°夹角的接收天线R3和R4,另一对接收天线R1和R2放置在R3和R4之间,其磁矩方向与仪器轴一致。
② R3和R4之间有5个发射天线(T1—T5),其磁矩方向与仪器轴一致,还有一个发射天线T6的磁矩方向与仪器轴垂直。
③ R4的井斜角为45°,方位角为90°,T6的井斜角为90°,方位角为45°,其余为0°。
④ 发射天线T1—T5与接收天线R1R2共同构成标准ARC电磁波电阻率仪器。

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和常规的随钻电磁波电阻率测量仪器相比,PeriScope15可实现定向测量、横向测量和纵向测量。定向测量为补偿方式,含有4个源距,分别为96 in(2 .44 m)、84 in(2 .13 m)、34 in(0 .86 m)和22 in(0 .56 m),含有3个发射频率,分别为2 MHz、400 kHz和100 kHz ;横向测量为非补偿方式,含有两个源距,3个发射频率;纵向测量为非补偿方式,1个等效源距,两个发射频率。仪器的探测深度、纵向分辨率、电阻率探测范围等与A RC系列仪器一致,且不受钻井液类型影响。

PeriScope 15的主要功能可分为:实时方位成像、实时地质导向、实时地质模型及实时储集层评价,且所有的测量数据可存储于大容量井下内存中,待仪器从井眼中取出后回放。回放数据较实时数据精确。

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PeriScope 15的边界探测、方位识别及成像对照

PeriScope HD多层地层界面检测技术通过将反演模型和方位角测量设备相结合,来对高级井位的地层边界和多产层进行精准定位和描述。PeriScope HD已经在中东、欧洲、亚洲和南美的储藏试验过,同时也在北美的薄储层试验过。无论是在导电或非导电的钻井液中,该技术都能检测到地层边界位置。

哈里伯顿InSite ADR

InSite ADR传感器是哈里伯顿Sperry钻井服务公司推出的新一代随钻测井传感器之一,它将深读数(18 ft)导向传感器和传统的多频补偿电阻率传感器结合在一起。InSite ADR传感器的测量指标见下表。一个仪器能够提供多个测量,用于精准的井眼定位和更精确的岩石物理分析。深读数、定向和高分辨率图像可以在钻头钻出目的层之前提供警示信息,使井眼保持在油藏的最高产位置,为优化井位布置、产量最大化和延长油田寿命提供理想的解决方案。

InSite ADR传感器在仪器四周32个不连续的方向上以不同的探测深度采集数据。其较大的探测深度有助于及早了解岩性和地质构造变化,当存在地震测量无法探测到的小型交叉断层时,多深度测量能够描述不同的地层,并进行断层两侧的地层对比。

贝克休斯AziTrak

AziTrak探边工具是一个完全集成的MWD/LWD套件。其两个关键技术提供了较深的探测深度,精准的界面方位和油藏地质导向数据,并以成像形式显示如何接近地层、界面和产层。第一个关键技术是沿着工具轴向相互正交排列的多线圈天线,可提供360°全方位探测。第二个关键技术是INTEQ独家拥有的铁素体天线。这些天线可感应产生很强的电磁波信号,测量很深的地层。通过测量电阻率信号的大小和幅度来确定地层方向、方位和图像,用于地质导向服务。

2014年斯伦贝谢推出GeoSphere随钻油藏描绘技术,通过多间距、宽频谱的超深方位探测方法,可以获取距井眼30 m范围内地层电阻率变化信息,并采用自动实时多层反演技术,在厚度、倾角、各向异性等参数未知的情况下,及时获取准确的地层电阻率展布和地层倾角及电阻率分布特征,从地层电性角度精确描绘油藏特征(点击查看:GeoSphere随钻油藏描绘技术)

2018年哈里伯顿推出的EarthStar随钻电磁波测井技术,远探距离达到68 m,比目前业内常规产品的探测距离高1倍左右(点击查看:EarthStar随钻电磁波测井技术)

在进行随钻远探测井作业时,通常也会配合多种测井技术协同作业,比如流体分析等,以增加对油藏的认识。

2017年斯伦贝谢推出SpectraSphere服务(点击查看:SpectraSphere随钻流体测绘服务),可以在钻井过程中提供高精度流体成分数据,协助作业公司获得更全面的油藏动态信息。除了斯伦贝谢外,贝克休斯也进行了相关研究,并在2018年推出了FASTrak Prism随钻流体分析服务(点击查看:FASTrak Prism随钻流体分析服务)等。

对于实现地质导向功能来说,及时了解钻头前未钻开地层信息,提前发现油藏边界,才是最直接、最有效的方法,为此关于随钻前探的技术逐步发展起来。

2016年斯伦贝谢率先获得突破,推出EMLA样机,其前探距离最远可达到30 m。2019年斯伦贝谢推出Irisphere服务(点击查看:Irisphere随钻前视技术),随钻前视技术正式实现商业化应用。

随钻声波远探-前视测井技术

国际公司在反射声波成像测井方面开展了方法和应用研究,虽取得了一些进展,但进步较慢。

目前市场上广泛应用的随钻声波测井仪主要包括威德福的ShockWave、贝克休斯的SoundTrak、哈里伯顿的QBAT、斯伦贝谢的SonicScope(点击查看:SonicScope随钻声波测井技术)等,探测深度小于1 m,与随钻电磁波测井仪存在明显差距。

威德福ShockWave

威德福的冲击波声波工具(ShockWave Sonic Tool)采用高能声波信号频率10-15KHz,应用中子发射器发出高能纵波信号,并沿泥浆向地层传播,形成纵横波波头在地层中继续传播,同时反射生成相同速度的纵波波头沿泥浆传播到接收器。接收器再根据收到信号的时间前后计算时差。该工具最高操作压力、操作温度和排量可分别达到30,000 psi(207MPa)、329 ℉(165 ℃)和750 gpm(2,650 Lpm)(6 3/4 in.工具)。

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ShockWave工具测量参数

随钻地震远探-前视测井技术

目前国际提供随钻地震服务的公司主要有斯伦贝谢和贝克休斯。1991年斯伦贝谢推出随钻逆VSP技术,前探距离约300 m。为了解决随钻逆VSP技术信噪比低等问题,1997年又开始研究随钻VSP技术;2003年推出seismicVISION随钻VSP技术,前探距离约2400m。2014年贝克休斯推出SeismicTrak随钻VSP技术(点击查看:SeismicTrak随钻地震技术),前探距离达到数百米。

技术发展趋势

随钻远探-前视本身尚未成熟,部分基础问题还有待攻关,目前针对“探边距离”的具体标准也尚未形成统一的行业标准,但其发展潜力目前已经受到了行业的一致认可。

国内侯亮等人针对随钻远探-前视的发展趋势进行了预测,并将“一趟测”与智能化列为随钻远探-前视技术的重点发展方向。

首先,将随钻远探-前视技术整合到“一趟测”测井技术中,不仅可以在钻井过程中测量所有所需的测井信息,完成流体、岩心采样作业,还可以提供地质导向、随钻油藏描绘等功能,在降低作业风险的同时提高钻遇率与单井产量。

另一方面,随着有缆钻杆、有缆连续管的不断发展,在大数据、云计算等高新技术的推动下,预计随钻远探-前视技术有望发展为智能随钻远探-前视技术,实现更准、更快、更远的随钻测量,并成为智能油田、智能钻井的一个重要组成部分。

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