随钻声波测井仪器的发展现状与展望
摘要：调研国内外几大石油公司的主流随钻声波测井仪器的发展历程，和未来的设计构想，总结了主流随钻声波测井仪器的特点，对比了不同仪器间的优缺点。主要分析了不同随钻声波测井仪器在纵波测量、横波测量的发展历程，以及仪器进步的历程，分析总结了以往主流测井仪器的优势和不足，提出了以后随钻声波测井仪器需要改进的问题和缺陷。随钻纵波仪器中的隔声设计师实现纵波测量的关键，而横波测量则主要采用单极子、偶极子和四极子等方式今夕测量，目前各大石油公司正在研究如何在偶极子和四极子的测量中获取横波信息。几年来对于随钻声波测井的研究发现，从偶极子中获取地层的横波信息是有可能的，但随钻仪器的偏心限制了这种设想，另外总结了随钻测井的环境影响因素也会对提取横波信息产生很大的影响。
关键词：随钻声波测井测井仪器发展
随钻测井技术是一种全新的测井技术，主要伴随着水平井和大斜度井的发展而发展起来的一种测井技术，它不同于电缆测井技术，随钻测井技术与钻井技术，测井技术，油藏描述，地质导向等等多个学科技术融为一体，能够在钻井的同时完成测井工作，因此与以往电缆测井相比，减少了井场中钻井和测井分开耗费时间的缺点，在钻井的过程中完成成测井，可以大幅节约成本。另外由于是在钻井的同时完成测井工作，因此减少了地层暴露的时间，以此随钻测井往往不受泥浆侵入的影响，避免了电缆测井受到泥浆侵入的影
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。
第8卷第4期断 块 油 气 田 FAUL T-BLOCK OIL&G AS FIFLD2001年7月随钻测井技术 布志虹1 任干能2 陈 乐2 (11中原油田分公司勘探事业部 21中原石油勘探局地质录井处) 摘 要 随钻测井是一种新型的测井技术,它能够在钻开地层的同时实时测量地层信息。 本文介绍了斯伦贝谢公司最新的随钻测井技术,并通过对其新技术的分析,提出了在重点探井文古2井进行随钻测井的建议及方法。 关键词 随钻测量 随钻测井 随钻测量工具 引言 在钻井过程中同时进行的测井称之为随钻测井。 随钻测井系统中随钻测井的井下仪器的安装与常规测井的仪器基本相同,所不同的是各仪器单元均安装在钻铤中,这些钻铤必须能够适应正常的泥浆循环。 用随钻测井系统进行随钻测井作业比电缆测井作业简单。首先在地面把各种随钻测井仪器刻度好,然后把他们对接起来进行整体检验,再把随钻测井仪接在钻杆的底部,最后接上底部钻具总成和钻头,至此,就可以进行钻井和随钻测井作业了。 1 数据记录方式Ξ 随钻测井有2种记录方式,一是地面记录,即将井下实时测得的数据信号通过钻井液脉冲传送到地面进行处理记录;二是井下存储,待起钻时将数据体起出。这里仅介绍地面记录的方法。 在随钻测量仪中设计有一个十分重要的系统即钻井液脉冲遥测系统,该系统的作用是把各传感器采集的信号实时传送到地面。目前在随钻测量系统中主要使用连续钻井液脉冲进行遥测传输,它在井下用一个旋转阀在钻井液柱中产生连续压力波,这个旋转阀称为解制器。在井下改变波的相位(即调频),并在地面检测这些相位变化,就可以把信号连续地传输到地面。 来自各传感器的模拟信号首先被转换成二进制数。每一个二进制数则由一个具有适当的二进制位数的字来表示,每个字所含有的二进制位数的多少(即字长的大小)视测量结果所需的精度而定,如果所传输的信号对精度的要求不高,可用一个字长较小的字表示这个二进制数;反之,则需用一个字长较大的字表示。目前随钻测量系统中采用的字长一般为8位,即每个字含有8个二进制位,这是一个最优化方案,既满足了各测量信号对精度的要求,又能在单位时间里传送较多的二进制数到地面。 这些字由一系列的“0”和“1”组成,由调制器把它调制成代表这些字的钻井液脉冲发送到地面。调制器调制信号是一帧一帧地调制的,每一帧由16个字组成,其中15个字长为8位的字用于传输测量信号,一个字长为10位的字是用来标识一帧的起始位置的帧同步字。 最后,压力信号由安装在立管中的压力传感器检测出,由调制器调制并传送到地面。这些压力信号被送到地面计算机系统,由计算机系统调解后被还原成各传感器的测量信号值,并与其所对应的时间和深度一起存入数据库。这些测量信号和及其处理结果就可以实时地显示在荧光屏上或打印在绘图纸上。 在钻井液遥测系统的数据传输率和字长一定的情况下,系统在单位时间内向地面传送的二进 22Ξ收稿日期 2001-02-15 第一作者简介 布志虹,女,1962年生,高级工程师, 1982年毕业于江汉石油学院测井专业,现在中原油田分公司勘探事业部从事勘探管理工作,地址(457001):河南省濮阳市,电话:(0393)4822513。
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。
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]。
随钻测井技术的新认识 2008-9-1 分享到： QQ空间新浪微博开心网人人网 摘要：随钻测井由于是实时测量，地层暴露时间短，其测量的信息比电缆测井更接近原始条件下的地层，不但可以为钻井提供精确的地质导向功能，而且可以避免电缆测井在油气识别中受钻井液侵入影响的错误，获取正确的储层地球物理参数和准确的孔隙度、饱和度等评价参数，在油气层评价中有非常独特的作用。通过随钻测井实例，对随钻测井与电缆测井在碎屑岩中的测井效果进行了对比评价，指出前者受钻井液侵入和井眼变化的影响小，对油气层的描述更加准确，反映出来的地质信患更加丰富。通过对几个代表性实例的分析，对随钻测井在油气勘探中的作用提出了新认识。 主题词：随钻测井；钻井；钻井液；侵入深度；技术 一、引言 20世纪80年代中期，专业厂商开始将电缆测井项目逐渐随钻化，形成了有真正意义的随钻测井技术，简称LWD(1099ing while drill ing)。由于LWD包含了所有MWD(measurement while drilling)的功能及传统测井项目，所以其具备了识别岩性和地层流体性质的能力，现场可以根据实时上传的各种信息判断钻头是否钻达目的层，这就是LWD的地质导向作用[1～3]。塔里木油田油气埋藏较深，直井开发的成本相对较高，1994年开始在油田钻水平井，已完钻水平井约占开发井的1/4，但产量超过了总产量的50%以上，经济效益非常明显。在水平井和侧钻井的施工中，保证命中靶心和取全取准测井资料是成功完井的关键，推广MWD/LWD技术后，其施工质量大大提高。 目前，在塔里木油田MWD/LWD技术主要用在以下几方面：①在比较熟悉的地质构造中进行非直井施工时，仅采用MWD，测井采集使用钻杆传输测井技术；②在较复杂的地质构造或薄层中进行非直井施工时，采用LWD，以防止钻井设计中可能的错误，一些非常必要的测井项目可使用钻杆传输测井技术；③在一些井眼状况复杂、井下有溢流、井漏等现象的井中，无法使用电缆及钻杆传输测井时，用LWD进行划眼测井，采集最基本的测井数据；④在欠平衡条件下钻井时，采用L WD。目前该油田已经使用过的随钻测井设备包括PathFinder、Sperr y-Sun和PowerPwlse等。
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.
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
世界各大测井集团仪器编码表BAKER ATLAS WIRELINE (贝克休斯公司-电缆测井） 3DEX 3D Induction Logging Service （三维感应） AC BHC Acoustilog （井眼补偿声波） CAL Caliper （井径） CBIL Circumferential Borehole Imaging Log （井周成像测井）CDL Compensated Density Log （补偿密度测井） CN Compensated Neutron Log （补偿中子测井） DAC Digital Array Acoustilog （数字阵列声波测井） DAL Digital Acoustilog （数字声波测井） DEL2 Dielectric Log - 200 Mhz （介电测井-200兆赫） DEL4 Dielectric Log - 47 Mhz （介电测井-47兆赫） DIFL Dual Induction Focused Log （双感应聚聚测井） DIP High Resolution 4-Arm Diplog （高分辨率4臂地层倾角）DLL Dual Laterolog （双侧向测井) DPIL Dual Phase Induction Log (双相位感应测井） EI Earth Imager （地层成像仪） FMT Formation Multi-Tester （地层多功能测试器） GR Gamma Ray （伽马仪） HDIL_BA High-Definition Induction Log （高分辨率感应测井）HDIP Hexagonol Diplog （六臂倾角测井） HDLL High-Definition Lateral Log （高分辨率侧向测井）ICAL Imaging Caliper （井径成像仪） IEL Induction Electrolog （感应-电测井）
随钻测井技术发展水平 引言 据统计，近十年来，世界上有关随钻测井（LWD）技术和应用的文献呈现出迅速增多的趋势。这反映了西方国家开始越来越多地重视LWD／MWD。这是两个方面的原因产生的结果。一方面石油工业界强烈需要勘探和开发业降低成本，减少风险，增加投资回报率。另一方面，MWD/LWD有许多迎合石油工业需要的优势，如随钻测井时，钻机不必停钻就能获得大量地层评价信息，节省了宝贵的钻井时间，从而降低了钻井成本。MWD提供的实时信息可即时使用，如可用于预测钻头前方地层的超常压力、预测复杂危险的构造，给钻井工程师警报提示，迅速采取措施，减少事故发生率。近几年里，大斜度井和水平井迅速发展，海上石油的开发受到重视。在这样的井中测井，常规电缆测井难以进行，挠性管输送测井和钻杆传送测井成本十分高，现场操作困难。LWD是在这类井中获取地层评价测井资料的最佳方法，此外，LWD信息还能指导钻头钻进的方向，引导钻井井迹进入最佳的目标地层。 随钻测井（LWD）技术是在钻井的同时用安装在钻铤上的测井仪器测量地层电、声、核等物理性质，并将测量结果实时地传送到地面或部分存储在井下存储器中的一种技术。该技术要求测井仪器应能够安装在钻铤内较小的空间里，并能够承受高温高压和钻井震动；安装仪器的专用钻铤应具有同实际钻井所用的钻铤同样的强度；还应具有用于深井的足够功率和使用时间的电源。 LWD是随钻测量技术的重要组成部分。MWD除了提供LWD信息外，还提供井下方位信息（井斜、方位、仪器面方向）和钻井动态和钻头机械的监测信息。MWD探头组合了LWD探头、方位探头、电子／遥测探头，一般放在钻头后50－100英尺的范围内，一般来说，MWD探头越靠近钻头越好。LWD探头提供地层评价信息，用于识别层面、地层对比、评价地层岩石和流体性质，确实取心和下的点。方位数据用于精确引导井迹向最理想的储层目标。钻井效率和安全性通过连续监测钻井而达到最佳。 目前的随钻测井技术已达到比较成熟的阶段，能进行电、声、核随钻测量的探头系列十分丰富，各种型号的、适用于各种环境的随钻电阻率、密度、中子测井仪器进入MWD 市场。哈里伯顿的PathFinder随钻测井系统包括自然伽马、电磁波电阻率、密度、中子孔隙度、井径和声波等。斯仑贝谢公司的VISION475测井系统包括声波（SI）、电阻率（RAB）、阵列电磁波电阻率（ARC5）及密度中子（ADN）等。Sperry Sun公司的三组合测井系统包括SLIM PHASE4电阻率仪、SLIM稳定岩性密度仪及补偿热中子仪，还测量伽马射线。在地层评价的许多方面LWD已经可以取代常规电缆测井。世界各地的MWD作业实践已经表明，随钻测井对于经济有效的测井评价，相对于常规电缆地层评价有明显优势。 发展MWD／LWD技术，应用MWD／LWD成果已是西方钻井／测井相关公司的热点研究领域。必须承认我国自行研究和开发随钻测井技术是一片空白。本报告将深入地调查国外随钻测井技术的发展历程，技术水平现状，应用情况，预测发展趋势，分析LWD市场，分析LWD风险，供管理决策和研究人员参考。
第35卷 第1期2011年2月 测 井 技 术 W ELL LOGGING T ECH NO LOGY V ol .35 N o .1Feb 2011 基金项目:国家自然科学基金项目(N o .40874097)、高等学校博士学科点专项科研基金(20070425028)和油气资源与探测国家 重点实验室开放基金(P RPDX2008-08)联合资助 作者简介:乔文孝,教授,博士生导师,从事声波测井教学和科研。 文章编号:1004-1338(2011)01-0014-06 声波测井技术研究进展 乔文孝,鞠晓东,车小花,卢俊强 (中国石油大学地球物理与信息工程学院,北京102249) 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。以井下声波的定向辐射和定向接收为最主要特征的相控声波测井技术是正在研发的新一代声波测井技术,我国在此领域已经取得显著突破。 关键词:声波测井;换能器;单极子声波测井;多极子声波测井;相控声波测井中图分类号:P631.814 文献标识码:A Progress in Acoustic W ell Logging Technology Q IA O We nx iao ,JU Xiaodong ,CH E Xiaohua ,L U Junqiang (College of Geophy sics and Information E ngineering ,China University of Petroleum ,Beij ing 102249,China ) A bstract :The changing of acoustic transducer structure and vibrating m ode cause advancem ent and g reat evolution of acoustic w ell log ging technology bo th fo r the w ireline logging and logg ing w hile drilling (LWD ).This paper analy ses the general acoustic lo gging techno logy develo pment , pro gresses and the situation in China ,along the aco ustic transducer technolo gy im provements .Mo nopole acoustic w ell logg ing technology is m ature in China .Futher mo re ,the m ore advanced multipole acoustic well log ging techno lgy in w hich asy mme tric acoustic source is already devel -o ped and brought into pro duction as w ell in China .The new est g eneratio n aco ustic log ging ,with the primary characteristics of directional aco ustic radiation and directio nal acoustic receiving ,named as acoustic phased -array w ell logg ing techno logy is being researched and developed .Some significant achievements are carried out in this field in China . Key words :acoustic lo gging ,transducer ,m ono po le acoustic log ging ,m ultipole acoustic logging , acoustic phased -array lo gging 0 引 言 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[1]。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S to neley 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入参数等等。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
内容摘要 摘要：随钻测井是在钻开地层的同时实时测量地层信息的一种测井技术,自1989年成功投入商业应用以来得到了快速的发展,目前已具备了与电缆测井对应的所有技术,包括比较完善的电、声、核测井系列以及随钻核磁共振测井、随钻地层压力测量和随钻地震等技术,随钻测井已成为油田工程技术服务的主体技术之一。随钻测井(LWD)技术的萌芽只比电缆测井晚10年。由于基础工业整体水平的制约,随钻测井技术在前50多年发展缓慢。其业务收入和工作量快速增长。勘探开发生产的需要仍是随钻测井继续发展的强劲动力。作为一种较新的测井方法,随钻测井技术仍有许多有待发展和完善的方面,尤其是数据传输技术、探测器性能、资料解释和评价等。 关键词：随钻测井 LWD 研究进展
第一章随钻测井技术现状 迄今为止,随钻测井能提供地层评价需要的所有测量,如比较完整的随钻电、声、核测井系列,随钻地层压力、随钻核磁共振测井以及随钻地震等等。有些LWD 探头的测量质量已经达到或超过同类电缆测井仪器的水平。 1.1随钻测井数据传输技术 多年来,数据传输是制约随钻测井技术发展的“瓶颈”。泥浆脉冲遥测是当前随钻测量和随钻测井系统普遍使用的一种数据传输方式。泥浆脉冲遥测技术数据传输速率较低,为4~10 bit/s,远低于电缆测井的传输速率,这种方法不适合欠平衡水平井钻井。电磁波传输数据的方法也用于现场测井,但仅在较浅的井使用才有效。哈里伯顿公司的电磁波传输使用的频率为10Hz,在无中继器的情况下传输距离约10000 ft。此外,声波传输和光纤传输方法还处于研究和实验阶段。 1.2随钻电阻率测井 与电缆测井技术一样,随钻电阻率测井技术也分为侧向类和感应类2类。侧向类适合于在导电泥浆、高电阻率地层和高电阻率侵入的环境使用,目前的侧向类随钻电阻率测井仪器能商业化的只有斯伦贝谢公司的钻头电阻率仪RAB及新一代仪器GVR。GVR使用56个方位数据点进行成像,图像分辨率比RAB有较大提高。感应类在导电性地层测量效果好,适合于导电或非导电泥浆。新型随钻电磁波电阻率的仪器结构相似,使用多个发射器和多个接收器,测量2个接收器之间的相移和衰减,工作频率相近,只能使用有限的几种频率才能消除钻铤等背景影响而测量到地层信号,如低频20、250、400、500 kHz,高频一般都使用2 MHz。 通过比较随钻电阻率测井和电缆电阻率测井曲线之间的区别可知,在储层内部二者相差不大;在界面处由于受地层界面表面电荷、钻井液侵入等影响,随钻电阻率数值远大于电缆测井数值;在界面附近,二者电阻率数值还受地层界面表面电荷、钻井液侵入井眼轨迹与地层倾角之间的夹角大小影响。 井眼轨迹与地层倾角之间的关系对电阻率有较大的影响,有效地控制井眼轨迹能大大降低钻井成本和提高效益。同时根据电阻率响应特征和其他测井曲线正确地划分地层界面,能有效地提高测井解释精度及为工程施工提供更好地依据。 1.3随钻声波测井 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AP既使用单极子也使用四极子声源,斯伦贝谢公司的Son-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,
贝克休斯随钻测井技术介绍
贝克休斯随钻测井 技术介绍
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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
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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
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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
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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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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
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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
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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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国外主要测井公司介绍 (34)Rabinovich,et al.,2001,enhanced anistropy from jiont processing of multicomponent induction and multi-array induction tools, paper HH,in 42th Annual logging symposium transactions:Society of Professional Well Log Analysts,2001 测井是技术密集型产业，测井仪器装备一次性投资大，投资回收期较长。国际性的油田技术服务公司中，以测井为主营业务的公司，主要有斯仑贝谢公司、哈里伯顿公司、贝克-阿特拉斯公司，这三家公司占据90%多的测井服务市场（斯仑贝谢约占62%），哈里伯顿和贝克-阿特拉斯分别约占14%和15%）。其他公司还有威德福公司、Tucker能源服务公司、REEVES 公司和PROBE公司等等，这些公司在整体上逊色于三大公司，但在部分专项上可以与三大公司媲美。 第一节斯仑贝谢公司 一、公司概况 斯仑贝谢是测井行业的开山鼻祖，公司总部位于美国纽约。经过70多年的发展，斯仑贝谢公司已成为一家除工程建设服务以外的全球性油田和信息服务超级大型企业集团，但公司主要的经营活动还是集中在石油工业，在世界上100多个国家和地区有业务往来。公司员工60，000余人，来自140多个国家。公司2002年总收入为135亿美元，其中测井部分年收入为56亿美元，测井研发经费4亿美元（占测井收入的7%）。除现场作业外，斯仑贝谢公司在美国、英国等地建有研发中心，作为公司经营服务的强大技术支持。 斯仑贝谢公下设三个主要的经营部门： 斯仑贝谢油田服务公司：是世界上最大的油田技术服务公司，为石油和天然气工业提供宽广的技术服务和解决方案。 斯仑贝谢Sema公司：为能源工业，同时也为公共部门、电信和金融市场，提供IT咨询、系统集成、网络和基础建设服务。 斯仑贝谢西方地震服务公司：是与贝克休斯公司合作经营的公司，是世界最大的、最先进的地面地震服务公司。 斯仑贝谢公司其他方面的业务还有智能卡服务（电子付款、安全识别、公用电话、移动电话、身份证、停车系统等）、半导体测试和诊断服务、水资源服务等等。 二、斯仑贝谢油田服务公司 斯仑贝谢油田服务公司是具有测井、测试、钻井、MWD/LWD和定向钻井、陆上和海上地震、井下作业和油田化学、软件开发和资料处理等多种能力的综合性油田技术服务公司，在开放的国际测井服务方面，其市场占有率达到62%左右。 在长达七十多年的时间内，斯仑贝谢公司在测井方面始终保持着领先地位。世界上第一套数字测井仪、第一套数控测井仪、第一套成像测井仪都是斯仑贝谢公司首先推出的；各种新的测井仪器，十有八、九是斯仑贝谢公司首先推出的。可以说，斯仑贝谢一直领导着测井发展的潮流。 该公司于20世纪90年代初率先推出了成像测井系统——MAXIS 500多任务采集成像测井系统，能完成裸眼井和套管井地层评价、生产测井和射孔服务。 1996年又率先推出了快测平台技术，提高了作业效率、仪器可靠性和数据精度。 1998年推出套管井地层电阻率测量仪CHFR，采集套管后地层电阻率数据。2000年推出改进型套管井电阻率测井仪CHFR-Plus。 该公司的核磁共振测井技术也处于领先地位。1996年推出CMR200可组合磁共振成像测井仪，1998年推出其改进型CMR-Plus