Logging while drilling electromagnetic wave responses in inclined bedding formation

For real-time inversion and fast reconstruction of formation true resistivity, the forward modeling of electromagnetic wave logging while drilling is usually based on the transversely isotropic formation model with vertical symmetry axis(VTI medium), but it only considers the horizontal and vertical resistivity. It has certain limitation during practical application. This paper presents a forward calculation method of electromagnetic wave logging while drilling in transversely isotropic(TTI) strata with inclined symmetry axis based on the Dyadic Green’s function. Anisotropic angle and azimuth are used to characterize TTI formation. The proposed algorithm is verified by numerical examples, the half-space electromagnetic wave reflection and transmission characteristics with different media are analyzed, and the necessity to use the new algorithm is pointed out. Numerical simulation also shows that there exist a critical borehole dip and critical anisotropic angle in TTI formation. Electromagnetic wave logging while drilling responses follows opposite rule before and after these two critical angles. Besides, the 'horns' at the interface are not only related to well deviation, resistivity contrast, but also related to anisotropic angle and anisotropic azimuth.

随钻方位侧向电阻率测井电极系设计及响应模拟

高阻地层水平井电缆施工风险大,测井数据缺失严重,制约了精准地质导向施工和优质储层钻遇。为此,提出了一种基于非接触耦合原理的新型随钻方位侧向电阻率测井电极系,该电极系具有径向、纵向和周向探测能力。利用三维有限元模拟方法,考察了井眼尺寸、冲洗带电阻率、地层倾角、层厚及围岩电阻率对探测结果的影响,确定了电极系尺寸和探测特性,并建立了环境影响校正模版。模拟结果表明,螺绕环激励式随钻方位侧向电阻率仪器探测深度较浅,总体小于电缆式侧向仪器,但随钻过程中受侵入影响较小,能够满足随钻测井需求,有较好的纵向分层能力,高阻地层条件下也可以分辨0.5 m薄层;借助四方位测量能较好识别高阻、低阻异常体位置并确定地层倾向。研究结果对随钻方位侧向测井仪结构参数设计及高阻储层勘探具有重要的指导意义。

无线电磁波随钻测量系统的发展与展望

无线电磁波随钻测量系统是煤矿地质透明、智能钻孔探测的重要组成部分。无线电磁波随钻测量、随钻数据传输技术能够将孔内的数据传输到孔外,有效解决煤矿钻孔探查信号传输“最后一公里”的技术难题。中长距离碎软煤层定向钻进及在钻孔中开展地球物理探测是未来煤矿井下物探技术发展的方向。孔中探测能够极大地减少外界干扰,也能够简化解释地质模型。本文介绍了无线电磁波测量系统的构成、技术性能、应用场景和技术发展现状,列举了技术装备存在的一些不足,重点分析了无线传输系统中发射部分的绝缘短节和基础单元轨迹测量短节的稳定性,并对无线电磁波随钻测量系统的未来测量短节类型及技术发展趋势、高速率数据传输,多学科协同创新等方面进行了展望。

随钻方位电磁波电阻率测井数据精度分析及实时反演成像

随钻方位电磁波电阻率测井数据包含地层电阻率、地层边界方位及距离等信息,其中地层边界的方位和距离作为大斜度井/水平井开发过程中的重要参数,是地质导向正确决策的关键.通过反演和成像技术能够将随钻方位电磁波电阻率测井数据转换为可视化的地层参数信息.由于测井过程中上传数据有限,本文分析了不同数据的测量精度,为上传数据选取提供参考.基于传播矩阵算法和Levenberg-Marquardt算法开展了一维快速反演研究.通过实时监测模型参数质量,避免反演陷入局部极小值,保证模型参数的全局收敛性.最后,通过实测数据处理,验证了反演算法的可靠性.

一种下座键式近钻头测量系统的研发与应用

目前国内外主流近钻头测量系统的井下系统大多采用上悬挂连接方式和涡轮发动机供电方式,其组成结构相对复杂,连接较为稳固不易脱键,但在钻井作业中发生地层坍塌掩埋钻具的情况下,易导致整串仪器无法打捞,给作业方造成较大损失。为此,设计研发了一种下座键式近钻头随钻测量系统,采用下座键式的连接方式和电池组供电模式,应用电磁波无线短传技术将近钻头测量的方位伽马、井斜等数据跨越螺杆传输至近钻头接收短节,通过近钻头接收短节与MWD井下系统相连,并以总线方式将数据发送给MWD主控单元,最后通过钻井液脉冲传输技术,将MWD测量数据与近钻头测量数据发送至地面处理系统指导后续钻井作业。现场应用表明,下座键式近钻头随钻测量系统测量准确,同时克服了主流近钻头测量系统作业中不易脱键的弊端,切实降低了定向钻井作业风险。

随钻方位电磁波测井反演模型选取及适用性

随钻方位电磁波测井可提供邻近地层界面的准确位置信息而被广泛运用于实时地质导向钻井,但如何选取合适的反演模型和最优化算法则是决定随钻方位电磁波测井资料反演速度和精度的关键。为此,首先基于降维策略将复杂地层随钻方位电磁波测井资料3D反演问题简化为一系列1D问题,然后探讨不同1D反演模型、反演算法的可行性与反演效果,并给出了两者组合的最优选取方法。数值模拟结果表明,1D反演模型的选取取决于靶层的厚度,而反演算法的选取则依赖于反演模型的层数,即对靶层厚度为4.0 m以上的厚层,应选用单界面反演模型和梯度反演算法组合;当靶层厚度为1.0~4.0m时,仅需将单界面反演模型替换为双界面反演模型即可提供准确的邻近上、下地层界面;对薄层随钻方位电磁波资料,则需采用多界面反演模型和Bayesian反演算法。

随钻方位电磁波电阻率测量系统发展进展

随钻电磁波电阻率测量系统采用多线圈、多角度及多补偿的线圈系结构,实现不同径向深度及方位地层电阻率的测量,其在地质导向钻井和油田地层评价中占据着至关重要的地位。在常规随钻电磁波电阻率测量系统的基础上,斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿及长城钻探分别研制和推出了具有方位特性的随钻电磁波电阻率测量系统并广泛地应用于水平井和大斜度井的开发与探测。介绍了随钻电磁波电阻率测量系统的结构组成及电磁波信号的处理方法,并通过对比和分析国内外主流随钻电磁波电阻率测量系统的优缺点,对其发展趋势进行了展望,为中国随钻电磁波电阻率测量系统的进一步发展提供借鉴经验。

水平井随钻电磁波测井实时正反演方法

基于层状地层随钻电磁波测井伪解析公式,提出边界最优匹配技术,来实现对钻遇地层结构的自适应截断;同时提出散射场一次反射/透射波高阶渐近与扣除方法,极大地提高了索末菲积分的收敛速度,克服了传统数字滤波积分方法精度低、适用性弱等问题,实现了对随钻电磁波测井正演的加速。利用邻井或导眼井等先验信息,通过对地层模型进行交互式调整,为地层界面的预测提供最优反演初值。结合梯度寻优算法形成水平井随钻电磁波测井实时交互式反演方法。实际资料处理结果表明,随钻电磁波测井实时交互式反演方法很好地解决了井周地层边界位置确定的难题,为水平井钻井轨迹最优化和油藏解释提供了依据。

随钻方位电磁波电阻率测井技术与地质导向应用

随钻方位电磁波电阻率测井可在地层中预测电阻率界面,指导钻井轨迹实时调整以钻遇储层甜点,在大斜度井和水平井油藏勘探开发中的应用日益广泛。介绍了新型随钻方位电磁波电阻率测井仪器(DWPR)的研制和应用情况。基于电磁全分量测量设计理念,该仪器采用倾斜发射倾斜接收的双斜正交线圈系测量结构进行地层边界探测和地层评价。DWPR仪器在典型地层模型下的响应表明,该测量方式下的方位电阻率、地质信号及成像信息,可有效反映地层电阻率、方位及各向异性等特征。针对DWPR仪器特有的电阻率信号、方位信号,基于阻尼最小二乘原理,开发了实时边界反演地质导向软件。新型随钻方位电磁波电阻率测井技术在中国近海进行了50余口井的地质导向应用,实时地层边界反演结果均符合油藏地质认识,有效指导水平井钻进过程,大幅度提高了储层钻遇率。

倾斜层理地层随钻电磁波测井响应特征

为实时反演、快速重构地层真电阻率,消除常规随钻电磁波测井正演基于含垂直对称轴的横向各向同性(VTI)地层模型仅考虑水平和垂直方向电阻率的局限性,基于并矢格林函数给出一套含倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)地层的随钻电磁波测井正演计算方法。采用各向异性角和各向异性方位来表征TTI地层的各向异性特性,通过数值算例验证了算法的正确性,分析了不同介质情况下的半空间电磁波反射和透射特征,指出使用新算法的必要性。数值模拟结果还表明,TTI地层中,存在临界井斜角和临界各向异性角,在这两个临界角的两侧,随钻电磁波测井响应随井斜角与各向异性角的变化规律相反;此外,在界面处的“犄角”不仅与井斜、电阻率对比度等因素有关,还与各向异性角和各向异性方位有关。

电磁波随钻测量与欠平衡钻井

欠平衡钻井具有能提高硬地层的机械钻速,减少循环漏失和压差卡钻等优点,在国外已经得到了迅速发展,成为一种趋势,其大量应用也为电磁波随钻测量技术(EM-MWD)的发展提供了更大空间。简要介绍了欠平衡钻井技术及其特征,并对EM-MWD在其中应用的重要性进行了描述,分析了EM-MWD的关键技术,对其研究方向进行了初步探讨。

基于DDS技术随钻测井仪发射电路研究

设计了一种随钻电磁波电阻率测井仪的发射电路。在电磁波测井仪中,频率源是关键的部件,其性能的好坏直接影响着系统的整体性能。锁相式频率合成器以较高的频率精度、分辨率及频谱纯度得到广泛应用,但是当需要窄频率步进时,环路带宽需要降低,致使锁定时间变长,不能满足要求。而DDS(直接数字频率合成)的出现恰好可以弥补这一缺陷,利用高精度、低功耗的DDS芯片AD9850组成频率为2MHz和400kHz数字电路作为随钻测井仪发射源,使对相位和幅度的控制和调试更方便快捷,并设计出具体的电路,通过实验验证了此方案的可行性。

随钻方位电磁波电阻率未钻地层预测技术

通过大量的调研、分析和归纳,介绍了一种采用随钻方位电磁波电阻率测量仪器对未钻地层进行预测的新方法,介绍随钻电阻率测量技术,未钻地层随钻方位电磁波测量技术,未钻地层预测定义、所用仪器、功能比较及未钻地层预测技术在复杂油气藏领域的应用。对国内开展未钻地层预测及探测、随钻地质导向及油藏导航应用、储集层精细解释及评价、定量随钻测井等方面的研究具有借鉴价值。

基于随钻测井的地层界面识别方法

随钻测井资料特别是随钻方位性测井资料在地质导向钻井中起着至关重要的作用,可以预测和判断地层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向。通过介绍随钻电磁波电阻率仪器、方位深探测电磁波电阻率仪器和方位伽马仪器的基本结构及测量原理,结合实际应用环境,分析测量仪器在穿越地层界面时的影响因素和边界效应,进而提出利用电磁波电阻率和方位伽马曲线响应特征实现地层界面识别的方法,最后举例说明了随钻电磁波电阻率和伽马成像仪器在地层界面识别中的应用。现场应用表明,研究开发的具有边界探测能力的地质导向技术和装备,优化了井眼轨迹在储层中的位置,降低了打穿油层的风险,提高了储层钻遇率。

随钻方位电磁波测井多参数快速反演

大斜度井/水平井随钻测井技术已被广泛的应用于各种复杂油气藏中,但传统随钻电磁波测井仅提供仪器轴向磁场分量,井斜和各向异性对测井响应影响耦合在一起,难以剥离,无法基于反演同时获取多个参数,进行相应的地层评价,且不能提供方位信息,难以实现地质导向功能.随钻方位电磁波测井在提供仪器轴向磁场分量的基础上,还提供了仪器横向磁场分量,其提取的地质导向信号,对地层界面非常敏感,受井斜、地层电阻率对比度和各向异性影响弱,可以反演得到准确的界面位置.此外,额外的磁场分量信息,有效降低了井斜与各向异性的耦合程度,可基于反演算法实现多参数联合反演,满足电阻率测井精细解释评价需求.

随钻正交方位电磁波三维有限体积法快速模拟

本文应用柱坐标系下有限体积法(FVM)结合开窗技术建立了一套针对各向异性介质随钻正交方位电磁波(OAEMT)三维数值模拟方法。首先应用柱坐标系下电场耦合势Helmholtz方程克服数值模拟中的低感应数问题,用电场切向与法向分量在金属钻铤面上的奇偶延拓逼近完全电导率边界条件(PEC),设法提高钻铤表面耦合势方程的离散精度。在此基础上,借助柱坐标Lebedev交错网格、非均质单元中等效电导率标准化以及三维有限体积法建立与钻铤表面完全协调的离散方程,由直接法求解计算器Pardiso获得稳定可靠的大型离散方程数值解。同时,为提高层状模型中正演模拟效率,采用开窗技术实现多发射源耦合势方程的并行运算。最后,通过数值计算分析了该仪器的共轴和共面响应特性。

矿用随钻方位伽马测井仪的设计与试验

为满足煤矿井下顺煤层钻进地质导向的现实需求,设计开发了随钻方位伽马测井仪,可为钻进地质导向工程提供地层伽马参数。在分析煤矿井下随钻测量的工况特点及伽马测井原理基础上,从硬件、软件及结构几个方面,设计并实现了可同时探测上下2个方向的伽马参数的随钻方位伽马测井仪。通过在地面勘探孔及煤矿井下实钻孔中进行了该仪器测试,测量数据稳定、结果可靠,在不同放射性地层,伽马测量值差异明显,且钻遇分界面时上下层伽马测量值呈现规律性变化。结果表明:该随钻方位伽马测井仪满足随钻测量的抗震、抗扭及耐水压要求,上下伽马测量结果可服务于地质导向工程、指导顺煤层钻进。

MRC近钻头地质导向系统总体设计与应用

地质导向钻井技术已成为复杂结构井地层评价的重要手段。但常规地质导向系统测量参数测点平均测量零长大于20 m,离正钻地层较远,测量信息相对滞后,对薄油层开发尤其不利,并且常规自然伽马测量不具有测量方位信息能力,不能及时判断钻具在油层中发生的变化。胜利钻井院研制的MRC近钻头地质导向系统采用电磁波电阻率、方位伽马和井斜一体化设计技术,实现近钻头地质参数与工程参数集成测量,实现了近钻头测量,大大缩短了测量零长(测量零长小于10 m),能够实时监测地层特征信息、辨别地层变化,测量的参数具有方位特性,能够确定储集层边界的位置,利于及时调整井眼轨迹,降低打穿油层的风险,提高储层钻遇率。现场应用证明,该系统测量数据准确、工作稳定可靠,应用单井都获得了较高的储层钻遇率。通过与常规地质导向系统应用效果对比,该系统更能实现对地层特性的判断和钻头在储层内穿行精确控制,平均单井储层钻遇率提高10%以上,可为薄油层的开发提供有力的技术支撑。

矿用电磁波随钻方位伽马测井系统的研究与实现

煤矿井下定向钻进是在螺杆马达和随钻测斜仪的配合下,按照预先设计轨迹进行钻进,不能根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹。矿用随钻方位伽马测井仪可实时测量地层放射性,实时依据地层放射性的变化判断钻孔轨迹是否在目的层中,为实时调整钻孔轨迹提供依据。从矿用电磁波随钻方位伽马测井系统(安标名称为YSDGC)的基本原理、关键技术设计、研制、试验设计等几个方面论述了该系统的研究与实现。该系统在煤矿井下的实际应用显示,系统在地层分界面处具有很好的方位伽马方位特性,为煤矿井下定向钻进根据地质情况调整钻进轨迹提供了依据。

基于拟牛顿法的随钻方位电磁波电阻率仪器响应实时反演与现场试验

为了利用随钻方位电磁波电阻率仪器的测量数据确定地层界面方位和距离,给地质导向提供决策依据,须采用准确可靠的反演方法。针对随钻方位电磁波电阻率仪器,建立了地质导向应用模型并模拟了其响应特征,研究了拟牛顿反演算法和流程,反演过程中只需要较小的计算量就可以得到Jacobian矩阵,大大提高了反演速度;并利用单界面和双界面地层的反演理论模型,验证了该算法的正确性和准确度。在胜利油田草XX井的现场试验结果表明,实时反演结果与方位电磁波电阻率成像显示及后期完井录井结果一致。该反演方法能满足利用方位电磁波电阻率进行地质导向的要求,为方位电磁波电阻率实时地质导向提供了一种高效、准确的计算方法。