测井仪技术的发展趋势.pdf

0 引 言 0 引 言 测井， 是石油勘探开发过程中不可缺少的重要环 节。矿场地球物理测井方法，是通过定量测定井下钻 穿地层的电、声、光、核、热、力等物理信息，用以 判断地层的岩性及流体的性质，确定油、气、水层的 位置，定量解释油、气层的厚度，含水饱和度和储层 的物性等参数，了解井下状况的一整套技术。 1 石油测井技术发展概况1 石油测井技术发展概况 石油测井技术是随着钻井采油的发展而发展的。 石油测井技术起源于 1921 年，巴黎矿业学院第一次 进行了人工电场测量。测井技术的发展，经历了四个 阶段，第一阶段为半自动测井，应用多线简单地测量 地层的电阻和自然电位，1927 年法国斯伦贝谢公司 成功测出了第一条电阻率曲线， 真正诞生了在井眼内 进行地球物理测井。 我国的测井工作始于 1939 年，当年 12 月，著名 地球物理学家翁文波先生在四川巴县石油沟 1 号井 用 1m 电位电极系成功测得第一条电阻率曲线，继而 发展了手摇绞车点测仪。 翁先生的工作不仅在当代具 有极高的应用价值，时至今日，仍在测井的理论和实 践上具有普遍的指导意义。 测井技术发展的第二阶段为数字测井， 在此阶段 广泛应用了电子技术和计算机技术。 我国测井设备的 重大发展出现在 20 世纪 50 年代。 在经历了长期的艰 苦攻关之后， “ID581 型多线式自动井下电测仪”通 过了石油部技术鉴定。 多线式自动井下电测仪的研制 成功，提高了测井时效，为我国的测井史揭开了新的 一页。ID581 型多线式自动井下电测仪的出现和大批 量投入使用，不仅缓解了我国测井装备的供求矛盾， 而且对我国测井装备的发展产生了重大影响。 以计算机为核心的数控测井设备是国外 20 世纪 测井仪技术的发展趋势测井仪技术的发展趋势 郭嗣杰 刘东友 田彦民 第七一八研究所，河北 邯郸 056027 摘摘 要要本文简单介绍了石油测井仪器的发展情况，阐述了我国石油测井技术的发展情况，并对其 发展趋势作了探讨。 关键词关键词石油；测井；技术 中图分类号TE13中图分类号TE13 文献标识码A文献标识码A Technique Trends of Well Logging Tool Guo Si-jie, Liu Dong-you, Tian Yan-min （The 718 Research Institute, Handan 056027, China） Abstract The status of well logging tool is briefly introduced, the status of well logging technique in our country is also summarized and the developing trends are also discussed. KeywordsPetroleum oil, Well logging, Technique 舰舰 船船 防防 化化 2006 年第年第 2 期，期，4346 CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS No. 2, 4346 70 年代开发的新一代测井设备，其显著特点是高精 度的质量监控、 大容量的数据传输及计算机处理技术 的应用，由此带来了测井技术第三阶段的发展。70 年代末，我国从西方引进了一批测井装备，最早进入 我国市场的是1978年石油部组织引进的3600系列测 井仪器，装备有磁带记录解释用的计算机；1984 年 引进的 3700 系列测井仪器，配备了车载计算机，基 本实现了方法系列化，记录数字化，操作程序化和解 释自动化。 这些数控测井系统的引入刺激了我国石油 测井装备的发展。 进入二十一世纪以后，国际测井技术向集成化、 快速化方向发展迅速， 由此带来测井技术第四阶段的 发展，进入高可靠、高集成和高精度测井时代。以 530 系列高可靠常规测井系列为代表的新一代数控测 井产品就是为适应这一阶段的需求而研制的。 2 我国石油测井技术发展 2 我国石油测井技术发展 我国石油测井界在关注国外发展的同时， 也在研 制开发的道路上进行着不懈的努力。1m 电位电极系 的测试成功和 ID581 型多线式自动井下电测仪的投 入使用就是很好的例证。 如果说以上阶段属于培育期 的话， 到20世纪80年代后期就是测井技术的发展期。 在这一时期， 我国很多油田和科研单位组织力量研制 自己的数控测井设备并取得丰硕成果。 西安石油仪器 总厂引进的 3700 系列石油设备生产线、江汉石油测 井设备研究所和中电科技集团 22 所的测井仪器和设 备以及 520 电缆传输数控系列石油测井仪器都是在 这个阶段发展起来的国内一代数控测井设备。 这其中 尤以 520 电缆传输数控测井仪器和设备为代表。 具有当今世界先进水平的斯伦贝谢、阿特拉斯、 哈里伯顿三大测井公司的测井技术和测井设备代表 着测井技术的发展方向和水平。 为了发展我国的测井 技术，使测井设备跨上一个新台阶，提高测井时效， 缩短与世界先进水平的差距， 自1986年始至1996年， 历经十年， 由中国舰船研究院和中原油田共同开发研 制出适合我国国情的新一代电缆传输数控测井系统 （简称“五二 0”工程） 。这一数控测井系统以计算 机为核心，利用遥信、遥测、遥调、遥控技术，探测、 采集和处理井下 175℃、 140MPa 环境中的地球物理参 数。“五二 0”电缆传输数控测井系统是大型综合系 统工程， 技术密集， 性能可靠， 专业面广。 “五二 0” 电缆传输数控测井系统的研制受到国家科委的高度 重视，经专家评审，该机电一体化高新技术科研项目 符合国家科委组织实施的“火炬计划“项目的标准要 求，1988 年 9 月被列为首批国家级“火炬计划“项目。 电缆传输数控测井系统中的井下仪器结构复杂、 技术难度大、研制周期长。仪器整体指标类同国外同 类产品，价格相对较高。在当时的国内形势下，推广 和应用有一定的局限性。而且近年来，国内测井公司 所使用的测井系统存在着或价高或质低的问题， 为了 提高测井系统的性能价格比，全面提高国内测井水 平，也为了尽快实现技术向商品的转化，在经过充分 的市场和技术论证后， 北京环鼎科技有限责任公司于 1997 年在原有“五二 0”系列产品的基础上， 组织研 制并开发出“五二一”系列石油测井仪。 其核心是吸 收了“五二 0”工程研制经验和其它测井系统的优 点，采用系统工程的设计方法，自顶向下进行了整体 简化优化设计，最终形成一套适合我国石油测井应 用、性能价格比高，既能满足常规测井要求，又能取 代部分进口仪器的新一代数控测井系统。 自 2000 年开始，环鼎公司以 520 系列测井仪器 为基础，成功地组织开发出 530 高可靠常规测井系 列， 极大提高了常规测井系列的测量性能和现场作业 的可靠性， 缩短了中国测井界的常规测井技术与国际 水平的差距。而且该系统为开放式结构，今后，国内 外高性能、 高精度的测井单项仪器将不断充实到该系 统中。同 520 系列仪器相比，该系统将电路部分数字 化、集成化，并且合理地一体化，从而缩短了仪器长 度，减少了仪器组合串，达到快速、可靠、准确的测 井目的，以缩短工作时间，节约成本，提高效益。该 产品 2003 年完成样机设计，目前已全面推向市场， 成为国内颇具竞争力的主打产品。 44 舰舰 船船 防防 化化 2006 年第年第 2 期期 3 国外测井技术最新发展趋势3 国外测井技术最新发展趋势 国外测井技术在经历了人工测量、 数字测井和数 控测井阶段以后，进入高可靠、高集成和高精度测井 时代。以高可靠性、高集成度、高精度成套测井装备 的研究开发为目标， 带动相关应用基础和测井资料处 理解释方法的研究已经逐步成为测井行业的共识。 世 界各大测井服务公司始终对测井装备， 尤其是成套装 备的研究开发和升级换代非常重视， 以获得占领市场 的主导权。 测井技术发展到今天，形成了常规组合测井、成 像测井、地层测试和射孔、油气藏动态监测、随钻测 井及测井应用软件等六大技术系列。 目前测井服务的 主导产品是斯伦贝谢的 MAXIS-500 系统、贝克-阿特 拉斯的 ECLIPS-5700 系统及哈里伯顿的 ECELL-2000 系统，及其配套的井下仪器系列和解释软件。 综合起来， 国外测井技术的发展趋势表现在如下 几个方面 a 测井装备向高可靠、集成化、成像化、网络 化发展； b 井下仪器向阵列化和集成化发展，变单点测 量为阵列测量，以适应地层非均质的需要；变分散的 仪器测量为高精度的组合仪器测量， 以适应质量和效 率的需要； c 随钻测井系列不断完善，在国际测井市场的 份额不断增加； d 套管井电阻率测井以及井下永久探测器等油 藏动态监测技术系列不断发展和完善； e 测井资料应用从目前的单井评价和多井评价 发展为油气藏综合优化管理的整体解决方案。 除常规测井以外， 特别值得关注的是随钻测井技 术的普及应用和光纤传感技术的推广应用两个方面。 大斜度井、 水平井钻井活动推动了随钻测井技术 的发展[1],在海上钻井中几乎 100％使用随钻测井。 目前大多数电缆测井项目都可按随钻的方式进行， 一 些 LWD 探头的测量质量已经达到同类电缆测井仪器 的水平。 随钻测井资料主要应用于地质导向和地层评 价。 大力发展随钻测井技术是国外油田技术服务公司 的一个主要关注方向。 随钻测井相对于电缆测井具有很多优点， 电缆测 井需占用钻机在用时间， 井眼环境和泥浆滤液的侵入 严重影响常规测井数据质量。与之相比，随钻测井资 料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的。 更真实地反映原状地层的地质特征。在大斜度井、水 平井或特殊地质环境（如膨胀粘土或高层地层）钻井 时，电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时，随 钻测井可以取而代之进行测量。 这样既减少钻井在用 时间， 降低成本， 又提高了地层评价测井数据的质量。 目前，在海上钻井活动中几乎都使用随钻测井技术。 未来 5～10 年， 全球石油钻井活动陆续从陆上向海上 转移，大斜度井、水平井、多分之井的数量会持续增 加，与之配套的随钻测井技术也会进一步完善和发 展。 迄今为止， 可进行随钻测井的项目有比较完整的 随钻声、电、核测井系列，随钻井径、随钻地层压力、 随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。 光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技 术的发展而迅速发展起来的新型传感技术[2]，国外 一些发达国家对光纤传感技术的应用研究已取得丰 硕成果，不少光纤传感系统已实用化，成为替代传统 传感器的商品。 在油田的开发过程中，人们需要知道在产液或注 水过程中有关井内流体的持性与状态的详细资料， 这 就要用到石油测井，其可靠性和准确性是至关重要 的， 而传统的电子基传感器无法在井下恶劣的环境诸 如高温、高压、腐蚀、地磁地电干扰下工作。光纤传 感器可以克服这些困难， 其对电磁干扰不敏感而且能 承受极端条件，包括高温、高压（几十 MPa 以上）以 及强烈的冲击与振动， 可以高精度地测量井筒和井场 环境参数，同时，光纤传感器具有分布式测量能力， 可以测量被测量的空间分布，给出剖面信息。而且， 光纤传感器横截面积小，外形短，在井筒中占据空间 2006 年第年第 2 期期 测井仪技术的发展趋势测井仪技术的发展趋势 45 极小。 光纤传感器以其独特的优势， 可以广泛应用于石 油天然气井下的储层参数监测（包括温度、压力和多 相流） 、声波检测和激光光纤核测井之中，极大地丰 富了石油和天然气公司对储层的了解， 便于优化油气 田开采和维护。值得一提的是，该系统能够及时得到 注采的注水压力和温度，从而判断压力是否超标，达 到预防由于压力超标导致的套管损坏的目的。 世界各 大石油生产和测井服务公司都投入了巨资来研究和 开发光纤传感器在储层评价中的应用。另一方面，由 于因特网的飞速发展， 光纤监测的井况参数可以及时 传递， 这使得石油行业相关的生产和服务公司能够更 有效地分析和评价全世界的资产。 4 结 语4 结 语 经过了几十年的发展， 我国石油测井仪器的研制 开发已具备相当的技术储备。 随着新技术在仪器设计 上的不断应用，知识的更新也相应加快，客观上对技 术发展也提出更高的要求。 我国测井技术的发展方面应致力于以下几个方 面 a 加强测井仪器的基础理论研究 经过几十年的发展， 我国石油测井技术取得了许 多令人瞩目的成绩， 但同世界先进技术的差距仍然存 在。这其中基础理论研究就是一个薄弱环节。随着自 主开发力度的加大， 基础理论的研究工作就显得更加 重要。加强测井仪器的基础理论研究工作，对于仪器 的改进、 开发进而拥有自主知识产权具有较大的现实 意义。 b 加强创新与开发工作 利用技术、人才和研究条件的优势，加大开发力 度，研制新产品。在这方面，我们要借鉴国外大型石 油技术服务公司的做法，从重视科研投入；注重科研 与生产的密切结合；注重科研协作，开放式进行重大 技术的开发；在技术发展方向上，密切关注油公司勘 探开发的要求， 搞好超前研究以及技术引进等几个方 面做好工作。 参 考 文 献 参 考 文 献 1 张辛耘,王净农,郭彦军.随钻测井技术进展和发展趋势.测 井技术,2006,（1） 2 光纤传感器在石油测井中的应用进展.中国测控网. 作者简介作者简介郭嗣杰（1966-） ，男，高级工程师。1988 年毕 业于天津大学海洋与船舶工程系。 现就职于七一八研究所， 从 事石油测井仪器设计开发工作。 获部级二等奖一项， 发表论文 多篇。 46 舰舰 船船 防防 化化 2006 年第年第 2 期期