利用随钻电阻率仪器方位响应识别地层界面.pdf
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1、1 基于随钻电磁波电阻率和伽马测井仪器的地 层界面识别方法 唐海全,肖红兵,杨震 (中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营 257017 ) 摘要: 随钻测井资料特别是随钻方位性测井资料在地质导向钻井中起着至关重要的作用,可以预测和判断地 层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向。介绍了随钻电磁波电阻率仪器、方位深探测电磁波电阻率仪 器和方位伽马仪器的基本结构以及测量原理;分析了测量仪器在穿越地层界面时的影响因素和边界效应,进 而提出了利用电磁波电阻率和方位伽马曲线响应特征实现地层界面识别的方法,最后举例说明了随钻电磁波 电阻率和伽马成像仪器在地层界面识别中的应用。现场应用表明,研
2、究开发的具有边界探测能力的地质导向 技术和装备,优化了井眼轨迹在储层中的位置,降低了打穿油层的风险,提高了储层钻遇率。 关键词: 随钻测井;电阻率测井;方位伽马;储层;界面识别;地质导向 Recognizing Method of Formation Interface Based on Electromagnetic Wave Resistivity and Azimuthal Gamma Ray Logging Tools While Drilling TANG Hai-quan, XIAO Hong-bing, YANG Zhen (Drilling Technology Researc
3、h Institute, SINOPEC Shengli Petroleum Engineering Co. Ltd., Dongying, Shandong, 257017, China) Abstract: LWD data especially with the azimuthal logging data, plays an important role in geosteering. It can predict the formation interface, stratigraphic position features and anisotropic formations di
4、rection. This paper briefly describes the basic structures and working principle of several instruments, such as electromagnetic wave resistivity tool, azimuthal resistivity tool and azimuthal gamma ray tool. Then, analyses the boundary detection and response principles of the measurement tools pene
5、trating through formation boundaries and further proposes the methods for achieving the formation of interface recognition based on response characteristics. Finally, describes the application effects of the resistivity and imaging gamma ray tools in the formation interface identification. Field app
6、lication shows that with boundary detection capability geosteering technology and equipment, can optimize location of the well trajectory in reservoirs, reduce the risk penetrated reservoir and improve reservoir drilling rate. Key words: LWD; resistivity log; azimuthal gamma ray;reservoir; interface
7、 recognition; geosteering 0 引言 中国石油工业经过几十年的发展,很多油田开始进入开发中后期,整装油藏开发逐渐减 少,薄互层、断块、低渗等复杂油气藏成为油田勘探开发的主战场。复杂油气藏具有含油面 积小、构造变化快、流体性质和储层特性关系复杂等特点,对以综合录井和常规LWD仪器进 行定位和预测地层界面的地质导向钻井技术提出了严峻挑战。国外最新研发的随钻测量仪器, 例如斯伦贝谢GeoSphere 1 、贝克休斯Startrak 2 等,已具备地层前视探测和超深边界探测功 能,实现地质导向技术革命性的进步,成为高效油气藏开发及先进钻井技术应用的关键。国 内随钻电磁波电阻率测
8、量仪器已经在地质导向钻井施工中普遍应用,但具有定向测量和电阻 率各向异性测量能力的随钻方位电阻率、伽马成像测井仪器目前还处于研制试验阶段,未形 成商业化应用产品。 胜利钻井院在前期感应电阻率和自然伽马组成的双参数地质导向系统研制成功的基础 上,研发了以多频多深度随钻电磁波电阻率和方位伽马为核心的地质导向系统 3,4 。同时,有 效突破了常规地质导向不具备方位性、探测深度浅等技术瓶颈,研发了随钻方位深电阻率测 量系统样机,为进一步开发低品质油气藏、难动用油气藏提供了强有力的技术支撑。本文首 2 先介绍了随钻补偿电磁波电阻率、方位深探测电阻率以及方位伽马仪器结构,分析了各仪器 在穿越地层界面时进行
9、边界探测方法及产生的边界效应,根据响应特征从测量仪器与井眼倾 斜角度、地层电阻率对比度等因素进行分析,提出了实现地层界面识别的方法。通过现场应用 表明,地质导向钻井过程中利用不同频率、不同探测深度和方位特征的地质测量参数可以及 时的指示出地层界面的存在,更容易的调整井眼轨迹并保持在期望的地层内穿行,增大储层 钻遇率。 1 利用电磁波电阻率极化角预测地层界面 随钻电磁波电阻率系统在穿越地层介质时电磁波将产生衰减和相位移,并且穿越不同地 层介质,电磁波产生的衰减和相位偏移也不相同,因此,可以通过测量电磁波的衰减和相位 移来计算地层的电阻率和介电常数。如图1 所示,电磁波电阻率测量仪采用2MHz 、
10、400kHz 的 工作频率,四发双收,可得到12 条不同探测深度的相位差、幅度比补偿电阻率曲线及16 条 非补偿电阻率曲线。利用不同地层流体的电阻率差异,通过对电阻率测量结果一致性、异常 性和重复性的分析,可以帮助现场工程师实时判断油水界面或其他的液相界面。 图 1 随钻电磁波电阻率系统结构示意图 随钻电磁波电阻率探测边界的原理主要是利用了边界效应 5,6 ,这种边界效应就是通常所 说的“极化角” ,利用这一特征有助于识别储层边界。极化角现象是电磁波电阻率仪器在以小 角度(小于30)接近地层边界时,其发射的电磁波会在边界附近的地层产生一个附加电磁 场,这个附加电磁场与仪器本身所激发产生的电磁场
11、相叠加,从而增强了地层中的信号强度, 导致了测量点处测量值的急剧增加。由于这个附加的电磁场对幅度比电阻率的影响要远小于 对相位电阻率的影响,所以对产生极化角现象的概率来说,幅度比电阻率要远小于相位电阻 率。 图 2 不同倾角下电阻率曲线数值模拟 如图 2 所示, 是采用双发双收介质模型对不同倾角下电阻率曲线进行的正演模拟 7 ,虚线 3 代表衰减电阻率曲线,实线代表相位电阻率。从图中可以看出,电阻率曲线发生突变的位置 是在储层厚度为15 米的左、右两侧地层边界位置。极化角的形成和幅度大小主要受仪器与地 层之间的夹角、目的层与围岩电阻率的对比度、仪器测点距边界的距离等有关。一般情况下, 仪器与地
12、层之间的夹角越小越明显, 目的层与围岩电阻率的对比越大越明显, 仪器测点距边界 的距离越近越明显。利用电磁波电阻率测量仪的这种特性,可以判断钻头在油藏中的位置, 有效控制钻头在目的层中油藏物性较好的位置穿行。借助于这一特性,在薄油层水平井开发 中得到了很好的应用。 2 利用随钻电阻率仪器方位响应识别地层界面 常规的电磁波电阻率仪器采用同轴收发线圈,响应产生的极化角对于地质构造的解释和 地层界面的判断有一定帮助,但不能反映地层方位信息,对于是从低阻层进入高阻层,或从 高阻层进入低阻层,这种不带方位测量的电磁波电阻率仪器均产生相同类型角峰。如图3(a) 所示, 测量仪器在低阻 (2.m)进入高阻
13、( 20.m)或者由高阻 (20.m)进入低阻 (1 .m) 时幅度电阻率曲线(绿色)和相位电阻率曲线(蓝色)产生的边界效应的方向性相同,无法 判断进层或者出层。因此,无法明确的告诉决策者该怎样调整钻头才能以最快的速度重新回 到储层中,无法及时提供精确的地质导向信息。 具有边界探测功能的方位电磁波电阻率地质导向系统,突破了常规地质导向不具备方位 性、探测深度浅等技术瓶颈,实现了地质导向技术的革命性进步。可实现多频率、多倾角信 号发射和多频率、多倾角信号接收,获得含有方位信息的电阻率和相位差测量,解决钻井过 程中油藏物性和油水界面的不确定性以及地质倾角和构造的不确定性等技术难题。如图 3(b)
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