ADR探边成像仪在水平井地质导向中的应用研究.pdf

.第9 期ADR探边成像仪在水平井地质导向中的应用研究高明（大庆油田有限责任公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆16 30 0 0)摘要本文首先对油田常规电阻率随钻测井仪器在水平井开发中的局限性进行分析，由于现有仪器探测深度浅，不具备方向性等特征已经无法满足复杂油气藏的地质导向需求。创新性的随钻测量工具ADR探边成像仪提供了该类井的新的开发方案。文章主要对其基本功能、仪器结构特点、工作原理进行了阐述，重点对六发三收式天线系设计及多频率信号处理、地层成像数据处理能力进行了分析，在实例应用中表明，ADR探边成像仪能够实现井下电阻率的深测量与方向性测量，对地层的评价更加全面，更能反映真实的地层。对水平井优化井眼轨迹、提高油藏采收率的效果显著。关键词探边成像仪；电阻率；水平井；地层边界；地质导向1引言随着油田勘探开发程度的提高，世界油气资源分布有了明显的变化，以往的大面积油气富集区域和厚油层越来越少，而非均质、复杂油气层等非常规油气藏所占比重越来越大，而这类油层均面临储层致密、单井产量低、开发效益差等问题。现有常规电阻率测井仪器，长期以来一直用于随钻测井中提供地层评价测井数据，虽然也用于地质导向，但这些随钻测井仪是非定向的，无法确定井眼是从上方还是从下方正在接近附近的岩性或流体边界。针对方向只能进行人为分析判断，当判断出现错误后，进行井眼走向调整，这样会有一段井眼在泥岩中，造成水平井钻井油层钻遇率降低，如果井眼无法调整走向，必须进行侧钻或填井重钻，造成服务成本增大。探边电阻率不但可以判断井眼是否接近了泥岩或进入了泥岩，还可以测量井眼是在哪个方向上接近了泥岩，以便调整井眼走向。极大提高了水平地质导向的准确率。另外常规随钻电磁波电阻率测井仪由于探测太浅，从而不能及时预警趋近的地层或流体边界，不能有效防止井眼偏离产层。在缺乏这些边界的定向参考资料的清况下，无法精确地实现测井仪的地层评价和地质导向功能，这使得现场导向更加复杂。常规电阻率测井仪器越来越无法满足复杂油气层的钻采需要。探边成像技术通过测量方向性地质信号，仪器具有了指示地层各向异性以及预测界面信息等常规电磁波测井所不具备的能力。同时具有更大的探测深度，能更好地探测到更远距离的地层界面信息，实时反演地层边界距离及方位信息，实时检测井下钻进地层的电阻率参数，从而及时地调整钻头钻进方向，指导井下钻井工具在薄层、复杂储层中精确穿行，为准确预测和判断地层界面提供更为有力的理论依据。在提高目的储集层钻遇率的同时缩短了钻井和测井周期，降低油田开发成本。提高储层钻遇率，实现油气产量最大化及成本最小化。2ADR探边工具工作原理及优势2.1ADR探边成像工具主要特征国外三大石油工程服务公司分别研制成功了相应的随钻方位电磁波电阻率测井仪，分别为Schlumberger 的 Peri Scope15、Ba k e r H u g h e s 的AziTrak以及Halliburton的In SiteADR。各家工具测量原理相似，但是在工具结构、反演算法和输出结果等方面具有各自的特色和专利。其中哈里伯顿公司于2 0 12 年左右推出了随钻电磁波方位电阻率测井仪ADR，为深探测地质导向和多频率补作者简介：高明，女，（19 8 9-），工程师，从事钻井仪器研发工作。16-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备偿电阻率测量仪，也是一种优化井眼位置、促进产量最大化和油田寿命最大化而设计的一种测井仪2。InSiteADR工具通过测量不同勘探深度的多个真实补偿电阻率，形成多个真实补偿图像，用于计算距离边界的多个可能的地质导向信号。总体设计采用倾斜接收天线，总长7.6 米（2 5ft），有6个发射天线、3个接收天线，32 个分区，能够实现距离井壁5.4 米（18 ft）的边界探测。天线的倾斜配置产生方向敏感度测量，对地层的正向度具有较高的灵敏度，可以确定水平和垂直电阻率，地层角度和方位角。ADR工具的六个发射天线能分别发送三种频率，在三个倾斜的天线上进行接收。所测量的电阻率值在接触边界时发生变化。当穿过地层的上边界和下边界时，电阻率曲线的反应也不同，即可确定仪器相对于储层的位置，在岩性和地质结构发生变化的时候及早地发出预警。可以实时调整水平井钻进方向，使仪器在储层边界的一定距离内穿行。井下数据传输到地面进行地层数据成像，可以直观的看到储层模型、有利于准确的储量估计和钻井设计，以便实现最大采收率。2.2结构特点及工作原理112R3T6T5T4R2R1T3T2 T11616”16Upholedirection图2.1ADR探边工具结构如上图所示，ADR工具采用轴向发射线圈（T 1-T 6 为轴向发射线圈）与倾斜接收线圈（R1-R3为倾斜接收线圈）组合的线圈系设计，利用不对称的线圈系排列方式将接收线圈R3设置在钻的一端，通过增大线圈源距提高测井仪器的径向探测深度，达到更深距离探测的效果3。在实际测井过程中，可采集和存储井周32 个方位分区的电阻率参数，同时可实现地层水平电阻率Rh，垂直电阻率Rv以及地层倾角的采集和计算。同时延用了常规电阻率仪器EWR-M5多频多线圈距的设计理念，六个轴向发射线圈(T1-T6)和三个倾斜角为4 5的接收线圈(R1-R3)之间的线圈距由16 in.到112in.不等，且利用112 in.线圈距仅能得到非对称补偿的测量数据，仪器运行频率为2 MHz、50 0 k H z和12 5kHz。高频和短间距来映射井壁附近的地层岩性，长间距和低频率测量远地层的电阻率值4 。保留了高频数据的优势，还允许传感器利用低频测量，从而获得更深的探测深度。正因为多频多线圈距的设计，方位深读数电阻率测井仪的探测范围覆盖了由浅到深的整个探测范围(1-18 ft)，可以更好地解释同位素和复杂的沉积和泥浆入侵环境，从而能够对井附近的环境进行详细的三维描述。该仪器的对称补偿线圈距为16、32 和4 8 in。ADR将井周36 0 平均分为32 个扇区，当仪器旋转时，就可以得到每个扇区的多频多线圈距相位移和幅度衰减数据，最终可以转化为相移电阻率及幅度衰减电阻率。图2.2 ADR工作原理三维示意图某些情况下会用到常规非定向的测井数据，此时对ADR的32 个扇区数据简单地求平均就可以得到常规的电阻率数据。并且常规仪器的电阻率数据在仪器接近边界时会产生明显的极化现象，所测到的电阻率远大于地层真电阻率，而ADR的数据所受影响相对较小，所以在边界附近由ADR得到的平均电阻率数据更接近储层真电阻率。3数据处理及成像地面信号处理系统通过接受井下的实时地层评估数据进行井眼轨迹设计，传统LWD工具中的曲线缺乏地层定向信息的特性。图3.1显示了传统LWD工具的电阻率曲线响应，其储层电阻率为20Qm，沉积在1Qm的两层围岩之间。上图为井眼轨迹，下图为电阻率相应曲线。LWD工具在接近储层上下边界时都显示电阻率值变低，无法定向测量。图3.2 为ADR探边成像仪的信号响应。当高明ADR探边成像仪在水平井地质导向中的应用研究第9 期仪器接近储层顶部和底部时方向性信号会呈现相反的曲线，有利于判断仪器相对于储层边缘的位置。有利于在储层内穿行，确定最佳井眼轨迹。Tom-WeteestotyrWeluyetoryApproachngtrieBonlom1ohm-m40图3.1传统LWD信号响应ApproschngineBetom1ohn-mtowSideResisaityHigh.SideResintitycreasingsgnatDecreasingsignal图3.2 ADR信号响应地层各项异性参数对于电阻率测量值存在较大影响，响应特征复杂。例如钻、泥浆、侵入带都可以对测井相应产生影响5。ADR相对于传统LWD高偏差的地层各项异性反应，由于发射天线和接收天线以非平行方向设置，通过设计多个间距和频率的方位测量数据，配合精确的反演算法，同时确定水平电阻率Rh、垂直电阻Rv和相对角度，以校正不同地层环境特征和泥浆入侵的影响。拥有更小的差值和更平滑的参数曲线。Ainlsotaopletomadorg Ph1ohmnc Ryae olmn5.0004.5004.000A3.5003.0002:50022.0000.0090:.00180:00270.00360Rotatonange图3.3传统LWD各向异性地层中响应3different spacings;samefrequencyAnisotropicformation;Rh=1ohm-m;Rv=4.0ohm-m5.000T48500kHz4.400T32.500kHzT16500kHz3.8003.2002.6002.0001.4000.0090.00180.00270.00360.00Rotation angle图3.4 各向异性地层中不同间距相同频率响应3different frequencies;same spacingAnisotropicformation;Rh=1ohm-m;Rvm4.0ohm-m5.0004.5004.0003.5003.0002.500T322MHzT321MHz2.000T32500kHz0.0090.00180.00270.00360.00Rotationangle图3.5各向异性地层中不同频率相同间距响应左图显示了ADR工具在三种不同间距的各向异性地层中的模拟响应。频率50 0 khz，R h 为1Q，Rv为4 Q。右图显示了ADR工具在三种不同频率(2MHz、50 0 k H z 和12 5kHz)的各向异性地层中的模-18-2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备拟响应6 。ADR工具井下测量数据可以实时传输到地面，使用StrataSteer3D进行数据处理，生成井眼周围电阻率的图像。功能包括成像和倾角采集、电阻率工具建模，与邻井数据进行对比以及绘制地质模型等。地质导向工程师可以实时绘制出井眼环境的全面图像。这使得地质导向控制更加清晰，井眼轨迹控制也更加准确。4实际应用在加拿大阿尔伯塔省的水平井钻进应用。井深设计130 0 米，储层厚度1.3-1.8 米，储层具有明显的倾斜特征。使用ADR和StrataSteer3D工具进行地质导向及井位配置，绘制地层模型，有助于减少复杂地层的不确定性，降低开采成本以及风险。利用专业的ADR地质导向数据，成功地对断层进行了探测和绘制。图4.1在加拿大阿尔伯塔省的钻井地层成像图4.2 在加拿大水平井钻井应用地层成像从图可以看出，该井水平段井眼轨迹大部分时间保持在距顶一定距离以内，在即将出层时进行了及时的轨迹调整，水平井轨迹在纯砂岩中钻进，砂岩钻遇率9 8%，根据双探边工具探测到了油水界面深度，达到了地质设计要求。证实，利用ADR探边成像工具，可以对优化井眼轨迹起到非常明显的作用。探边电阻率成像工具在控制井眼轨迹方面是一个巨大的飞跃，实现深探测、提供方向性测量数据的同时也可以进行地层成像，在某些情况下，还可以提供对地质导向过程至关重要的独特信息。5结论（1）A D R 探边成像工具通过六发三收倾斜天线系设计，发射三种不同频率电磁波信号，测量不同勘探深度的电阻率测量值，形成多个真实补偿图像，用于计算距离边界的多个可能的地质导向信号。天线的倾斜配置产生方向敏感度测量，对地层的正向度具有较高的灵敏度，从而实现方向性测量。（2）高低频信号的设计可以实现更深的探测深度，更好地解释同位素和复杂的沉积和泥浆入侵环境，从而能够对井附近的环境进行详细的三维描述。（3）采用发射天线和接收天线以非平行方向设置，能降低地层各项异性、环境特征和泥浆入侵的影响。同时应用StrataSteer3D进行数据处理，可以实时绘制出井眼环境的全面图像。这使得地质导向控制更加清晰，井眼轨迹控制也更加准确。（4）在实际应用中发现，探边电阻率成像工具在控制井眼轨迹对水平井优化井眼轨迹、提高油藏采收率有积极的作用，为高难度井的开发奠定基础。参考文献1岳喜洲，马明学，李国玉，刘小刚，刘天淋，谢涛.随钻方位电磁波电阻率测井技术与地质导向应用.测井技术，2021,2:122-1272马明学，岳喜洲，李国玉.基于倾斜发射-倾斜接收仪器结构进行随钻地质导向与地层各向异性评价 ，中国石油大学学报，2 0 18,4 2（4）：50-583高玉堂.基于DQ-LWD仪器测量值对地层岩性的识别研究，石油和化工设备.2 0 2 1,2 4(0 5)：4 6-4 94高玉堂，包璨.DQ-LWD随钻测井仪器的可靠性设计.石油工业技术监督,2 0 16,0 4:4 5-4 85高明.DQ-LWD随钻仪器电子系统失效机理及预防.西部探矿工程，2 0 19.0 4:10 7-10 86赵英俊.DGR随钻自然伽马井下测量值影响因素分析,石油和化工设备.2 0 2 1,2 4(0 6)：4 6-4 9收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 3修回日期：2 0 2 3-0 8-0 5