過鉆頭測井技術(shù)及其應(yīng)用

1、9WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGY綜述過鉆頭測井技術(shù)進展平 1周利軍 2趙1 大慶測井公司 2 大慶燃氣公司摘 要：過鉆頭測井(TBL)技術(shù)是由 Shell 和 Reeves 石油公司共同開發(fā)的，它可以取代標(biāo)準(zhǔn)電纜測井技術(shù)和隨鉆測井技術(shù)，具有節(jié)省本錢和操作方便等特點。其工作原理是測井儀經(jīng)過鉆桿，通過特制 的鉆頭進入裸眼內(nèi)，采集到的地層評價數(shù)據(jù)由電纜工具從地面讀出或儲存起來在起鉆時起出井 眼。介紹了 TBL 工作原理、優(yōu)點和開展趨勢以及在北海油田惡劣環(huán)境井眼中的應(yīng)用實例。最后對 TBL 技術(shù)開展進行了總結(jié)。主題詞：過鉆頭測井；隨鉆測井；電纜測井器串底部的輸送工具把硬合金

2、齒釋放到鉆頭外部，然后運送到鉆頭下面的裸露井孔內(nèi)。鉆頭開口的 直徑為 2-12in。TBL 鉆頭性能與標(biāo)準(zhǔn) PDC 鉆頭的 類似如圖 3 所示，因為其外部結(jié)構(gòu)與改良前的鉆 頭圖 4一樣，內(nèi)部鎖緊機構(gòu)也不影響鉆頭的根本 功能。0前言自 1927 年斯侖貝謝兄弟測得第一條測井曲線 以來，測井技術(shù)經(jīng)過 80 多年的開展，期間發(fā)生過許 多革命性的變化。測井?dāng)?shù)據(jù)的采集方式從最初的 電纜測井到隨鉆測井，開展到今天的過鉆頭測井。 盡管每種方式都有其優(yōu)點，但測井作業(yè)是要依據(jù)作 業(yè) 成 本 、作 業(yè) 效 果 和 作 業(yè) 風(fēng) 險 選 擇 不 同 的 作 業(yè) 方 式。為應(yīng)對復(fù)雜的測井環(huán)境及降低測井作業(yè)本錢， She

3、ll 殼牌公司研發(fā)部門從 1998 年開始就對過鉆頭 測 井TBL方 法 進 行 研 究 。 過 鉆 頭 測 井 自 開 發(fā) 以 來，解決了多種技術(shù)難題，于 2021 年 12 月首次投入 商業(yè)應(yīng)用1。曾于 2005 年和 2021 年兩次榮獲國際 石油科技十大進展工程5。1工作原理過鉆頭測井是指測井儀器穿過鉆頭而進入測 量井段進行測井?dāng)?shù)據(jù)采集的作業(yè)方式。測井作業(yè) 時，利用鉆具和鉆頭作為導(dǎo)管將測井儀器下入裸眼 井段進行測量圖 1。TBL 鉆頭是一種常規(guī)的聚晶 金剛石復(fù)合 PDC 鉆頭，只是對其進行了一些改造， 將鉆頭中間改為一個可以去掉的插件，形成一個 2.5 英寸移動通道，插件和鉆頭孔眼內(nèi)的

4、套筒相連圖2。正常鉆井操作過程中，鉆頭的中央磨片硬合 金齒被鎖入鉆頭內(nèi)。如有需要，用固定在測井儀圖 1 TBL 作業(yè)原理圖圖 2 鑲嵌件伸出鉆頭后的示意圖作者簡介：趙平1966 -，女，副譯審，現(xiàn)在大慶測井公司從事海外市場的經(jīng)濟技術(shù)評價工作。進行 TBL 作業(yè)的測井儀器必須是小直徑，并且能 夠 以 電 纜 式 和 存 儲 式 兩 種 方 式 進 行 測 井 作 業(yè) 。Reeves 公司的小型測井儀器串直徑只有 2.25 英寸，包含電池和數(shù)據(jù)存儲模塊，可提供陣列感應(yīng)、雙側(cè)向、高分辨率電阻率、巖性密度、井徑、自然伽馬、中 子孔隙度和聲波時差等曲線或數(shù)據(jù)。輔助測量包 括兩臂井徑、導(dǎo)航和溫度等數(shù)據(jù)。重

5、復(fù)式地層壓力 測試器目前僅能按電纜測井模式進行工作。偶極 聲波和電阻率成像測井儀器正在開發(fā)之中。儀器 串 連 續(xù) 工 作 時 額 定 溫 度 和 壓 力 分 別 為 125 和12.5kpsi(86Mpa)。2 優(yōu)點及開展趨勢2.1 優(yōu)點TBL 用于相對惡劣的鉆后裸眼井環(huán)境，可靠性 更高。其主要優(yōu)點為1：* 降低作業(yè)風(fēng)險* 增強數(shù)據(jù)采集的平安性* 減少鉆機在用時間* 為繼續(xù)鉆井提供鉆頭前方地層數(shù)據(jù)* 支持遠距離的鉆井作業(yè)* 提供連續(xù)的高質(zhì)量電纜測井?dāng)?shù)據(jù) 該采集系統(tǒng)中，測井儀器在鉆桿中通過一個特殊設(shè)計的鉆頭進入井眼，地層評價資料采集用電纜 方式或隨鉆方式。采用后一種方式，可以在起出鉆 具過程中采

6、集數(shù)據(jù)，提高了鉆機效率。TBL 系統(tǒng)利用鉆柱傳送小直徑測井儀器，通過圖 3 TBL左鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)的 PDC 鉆頭右的比擬圖 4 TBL 鉆頭TBL 鉆 頭 的 尺 寸 為 12-145-78in。 該 鉆 頭由標(biāo)準(zhǔn)的鉆頭設(shè)計研制而成，目前由 Varel 公司制 造 ，插 入 套 筒 和 下 入 工 具 由 蘇 格 蘭 Arbroath 的 Pioneer Oil Tools 公司研制。有兩種下入工具，一種 是單向式的，插入件和套筒以半永久方式鎖住，只 能在起出井筒后在地面分開。這種方式用于將儀 器串通過鉆頭下入井中然后測井，通過起出鉆桿返 回地面。另一種是雙向鎖閂，采用可恢復(fù)和可逆的 鎖閂方法，

7、可使測井儀縮回鉆頭內(nèi)，關(guān)閉并繼續(xù)鉆 井。測井儀器有兩種工作模式：電纜式通過鉆頭 和存儲式測井儀器懸在鉆頭里。兩種情況下，測 井儀器都可通過電纜或牽引器下放到井內(nèi)。對于 簡單的一次性的存貯測井應(yīng)用而言，目的是把儀器 串穿過鉆頭，然后在起出套管過程中一直測量到地 面；對于較為復(fù)雜的雙向儀，具有可起出/可收回的 鎖扣功能。測完井后，測井儀器經(jīng)鉆頭收回返至 地面。關(guān)閉鉆頭中部，準(zhǔn)備再次鉆井或測量其它 工程。目前，該儀器只在檢查或劃眼起下鉆過程中泥漿馬達或隨鉆測井已經(jīng)撤除使用。使用電纜 測井模式時，地面系統(tǒng)是一個精心設(shè)計的、微機控 制的采集系統(tǒng)，井下儀器可使用各種單芯電纜，增 加了作業(yè)的靈活性。使用存儲

8、模式時，從存儲模塊 內(nèi)取出數(shù)據(jù)，下載到微機上。這種情況下，不用電 纜裝置，具有作業(yè)、后勤和本錢方面的好處。特殊設(shè)計的 PDC 鉆頭進入裸眼井段完成數(shù)據(jù)采集，測量數(shù)據(jù)可以通過電纜傳送到地面，或存儲在儀器中。TBL 的優(yōu)勢是降低測井本錢和風(fēng)險，能夠在無 法使用其他測井方法的困難井眼條件下取代其他 測井方法。有了 TBL 系統(tǒng)，多數(shù)情況下可以在最后起鉆過 程中對關(guān)鍵井段進行測量，對于必須進行鉆桿傳送 測井的井眼尤有價值。同時，中間測井的本錢更具 吸引力。過鉆頭測井與電纜測井和隨鉆測井比擬而言，它們的測井作業(yè)方式是不同的。概括起來是：電纜測井是一種“先鉆后測的測量方式；隨鉆測井是一 種“鉆測同步的測量

9、方式；過鉆頭測井是一種“時 鉆時測的測量方式。過鉆頭測井技術(shù)兼具電纜測 井和隨鉆測井二者的優(yōu)點，具有作業(yè)本錢低、節(jié)省 作業(yè)時間、作業(yè)風(fēng)險低和可獲取高精度測井?dāng)?shù)據(jù)等112021 年第 4 期趙平，等：過鉆頭測井技術(shù)進展特點見表 1。表 1 三種測量方式比照表應(yīng)用實例過鉆頭測井系統(tǒng)是對電纜測井與隨鉆測井技 術(shù)的重要補充。該系統(tǒng)已經(jīng)在北海、得克薩斯等地 進行了屢次測試，大大節(jié)約了鉆機時間和本錢，在 井 眼 條 件 差 的 井 中 ，獲 得 了 高 質(zhì) 量 的 地 層 評 價 數(shù) 據(jù)。2004 年 1 月，在北海南部的一口垂直探井中進 行了 TBL 施工。2021 年 12 月，過鉆頭測井系統(tǒng)在得 克

10、薩斯完成首次商業(yè)應(yīng)用4，在目的層段采集了陣 列感應(yīng)、補償中子、補償密度和自然伽馬三組合 測井?dāng)?shù)據(jù)。過鉆頭測井技術(shù)適用于井眼坍塌和頁巖膨脹 等惡劣井眼條件，對于水平井和大斜度井等高風(fēng)險 作業(yè)條件也是一種很好的選擇。過鉆頭測井在北 海探井和評價井中進行了作業(yè)，克服了常規(guī)電纜測 井作業(yè)遇阻的問題，取得了高質(zhì)量的測井?dāng)?shù)據(jù)1。實例 1：探井2004 年 1 月，在北海南部的一口垂直探井中進 行了 TBL 施工。如圖 1 所示，該井穿過一鹽層，鹽層 有一局部井段井眼坍塌，坍塌處位于井眼尺寸為 8.5 英寸的目的層的上部。TBL 作為鉆后試驗也抵達現(xiàn) 場 ，以 便 在 最 后 的 鉆 頭 無 法 鉆 至 井

11、 底 時 使 用 。 然 而，鉆井按原方案進行，TBL 沒有時機。不過，意想 不到的井眼問題使得 TBL 測井得以應(yīng)用。常規(guī)的 “四組合電纜測井儀器串卡在了套管鞋下面，操作 員決定啟用 TBL。TBL 鉆頭鉆過鹽層，正好鉆入儲 層的頂部見圖 1。然后，使用雙向送入工具翻開 襯管，把連接到電纜上的測井儀器串在鉆桿內(nèi)通過 鉆頭送到裸層段使用封隔裝置保持泥漿循環(huán)不間 斷。用 TBL測完目的層后，收回儀器。以同樣的方式 完成了用外徑為2.4英寸的地層壓力測試儀的測量，成功 獲取了5個壓力測試結(jié)果和4組合測井曲線圖6和圖7。3TBL 系統(tǒng)已經(jīng)在假設(shè)干井中完成了測試，該系統(tǒng)已經(jīng)成熟，將在垂直與中等斜度的井

12、中進行測井服 務(wù)。這種測井方法可節(jié)省鉆機時間，減少裸眼井暴 露時間，是特別適于困難井眼環(huán)境的低本錢測井方 法，目前已經(jīng)推廣到商業(yè)應(yīng)用。研究說明，這種新 的 測 井 方 法 可 以 使 建 井 成 本 降 低 912圖 5。 已成為經(jīng)濟有效的替代常規(guī)裸眼井電纜測井和隨 鉆測井的方法。圖 5 過鉆頭測井可以使建井本錢降低 9122.2 開展趨勢3過鉆頭測井技術(shù)已經(jīng)日漸成熟。過鉆頭測井 技術(shù)的開發(fā)導(dǎo)致了過孔鉆井Through-bore drilling， TBD概念的產(chǎn)生。過鉆頭測井在將來的 TBD 系統(tǒng) 中起關(guān)鍵作用。目前幾家大的工業(yè)伙伴正在聯(lián)合 開發(fā)這種系統(tǒng)，這是一種全新的鉆井技術(shù)，井底鉆 具組

13、合和鉆頭不僅具有鉆井功能，還可用作進入井 眼和地層的通道。通過這一通道，可以進行各種作 業(yè)，包括測井和水泥膠結(jié)施工。TBD 是今后的應(yīng)用方向，它是將鉆柱總成配備 成 全 功 能 鉆 井 系 統(tǒng) ，其 上 配 備 的 通 眼 導(dǎo) 管 可 實 現(xiàn) TBL 及其它相關(guān)作業(yè)。除了在 TBL 作業(yè)中要求使用 的 PDC 鉆頭和測井工具串外，TBL 還要求使用 1 臺3D 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向裝置，該裝置有 1 個 35mm 的通徑和 1 個可拆卸、可重新插入的 MWD 測試工具；在工具串 收回地面后該測試工具可從 35 mm 的通徑中取 出。完成上述配置后，借助旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向裝置就應(yīng)能進 行定向井段的鉆井包括進行 MWD

14、 測試和在無需 起出鉆柱的情況下進行裸眼測井以及繼續(xù)鉆井。圖 6 在荷蘭近海穿過 TBL 鉆頭采集的 MFT 壓力數(shù)據(jù)測量方式作業(yè)本錢作業(yè)時間作業(yè)風(fēng)險采集數(shù)據(jù)精度電纜測井較低長高高隨鉆測井到短中低中過鉆頭測井低短中低高井。TBL 鉆頭用作檢查下鉆，并且需要屢次努力才進入側(cè)鉆井眼。鉆頭就放置在儲層上部，在地面加 一套鉆桿，擴展測量的有效范圍。如圖 8 所示，壓力 測試儀外加游梁平衡桿加重桿，使得儀器可最大 輸送到鉆頭下端 25 米處?！白钃跗鞣乐箖x器完全從 鉆頭中脫落。支撐鉆桿和測井儀器固有的延伸范圍，使儀器的測量行程可到達儲層 60 米處。這樣，就 可 采 集 到 幾 個 壓 力 點 ，足 以

15、 確 定 儲 層 的 壓 力 范圍。4結(jié)束語1過鉆頭測井作業(yè)是一種全新的、并日趨成熟 的測井?dāng)?shù)據(jù)采集方式，相對于電纜測井和隨鉆測井 而言，是一個革命性的變化。TBL 系統(tǒng)的產(chǎn)生使得 隨鉆測井技術(shù)更加豐富、完善。2目前，過鉆頭測井儀器只能適用于小井眼。3雖然過鉆頭測井具有電纜測井和隨鉆測井 的優(yōu)點，但目前可以測量的工程仍舊有限，應(yīng)用范 圍還僅限于水平井、大角度井以及惡劣環(huán)境井。4隨著復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的增多以及井眼條件更加 惡劣，過鉆頭測井系統(tǒng)將在測井領(lǐng)域發(fā)揮更大的作 用?？傊?，在無法進行電纜測井，或在普通電纜測 井風(fēng)險很大的復(fù)雜井況下，可以應(yīng)用這種具有高可 靠性和高數(shù)據(jù)質(zhì)量保障的技術(shù)完成測井作業(yè)。過

16、鉆頭測井系統(tǒng)可以降低測井本錢和風(fēng)險，確保數(shù)據(jù) 采集，多數(shù)情況下可以在最后起鉆過程中對關(guān)鍵井 段進行測量，對于必須進行鉆桿傳送測井的井眼尤 具價值。參考文獻：圖 7 在荷蘭近海 TBL 采集的 4 組合測井曲線1John Runia et al.“Through Bit Logging: A New Method toAcquire Log Data, and a First Step on the Road to Through Bore Drilling, SPWLA 45th Annual Logging Symposium, June 6-9, 2004 P.2 John Runia e

17、t al.“Through Bit Logging: A New Method to Acquire Log Data, Petrophysics Journal, Vol.46, No.4,289-294, August 2005.3Dennis Denney, (2005).“Through-Bit Logging: Applicat- ions in Difficult North Sea Wells, Journal JPT May 48-49,2005.4Stephen Prensky，“Recent advances in well logging and fo- rmation

18、evaluation，World Oil JUNE 2021 P51-57.5 :/ oilnews .圖 8 壓力測試儀操作結(jié)構(gòu)圖實例 2：評價井實例 1 的井完鉆不久，同一開發(fā)商又鉆了一口 評價井，它位于目前已經(jīng)局部枯竭油田的一個鄰近 區(qū) 塊 。 在 鉆 到 儲 層 段 時 ，鉆 柱 BHA 遇 卡 ，井 段 失 敗。由于需要壓力資料和防止不同的高風(fēng)險卡鉆， 在鉆儲層剩余局部之前用 TBL 裝置采集壓力資料。該井為側(cè)鉆井，儲層段鉆有一段 60 米長的試驗3WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGYTotal 184ABSTRACTS1.PROGRESS OF THROUGH

19、-BIT-LOGGING (TBL) TECHNOLOGY/Zhao Ping，Zhou Lijun,Daqing Well Logging Company,WWTL,2021(4):9-17Through-bit-logging (TBL) technology is developed corporately by Shell and Reeves Oil Company. It can replace standard cable logging and logging while drilling technology. It has characteristics of saving

20、 cost and convenient operation.The principle is to transmit the logging tool into borehole through drill rod with a special bit. The acquired formation evaluation data are read on surface from the wire line tool or stored in the tool before pulling out the hole.The paper introduces the principle of

21、work, advantages and development trend of TBL, and cases of its application in rough borehole in North Sea fields. Finally development of TBL technology is summarized. Keywords：TBL；logging while drilling wireline logging2.DIAGENETIC FACIES TYPE OF THE RESERVOIRS IN SULIGE GAS FIELD AND LOGGING IDENT

22、IFICATION/Shi Zhuo，ZhangHaitao，Wang Yongli,Exploration and Development Research Institute of Changqing Oilfield Company,WWTL,2021(4):13-17Sulige gas field in Ordos basin is the typical representation of low permeability gas reservoir.According to clastic constituents, diagenetic minerals, interstiti

23、al matter and diagenesis etc, we classify HE8 reservoir in Sulige gasfield into six kinds of diagenetic facies. And we analyze the impact of different diagenesis on log response. On the basis of the study ,we find the relationship between log response (eg. gamma ray, interval transit time, density,

24、deep lateral log) and diagenetic facies. Then we established the discriminant criterion of different diagenetic facies which makes conventional well logging data is used more extensively.Keywords：Sulige gas field；diagenetic facies；logging identification criterion3.SINGLET DATA FITTING OF OXYGEN ACTI

25、VATION LOGGING/Li Xincheng，Guo Haimin，Dong Yong,Key Laboratory ofExploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education, Yangtze University,WWTL,2021(4):18-21Transition time calculation is the key in impulse oxygen activation logging interpretative.As there is radioactiv statistic

26、s fluctuation in time spectra counting rate，statistic method is usually used to process the counting rate.In the paper we proposed defferent function fitting methods according to symmetrical and dissymmetric peak. Except traditional weighted averages algorithm, we use Gaussian function for symmetric

27、al peak and distribution function for dissymmetric peak. Both methods are realized in MATLAB. The residual error and regression coefficient after fitting indicate that the methods are simple and less error. They are suitalbe to popularize in engineering applications.Keywords：oxygen activation loggin

28、g；waterflow calculation；MATLAB4.THE LITHOLOGY IDENTIFICATION METHOD BASED ON SUPPORT VECTOR MACHINE PRINCIPLE/Liu Yuehui,GeophysicalWell Logging Labouratory of Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield,WWTL,2021(4):22-24Support vector machine is a new method of machine studyi

29、ng which based on statistical theory.According to its principle，complicated lithology stratigraphic section can be identified effectively.In Hailaer of Dana area，its calculation precision is more than86.7 % . The application result is more ideal than other methods.Keywords：multivariate statistic；sup

30、port vector machine；lithologic identification5.APPLICATION OF FINITE ELEMENT ANALYSIS METHOD FOR THE APPARENT RESISTIVITY OF ARRAY LATEROLOG/ Zhang Jiange，Chen Kegui,Insitute of Electric and Information Engineering, Southwest Petroleum University,WWTL,2021(4):25-28From analysing the electrode system

31、 structure of array laterolog tool，combined with formation ressitivity model, the differential equation of logging interval is established which can solved by the finite element analysis method.Then the quadratic functional function is established with which area dispersion can be divided into finite triangle elements and interpolated linearly to form the element stiffness matrix.Through boundary condition processing，the linear equations are found that fit to formation potential.