探测复杂储层 迈入成像时代

测井公司阵列感应成像测井仪研发纪实

  截至目前,中国石油测井公司自主研发的MIT阵列感应成像测井仪已在长庆、华北、吐哈、青海、塔里木等油田施工2500井次,同比增长11.8%。

  作为国内首个年作业量突破5000井次大关的成像测井仪器,经过十年的持续创新与不断完善,MIT阵列感应测井仪已成功推出第三代新产品,测井一次成功率、曲线优质率和识别准确率分别达到97%、98%和94%,整体性能稳居行业前列。

  近年来,测井公司坚持自主创新,瞄准前沿,实现核心技术、主力装备从“跟跑者”到“比肩世界先进”的跨越式转变,有力提升了服务保障能力和企业核心竞争力。

  MIT阵列感应成像测井仪应用分布与年作业量示意图

  

  昔日之痛 今日之志

  随着油田开发方式的多样化,油藏状况越来越复杂,常规测井技术已难以满足“三低一高”(低丰度、低渗透率、低孔隙度、高致密)等油气藏地层评价的需求,而缺乏自主知识产权的先进测井装备和软件,让测井公司只能被迫接受国外垄断技术高昂的价格、严苛的市场服务限制,承担市场阵痛。

  不掌握核心技术,就没有市场;不发展高端装备,就会被淘汰;不提升竞争实力,就没有未来。事实证明,真正的测井核心技术是市场换不来、花钱也买不到的。只有打造自主品牌的先进测井装备,实现核心技术自主化,才能不受制于人。

  阵列感应成像测井仪具有较强的薄层划分能力,可直观描述地层侵入特征和电阻率的径向变化,准确识别油气层,是复杂非均质储层测井解释的重要手段,也是各大油服公司增强核心竞争力的重要装备之一。

  测井仪器属技术密集型产业,行业技术门槛高,资金投入大。在中国石油科技发展部的大力支持下,2004年年初,MIT阵列感应成像测井仪项目组正式成立,精兵强将陆续到位,一场立足于自主知识产权,追赶世界一流,实现新一代高端测井装备国产化的战斗悄然打响。

  集智攻关 不断突破

  项目组选择了一条荆棘密布的研发之路。从探测器设计到信号采集机电系统优化,从数据环境校正到高分辨率合成,系统无论在硬件、软件上,还是在技术方法上,均进行了重要创新。测井公司总工程师汤天知说:“这为有效解决关键技术和工艺问题,持续提升仪器性能,不断推出新产品打下了坚实基础。”

  阵列感应成像测井仪采用阵列化线圈系结构,通过井下多频智能发射、多道高精度数据采集、地面软件环境校正与聚焦合成处理等先进技术,实现地层纵向高分辨率、径向多探测深度的电阻率测量,直接进行油气指示。其中,高灵敏度、高稳定性探测器参数设计与结构实现是研发中要解决的重大技术难题之一。

  面对相邻两个接收线圈阵列之间位置干涉、单边结构线圈道间直接耦合信号影响及基值漂移等亟待解决的问题,项目组借助“十一五”“十二五”国家油气重大专项、国家“863”和集团公司重大课题等项目的支持,对陶瓷骨架、芯棒、铜管、外壳及线圈结构、绕制工艺等,逐一实验、分析、设计、再实验,最终通过巧妙设计,创新解决了高精度阵列化组合线圈设计这一重大难题,使仪器的稳定性和可靠性有了质的飞跃。

  随着多频多道微弱信号检测、数字化合成聚焦处理、自适应斜井与偏心环境校正等一系列关键技术的相继突破,MIT阵列感应测井仪成功实现了3种纵向分辨率和5种径向探测深度的电阻率测量。2007年,该技术荣获中国石油技术创新二等奖。

  创新为帜 步履不停

  作为中国石油自主创新重要产品,MIT阵列感应测井仪2008年推广应用以来,新发现识别了一大批油气层系,为长庆油田“三低”油气藏的准确识别提供了新的解释方法,实现了复杂储层评价的重大技术跨越,有力助推了我国测井技术全面进入成像时代。

  由于性能稳定、测量精度高、操作安全可靠,仪器作业量逐年攀升,已成为油气田测井作业常规必测项目。十年来,测井公司生产、投用的268套MIT阵列感应测井仪,累计作业2.6万余井次,开发井和探井解释符合率分别达到95.1%和83.6%,创造效益超过10亿元。其间,还多次走出国门,助力“一带一路”建设,提升了企业的国际竞争力。

  “这个项目的成功,得益于我们公司研发、制造、服务一体化的发展模式。”项目组高级工程师陈章龙说。作为专业化技术公司,测井公司有贴近市场、了解客户需求、明确产品功能的优势,既可高起点、高标准研发,又能快速投产应用并及时获得反馈、持续改进,使产品保持了旺盛的生命力。

  目前,这一重大自主创新产品已发展到第三代,获得授权专利26项,其中发明专利11项;制定行业标准2项,形成技术秘密12项。

  “从无到有”“从慢到快”“从长到短”,如今的MIT阵列感应测井仪越来越精巧:长度仅有5米,测量精度却高达±0.5毫西门子,充分展现了中国石油在复杂成像测井领域的科技水平和实力。

  技术前沿

  三分量阵列感应测井

  据估计,世界上大约有30%的油气存在于砂泥岩薄互层中,薄互层油气藏也称为各向异性油气藏。

  与通常油气层呈现高电阻率特征不同,砂泥岩薄互层和裂缝性油气层往往表现为,在水平方向测得的分量为低值,而在垂直方向测得的分量为高值。由于包括现有阵列感应成像测井在内的传统感应测井仪器,测量的电阻率只有水平分量,因此仅根据水平参数预测砂泥岩产层就可能出现错误或发生漏失现象。

  为得到更加精确的地层电阻率,帮助地质工程师更好地认识、评价油气储层,减少低估、漏掉油气产层的机会,近年来,国外推出了可识别地层三维特性的新型三分量阵列感应测井技术和商用装备,并逐步成为当今测井领域的研究热点。

  作为新一代阵列感应仪器的发展方向,这种全新的地层结构探测系统,通过对接收线圈测得的3个互相垂直的磁场分量信息进行处理,不仅可得到地层的水平电阻率和垂直电阻率,还能得到各向异性地层模型的含水(油)饱和度,以及地层倾角和仪器方位角等信息,有效解决了径向探测深度和纵向分辨率之间的矛盾, 使水平方向的探测深度更深, 纵向分层能力更强,既可用于竖井, 又可用于斜井和水平井, 其探测性能不会因井眼方向的变化而下降。

  三分量阵列感应测井还能获取三维孔隙率、渗透率和含水饱和度等参数,因此可探测到传统方法探测不到的薄储层、低渗透率储层,并能更准确地进行油气储层预测和产能评价。

  为不断提升核心竞争力,测井公司紧跟国际测井技术发展前沿,2011年起,在国内率先开展了三分量阵列感应测井技术研究,目前已完成仪器研制,即将进行现场试验。


  工作原理:

  阵列感应成像测井仪基于电磁感应测井原理,采用三线圈系结构。通过发射线圈发射3种频率的混频信号,8组接收线圈接收来自地层的二次感应信号,得到24条实部和24条虚部电导率曲线,在地面软件通过自适应环境校正和软件聚焦合成处理,得到3种纵向分辨率、5种径向探测深度的电阻率曲线,用于分析薄层和层内非均质性,描述泥浆侵入特征,判断油水层。

  专家点评

  高端测井装备重在自主创新

  陆大卫(原中国石油学会石油测井专业委员会主任)

  测井是发现油气的一种重要方法,被誉为地质家的眼睛。先进的测井装备是取得真实可靠地质信息的必备手段。

  中国石油测井公司针对国内油气勘探开发需求,在国家油气重大专项的支持下,充分发挥研发、制造、服务一体化优势,坚定信念、锲而不舍,研制成功MIT阵列感应成像测井仪,并通过滚动开发在核心技术、关键工艺、作业质量、应用规模等方面形成了自己的特色,走在国内同行业前列。这是坚持自主创新的结果。

  为谋求行业发展主导权,国外公司十分重视先进测井装备的研发与升级换代,斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿三大石油测井公司,都曾凭借各自的先进成像测井系统长期在国际市场占据主导地位。

  地层电阻率测量是测井解释评价油气储藏的主要依据,感应测井是重要的电阻率测量方法。随着石油勘探的进一步深入,为有效解决低渗、低阻等复杂油气层的识别能力,20世纪90年代初,国外在电子技术和计算机技术高速发展的基础上,推出了新一代阵列感应成像测井技术,本世纪初又推出了适应不同井眼环境和地质条件需求的阵列感应成像测井仪器系列。然而,这些引领国际测井主流技术发展的跨国公司,要么只提供技术服务,要么仪器售价连年递增。

  高端成像测井装备制造的突破口是关键技术和核心技术的自主研发,这就需要创新发展理念,紧贴国际测井技术前沿。

  中国石油测井公司通过潜心研究,在智能多频发射、多道微弱信号检测等重大技术难点上取得了一系列突破,建立了配套的测试校验体系和标准,开发了完善的采集处理软件,同时还形成了方法软件、机电设计等专业化的攻关团队,形成155摄氏度、175摄氏度及快测等系列化产品,不仅将我国的感应成像测井技术提高到一个新的水平,成为国外同类产品的有力竞争者,而且为实现高端测井装备的自主创新提供了经验。

  尽管随着设计、工艺、材料等的不断改进优化,MIT阵列感应成像测井仪的综合性能大幅提高, 逐步成为长庆特低渗透复杂储层油气识别的有效评价方法之一,但最新开发的三维感应成像测井仪3DIT与国外顶尖技术水平相比还存在一定差距,今后需在现场试验的基础上加快完善,促进应用与定型。

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