随钻声波测井

随钻电磁波电阻率测量技术一、引言提高服务质量，降低服务成本是工程技术服务努力追求的目标。

随钻测井相对于电缆测井具有多方面的优势：一是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，能够更真实地反映原状地层的地质特征，提高地层评价精度；二是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，从钻井一测井一体化服务的整体上节省成本；三是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，又减少了钻井时间，降低了成本。

（一）、随钻测井技术发展现代随钻测井技术大致可分为三代：90年代初以前属于第一代，提供基本的方位测量和地层评价测量，在水平井和大斜度井用作“保险”测井数据。

但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比，以及地层评价。

随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。

90年代初和中期属于第二代，方位测量、井眼成像、自动导向马达及正演模拟软件相继推出，通过地质导向精确地确定井眼轨迹。

司钻能用实时方位测量，并结合井眼成像、地层倾角和密度数据，发现目标位置。

这些进展导致了多种类型的井，尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。

从90年代中期到目前属于第三代，称为钻井测井(Logging for Drilling)，提供界定地质环境、钻井过程、采集实时信息时所要求的数据。

表1 随钻测井技术发展（二）、随钻测井的一般知识1、随钻测量MWD包括井眼几何形状（井眼尺寸、井斜、方位等）的测量，与钻井工程相关的工程参数（钻压、钻具扭矩、井眼压力、转速、环空压力等钻井参数）的测量，以及对自然伽马、电阻率的测量。

主要是测量工程数据，并具有单一性。

2、随钻测井LWD在随钻测量MWD的基础上，增加了识别岩性和孔隙性、判识储层的方法如中子、密度等，能对储层做出基本的评价。

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。

随钻电磁波测井文献综述
电磁波测井是一种广泛应用于地球物理勘探领域的技术，它利
用电磁波在地下介质中传播的特性来获取地下岩石的电磁参数信息，从而推断地下岩石的性质和构造。

随钻电磁波测井是指在钻井过程
中进行电磁波测井，可以实时获取地下岩石的电磁参数信息，对地
层进行快速、准确的评价，具有较高的时效性和实用性。

在进行随钻电磁波测井方面，有许多文献综述涉及到不同方面
的研究。

首先，从技术原理方面来看，有关电磁波测井的物理原理、信号传输与接收、数据处理与解释等方面的文献综述十分丰富。

这
些综述从理论角度系统总结了电磁波测井的基本原理和方法，为研
究者提供了重要的理论参考。

其次，从应用方面来看，随钻电磁波测井在油气勘探、矿产勘探、地质灾害监测等领域都有广泛的应用，因此相关的文献综述也
涵盖了不同领域的应用案例和成果。

这些综述从实际应用的角度总
结了随钻电磁波测井技术在不同领域的应用效果和发展趋势，为相
关领域的工程技术人员提供了宝贵的经验和借鉴。

此外，随钻电磁波测井技术的发展也受到了地球物理学、电磁
学、信号处理等多个学科的影响，因此相关的文献综述还涉及了多学科交叉研究的内容，探讨了随钻电磁波测井技术与其他技术的结合与创新，为相关领域的学术研究提供了新的思路和方法。

综上所述，随钻电磁波测井文献综述涵盖了技术原理、应用案例、多学科交叉研究等多个方面的内容，为相关领域的研究者和工程技术人员提供了全面和深入的资料和参考，对该领域的发展具有重要的指导意义。

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。

在关掉发射源的情况下，该仪器测试到的信号主要来自于频率低于5KHz的PDC钻头噪音。

●较大的动力范围。

该仪器具有较大的信号采集动力范围，能够显著提高信号穿越地层的能力，有助于信号的提取。

●四极子波技术。

首次采用四极子波发射技术，同时兼容单极子和偶极子的信号发射和接收。

INTEQ 先进的SoundTrak TMLWD 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SoundTrakSoundTrak工具尺寸(外径OD)：9 1/2"(241mm)8 1/4"(210mm) 6 3/4"(171mm)适用井眼范围12 1/4"-26"10 1/2"-17 1/2"8 3/8"-10 5/8"(311mm-660mm)(267mm-445mm)(213mm-270mm)工具长度32.8 ft(10m)32.8 ft(10m)32.8 ft(10m)工具重量6,800 lbs (3,084 kg)5,200 lbs (2,359 kg)3,750 lbs (1,701 kg)常规井眼尺寸17 1/2" (445 mm)12 1/4" (311 mm)8 1/2" (216 mm)肋板/扶正块或TSS 外径11 1/2" (292 mm)10" (254 mm)8 1/4" (210 mm)当量刚性 ODXID 9.7" x 7.6" (246 mm x 193 mm)8.4" x 6.3" (213 mm x 160 mm)7.1" x 5.5" (180 mm x 140 mm)止电短接上部接头7 5/8" API 正规.母扣 6 5/8" API 正规.母扣NC50 or 4 1/2"IF 内平.母扣工具扣型和上扣扭矩工具尺寸(外径OD)：9 1/2"(241mm)8 1/4"(210mm) 6 3/4"(171mm)450 - 1,560 gpm 300 - 1,300 gpm 200 - 900 gpm (由MWD 叶轮片配置决定)(1,703 - 5,905 lpm)(1,136 - 4,921 lpm)(757 - 3,407 lpm)最大抗拉力(旋转)1,348 klbs (7,040 kN)1,144 klbs (5,090 kN) 881 klbs (3,920 kN) 最大失效抗拉力(非旋转)1,978 klbs (8,800 kN) 1,430 klbs (6,360 kN) 1,102 klbs (4,900 kN) 最大折弯度 -旋转通过55 kNm (40.6 k ft-lbs) 55 kNm (40.6 k ft-lbs) 26 kNm (19.2 k ft-lbs) -滑动通过150 kNm (110.6 k ft-lbs)150 kNm (110.6 k ft-lbs)70 kNm (51.6 k ft-lbs)最大工作温度最大压力压降最大通过狗腿度 -滑动通过 -旋转通过遥测类型工作时间 -实时/内存内存存储读取速率最大轴向、横向和切向振动工具尺寸(外径OD)：9 1/2"(241mm)8 1/4"(210mm) 6 3/4"(171mm)测点到工具底部的距离发送接收极间距发射极数量频率范围纵波速度快慢范围 ∆tc 横波速度快慢范围 ∆ts 探测深度纵向分辨率 -∆t-层界面识别精确度 ∆tc 精确度 ∆ts 测井速度2%5%根据工具循环时间而变化.循环时间100hr 时，最大机械钻速500ft/hr(152m/hr)的情况下1个样点/ft 或更好层界面识别厚度会根据采样率不同而变化深达3 ft∆t 是6个接收极高度的平均值45" or 3.75 ft (1.14 m) 24" or 2 ft (0.61 m)24 (6 X 4)单极：4-18 KHz /多极：2-10 KHz 40 - 220 µsec/ft (131 - 722 µsec/meter) 60 - 550 µsec/ft (197 - 1,804 µsec/meter)脉冲发射接受已经本身内部存储. 在地面做好相应设定. 可以支持500小时1Gb/2.25Gb 每分钟35 Mb10.7 ft (3.3 m)请参考技术文件TDS-20-60-0000-00关于RPM ，含砂量和堵漏材料请参考WMD 技术表(如Ontrak ，NaviTrak)9.3 ft (2.85 m)注意：测量点取决于工具本身而且会根据现场钻具组合的变化而不同最大允许通过狗腿度根据具体应用和其他一些参数如钻具组合、井眼轨迹和钻井方式(造斜、降斜或稳斜)的不同而变化。

随钻测井一﹑随钻测井的引入在油气田勘探、开发过程中，钻井之后必须进行测井，以便了解地层的含油气情况。

一般来说,测井资料的获取总是在钻井完工之后，再用电缆将仪器放入井中进行测量.遇到的问题：1、某些情况下，如井的斜度超过65度的大斜度井甚至水平井，用电缆很难将仪器放下去2、井壁状况不好易发生坍塌或堵塞3、钻完之后再测井，地层的各种参数与刚钻开地层时有所差别.(由于钻井过程中要用钻井液循环，带出钻碎的岩屑，钻井液滤液总要侵入地层二﹑随钻测井的概念随钻测井(因为它不用电缆传输井下信息，所以也称为无电缆测井 )：是在钻开地层的同时,对所钻地层的地质和岩石物理参数进行测量和评价的一种测井技术.首先，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的时间，从钻井—测井一体化服务的整体上又节省了成本。

其次，随钻测井资料是在泥浆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.而且，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作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。

另外，近二十年来海洋定向钻井大量增加。

采用随钻定向测井，可以知道钻头在井底的航向，指导司钻操作；可以预测预报井底地层压力异常，防止井喷；可以提高钻井效、钻井速度和精度，降低成本，达到钻井最优化（现代随钻测井技术大致可分为三代）•20世纪80年代后期以前属于第一代可提供基本的方位测量和地层评价测量在水平井和大斜度井用作“保险”测井数据,但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比以及地层评价;随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。

•20世纪90年代初至90年代中期属于第二代过地质导向精确地确定井眼轨迹 ;司钻能用实时方位测量 ,并结合井眼成像、地层倾角和密度数据发现目标位臵。

这些进展导致了多种类型的井尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。

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。

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。

科技成果——随钻声波测井关键技术技术开发单位中国科学院声学研究所适用范围油田勘探与开发成果简介（1）课题来源与背景：随钻声波测井技术在我国油田勘探与开发，特别是在非常规油气藏的水平井钻井测井中有着重大需求。

她可以实时评价地层岩性和孔隙性，进行地层孔隙压力异常预测，给出岩石力学参数，为钻井施工安全提供决策依据。

在我国该项技术与装备属于技术空白，一直被对国外油田技术服务公司长期垄断。

（2）技术原理及性能指标：随钻声波测井基本测量原理主要是由发射换能器产生声波，经过钻井泥浆进入地层，在地层中传播，再由接收换能器组合通过泥浆接收到包含地层信息的压力信号。

然后通过数字处理的方法，分析和提取地层信息。

存储式单极子随钻声波测井实验样机主要包括发射换能器1只、接收换能器4只、隔声体1个、电池插件1个、发射电路插件1个、数据采集与处理电路插件1个。

仪器主要性能指标：最高耐温150℃，最高耐压100MPa，工作频率10-15kHz。

（3）技术的创造性与先进性：仪器核心部件如换能器技术获得发明专利1项，申请在审1项，机械结构短节测量装置获得实用新型专利3项；在我国较早地获得了随钻声波测井实际资料，填补了国内空白。

（4）技术的成熟程度，适用范围和安全性：目前该项技术处在工程应用示范阶段。

（5）应用情况及存在的问题：该项技术已经在我国某油田完成了三口井的测试检验，最大井深1250米，承受住了井下连续工作72小时、耐高温、耐高压、强震动和泥浆冲蚀等恶劣环境考验，并且能在井下存在钻柱系统的振动与冲击的实时钻进过程中依然可以正常工作。

在我国，我们较早地获取了第一手的随钻声波测井资料，目前处于国内领先水平，具有较强的应用前景。

（6）历年获奖情况：“随钻声波测井关键技术及实验样机研发”项目曾获得2015年度中国科学院声学研究所“科研项目重大进展奖”。

效益分析由于国内石油公司对随钻声波测井技术存在着迫切需求，势必会加速推动该成果的应用示范与成果转化，这将节省钻井成本，应用前景十分广阔。