【新技术】随钻测井行业内的革命性产品 加拿大卡尔加里的Cold Bore技术公司，目前正在试验用于定向井作业井下信号传输的革命性产品——声波电测技术，可以用来替代目前行业内常用的 MWD/LWD技术。公司刚刚成立了1年半，目前正在融资进行工具测试。 Cold Bore 是行业内最先尝试应用声波电测技术进行井下信号传输的公司之一。并且目前已经取得革命性的成果。制作的原型机已经测试了2500个小时，行业内测试原型机的标准是2500-3000h，公司准备成功测试20000个小时之后再进行商业化推广。 基本原理：在井下将电信号转化为机械能通过钻柱来传播声波信号。 优势：传输速度快，传播的极限速率56000bps，多数试验下，传输速率比目前市场常用的工具快2800倍。目前MWD/LWD常用的Mud pulse 传输速率约 5-8bps，EM传输速率约10-15bps。有个比喻很形象，声波电测技术的传输速率对比目前MWD/LWD所用工具的传输速率，就如90年代的拨号上网和如今的高速宽带。 目前常用井下传输技术主要有Mud pluse和EM技术，EM传输速率稍快，但是不够稳定，传输的井深较浅；Mud pluse 稳定且能够达到足够的井深要求，但是传输速率慢，并且测量时，需要停泵，停转盘，降低钻井时效。 在石油行业内，用于井下数据测量的工具，成本和传输速度是两个重要的因素。由于所用的电子元件极其昂贵，目前行业内的产品创新速度比较缓慢。 根据https://www.doczj.com/doc/109273816.html, 的数据，在2013年MWD/LWD的市场额达到60亿美金，MWD市场额从2000年的10亿美金，到2008年达到20亿美金，预计到2016年市场价值可翻倍达到40亿美金。LWD市场从2009年的20亿美金，到2013年增加到37.5亿美金。对比，2013年定向井的陆地市场额约160亿美金，海上定向井市场额约400亿美金，水力压裂市场额300亿美金。 对于一个创新性的小公司，Cold Bore的目标是成为石油天然气行业的“苹果”。对于如此巨大的的市场额，如果技术能够成功的商业化应用，可以想象能够获得多大的回报。 对于油服行业来说，最高的利润回报点，还是存在于高新技术附加值上。每一个领域的巨大创新，都会带来巨额的利润回报。而目前在国内，很少的企业和研究
第N节水文地质测井中子孔隙度、密度孔隙度(沙泥水)、声波孔隙度 水文地质测井是水文、地热以及矿产资产资源、工程、环境地质勘查工作中的一个重要组成部分，它是在水文地质勘查工作中逐步发展起来的，对提高勘查质量、加快勘查速度、降低勘查成本起着很大的作用。水文测井可解决的地质任务主要如下： 1 判别岩性、编录和校正钻孔地质剖面。 2 确定含（隔）水层位置和厚度，判定为孔隙含水、裂隙含水或溶洞含水，含咸水或淡水，含冷水或热水。 3 计算含水层的孔隙率，渗透率，含水砂岩的砂、泥、水含量和岩、土层的力学参数。 4 确定各涌、漏水部位。查明钻孔中含水层之间的补给关系。 5 测量静止水位，检查钻孔的止水质量和堵孔质量。 6 研究钻孔技术状况。包括井径、井斜的变化，套管完好情况，井内故障位置和原因等。为定向孔、灌注桩、老井修复等工程项目提供精确资料。 7 进行区域性的地层对比。了解含水层在地下空间的分布范围和特征。 一、水文地质测井一般可分为常规煤田参数、方法测井和专门水文地质测井两部分。 一）常规煤田参数和方法测井包括自然电位、人工电阻率系列、天然伽马、人工放射性、声速测井以及工程测井。 二）水文地质测井是在上述测井的前提下进行的示踪测井、流量测井等测量， 二、各参数方法分别论述如下： 1、自然电位测井：是测井最早兴起的测井参数，是以岩石的电化学性质为基础的测井方法。主要用于划分地层、含水层和区分含水层的咸、淡水。 自然电位的形成较为复杂，一般有扩散电位、扩散吸附电位和过滤电位 1）扩散电位：涅耳斯特公式 E d=K d lg(C1/C2) E d—扩散电动势； K d—扩散电位系数； C1、C2—两种溶液的浓度。 2)扩散吸附电位： E da=k da lg(C1/C2) E da—扩散吸附电位； k da—扩散吸附系数。 3）过滤电位 与地层水和泥浆之间的压力差及过滤溶液的电阻率成正比，与过滤溶液的黏度成反比。 解释方法：淡水呈负电位，咸水呈正电位。分层点为曲线根部拐点 2、人工电场电测：是以测量岩石的导电性为基础的一组方法，如：视电阻率电位、视电阻率梯度、侧向电阻率、微电极、激发极化、感应测井等。主要用于划分地层和确定含水层的深度、厚度。 解释方法：岩石的电阻率随岩石颗粒的增加而增大；随泥质含量的增加而减小。视电阻率、侧向电阻率曲线根部拐点分层，梯度曲线尖部分层。 3、天然伽马：是以测量岩石的天然放射性为基础的参数，用以估算岩石的泥质含量。 解释方法：岩石的天然伽马随泥质含量的增加而增大，一般呈线性关系。分层点一般选用曲线的中部分层，薄层时分层点由曲线的1/2向2/3处移动。 4、人工放射性：一般可分为低能伽玛、散射伽玛、中子伽玛、中子—中子测井。 1）低能伽马是以伽玛射线与物质的光电效应为基础的方法，主要与物质的原子序数有关。放射源一般选用Am241，原子平均光电吸收截面P E与介质原子序数的3.6次方呈正比，原子序数越高的围岩对其吸收越强烈，即低能伽马的测量值随原子序数的增大而减小。分层点选用曲线的中部分层。 2）散射伽玛是以伽玛射线与物质的康普顿效应为基础的方法，主要与物质的密度有关。主要用于划分地层和确定含水层的深度、厚度。该方法对于密度较低的煤层和含水层反应尤为明显。在碎屑岩地层中，求解密度孔隙度。 ρ=ClgN+D ρ—岩石的电子密度； C—小于零的系数； D—常数。 当接收为双源距时为补偿密度，可通过实验求出脊肋线方程，消除井壁泥饼的影响。放射源一般选用C S137。 解释方法：由上面公式可以看出，散射伽玛的计数率的对数与围岩的密度呈正比，即随围岩密度的减小，计数率指数增大。其分层点一般选用曲线的中部分层，薄层时分层点由曲线的1/2向2/3处移动。 3）中子—伽马是以测量中子被俘获后产生的次生伽玛射线的测井方法，主要与地层中的含氢、氯有关。放射源一般测井采用镅—铍中子源，石油测井也有采用中子发生器的。 测量值随岩石含氢、氯的增加而减小。从而解释煤层、含水层或油、气层。在碎屑岩地层中，求解中子孔隙度。 4）中子—中子是测量热中子的测井方法，主要与地层中的氢、氯和源距有关。 5、声速测井分为纵波测量、横波测量和声幅、全波列测量四种。 1）纵波测井：是以测量岩石的纵波传播速度的测井方法。 一般测量的是纵波时差—单位长度（米）纵波传播的时间，即岩石的纵波传播速度越快，纵波时差越小。 2）横波测井：是以测量岩石的横波传播速度的测井方法。 一般测量的是横波时差—单位长度（米）横波传播的时间，即岩石的横波传播速度越快，横波时差越小。 3）声幅、全波列测井：主要用于检查固井质量的测井方法。 6、工程测井：主要以测量钻孔的顶角、方位、井径和井温等的测井方法。 三、水文地质测井 一）示踪测井 示踪测井是水文地质测井中常用的有效方法，一般选择溶于水且无毒、无污染的NaCl，荧光素、磁化物以及同位素为示踪剂。 1、扩散法（含提捞法、注入法）测井
1国内随钻测井解释现状及发展 在国内现有的技术条件下，开展大斜度井和水平井测井资料的可视化解释能在很大程度上提高测井解释识别地质目标的精度，通过实时解释、实时地质导向有助于提高钻井精度、降低钻井成本、及时发现油气层。 未来的勘探地质目标将更加复杂，以地质导向为核心的定向钻井技术的应用会越来越多。伴随新的随钻测井仪器的出现，应该有新的集成度高的配套解释评价软件，以充分挖掘新的随钻测井资料中包含的信息，使测井资料的应用从目前的单井和多井评价发展为油气藏综合解释评价。因此，定向钻井技术的发展及钻井自动化程度的提高必将使随钻测井技术的应用领域更加关泛。 2 提高薄油层钻遇率 提高薄油层水平井油层钻遇率必须加强方案研究及现场调整、实施两方面研究。方案设计包括对油层的构造、沉积相、储层物性、电性特征、油气显示特征综合研究。现场调整、实施包括对定向工具的认识及现场地质资料综合分析、重新调整轨迹后而实施的设计。 一口水平井的实施是一个系统工程，包括地质、钻井工程两方面的因素。地质设计及现场提出的方案要充分考虑工程的可行性。只有加强综合研究，根据油藏的变化情况及时调整轨迹，才能提高油层钻遇率。 目前，在石油、天然气等钻井勘探开发技术领域，水平井作业中，使用随钻测井工具、随钻测量工具和现场综合录井工具。随钻测量工具、随钻测井工具位于离钻头不远的地方，在钻机钻进的同时获取地层的各种资料和井眼轨迹资料，包括井斜、方位、自然伽马、深浅侧向电阻率等。现场综合录井工具获取钻时、岩屑、荧光、气测录井等，这样利用随钻测量工具、随钻测井工具测得的钻井参数、地层参数和现场综合录井资料推导出目的层实际海拔深度和钻头在目的层中实际位置，并及时调整钻头轨迹，使之顺着目的层沿层钻进，尽量提高砂岩钻遇率。
随钻测井(LWD)技术及应用 WZ11-1 N
宋菊 随钻测量技术 Apr-16-2009
1 Initials 4/18/2009
主要内容
随钻测井简介 VISION Scope 作业要点
环境随钻测井影响
2 Initials 4/18/2009
随钻测井仪器
振共磁核
电缆测井仪器
CMR
proVISION sonicVISION StethoScope TeleScope
随钻测井可以实现 的测井项目
侧向电阻率 电磁波传播电阻率
DSI
PeriScope seismicVISION
geoVISION Xceed/Vortex
3 Initials 4/18/2009
谱获俘、马格西、规常
EcoScope
试测力压层地 像成率阻电 率阻电向侧
波声
MDT
岩性密度 光电指数 中子孔隙度
PEx
元素俘获，自然伽马 声波 地层压力 俘获截面 核磁 地层界面 图像
AIT ECS
HRLS
随钻测井能够完成几乎全部测井项目
FMI
97%以上的随钻测井不再需要重复电缆测井 以上的随钻测井不再需要重复电缆测井
传达独立的地层评价
电缆测井 随钻测井
97%以上的随钻测井不需要重复 相同项目的电缆测井
4 Initials 4/18/2009
随钻测井的价值
决策
决策/ 决策/ 产量
储层增产地质导向
增 值 方 向
地层产能和渗透性
储层产能 储层评价
R Φ R Φ R Φ MR,
孔隙度, 饱和度, 岩性, 孔隙度 饱和度 岩性 流体
西格马
实 时 数 据 构造
随钻测井服务 Φ
地 元 地层元素 地 元 地 元
Rt Rxo
孔 密度 隙 光电 度 指数
ΦISO
向 导 质 质 质 质 地 地 地 地
流度 流 流 流
e e e Perm
V
地层信息
Sc op e
实时测井 EcoScope
GVR (RAB) ARC ADN
马 伽马 伽马 伽马能谱
pe co riS Pe e op Sc tho Ste
N ISIO ProV
Sonic VISION
Te le
测量工具
实时可视化
感应 电阻 率
侧向 电阻 率
试 试 试 测试 力 力 力 压力 层 层 层 地层
振 振 振 共振 核 核磁
测 测 测 测 探 探 探 探 界 界 界 界 边 层 地 地 地 地
西格马
中子
密度
波 声波 声波 声波
成像
遥 测
实时解释
LWD测量的项目 测量的项目
测量项目
5 Initials 4/18/2009
浅谈声波测井技术发展现状与趋势 摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程。 关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波测井； 从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要
的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的测井方法之一。 一、测井技术发展现状及趋势 声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的 基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。
第33卷 第1期 2009年2月 测 井 技 术 WELL LO GGIN G TECHNOLO GY Vol.33 No.1Feb 2009 基金项目:国家科技大专项大型油气田及煤层气开发课题煤层气地球物理测井技术研究(2008ZX50352002)作者简介:张松扬,男,1963年生,博士,高级工程师,现为煤层气地球物理测井技术研究课题组组长。 文章编号:100421338(2009)0120009207 煤层气地球物理测井技术现状及发展趋势 张松扬 (中国石化石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要:在煤层气勘探开发中,地球物理测井是识别煤层、分析煤层特性、评价煤层气储层的重要手段。煤层气储层具有非均质性和各向异性较强、孔隙结构复杂的特点,常规油气勘探中测井解释评价的基本模型在煤层气解释中不能直接套用,必须建立适合煤层气测井的解释方法和模型,才能对煤层气做出正确评价。通过煤层气勘探开发测井技术应用调研,对煤层气测井采集技术、解释评价技术及面临的技术难题进行了阐述,指出当前煤层气勘探开发测井技术的发展趋势。认为我国未来煤层气测井技术的发展将向成像测井技术的应用、煤心刻度测井技术的应用,井中和井间地球物理技术的结合等方向发展。关键词:测井技术;煤层气;解释评价;发展趋势中图分类号:P631.81 文献标识码:A Actualities and Progresses of Coalbed Methane G eophysical Logging T echnologies ZHAN G Song 2yang (Petroleum Exploration and Production Research Institute ,SINOPEC ,Beijing 100083,China ) Abstract :The geop hysical logging technologies are important means to identify coal bed ,analyze coal bed t rait and evaluate t he coalbed met hane reservoir in t he process of coalbed met hane explo 2ration and develop ment.The conventional log interp retation and evaluation models for oil explo 2ration can not be directly used in coalbed met hane evaluation ,because t he coalbed met hane reser 2voir is different from t he oil reservoir in t he following aspect s.It has higher heterogeneity ,higher anisot ropy ,and more complex porosity.The interpretation met hod and model suitable to t he coalbed met hane logging should be established to correctly evaluate t he coalbed met hane reser 2voir.After st udying t he coalbed met hane exploration and develop ment technologies in recent years ,expounded are data acquisition technology ,data interp retation technology in coalbed met h 2ane logs ,t he technology challenges we face and coalbed gas develop ment t rend.It is believed t hat t he coalbed met hane log technology in China should make p rogress by applying imaging logging ,coal core calibration logging ,and combined in 2well and between 2well seismic technologies.K ey w ords :logging technology ,coalbed met hane ,interp retation &evaluation ,develop ment t rend 0 引 言 地球物理测井是煤层气勘探开发配套工艺技术之一,可以提供高精度的煤层气储层测井地质信息。开展煤层气地球物理测井评价技术的研究具有重要意义和广阔应用前景[1210]。近年来,我国煤层气地球物理测井技术研究已取得长足发展[11220]。原地质 矿产部华北石油地质局数字测井站自1991年率先开始在安徽淮南、河南安阳、山西柳林等地区开展了地球物理测井在煤层气储层评价中的应用研究,取得了定性识别煤层特性等方面的一些进展[5,11212]。中国石油集团测井有限公司自1997年开始,先后在山西大城、晋城、吴堡、大宁-吉县和安徽淮北地区对煤系地层应用测井新技术开展相应的煤层气储层
最新随钻声波测井仪器的技术性能 近年来，声波测井技术已成功应用于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)中。随钻声波测井技术为钻井施工和储层评价提供了全面的数据支持和测井解释。目前，国外三大公司分别推出了最新的随钻声波仪器，它们分别是贝克休斯公司的APX随钻声波测井仪，哈里波顿Sperry Drilling Service公司研制的双模式随钻声波测井仪器（BAT）和斯伦贝谢公司研制的新一代随钻声波仪器sonicVISION。下面我们对三种仪器的性能分别进行介绍和对比。 1．APX随钻声波测井仪 APX随钻声波测井仪由贝克休斯公司INTEQ公司生产，其结构简图见图1。该仪器声源以最佳频率向井眼周围地层发射声波，声波在沿井壁传播的过程中被接收器检测并接收。接收器采用了先进的嵌入技术，将接收到的声波模拟信号转换为数字信号，以获取地层声波时差(△t)，而后将原始声波波形数据和预处理的声波波形数据存储在高速存储器内。 仪器的主要技术性能 ●计算机模型(FEA)：该模型是为声学仪器的优化配置而设计，同时具备有助于 不同窗口模式的评价和解释。 ●全向发射器：与典型的LWD仪器等单向的有线测井仪不同，APX发射器使用 一组圆柱形压电晶体，对井眼和周围地层提供3600的覆盖范围，其声源能够在10～18，000Hz频率范围内调频，并可以单极子和偶极子发射。 ●全向接收器阵列：6×4接收器 阵列，间距228.6mm。这种全 向结构类似于XMAC电缆测井 系统，接收器阵列与声源排成 一条线，以实现径向多极子声 波激发。 ●接收器。该仪器的声源具有优 化发射频率功能，其接收器有 几个比仪器本身信号低很多的 波段，可以显著减少接收器及 钻柱连接的干扰。在关掉发射
INTEQ 先进的SoundTrak TM LWD 声波测井服务可以精确测量所有地层中纵波和横波传输时间，SoundTrak 是唯一能与电缆测井匹敌的随钻测井系统，且考虑到大多数旋转导向钻井应用的特殊环境。并行多重频率的声波可以在各种传播速度范围的地层和井眼尺寸下获得高质量的测量数据。 专利的Quadrupole(四极子)技术可以在极软地层中精确直接的测得横波速度，无须进行dipole(偶极子)LWD 工具的离散校正。地层的声学特性可直接测得。 SoundTrak 得益于它的一个高输出全方位多极声波发送器；一个能消除工具偏心影响的六级、24阵列接收器；和一个用来隔开发射极和接收极的声波绝缘体，来削弱直接耦合影响；在井眼扩径的情况下也可获得可靠声速数据。即便在很具挑战性的环境下，先进的井下处理系统和声波层叠技术也能够优化信噪比。纵波的传输速度参数和质量信息会被实时传输，原始波形数据可存储在高容高速的内存中以备后续操作。在单趟钻中就可获取所有数据。 服务应用服务应用：： 纵波和横波传输时间的应用： ■ 钻井——预测孔隙压力从而避免钻井中的不利因素 ■ 地球物理——表面地震波校正和深度基准点可确定井位 和优化油藏模型 ■ 岩石物理——孔隙度和油气确认 (AVO) 计算油藏储量 ■ 地质力学——岩石特性，出砂潜在性和井眼稳定性分析 钻井完井方案 服务优势服务优势：： ■ 在世界范围200多口井出色的成功表现 ■ 减少钻机时间，单趟钻即可获取多种模式的信息资料 ■ 运用纵波数据预测孔隙压力确保井下安全 ■ 在超慢地层中(200usec/ft) 用低频单极子可以获得纵波传 播速度 ■ 工具在泥面以下和大井眼尺寸中也能够直接获取纵波传 播时间差?t ■ 通过井下WAVEVAN 实时处理计算传播时间差?t c ■ 地层横波速度直接通过Quadrupole(四极子)模式测得 ■ 较长的接受发射极间距使得在扩径井眼和超慢地层中也可以获取到可靠的声波数据 ■ 补偿系统可以消除工具偏心影响 ■ 自带的大容量内存可以长时间的存储大量信息 ■ 现场LQ C显示和实时的工具监测 ■ 先进的多任务处理 技技 术 参 数 表 SoundTrak
随钻声波测井技术综述 随钻测井的研究从20世纪30年代开始研究，在1978年研究出第一套具有商业价值的随钻测井仪器。在那以后，随钻测井在国外取得迅速发展并获得广泛应用，我国对随钻测井的重视达到了前所未有的程度。随钻声波测井也是如此。 1发展随钻测井的意义和随钻声波测井发展现状 随钻测井（LWD）是近年来迅速崛起的先进技术。它集钻井技术，测井技术和油藏描述等技术于一体，在钻井的同时完成测井作业，减少了钻机占用井场的时间，从钻井测井一体化中节省成本[1]。跟常规电缆测井相比，除了节省成本外，随钻测井有如下优势：（1）从测量信息上讲，随钻测井是在泥浆尚未侵入或者侵入不深时测量地层信息，泥饼和冲洗带尚未形成，所测得到的曲线更加准确，更能反映原始地层的真实信息，如声波时差等。（2）从对钻井的指导作用来讲,随钻测井可以提前检测到超压地层，以指导钻井泥浆的配制，提高钻井安全系数。它也可以根据测井信息，分析出有利的含油气方向，确定钻井方向，增强地质导向功能。（3）从适应环境上讲，在大斜度井，水平井或特殊地质环境（如膨胀粘土和高压地层），电缆测井困难或者风险大以致不能进行作业时，随钻测井可以取而代之。目前在海上，几乎所有钻井活动都采用随钻技术[2]。 正因为这些优点，作为随钻测井的重要组成部分的随钻声波测井近年来也获得了巨大的发展。总体而言，国外无论在随钻声波测井的基础理论研究方面还是在仪器研发方面都比较成熟，而国内近年来也对随钻声波测井的相关难题进行了大量的工作。 具体而言，从上世纪90年代起，贝克休斯、哈里伯顿、斯伦贝谢三大公司就率先开始了随钻声波测井的研究，并逐渐占领随钻测井的国际市场份额。APX随钻声波测井仪,CLSS随钻声波测井仪,sonicVISION随钻声波测井仪的相继出现，更加巩固了他们的垄断地位。在国内，鞠晓东，闫向宏[等人在随钻测井数据降噪[3]，存储[4]，压缩[5],传输特性[6]和电源设计[7]等方面做出了大量的工作。车小花[7]，苏远大[8]等人对隔声体设计的隔声效果和机械强度分析进行了数值模拟和实验。此外，唐小明，乔文孝，王海澜等人在随钻声波测井基础理论研究方面做了许多有益的探索。 2随钻声波测井仪工作原理和技术性能 目前国际上主要的随钻声波测井仪有贝克休斯的APX，哈里伯顿的CLSS和斯伦贝谢的sonicVISION。以贝克休斯的APX测井仪为例，介绍一下仪器工作原理和结构。 APX测井仪的结构如下图1所示。从右到左由上部短节，声源电子线路部分，全向声源，声波隔离器，接收器阵列，接收器电子线路部分，下部短节等组成，全长9.82m （32.3ft），其中声波测量点到底部短节的距离为 2.83m（9.3ft），最短源距为 3.26m （10.7ft）。 其工作原理为：位于钻铤上部的声源发射器以最佳频率向井眼周围地层发射声能脉冲，在沿井壁及周围地层向下传播的过程中被阵列接收器接收到首播信号，接收信号后，系统首先用先进的嵌入式技术，将接收到的声波模拟信号转换成数字信号，并采用有限元等方法将数字信号转换为声波时差（data）值。最后将原始声波波形数据和预处理的声波波形数据存储在精心设计的高速存储器内或者以实时方式通过钻井液脉冲遥测技术传输到地面[9]。
国外随钻测井发展历程 提高服务质量，降低服务成本是工程技术服务努力追求的目标，就此而言, 随钻测井相对于电缆测井具有多方面的优势。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，可提高地层评价精度。随钻测井在钻井的同时完成测井作业,减少了井场钻机占用时间,从钻井-测井一体化服务的整体上节省成本。在某些大斜度井或特殊地质环境（如膨胀粘土或高压地层）钻井时，电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。因此,随钻测井既提高了地层评价测井数据的质量，又减少了钻井在用时间，降低成本。 在过去的近20年里, 随钻测井技术快速发展, 目前已具备对应电缆测井的所有技术，包括比较完善的电、声、核测井系列，以及随钻核磁、随钻压力等等。同时, 全球随钻测井业务不断增长, 已成为油田工程技术服务的主体技术之一，其业务收入和工作量大幅增加。可以预期, 随着石油勘探开发向复杂储集层纵深发展, 随钻测井技术将更趋完善, 电缆测井市场份额将更多地被随钻测井所取代。 一、随钻测井发展历程 随钻测井技术的发展可追溯到1930年前后，当时电缆测井技术开始出现和发展。20世纪30年代早期，Dallas地球物理公司的J.C.Karaher用一段长4-5英尺的绝缘线将钻头与钻柱绝缘，在每根钻杆内嵌入绝缘棒，用一根导线在绝缘 棒中间穿过，通向地面，通过这根导线传输信号。 用这种方法得到了令人鼓舞的结果，测量到连续 的电阻率曲线。1938年采集到第一条LWD电阻率 曲线[1]，这是用电连接方式传输数据的第一条 LWD曲线（图1）。 20世纪40年代和50年代仅有的几个专利文 献表明，许多发明家和研究组织继续致力于实时 的、可靠的随钻测量系统的研究，遗憾的是，LWD 数据传输技术的发展非常缓慢，技术上很难突破。 在测井技术发展开始的50年时间里，在石油工业
测井技术作为认识和识别油气层的重要手段，是石油十大学科之一。现代测井是当代石油工业中技术含量最多的产业部门之一，测井学是测井学科的理论基础，发展测井的前沿技术必须要有测井学科作指导。 二十一世纪，测井技术要在石油与天然气工业的三个领域寻求发展和提供服务：开发测井技术、海洋测井技术和天然气测井技术。目前，测井技术已经取得了“三个突破、两个进展”，测井技术的三个突破是：成像测井技术、核磁测井技术、随钻测井技术。测井技术的两个进展是：组件式地层动态测试器技术、测井解释工作站技术。“三个突破、两个进展”代表了目前世界测井技术的发展方向。为了赶超世界先进水平，我国也要开展“三个突破、两个进展” 的研究。 一、对测井技术的需求 目前我国油气资源发展对测井关键技术的需求主要有如下三个方面：复杂地质条件的需求、油气开采的需求、工程上的需求。 1)复杂地质条件的需求我国石油储量近90%来自陆相沉积为主的砂岩油藏，天然气储量大部分来自非砂岩气藏，地质条件十分复杂。油田总体规模小，储层条件差，类型多，岩性复杂，储层非均质性严重，物性变化大，薄层、薄互层及低孔低渗储层普遍存在。这些迫切需要深探测、高分辩率的测井仪器和方法，开发有针对性、适应性强的配套测井技术。 2)油气开采的需求目前国内注水开发的储量已占可采储量的90%以上，受注水影响的产量已占总产量的80%，综合含水85%以上。油田经多年注水后，地下油气层岩性、物性、含油(水)性、电声特性等都发生了较大的变化，识别水淹层、确定剩余油饱和度及其分布、多相流监测、计算剩余油(气)层产量等方面的要求十分迫切。 3)工程上的需求钻井地质导向、地层压力预测、地应力分析、固井质量检测、套管损坏检测、酸化压裂等增产激励措施效果检测等都需要新的测量方法。 二、测井技术现状 我国国内测井技术发展措施及道路主要有两条：一方面走引进、改造和仿制的路子;另一方面进行自主研究和开发。下面分别总结一下我国测井技术各个部分的现状： 1)勘探井测井技术现状测井装备以MAXIS-500、ECLIPS-5700及EXCELL-2000系统为主;常规探井测井以高度集成化的组合测井平台为主;数据采集主要以国产数控测井装备为主;测井数据的应用从油气勘探发展到油气藏综合描述。 2)套管井测井技术现状目前，套管和油管内所使用的测井方法主要有：微差井温、噪声测井、放射性示踪，连续转子流量计、集流式和水平转子流量计，流体识别、流体采样，井径测量、电磁测井、声测井径和套管电位，井眼声波电视、套管接箍、脉冲回声水泥结胶、径向微差井温、脉冲中子俘获、补偿中子，氯测井，伽马射线、自然伽马能谱、次生伽马能谱、声波、地层测试器等测井方法。测井结果的准确性取决于测井工艺水平、仪器的质量和科技人员对客观影响因素的校正。测井数据的应用发展到生产动态监测和工程问题整体描述与解决。 3)生产测井资料解释现状为了获得油藏描述和油藏动态监测准确的资料，许多公司都把生产测井资料和其它科学技术资料综合起来。不仅测得流体的流动剖面.而且要搞清流体流入特征，因此，生产测井资料将成为油藏描述和油藏动态监测最重要的基础。生产测井技术中一项最新的发展是产能测井，它建立了油藏分析与生产测井资料的关系。产能测井表明，生产流动剖面是评价完井效果的重要手段。产能测井曲线是裸眼井测井资料、地层压力数据、产液参数资料、射孔方案和井下套管设计方案的综合解释结果，其根本目的就是利用油层参数预测井眼流动剖面。生产测井流量剖面成为整个油层评价和动态监测的一个重要方法。 4)随钻测量及其地层评价的进展随钻测井(LWD)是随大斜度井、水平井以及海上钻井而发展起来的，在短短的十几年时间里，已成为日趋成熟的技术了。如今随钻测井已经拥有了
国内外石油测井新技术 第一节岩石物理性质 岩石物理性质研究是进行油层识别与评价的核心技术，主要研究岩石的电、声、核等物理性质，研究手段主要是实验室岩心测量。这些测量是刻度现场测井曲线、建立测井参数与孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数之间关系的基础。岩石物理性质研究是测井学科。最基础的研究领域，最终目的是发展新的测井方法，改进测井参数与储层参数之间的经验关系式，减少测井解释和油气藏描述的不确定性。 测井解释和油藏描述的不确定性在很大程度上是因为不能有效描述岩石复杂的孔隙结构，尤其是对于碳酸盆岩。要显著减少不确定性程度就要求开发出新的技术，精确描述岩石微小结构，并将这些信息与测量的岩石物理性质联系起来。 C . H . Arns等人使用一种高分辨率X射线微型计算层析(micro一CT)装置分析了几组岩心塞碎片。该装置包括一个能从岩心塞卜采集、由20003个体元组成的三维图像。研究者通过对各种砂岩样品和一块碳酸盐岩样品的分析，给出了直接用数字化层析图像计算的渗透率和毛细管压力数据。将这些计算结果与相同岩心的常规实验数据进行比较，发现两组数据非常一致。这说明，可用不适合实验室测试的岩心物质(如井壁岩样或损坏的岩心和钻屑)预测岩石物理性质，还说明结合数字图像与数值计算来预测岩石性质和推导储层物性间的相互关系是可行的。 M.MARVOV等人研究了双孔隙度碳酸盐岩地层孔隙空间的微观结构对其物性参数的影响。利用两种自相一致的方法计算了弹性波速度、电导率和热导率。这两种方法是有效介质近似法和有效介质法。双孔隙度介质被认为是一种非均质物质，这种物质由均质骨架构成，同时带有小规模的原生孔隙和大规模的包含物(作为次生孔隙)。这些介质的所有成分(固体颗粒、原始孔隙和次生孔隙)都可用三轴椭球体近似表达。次生夹杂物椭球体纵横比的变化反映了次生孔隙度的类型(孔洞、孔道和裂缝)。研究人员将有效介质参数(声波速度，电导率和热导率)作为次生孔隙度大小和类型的函数计算了这些参数，此外，还考察了次生孔隙形状的双模式分布对研究参数的影响。所获得的结果是用反演方法独立确定碳酸盐岩原生孔隙度和次生孔隙度的基础。 M . B . BP11Pf1PI等人分析比较了4种用LWD数据确定孔隙度的方法。在LWD测井中测量是在滤液侵入较深前就完成了，“天然气效应”体积密度和中子孔隙度测量范围内，低密度、低含氢指数(HI)的轻烃的存在导致测井响应的分离)无处不在，确定岩石孔隙度变得很困难。研究人员用尼日尔三角洲浅海海滨采集的随钻测井数据评价了四种计算孔隙度的方法(快速直观的中子一密度法，电阻率一密度迭代法、中子一密度迭代法和蒙特卡罗模拟法)。一般情况下，这4种技术都可较准确地估算出孔隙度。文献讨论了这些方法的相对优点以及出现差异的原因，提出了对这4种方法的使用建议:
浅谈声波测井技术发展现状与趋势
摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程。 关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波测井； 从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的测井方法之一。
一、测井技术发展现状及趋势 声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的 基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。（一）单极子声波测井技术 声波测井仪器的声系一般由声波发射探头、隔声体和声波接收探头等部件构成。在井下采用单极子声源(对称声源)及单极子接收技
随钻声波测井技术综述 1.所调研专题的主题、意义、国内外研究和应用现状； 随钻测井(LWD)是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的,更真实地反映了原状地层的地质特征,可提高地层评价的准确性[1 ]。是近年来迅速崛起的先进测井技术[2 ]，在某些大斜度井或特殊地质环境(如膨胀粘土或高压地层) 钻井时,电缆测井困难或风险加大以致于不能进行作业时,随钻测井是唯一可用的测井技术。随钻声波测井旨在节省钻井时间,利用测得的地震波速度模型与地震勘探数据相结合,实时确定地层界面的位置、估计地层孔隙压力等, 在这些方面的应用, 都可取代常规的电缆声波测井。随钻声波测井的任务是在钻井过程中确定地层的纵波和横波速度, 这两个弹性波速度更多被用于地层孔隙压力预测和地层模型修正。随钻声波测井最大的优势在于其实时性, 及时有效地获取地层信息, 为科学地制定下步施工措施提供依据。 在过去的近20 年里, 随钻测井技术快速发展, 目前已具备电缆测井的所有测井技术。全球随钻测井业务不断增长, 已成为油田工程技术服务的主体技术之一,其业务收入和工作量大幅增加。随着石油勘探开发向复杂储集层纵深发展, 随钻测井技术将更趋完善, 电缆测井市场份额将更多地被随钻测井所取代。 20 世纪40 年代和50 年代LWD 数据传输技术的发展非常缓慢,关键技术很难突破。在测井技术发展开始的50 年间的石油工业界许多人的眼里,LWD 是难以实现的理想化技术。钻井工业的需要推动了随钻测井技术快速发展;反之,随钻测井技术的发展保证了复杂钻井获得成功。20世纪80 年
代中期,大斜度井、水平井和小直径多分枝井钻井已成为油气开发的一种常规方法。在这样的井中,常规电缆测井仪器很难下到目标层,通常借助于挠性管传送和钻杆传送,这些作业方法费用高,操作困难。过去20 多年里,在油公司的需要和钻井技术发展的推动下,各种随钻测井仪器相继研制成功。现场服役的随钻声波测井仪器使用的声源有单极子、偶极子和四极子,如贝克休斯INTEQ 公司的APX既使用单极子也使用四极子声源,斯伦贝谢公司的Son2 icVision使用单极子声源,哈里伯顿Sperry 公司的BAT是偶极子仪器。这些仪器可测量软/ 硬地层纵/ 横波速度和幅度,测量数据一般保存在井下存储器内,起钻后回放使用[3 ,4 ]。随钻声波测井仪器的发展见表1.
贝克休斯随钻测井技术介绍
贝克休斯随钻测井 技术介绍
1
随钻测量(MWD)
旋转倾斜角
– 旋转钻井过程中的井眼倾斜角
旋转方位角
– 旋转钻井过程中的井眼方位角
方向原始数据
– 用于对钻柱轴向磁场干扰进行修正
振动粘滑动态
– 轴向振动 – 横向振动 – 粘滑振动
2
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1
贝克休斯随钻测井技术介绍
高速数据传输 (aXcelerate)
原始信号的形状清晰且容易 确定 泵噪音和反射作用导致到达 地表传感器的信号失真 对泵噪音的消除使得对井下 脉冲发生器信号的识别成为 可能 动态优先级提升（DPP）算 法可消除反射作用和表面噪 音 对信号进行最终过滤，并采 用自适应相关器恢复井下脉 冲发生器的原始信号
4
高速数据传输 (aXcelerate)
3比特/秒的实时数据 密度具有足够分辨率 能确保图像重要特征 的识别 增加至6比特/秒的数 据密度可产生清晰的 图像，可确保特征识 别以及实时倾角选择
5
伽马射线、电阻率和中子放射性测量(OnTrak, LithoTrak)
伽马射线
– 用于识别砂层或页岩 – 用于计算地层倾角
Gamma 伽马射线 Ray
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2
贝克休斯随钻测井技术介绍
伽马射线、电阻率和中子放射性测量(OnTrak, LithoTrak)
伽马射线
– 用于识别砂层或页岩 – 用于计算地层倾角
电阻率 Resistivity
MPRTEQ
电阻率测量
– 对碳氢化合物或水进行识别 – 通过后处理（MPRTEQ）计算 含水饱和度 – 增强地层导向功能
7
伽马射线、电阻率和中子放射性测量(OnTrak, LithoTrak)
伽马射线
– 用于识别砂层或页岩 – 用于计算地层倾角
Density & 密度与孔 Porosity 隙度
电阻率测量
– 对碳氢化合物或水进行识别 – 通过后处理（MPRTEQ）计算 含水饱和度 – 增强地层导向功能
中子放射性测量
– 确定孔隙度和识别天然气 – 图像可用于构造解译 – 用于计算井径仪
8
伽马射线、电阻率和中子放射性测量(OnTrak, LithoTrak)
伽马射线
– 用于识别砂层或页岩 – 用于计算地层倾角
电阻率测量
– 对碳氢化合物或水进行识别 – 通过后处理（MPRTEQ）计算 含水饱和度 – 增强地层导向功能
中子放射性测量
– 确定孔隙度和识别天然气 – 图像可用于构造解译 – 用于计算井径仪
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