创新驱动跨越发展:中国测井技术发展对策研究

陆大卫

(中国石油天然气集团公司咨询中心,北京100006)

创新驱动跨越发展:中国测井技术发展对策研究

陆大卫

(中国石油天然气集团公司咨询中心,北京100006)

1927年9月5日,斯伦贝谢兄弟以其发明的电测井方法在法国佩彻布朗进行了世界上第一次测井,记录的测井曲线清楚地指示盖层下面圈闭的、厚的含油砂岩,测井技术由此产生。在世界上出现第1条电测井曲线之后仅12年,在英国学习获博士学位回国、时任中央大学教授的翁文波先生(中国测井学科奠基人,中国科学院院士)于1939年12月20日在中国四川巴县的石油沟油矿1号井完成了中国首次电测井。纵观中国测井70多年的发展,以代表性的测井装备技术水平划分,中国测井技术的发展先后经历了半自动测井、模拟测井、数字测井、数控测井和成像测井等5个阶段[1](见图1);以发展模式划分,测井技术经历了全盘引进、吸收仿制、跟踪研制、创新研发等阶段。中国测井技术从无到有、从小到大,特别是自20世纪80年代以来,取得了突飞猛进的进步,形成了较好满足陆相复杂油气藏勘探开发需要的、完善的测井工业体系,涵盖了学科理论、实验手段、样机研制、工业化应用、产品规模、人才培养、标准化管理等研发、制造、服务、培训的各个方面,并在国际交往、海外服务和销售市场中崭露头角。当今,测井技术在石油工业中占有十分重要的地位,作为油气勘探开发过程中准确发现油气层和精细描述油气藏的一种重要手段,在石油工业界被誉为“油气勘探开发的眼睛”[2]。由于测井行业技术含量高、资金投入大、技术更新快、与其他专业技术关联密切等特点,在决策其发展战略时,尤其需要慎重。在当前制定“十二五”测井技术发展规划和确定今后5～10年测井技术发展对策时,有必要认真研究历史,总结过去几十年特别是近5～10年测井技术发展的成功做法。

图1 20世纪测井技术发展历程

我国在20世纪50～60年代普遍使用苏联的横向电测井,即利用几个不同电极距的梯度电极系测量值生成电探曲线,对照图版求出地层真电阻率,在大庆油田原状、中高孔隙度砂泥岩剖面识别油气层效果很好。用这种测量方法采集井周附近有限范围地层径向上几个深度区间的测井响应信息,突出径向上的差异,消除井筒和层厚等影响因素,逼近地层真实值,是其主要的技术思路。该测井方法的理论基础是无限空间均匀介质的场论,认为地层在径向上是均匀分布的。微电极测井、三侧向(七侧向)测井以及后来从美国引进的双感应、双侧向、微侧向、邻近侧向、微球形聚焦等测井技术,均利用该技术思路,主要根据储层电阻率的高低判别油水层。随着勘探对象(断块油田的出现)的扩展,开展了孔隙结构、岩性对测井响应影响的深入研究。在20世纪60年代中期,开始出现声感组合测井,配合自然电位、自然伽马、井径曲线消除岩性影响和校正泥质含量影响,突出孔隙空间油气含量对电阻率测量值的响应。该方法在渤海湾盆地、胜利、大港、辽河等油田得到广泛应用。后来,又增加了密度测井、声波测井和中子测井,增强了区分油气的能力。它主要考虑了岩性泥质含量的影响,特别适合中高孔隙度的孔隙型砂泥岩剖面。这套方法被广泛应用至今,习惯上称之为“老九条”常规测井系列。此外,测井信息在地层对比和沉积环境分析中显示了独特作用。这期间,以苏联AKC-50型电测仪为学习对象,我国自行研制的JD-581型全自动多线电测仪在随后30多年一直活跃在生产服务舞台。

1972年中国石油工业部赴伊朗考察的石油工业代表团带回2本斯伦贝谢公司测井解释图册和几张计算机连续处理的测井图,让人们的眼前一亮。1977年从美国德莱赛-阿特拉斯公司引进 10套3600系列测井仪以及随后的20世纪80～90年代几次引进成套数控测井装备,并从1980年起雇用斯伦贝谢公司开展测井技术服务,其包括用机械弹簧或液压推靠方式将仪器或探测器贴井壁测量,增加探测深度,补偿井眼影响以及各仪器间内部串线实现硬连接组合测量等主要设计思想,大大提高了仪器的可靠性和测井成功率;地面系统计算机可以直观显示和进行质量控制,快速处理输出成果;在以电法测井为主的“老九条”形成的同时,推出了地层倾角测井和地层测试这2个重要测井手段,给我们提供了具体学习和追赶的对象。从总结历史的角度,当时人们并没有充分认识到测井可用于正确认识地质构造、断层、地层压力对油气分布的作用;测井的视野将由单井单层扩展到构造、油气藏上,特别是地层测试器取样分析(直观分析到后来的 PVT分析),是继岩屑录井、井壁取心之后又一种直接而不是借助地球物理响应值转换来区分、识别油气的技术方法。此外,由于仪器组合的需要以及各种测井新方法的出现,应当提前意识到测井信息的传输方式和能力的问题,直到如今,大家还在为大幅提高传输率和实现井下处理实时传输而努力。

20世纪90年代,测井技术进入成像测井阶段。成像测井提供微观尺度上丰富的岩石物理信息,可以将储层的岩石孔隙结构、层理、裂缝和流体特性等清晰地显示出来,从而使油气藏测井精细评价分析能力提高到一个新的水平。斯伦贝谢公司最先推出电成像测井,它是从四臂地层倾角测井发展而成的微电阻率扫描成像测井,将单个电极发展到上百个电极柱,单个推靠臂发展到自适应的多个推靠臂(六臂、八臂),大体上经历了8～10年的时间。我国自1987年开始预研,1994年中国石油天然气总公司立项研究,其间因推靠器方案变更,主研人员流失,攻克信号检测难题耗时;2001年、2003年分别又立项开展二次开发和配套技术现场试验,2006年通过项目验收,2007年形成产品,历经20年。由于电成像测井技术的出现,测井解释引入了测井相的概念,与自然电位、自然伽马相比,成像测井信息更精细地显现和描述沉积环境,有助于研究油气运移聚集成藏;通过与岩心对比,成像测井为确定裂缝性储层和定量描述裂缝系统提供了有力手段;计算机技术也为成像测井数据库的建立创造了条件。这充分说明技术发展遵循了循序渐进、由量变到质变的规律;人们对新技术的认识需要过程,如声波测井,由长源距声波测井、全波列测井、偶极声波测井发展起来的声成像测井系列,是在利用研究储层改造增产效果之后才被人们逐渐认识而应用起来;阵列感应成像测井将几十年前的感应测井技术提升了一大步,在低对比度的油气层识别方面发挥了独特作用[3]。成像测井技术的形成和完善,给测井技术注入了新的活力[4]。需求促进技术进步和创新,工具和手段的技术创新拓展了应用领域和深度。

经过近20年的努力,特别是在“十一五”期间,我国成像测井技术已经从装备制造、采集工艺到解释评价软件形成系列技术(见图2)。自行研发的阵列感应、微电阻率扫描、阵列声波、超声成像、阵列侧向等系列基本配套,达到国际先进水平[4];核磁共振测井和随钻地层评价测井取得重大进展[5];复杂储层评价技术很具特色,跨Windows、Linux和Unix 3大操作系统的一体化网络测井软件开发成功;地面系统具有网络化、模块化和平台化等特点,多个测井产品已出口。此外,将原先对岩屑进行磁共振分析的装置与室内对岩心进行磁共振分析的技术进行集成,实现由室内精细测量向井场快速准确测量分析的跨越,连同岩石物理信息数据库以及软件信息网络远程传输等相关技术的融合形成了数字岩心技术[6-9]。这将为新区新层系新领域油气勘探的油气层快速识别与评价添上“隐形翅膀”,更可能为测井井下仪器的小型化、阵列化、智能化以及进一步集成为井下储层实验室,开展CT层析成像测井,实时测量开辟新途径。数字岩心技术的完善和内涵的扩展必将大大提升测井技术在石油工业中的作用和地位。“十一五”期间,中国测井技术的发展迈出了重要的一步,进入了快速追赶期。这是整合技术力量、海纳百川的结果,也是突出技术引领和支撑、注重成果转化的结果,更是加大科技投入着力培养创新能力建设的结果[10]。

图2 中国自主研发的成套测井装备

今后5～10年,测井技术将进入后成像测井阶段并处于成熟稳定时期[11]。国外测井技术的发展将以高度集成化成像测井系统为主体并不断改进与更新,地面系统向综合化、便携化、标准化和网络化发展,井下仪器向阵列化、集成化、高分辨率、深探测、高可靠性、高时效方向发展,测量方法向多波、多谱、多源、多接收器方向发展;随钻测井技术越来越多地取代电缆测井而成为常规服务项目,可靠性、抗干扰性进一步增强,探测深度进一步增大;油藏动态监测和地层测试技术更加成熟,套后测井评价技术系列配套,永久井下传感器提供更多的流体流动信息,成为数字化油田的重要部分;水平井三维流动成像测井技术也是一个重点发展方向。

中国测井技术要实现远程采集控制、实时处理数据、直观分析取样、层析显示成果,这一目标面临着严峻挑战,基础研究是突破性创新之源。只有进一步增加基础理论研究,开展储备技术研究,加大研究设施的投入,为提高自主创新能力打下基础,才能为后续跨越发展提供可靠保障。科技人员要排除干扰,潜心研究,深入研究缝洞型储层有效性测井模型和井下条件多重孔隙测井机理研究,完善和拓展数字岩心测井技术并与数字油田的建立相配套。系统研究核测井能谱分析方法,探索光学测井方法以及非常规油气测井基础理论等。

[1] 《测井学》编写组.测井学[M].北京:石油工业出版社,1998.

[2] 孙龙德.中国石油工业测井技术进展与展望[C]∥世界石油大会中国国家委员会中国油气论坛,2010.

[3] 陶宏根,王宏建,傅有升.成像测井技术及其在大庆油田的应用[M].北京:石油工业出版社,2008.

[4] 陆大卫.石油测井新技术适用性典型图集[M].北京:石油工业出版社,2001.

[5] 李剑浩.以油气评价为中心的测井技术[C].世界石油大会中国国家委员会中国油气论坛,2010.

[6] 中国石油勘探与生产分公司.低阻油气层测井评价技术及应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[7] 中国石油勘探与生产分公司.碳酸盐岩油气层测井评价技术及应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[8] 中国石油勘探与生产分公司.低孔低渗油气藏测井评价技术及应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[9] 中国石油勘探与生产分公司.火山岩油气藏测井评价技术及应用[M].北京:石油工业出版社,2009.

[10]中国石油天然气集团公司咨询中心.中国石油集团测井有限公司研发制造机构整合方案[C].内部材料, 2010.

[11]中国石油集团经济研究院,中国石油集团测井有限公司.中国石油测井技术研发策略研究报告[C].内部材料,2010.

陆大卫,男,1944年生,教授级高级工程师,长期从事测井技术管理工作。

2011-04-07 本文编辑 赵舒平)