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蔡君等:录井技术发展现状及前景综述

蔡     王志章    田 

中国石油大学(北京)

    现场岩性迅速识别、地层可钻性判断、及时卡准取心层位、油气水层判别、钻井风险监测、数据信息实时发布等是录井技术在随钻过程中的突出优势,也是有别于其他专业的显著特点,录井采集的现场第一性资料,经过分析处理后能为油气田勘探开发提供重要的参考依据。在分析油气勘探开发需求与录井中面临的如岩性识别、物性判断和油气水层解释评价方面的困难间关系的基础上,结合录井数据采集、资料处理、解释评价和信息技术的发展现状,综述了录井行业在资料采集智能化、数据处理模型化、解释评价随钻化和信息发布多样化等技术的发展前景。

关键词  录井技术  录井现状  油田需求  发展趋势  发展前景  智能化  随钻化   模型化

 

引 

录井技术突出特点是实时性,录井能在随钻过程中及时建立地层剖面和准确发现油气层,是现场解决地质问题的最直接和最有效的途径,因此有着地质学家眼睛的美誉。近年来,随着勘探开发目标非常规化和钻井深度日益加深,录井面临着复杂地质目标和钻井新工艺带来的双重挑战,在资料采集、数据处理和解释评价方面如何发展,在录井管理和技术进步上如何把握,是录井从业者正在面对也必须解决的问题。

油田需求

录井作为一门应用学科和一项为油田生产服务的技术,只有面向油田,才是录井的立足之本。因此,在绘制录井发展蓝图之前,必须掌握当前油田在井场的需求,以满足这些需求为发展目标,否则只会被边缘化,甚至走向衰落。目前来看油田主要存在以下5方面需求。

1.1  复杂地层和关键层位岩性识别

准确进行岩性识别是地层对比的基础和地质卡层的关键,也是对录井的基本要求。目前复杂区块勘探力度加大、复杂井部署增多、钻井提速提效等诸多因素都增加了准确识别岩性的难度,主要表现在:火成岩岩石类型多、岩性复杂,受多期次喷发和风化溶蚀作用影响,纵横向变化快,分布规律差,造成识别难度大;潜山界面风化严重且岩性混杂,潜山内幕构造复杂,裂缝发育、岩性复杂多变,要准确迅速识别岩性并卡准潜山界面难度很大;混积岩储集层多种岩性混杂、岩石成分和结构差异大,薄互层多,测井响应特征不明显,邻井可对比性差,造成岩性识别难度大;山前井地质条件复杂,上覆盐层与目的层地层压力系数相差大,事故复杂多发,钻井工艺难度大;在PDC钻井、气体钻井条件下,岩屑破碎严重、识别定名困难等。对上述岩性准确识别的需求一直存在。

1.2  储集层物性评价

储集层的物性参数是油层的重要指标,直接反映出储集层储量和开采产量。储集层物性参数通常包括孔隙度、渗透率、压缩性、饱和度等,其中孔隙度和饱和度与储量有关,渗透率和压缩性与产量有关。如何通过录井参数评价储集层物性,长久以来一直是困扰录井的难题。

多年来录井工程技术人员把油气地质学、钻井工程学和井筒信息结合起来,做了大量相关储集层评价的研究,开发了各种评测储集层物性参数的录井技术。如利用气测、地化、定量荧光、钻井液等识别油气层;利用核磁录井、CT岩心扫描、地层可钻性等测定储集层物性参数(孔隙度、渗透率、含油饱和度)。但在取心井越来越少的情况下,录井专业对于物性的识别大多属于定性判断,以至录井参数难以参与到完井后的各项研究中,造成不被重视的局面。随着勘探开发节奏的加快、工序衔接更趋紧密,对于储集层物性的实时、准确、定量化判定的需求与日俱增。

1.3  复杂地质条件下油气(水)性的判别

一个时期以来,各油田的勘探中存在的低、深、难(低渗透率、埋藏深、钻探难度大)和高、散、低(中浅层探井密度高、油藏分散、显示程度低)已成为具有共性的问题。随着勘探目标的复杂,油气发现和储集层流体性质评价的难度加大,而建设方的需求强烈主要表现在以下7个方面。

1)储集层流体识别难。录井解释为油层,甚至槽面出现了油花气泡,而试油为水层;现场录井气测值很低,而试油为油层,气测值无法反映储集层产能;地层乳化水导致无法区分油水层。

2)低电阻率油藏评价难。由于钻井液侵入、高泥质含量、高束缚水饱和度等因素,导致地层测井响应特征不明显,无法真实反映油气藏特征,这种情况很多油田都有,尤其以长庆油田为典型。

3)高压低渗、非全组分、火山岩等特殊油气藏缺乏有效评价手段。

4)薄油气层显示发现难。

5)钻井液添加剂条件下真假油气显示识别难。

6)泡沫、气体等特殊钻井工艺条件下油气层发现和评价难。

7)致密油、页岩油气等非常规油气层评价难。

1.4  钻井风险评估和预报

当前钻井工程事故复杂已经成为影响钻井提速提效的主要原因。由于目前仍然沿用传统单参数门限值结合人为综合判断的工程预警方式,预警模型没有质的变化,在深井、钻速快、井下工具复杂的情况下,工程预警预报准确率低、及时性差。尽管国内主流综合录井仪在钻井工程、气测、钻井液这3大类地面参数采集方面没有问题,但缺少更为丰富的地下参数采集手段、采集设备及计算机数据处理手段。如何将专家判断钻井工程异常的思维过程转化成为计算机软件系统自动判断,消除人为的不确定性因素,将专家的经验转化为预警经验并充分共享,是降低钻井事故复杂的关键。

1.5  现场快速决策的技术支持

油气勘探开发的复杂性、难度不断增大,勘探开发速度越来越快,现场生产组织越来越周密,各工序衔接紧密,钻井施工周期及成本预算都得到了严格的控制。在快速开发、钻井提速的大背景下,对现场信息处理的及时性、准确性、全面性提出了更高的要求。当前大位移井、水平井部署所占比例增加,施工难度加大,现场基地联合作业、远程指挥的作业模式逐步兴起,各油田公司、技术服务公司纷纷建立决策指挥中心。该模式强调数据信息与作业体制的配合,要求数据传输和处理必须及时,只有各方及时接收到现场数据,才能为油区提供及时有效的技术支持2

为加快信息处理速度,面对浩繁的录井数据,尤其是实时数据,录井人员应迅速筛选有效、可靠、敏感参数,并及时发送,以便决策者快速作出决定。因此,油田建设方对于各专业间、施工方间数据快速归集、实时共享、快速筛选的需求越来越强烈。

录井技术发展现状

近年来,录井技术在资料采集、处理、解释评价和信息化建设上取得了长足进步,充分发挥了录井作为勘探开发的眼睛、钻井安全的参谋和信息传输的中枢作用。

2.1  采集技术

进入21世纪,录井的资料采集技术发展迅速,已成为应用多种物理、化学分析方法的综合录井技术,地层信息采集开始从宏观向微观、从矿物向元素、从气体向流体方向发展。同时,录井信息采集开始趋于在线化,各种传感器的工程录井、气测录井实现在线化3

录井采集虽然解决了大而全的问题,但在精而优、有针对性、系统性采集方面依然存在不足,同时还存在在线化程度低、录井数据质量差、可靠性低等缺点。因此,对种类繁多的录井技术实现采集智能化和无线化是适应勘探开发难度不断加大现状的必然趋势4

2.2  资料处理技术

资料处理技术是指介于现场采集和解释评价之间的录井资料数字化和标准化处理。近年来部分录井单位通过对资料处理技术的攻关,逐步开始应用现场资料处理技术、气测和地化录井资料环境影响因素校正技术等方法,实现了综合录井数据格式转换和自动提取,岩心岩屑的归位,建立了岩性及含油气性剖面和压力剖面,实现了多项专项技术的数据自动采集,从而提升了录井资料的应用水平,为完善录井资料处理系统奠定了基础。

虽然录井资料处理技术有所进步,但尚处于起步阶段,多项采集资料都没有建立完备的处理方法,制约了解释评价的定量化和精细化。与物探、测井相比,录井资料涉及项目繁多,数据庞杂,不仅包括颜色、成分、结构、荧光级别等定性的零散数据,而且还有更多的传感器、采集仪获得定量的连续数据。同时,由于参数采集的实时性、唯一性以及受多种钻井和地质条件的影响,资料处理难度非常大,定性和单点测量的数据有待于开发定量化处理方法,这需要强大的批量处理方法和软件。因此,对录井而言,建立标准化的资料处理流程尤为重要。

2.3  解释评价技术

经过几十年的发展,录井资料的解释评价技术日趋丰富。许多录井单位已经根据各自所服务油田的地质、油气藏特征,形成了原油性质评价、有效储集层识别、储集层流体性质识别、水淹层评价、油气产能预测等配套评价技术和解释图板,并且部分已经实现了计算机的自动处理解释。甚至部分录井单位建立了融合多个单项技术的录井油气水层综合解释评价技术,更加注重随钻分析,在钻井现场进行快速解释,有效实现了录井地层识别、储集层划分、油气显示落实、油气水层判断4,极大地拓展了解释评价思路,促进了解释评价技术的快速发展。

虽然录井已经形成了各项解释评价技术和方法,但仍然存在一定的局限性。方法研究上依然存在重经验而轻理论、不明原理而夸大专项辅助技术功能的问题。各录井技术的数据和资料未能综合利用,不能充分挖掘吃透录井信息,大多数的单项解释技术还是建立在定性判断基础上,因而录井解释评价仅仅局限于钻井周期,不能参与到后续油藏研究及开发应用中,造成录井技术得不到重视2。重要的是,决策者对现场录井油气层解释评价的时效性要求很高,但由于录井数据采集和处理的标准化、定量化和批量化程度低,现场录井作业人员技术水平有限,录井解释评价未能智能化,造成各项解释评价结果滞后的问题十分严重。以上各种问题都对录井解释评价技术提出了更高的要求,应在资料处理和解释评价方面寻求更专业的方法和软件。

2.4  信息技术

借助互联网和信息技术的快速发展,录井早已经成为井场的信息汇集和传输中心,整合地质、钻井、测井、固井以及随钻数据的综合录井远程传输技术已经在各油田普遍实现,甚至无线远程录井、远程大屏幕监控、远程实时决策系统也已经在部分油田开始运行。国内各录井技术服务公司已经建立起一套集现场数据采集、卫星(网络)数据传输、基地数据存储、网络发布为一体的比较完整的录井信息技术系列,为管理者实时了解井场工作状态和井下地质信息;为建设方等生产决策部门及时发布生产指令;为建设方增储上产;为随钻解释评价和资料共享都提供了便利条件。

但是,在信息化方面依然存在现场数据综合统计分析不够、数据挖掘深度不够、数据多样化展示不够、数据因人而异差异化发布不够、信息发布系统普及程度低的问题,这些问题都有待于研究和改进。利用信息技术,转变录井服务思路和方式,将是录井发展的新起点。

录井技术发展前景

发展高精度、多信息、集成化、智能化的综合录井技术,建立基地录井信息库和高速解释工作站,发展以问题为导向的井筒综合技术应成为录井技术的发展方向。

3.1  资料采集智能化

录井资料采集的定量化、智能化、网络化是录井资料采集技术的发展趋势。

3.1.1  人工向智能发展

加快数据采集智能化,将大量人工完成的录井工作转化为机器自动化,减少由于人员经验、技术水平、分辨能力等人为因素造成的影响。录井资料大多为定性内容,数据可比性差,较差的定量化数据导致录井资料平面上可比性较差,也是录井在与相关专业竞争中处于劣势的一个重要原因。客观上录井的智能化、自动化程度已低于社会发展速度,实现录井的新生更需要强化传统录井技术与信息技术的融合。

3.1.2  有线向无线转变

采用无线技术,如局部网络完成传感器、控制器等数据采集和传输。这样相邻的几个井场或者大平台井可以共用一个综合录井房,减少征地,节约成本,能极大缓解征地困难且费用昂贵的困境,同时实现信息化、智能化和远程管理控制的网络。然后,依托无线传输方式,加快远程录井技术的开发和实施,形成基地(内部管理者与甲方)与现场之间双向无障碍通道。

3.1.3  形成录井技术系列

面向油田需求,形成录井技术系列。随着录井技术的发展,单项的录井技术已达几十种,但每种技术有不同的适用范围。要将地质目标与技术优势结合起来,明确需解决的地质问题和诉求,结合各录井技术的特点和优势,针对性选取最佳技术组合,致力于用少而精的技术组合完美解决复杂地质问题,避免盲目、滥用录井技术,造成经济、人力的浪费。因此,面向需求建立针对性、适用性、实用性和经济型的录井技术系列将成为必然。针对不同地区特点、不同储集类型、不同储集层流体、不同井别建立相应的录井技术系列及资料处理解释规范5

3.2  数据处理标准化

录井资料采集处理水平决定录井剖面的精度和准确性,直接影响录井资料应用的深度和广度。

3.2.1  从定性向定量转化

录井数据数字化,突破录井数据使用期限,不能仅局限于钻井周期。必须定量化录井数据,改善录井资料的平面可比性,提高录井数据质量,才能使其参与到后期研究中。

3.2.2  从离散向连续转化

录井资料统一到深度剖面。研究连续测量的数据处理技术,将中断的点测录井资料转换成深度连续的剖面;将录井图形信息和定性数据进行数字化处理,建立统一的数字化标准,例如地化谱图的定量化表征,对岩屑描述进行定量化处理;录井参数归一化和标准化校正6。总之,录井资料应向可视化、直观化、标准化方向处理,统一和规范数据格式,尽量将所有信息数字化,然后标定在深度剖面,从而实现数据深度统一、连续可比。

3.2.3  处理流程标准化

按照定量化、连续化的处理观念,统一标准的数据格式,建立标准规范的录井资料处理流程和方法,并将这套标准流程和方法软件化和模型化,实现软件批量处理数据,便于不同水平的所有录井人员只需通过专业的录井资料处理软件即可完成标准化操作,减少人为因素干扰,同时加快了录井数据处理速度,提高录井数据处理精度,从而拓宽录井数据的应用广度和深度。

3.3  解释评价随钻化

3.3.1  突出专业间融合

积极主动与勘探开发其他专业交流融合,取长补短、合作共赢。解释评价过程中,不能仅局限于录井信息,还应结合构造、测井、地震、试油和生产数据,充分利用和挖掘一切可用信息,发掘各专业间数据关系,建立跨专业的解释图板或模型,拓宽解释评价的思路和经验,探寻录井多方位发展的可能。

3.3.2  形成解释评价方法体系

当前,录井行业在解释方法、解释图板和油气层评价方面都还存在不足。在未来的发展中,为了提高解释评价水平,需要综合运用各项解释评价技术,克服单一录井解释方法的局限性,结合我国油藏的地质特征和油气性质,完善解释图板,建立解释评价模型,形成适用于我国东西部油田的综合油气解释评价方法和标准。在此基础上,开发出综合性的解释评价软件。

3.3.3  实现随钻快速解释

为确保录井解释评价时效性,要实现随钻化解释评价。通过搭建的录井解释评价软件及模型化解释流程和方法,进行批量化与智能化的解释5,以此提高录井解释评价效率,努力实现随钻化,避免时间延迟造成信息误差和时效失效,影响现场各类决策。

3.3.4  做好录井成果展示

解释评价成果需要完善、统一、直观、美观地展现在成果图上,包括所有录井成果(如岩性识别、流体性质判断、物性评价、地层可钻性评价等)、钻井工况(如钻井液漏失、放空、钻井液变化等)、测试数据和测井成果等。总之,只要是在井场钻井周期内产生的数据和成果,不遗漏每一项有效数据和资料,汇总成一张图,将录井的工作成果淋漓尽致地展示出来。同时,把录井房发展成井场信息汇集、整理和交流的中心。最后将所有信息和成果图件保存在油田数据库,方便数据管理和调取。做好录井成果展示,也是提高录井地位的重要环节。

3.4  信息发布立体化

3.4.1  数据应用立体化

将井场所有资料、成果、图表等存储在地质数据平台。通过井位地理信息系统查询到相关邻井,从数据平台获取不同邻井层段试油(采)产量、压力、原油性质、测井解释数据、油气水层录井数据、钻井工程数据、纵横向岩性分析成果、平面地层对比成果,提前预判油气层位置、预估工程事故发生概率。当随钻录井发现油气显示后,通过随钻对比确定岩性及相关层位,将区块的邻井对应层位的相关数据同时提供给相关决策方,为决策方节省收集邻井历史数据的时间,利于及时作出正确的决定。同时,数据应用立体化方便后续研究人员调取和使用已钻井的各项现场数据,提升录井地位,增加录井技术价值和发展空间。

3.4.2  信息发布差异化

基于资料采集智能化、数据处理定量化和标准化、解释评价随钻化和综合化,依托井场无线技术,打造随钻井下采集平台、井场信息平台、远程决策平台三位一体的信息体系,实现解释评价系统与井筒数据中心无缝对接,在现有录井参数的基础上,集成随钻LWDMWD等信息,并将钻井工程、测井、测试、固井等不同作业体的信息在井场统一起来,提供一体化的数据源,借助互联网发布平台直接参与到油田的生产管理和指挥决策,更好地服务于油气勘探开发。

新业务领域由传统的围绕钻井逐步向钻前、完井阶段扩展,形成钻前准备、钻中跟踪和完井支持的地质工程一体化技术服务。

结束语

录井是一门应用科学,面向技术进步、面向生产实际、面向市场一直是行业发展的宗旨。开发录井新技术,研究配套技术系列,加强数据处理标准化,集成发展解释评价技术,搭建录井成果数据库是录井技术的发展方向。依据建设方勘探开发需求,发展高精度、多信息量、集成化、智能化的综合录井技术和软件,发展以问题为导向的井筒综合技术,充分发挥录井在油气田勘探开发中的作用,为勘探开发提供有力支撑是录井发展的趋势。

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