成志刚,柴细元,邹辉,熊永立
(1.中国石油集团测井有限公司,陕西 西安710077;2.中国石油渤海钻探工程有限公司测井分公司,天津300280;3.中国石油天然气集团公司工程技术分公司,北京100007;4.中国石油川庆钻探工程有限公司,重庆400021)
第55届岩石物理学家和测井分析家协会(SP-WLA)于2014年5月18日至22日在阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比国际展览中心举行。来自全球40多个国家和地区的油公司、测井服务公司、科研单位及高校的1000多位岩石物理学家、地层评价专家和工程技术人员参加了本次年会。其中来自中国石油、中国海洋石油、中国石油大学等单位的代表约20人。会议安排了地层测试的新进展与应用,声波测井在岩石物理分析中的作用,碳酸盐岩多矿物岩石物理技术,毛细管压力基础理论、测量方式及应用,石油地质力学等5个专题讲座,并从碳酸盐岩储层研究、岩石物理监测/工程测井、大斜度/水平井测井与评价、常规储层测井与评价、非常规储层测井与评价等5个方面分14个部分进行了技术报告交流和论文展示。本届年会共选出论文报告125篇,确定会议正式交流100篇(宣读论文55篇,张贴45篇),其中中方交流论文1篇,张贴论文1篇。
会议期间还设立了测井相关技术装备新产品展览和软件展示,展示了最新的成像/扫描测井仪器、随钻测井仪器、地层测试仪器、地层评价测井处理软件及岩石物理研究、实验测量分析技术成果。
中国石油长城钻探工程有限公司和中海油田服务股份有限公司参加了SPWLA技术服务平台展示,介绍了近年来地层评价及测井技术最新研究进展和现场应用情况。
SPWLA非常重视该专题的技术交流,共交流论文30篇。碳酸盐岩储层评价在储层分类、非均质性评价和饱和度计算新技术方面取得显著进展。
HESS公司的Mark G Kittridge等[1]应用测井资料和岩心数据集分析矿物性质和孔隙形状对碳酸盐岩声速的影响,通过岩石矿物与孔隙度分析碳酸盐岩弹性力学性质,结合理论模型开展岩石物理分析。美国德州农机大学Mehrnoosh Saneifar等在分析储层沉积及成岩作用影响的基础上,包括颗粒体积压缩、粒内溶孔、弹性模量和剪切模量,基于常规测井曲线获得碳酸盐岩地层弹性和岩石物性特征,进行了岩石综合分类研究。
在复杂孔隙结构碳酸盐岩地层中,碳酸盐岩的孔隙体积大小和孔喉尺寸大小之间缺乏良好的相关性,核磁共振经验公式不能准确计算渗透率和反映岩石渗透率的各向异性特征。美国德州农机大学Chi Lu等[2]基于三维孔隙尺度图像,定量计算方向孔隙连通因子,并通过传统的核磁共振渗透率模型联合方向孔隙连通因子提出了新的核磁共振计算方位渗透率模型。BP公司的Vivek Chitale等以巴西Campos盆地为例,分析了固体基质中矿物以及化学性质对颗粒密度影响而导致孔径分布、渗透率和裂缝在空间上的差异性,通过数据采集和解释等多种手段极大减少碳酸盐岩孔隙空间和固体基质评价的不确定性。
致密微孔隙的存在使得碳酸盐岩储层中油和水之间电性响应特征不明显,使用Archie公式计算含水饱和度的偏高,含烃饱和度过低。ADCO公司Atef Farouk[3]以阿布扎比区块致密微孔隙碳酸盐岩储层为例讨论了Archie公式和非Archie公式计算出的含水饱和度及含烃饱和度差异,其中非Archie公式方法主要包括压汞毛细管压力法和核磁共振测井法等,建议利用几种方法的组合进行碳酸盐岩储层含水饱和度计算和含烃量评价。Said Mahiout、Edward A Clerke等对沙特阿拉伯油田复杂碳酸盐岩储层气藏进行了分析研究,指出碳酸盐岩储层中石膏节块含量的多少影响储层的品质,能谱测井在中东碳酸盐岩储层评价中具有重要意义。
复杂碳酸盐岩储层中沥青质的黏度较高,影响到储层品质。Milad Saidian和Torben Rasmussen等用核磁共振测井方法分辨出优质储层与沥青质储层。Fractured Damian Looez Aboites等对墨西哥湾高角度裂缝碳酸盐岩储层中的感应测井方法进行了研究,用感应测井结合常规测井方法确定墨西哥湾白垩系碳酸盐岩储层中的剩余饱和度。
碳酸盐岩储层非均质性较强,对不同尺寸岩心的渗透率测量影响较大。Maisoon A1Mansoori等[4]研究了中东地区复杂碳酸盐岩储层非均质性对渗透率各向异性的影响,采用高分辨率双能CT扫描技术对不同尺度的岩心进行测量,结合铸体薄片和毛细管压力资料分析在垂向和水平方向渗透率变化的地质和物理原因。
油田公司十分注重非常规油气测井解释评价新技术,国际油公司、油田服务公司、科研院所联合开展了非常规储层地层评价方法的研究,非常规储层地层评价新技术得到进一步完善和丰富。
康菲石油公司的Jesús M Salazar等[5]针对北美富含油的烃源岩油田中缺乏先进的测井系列(核磁共振、元素能谱等),基于常规测井的岩石物理模型区分油气运移通道(横向的)和岩石物理相(纵向的)。通过将三测井系列(电阻率、密度和中子测井)与岩心测试结合,计算烃源岩总有机碳含量、有机质成熟度、岩石矿物成分、密度、孔隙度及含水饱和度。该模型在曼克斯页岩中得到了广泛应用,并可用于陆地的水平井。
对于稠油储层、页岩储层以及微小孔隙流体,NMR横向弛豫时间较短,用传统的方法计算孔隙度或者其他岩石物理参数往往不够准确。Schlumberger公司的Lalitha Venkataramanan等[6]针对这一问题提出了一种应用核磁共振短弛豫时间更为精确地评价孔隙度的新方法,在反演T2谱的基础上构建孔隙度敏感曲线,从而得到校正因子,将校正因子一同参与反演得到新的T2谱分布,提高了孔隙度的计算精度,通过该方法还可以计算储层干酪根和有机碳的含量。
中国石油大学的李猛、陶果等介绍了一种改进的多尺度分析法,用于交叉偶极子声波测井曲线反演横波各向异性。该方法采用二元树复合小波变换方法将原始信号转化为多次反射的时间-频率域,达到提取弯曲波、抑制伪纵波及降噪的目的,并采用改进的快速模拟退火算法解决仪器偏心、井眼条件及地层品质等影响问题,提高了各向异性反演的可靠性和稳定性。
美国德克萨斯州大学的 Huangye Chen[7]在地层水中测量介电质,用孔隙与晶粒结构确定孔隙比例,用数字模拟方法确定孔隙与晶粒结构,根据测量介电质的介电常数确定岩石的非均质性。
有机页岩储层具有非常低的渗透率,储层中的裂缝系统易受水平层理影响。Halliburton公司的John Quirein等[8]为了精确地测量储层裂缝宽度和高度,考虑页岩的破碎性,并通过声波和密度的测井方法确定弹性模量和泊松比,指出在同一页岩中垂直方向上的泊松比小于水平方向泊松比。
致密气地层由于低孔隙度影响含水饱和度的计算精度,经常难以区分气层与水层。Schlumberger公司的Azzan Al Yaarubi[9]介绍了改进的核磁共振与介电测井技术在致密气评价中取得的进展,研究发现介电测井能识别气层且独立于饱和度方程,可通过测量的电导率和介电常数分析水的曲折因子,并开发了一套整合NMR和介电测井数据解释工作流程,明显改善了油气及水的识别能力。
针对烃源岩岩石物理实验周期长等特点,Schlumberger公司 Michael M Herron等[10]用岩屑与岩心偏差分析获得干酪根含量与成熟度、矿物成分和黏土类型,引入了漫反射红外傅里叶变换光谱(偏差),通过岩心和岩屑样品同时测量干酪根和矿物,对于各种泥浆类型偏差分析通常用时不到20 min,使得这一技术可以满足井场的钻井需要。
年会对砂泥岩薄互层和水平井开发实例研究较关注。另外,核磁共振、地球化学等测井新技术在常规储层评价方法研究和技术应用方面取得新进展。
Chevron公司Christopher Skelt等介绍了一种新的砂泥岩薄互层评价技术,这种方法针对不同的泥质分布形式进行砂泥岩薄互层分析,以Thomas-Stieber交会图为依据,建立3种泥质分布形式的响应方程,分别计算得到层状、分散状和结构状的泥质含量并计算孔隙度和流体饱和度。Schlumberger公司的Giovanna Carneiro等[11]通过核磁共振扩散耦合评价孔隙空间连通性,分析大孔连通还是微孔连通,研究中采用低场核磁共振谱仪测量微孔硅硼玻璃珠的核磁共振响应特征,并用三维模型数值模拟微孔与大孔的扩散耦合影响,用图像分析法得到的薄片几何参数作为计算模型的输入,模拟的核磁共振响应特征和低场核磁共振测量结果吻合良好。
储层品质的预测难度大,Weatherford公司Hamed Chok等[12]提出了一种采用X射线荧光录井地球化学数据通过深度校正、人工神经网络、回归树和模糊聚类等方法建立预测砂岩储层孔隙度、渗透率、岩心密度和矿物组成的方法,基于丹麦北海的Siri峡谷地区砂岩储层的12口井396个测量结果建立了储层品质模型。
Schlumberger公司的Susan Herron等[13]在元素谱测井解释方面提出了一种基于岩心分析标定的新方法,从而解决了元素谱测井的矿物成分的多解性,选择有代表性的岩心和岩屑样品进行标准化,采用QCMIN方法进行元素的浓度质量控制,所提供的岩石骨架、黏土含量和胶结物含量都在可接受误差范围内。
Petroleum Development Oman公司的Shahab Hadidi通过6口水平井开发实例研究,表明了在水平井开发中储层模型精度的重要性,不同深度域的偏差测量可以影响到模型精度,因此需要考虑深度偏差的不确定性,同时对于不同类型数据,必须强调深度的一致性。
以油基泥浆电阻率成像测井、伽马能谱测井等为代表的测井技术在复杂井况测井中得到广泛应用效果。
Schlumberger公司的Richard Bloemenkamp等[14]介绍了新一代油基泥浆高分辨率微电阻成像仪。仪器具有高井眼覆盖率(8in*井眼的98%)、高分辨率、井眼适应性强和数据采集精度高、速度快等特点。该仪器创新地采用了八臂探头设计,每个推靠臂上增加了4个保护电极和4个接收电极(降噪性能更强),采用更高的工作频率,从而降低了泥浆阻抗的影响。中国石油学会Chen Yonghua等介绍了新一代油基泥浆电阻率成像定量解释中的反演工作流程,采用高斯牛顿算法与有限元方法进行多元数据相拟合,建立了正演模型,克服了反演的不确定性及校准测量的局限性,反演定量解释模型除了能提供更准确的地层电阻率外,还能提供用于地层平衡校正的井眼几何形状。俄罗斯科学院Itskovich G和Corley B等[15]介绍了改进的油基泥浆电阻率成像测井仪的基本原理与应用,针对电阻率成像测井仪发射器到地层再返回到工具芯棒的电流泄漏等问题,分析了极板不规则和介电常数对仪器参数的影响,通过数学建模方法证实了地层介电常数的影响在图像上是存在的,并利用频率组合对介电常数进行了校正,提高了图像的信息含量和分辨能力。
Schlumberger公司的 Azzan Al Yaarubi等[16]介绍了介电频散测井在油基泥浆中的应用情况,针对碳酸盐岩储层和致密气储层孔隙结构复杂,可动流体饱和度、冲洗带电阻率计算难度大等特点,新的介电测井仪器采用了创新的探头和外焊盘设计,克服了常规介电测井受井眼油基泥浆的影响大、测量物理量有限、环境校正不精确、水孔隙度和冲洗带电阻率求取难度大等问题,在地层水矿化度、水曲折因子和可动流体类型确定方面的精度都有很大提升。
Oyinkansola Ajayi等[17]介绍了大斜度、水平井伽马能谱测井的快速模拟和反演及解释方法,该方法基于预计算蒙特卡罗法的通量灵敏度函数(FSFs),该函数综合了中子俘获和随后释放出伽马射线的物理过程,使用快速模拟法仅用0.003s的CPU时间即可得出伽马能谱记录,正演模拟采用迭代非线性反演算法,以逐层估计元素组成、矿物成分及与之相关的不确定性。Marek Kozak和Mirka Kozak等人介绍了偶极子声波在不规则井眼中纵横波和斯通利波的井眼校正方法,分析了偶极子声波测井仪器沿XX和YY这2个方向声波时差间的区别,采用声波瞬时频率和速度变化分析法提高交叉隅极子声波测井解释评价质量。
Abdullah Alakeely等[18]介绍了随钻过程中泥浆气测系统,该系统定量评价气测数据,以便钻井过程能获得压力体积温度PVT关系,结合当时的生产数据,进行精确的流体分类,计算储层参数,模拟实钻地质效果。Weatherford公司的Rebecca Nye等[19]介绍了LWD随钻方位迟缓数据的应用,LWD声波仪器能获得缓慢的井周成像,用于计算岩石的弹性常数,还可进行纵波成像,指明地层倾角和裸眼井地层位置。
Schlumberger公司 Keli Sun等[20]提出大斜度、水平井地层评价中的自动电阻率反演方法,在大斜度井和水平井中,电阻率测井受围岩、薄层和地层相对倾角的影响严重,建立的自动电阻率反演方法,用于确定水平和垂直电阻率、地层边界位置和相对倾角。
由于地层的几何形状、围岩和井轨迹等的不同,随钻测井响应特征复杂化,Olabode Ijasan等[21]提出了联合随钻电阻率与核测井的岩石物理反演方法,反演出含水饱和度和油气孔喉体积(HPV),用于薄互层和各向异性粉砂岩地层的评价。
油田对地层测试技术需求不断增加,各个服务公司的地层测试技术发展很快。
Schlumberger公司Li Chen等[22]介绍了应用地层测试获得储层流体可压缩性的新方法。压缩性和密度是重要的流体属性,用于油藏模拟等动态储量的计算,在测量压力增加到25000psi*非法定计量单位,1ft=12in=0.3048m;1psi=6.895kPa,下同时,地层测试器泵抽储层中的流体,同时借助密度传感器,在泵抽过程中测量其压力和密度变化,压力和密度的动态变化数据被用于计算储层流体的压缩系数,从而获得流体的压缩性。Schlumberger公司Vinay K Mishra等[23]介绍了一种新型的井下电缆地层测试器的传感器,用于测量烃类物质的黏度,这种新型的黏度传感器采用振弦式测量方式并建立了较好的分析解释方程。该模块集成了井底流体压力、温度和其他流体性质如密度、气油比、黏度的测量功能。
阿拉伯石油公司Mark Proet等基于电缆和随钻压力测试分析提出瞬态理论模型能有效地评价压力测试质量。原始测量数据包括压降流度和压力恢复稳度,在压力测试中泥浆流动对压力测试数据干扰显著,泥浆滤液侵入在近井地带产生的增压效应被用来进一步评价压力测试数据。
Schlumberger公司重点展出和演示了首创的GeoSphere储层随钻测绘(reservoir mapping-whiledrilling)技术,可测量钻井孔往下延伸超过100ft(30m)的地层方位电阻率,并通过自动随机反演实时绘制储油层示意图。同时,介绍了Petrel和Techlog两大软件平台的最新功能和应用情况,展示了其油藏实验室及特有技术包括TerraTEK岩石非均质分析和致密岩石分析、有机质含量及成熟度分析、岩石CT扫描及三维影像重建等。
Baker Hughes公司展示了的FASTrak LWD仪器,一次入井即可完成实时地层压力测量、流体性质分析和地层流体取样,可以在大位移井或水平井获得压力测量并捕捉电缆作业条件下的流体取样,完成不限次数的压力和流体分析,并在PVT模式下,完成16次流体样本采集。
Halliburton公司展示了随钻取样技术,介绍了随钻井径测量系统,并介绍了在沙特阿拉伯地区大斜度井和水平井随钻电阻率测井的现场评价。
Weatherford公司介绍了紧凑型和标准型电缆测井仪,采用了10种传输方式,测量的最小井眼直径是2.9in(74mm)。Weatherford公司随钻地震波测井仪(ShockWave LWD Tool)能实时获取高质量的声波数据,得到岩石力学参数,进行孔隙压力预测和时深转换,计算储层孔隙度。
Perigon公司演示了IPOINTTM Subsurface Visualization(井下可视化)软件,通过岩心数据管理的改进,实现了从宏观到微观多尺度、多学科结合的数据视图。Perigon公司还演示了IPOINTTMCoreDB软件,其岩心数据库模块是强大的综合数据知识库,可加载和存储复杂的岩心数据、图像数据和岩心数据管理中的固定文件。
中国石油长城钻探工程有限公司展示了连续油管测井等多种工程服务技术。TGT公司展示了噪声测井找漏层,在套管固井后注水找窜的技术服务能力。ANTARES公司展现了in和in小井眼裸眼井测井仪器。
国际测井市场中随钻测井技术发展势头迅猛,各大服务公司致力于研发新一代远探测随钻测井技术。从技术报告和参展产品中可以看出Schlumberger、Baker Hughes、Halliburton和 Weatherford公司主导着测井技术发展方向,其中Schlumberger公司GeoSphere储层随钻测绘技术、Baker Hughes公司的FASTrak LWD仪器、Halliburton公司的随钻取样技术代表当今世界测井技术发展的最高水平。展会上看到大公司的随钻测井服务能力提升明显,测井资料质量不断提高,成像测井和地层测试器等高端随钻测井技术推广应用显示出强劲势头,随钻测井项目的完善基本实现电缆测井的所有项目。
油田对地层测试技术需求不断增加,技术要求越来越高,各个服务公司的地层测试技术发展很快。Baker Hughes公司的FASTrak LWD地层测试仪器,一次入井即可完成实时地层压力测量、流体性质分析和地层流体取样,大大节省了起下钻等辅助作业时间。最新传感器技术测量油气实时物理属性,如密度和黏度,油气比、压缩率、声速也可以得到测量。该技术在欧洲、拉美、亚太地区等低渗透碳酸盐岩储层、致密油气复杂储层得到了广泛应用,并取得了良好效果。
在水平井复杂井钻杆传输测井不断优化的基础上,在井下爬行器适用领域受限的情况下,随钻测井和过钻杆测井工艺技术成为从事复杂井和水平井测井的重要工艺技术,同时,连续油管测井工艺也得到了快速发展,成为复杂井测井施工的重要工艺手段。
从本届会议可以看到,更多小的油田服务公司也加入到测井技术产品研发队伍中,小公司注重结合自身特点,发展特色技术,占领测井技术服务部分领域,是当今测井工程技术范围不可忽视的生力军。如俄罗斯的TGT公司的磁成像测井、温度噪声测井、多谱噪声测井;ANTARES公司的22小井眼测井仪器;Robertson Geologging公司的双感应、双侧向和微电阻率成像测井仪器等;Saudi Aramco的测井资料处理软件;Almansoori公司的生产测井、钻井测试、连续油管测井和岩心取样等技术。
国际大公司及研究院所在基础理论、方法研究方面投入巨大,形成的解释方法、解释模型得到了很好的应用。例如应用新型核磁共振渗透率模型评价复杂孔隙结构碳酸盐岩地层的方位渗透率,应用核磁共振短弛豫时间更为精确地评价孔隙度的新方法,通过核磁共振扩散耦合评价孔隙空间连通性以及大斜度/水平井中随钻电阻率与核测井联合反演解释技术和大斜度/水平井有效地层评价中的自动电阻率反演方法等充分体现了在测井理论、测井方法等方面的前沿性研究成果。
岩石物理研究数字分析技术已经投入到商业应用,降低了钻井取心工作量,提高了低渗透岩石物理测量进度和数据精度,极大地提高了非常规复杂储层岩石物理的研究水平和能力。
多家公司展示了开发的测井解释评价软件,特点是软件和硬件结合更加紧密,还突出了与岩石物理实验分析的结合。软件更加体现应用各种井筒数据对各类储层进行全面评价,整体解释,实现了平台化、模块化和系列化。
油田公司积极推动新技术的应用和发展
年会将非常规油气解释评价技术专门作为一个板块进行技术交流。油田公司十分注重非常规油气测井解释评价新技术的现场应用,通过会议宣读,可以看到国际油公司与油田服务公司及科研院所联合开展了大量的现场测井方法和应用的研究。
中国在成像测井、随钻测井、地层测试器等高端测井采集服务方面与国外差距在扩大,国外三大服务公司的相关技术已经进入第三代,并取得了广泛的应用。目前我国的LWD测井技术和仪器的研发制造与国外存在较大的差距,国产LWD的应用规模小,必须加大研发力度和应用规模,提高LWD测井技术和服务能力,以满足油田公司的生产需求和提高对海外服务市场的竞争力的需要。
公司并购和专利技术购进是国外油田技术服务公司发展测井技术和扩大服务领域的有效手段。建议国内测井技术研发走特色技术发展道路,在加强与知名公司间技术合作的同时关注与具有单项特色技术的小公司的技术合作。通过引进、分包等多种方式,加强部分高端测井业务的工程技术服务的市场份额;消化吸取过钻杆和随钻测井工艺技术,实现测井仪器国产化,努力提高测井仪器数据传输速率,加强仪器内部元器件的集成,不断提高井下仪器性能指标。
随钻测井等高端测井技术是集现代电子、机械、通信、新材料等为一体的先进综合性工艺和技术,一家公司难以包揽各个方面的技术研发,建议从仪器研发、设计、加工制造过程开展多渠道的、广泛的国际交流与合作,同时引进高级技术人员,提高我国技术发展的速度和研发起点。测井应用基础、岩石物理性质和测井响应机理的研究是测井新方法和测井仪器探测器性能分析的基础,是先进测井仪器设计和测井解释新方法的基础,建议加强在这方面的国际、国内技术交流,有利于及时了解国际测井技术的发展态势,为测井新方法、新仪器的推出和追赶国际先进测井技术打好基础,推动我国测井技术的可持续发展。
[1]Mark G Kittridge.Investigating the Influence of Mineralogy and Pore Shape on the Velocity of Carbonate Rocks:Insights from Extant Global Data Sets[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[2]Chi Lu,Zoya Heidari.Directional Permeability Assessment in Formations with Complex Pore Geometry Using a New NMR-Based Permeability Model[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[3]Atef Farouk,Suryadi Wibowo,et al.Water Saturation Uncertainty of Tight,Microporosity Dominated Carbonate Reservoirs and the Impact on Hydrocarbon Volume:Case Study from Abu Dhabi,UAE[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[4]Maisoon Al Mansoori,Moustafa Dernaika,Maniesh Singh,et al.Application of Digital and Conventional Techniques to Study the Effects of Heterogeneity on Permeability Anisotropy in a Complex Middle East Carbonate Reservoir[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[5]Jesús M Salazar,Ron J M Bonnie,William W Clopine,et al.Integrated (and Very Practical)Petrophysical Model for a Source Rock Play:The Mancos Shale[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[6]Lalitha Venkataramanan,Fred K Gruber,Jack Lavigne,et al.Rick Lewisnew Method to Estimate Porosity More Accuately from NMR Data with Short Relaxation Times[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[7]Huangye Chen,Zoya Heidari.Pore-scale Evaluation of Dielectric Measurements in Formations with Complex Pore and Grain Structures[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
[8]John Quirein,Mahmoud Eid,Arthur Cheng.Predicting the Stiffness Tensor of a Transversely Isotropic Medium when the Vertical Poisson’s Ratio is Less than the Horizontal Poisson’s Ratio[C]∥SPWLA 55th Annual Logging Symposium,2014.
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