电磁波随钻仪器在克拉玛依油田的应用

【摘要】电磁波无线随钻仪器在定向井水平井钻井工程中得到较好的应用，已在克拉玛依油田的不同区块成功使用，为井眼轨迹控制和地层判断起到很好作用。该类仪器使用中遇到的问题有必要进行探讨。

【关键词】电磁波随钻仪器近钻头短节定向水平井

克拉玛依油田在2007年开始使用电磁波仪器，应用在定向井、水平井施工中，先后在克拉玛依、彩南、车排子和火烧山等油田使用，仪器信号传输稳定，轨迹参数和地层参数解码正确。目前主要使用俄罗斯zts-42ap和美国compass em-mwd两种电磁波仪器，本文就这两种电磁波仪器的使用情况和电磁波仪器使用过程中的相关问题进行交流。

1 电磁波仪器的基本原理及其特点

1.1 电磁波仪器的原理

电磁波仪器由井下仪器和地面接收装置两部分组成；井下仪器通过参数传感器将测量数据进行编码，再通过电磁波发射装置单向发送电磁波信号通过钻具和地层传输至地面的钻机（井架和底座）和大地，地面接收装置通过两根天线（地线）分别连接井架和大地来接收井下仪器的电磁波信号，通过地面接收装置放大-滤波-计算机解码还原为测量参数。

1.2 电磁波仪器的特点

电磁波仪器靠电磁波的方式进行传输，不受井眼及地面循环系统

随钻电磁波传播电阻率测井

4地层倾角对随钻电阻率测井的影响范宜仁等2013年发表文章“倾斜各向异性地层随钻电磁波响应模拟”，文中通过坐标变换的方法，基于柱坐标系时域有限差分（FDTD）模拟和分析了倾斜各向异性地层随钻电磁波响应。为了研究各向异性系数对相位（幅度）电阻率的影响，模拟了不同各向异性系数条件下倾斜地层随钻电磁波测井响应，模拟结果表明：当地层倾角小于30°时，不同水平电阻率条件下，各向异性系数对视电阻率影响较小，随钻电磁波视电阻率主要反映地层水平电阻率；随地层倾角增大，视电阻率受各向异性的影响增大，且地层水平电阻率越低，随钻电磁波测井响应受地层各向异性影响越大，相位电阻率比幅度电阻率更加敏感；当地层倾角较大时，随着各向异性系数增大，视电阻率甚至会超过垂直电阻率。为了研究不同发射频率对各向异性系数的敏感性，模拟了地层各向异性系数为√10，水平电阻率为0.5Ω·ｍ时不同地层倾角条件下随钻电磁波响应，模拟结果显示：随发射频率增大，视电阻率受各向异性影响增强，当地层倾角较大时，随钻电磁波视电阻率甚至会远远超过垂直电阻率。

夏宏泉等2008年发表文章“随钻电阻率测井的环境影响校正主次因素分析”，文中分析了随钻电阻率测井中地层倾角（或井斜角）等环境因素对测井结果的影响及其校正方法。在大斜度井和水平井测井中，大部分仪器的测量值要受到井斜角或地层倾角的影响，实测曲线出现“异常”和“变形”。在直井中，如果地层是水平的，则仪器测量的是水平电阻率。但如果仪器在钻开同样地层的水平井时，则测量电流会流过地层的水平面和垂直面，视电阻率测量值R a是水平电阻率R h和垂直电阻率R v合成的[3-6]。假设在水平井中地层存在各向异性，垂直层界面方向的电阻率为R v，平行层界面方向的电阻率为R h，径向上（与地层平行的方向）为宏观各向同性，可推导出地层视电阻率R a、R h、R v的关系为 ? R a=R?√cos2θ+sin2θλ? 式中，λ为地层电阻率的各向异性系数，λ=（R v/R h）0.5；θ为相对倾角，即井轴与地层面法线的相对夹角，可由井斜角和地层倾角求得。由此可见，地层视电阻率主要与地层电性各向异性系数和相对倾角有关，其值介于R h～（R v·R h）0.5之间。对于2MHz的随钻电阻率测井仪器，相对夹角在0°～30°时影响不大（即在直径中随钻视电阻率等于水平电阻率，可以忽略地层电性各向异性的影响），大于30°时相对夹角影响较大，则必须考虑各向异性的影响。各向异性影响很大程度取决于地层和井眼的相对角度。如忽略各向异性的影响，则在大斜度井中，R ps相位电阻率、R ad衰减电阻率测井曲线的差异可能导致错误的侵入剖面解释，这是因为2MHz电阻率仪器的这2种曲线在各向异性地层中的响应特征是不同的，在θ＞30°时，R ps曲线更多地反映垂向电阻率，从而导致2条曲线的分离。但是如果井眼垂直于地层，即使K值很大，它对随钻电阻率测井值无明显影响，2条曲线基本重合。此外，当相对夹角变大，即使各向异性系数不变，R ps和R ad曲线仍可出现明显的分离，因此2条电阻率曲线分离与否可以间接地指示地层的各向异性。

随钻测量

第七章随钻测量随钻测量（Measurement While Drilling）简称MWD，是定向钻进中一种先进的技术手段，可以不间断定向钻进而测量近钻头孔底某些信息，并将信息即刻传送到地表的过程。随着技术的进步，现代随钻测量已发展为随钻测井（Logging While Drilling），简称LWD，不仅可以监控定向钻进，还可以进行综合测井，获取信息的种类有：（1）定向数据(井斜角，方位角，工具面角)；（2）地层特性(伽马射线，电阻率测井记录)；（3）钻井参数(井底钻压，扭矩，每分钟转数)。传感器是装在作为下部钻具组合整体的一部分的特殊井下仪器中。井下仪器中还有一个发射器，通过某种遥测信道将信号发送到地面。目前使用的最普通的遥测信道是钻柱内的钻井液柱。信号在地面上被检测到后，经过译码和处理，就按方便和可用的方式提供所需的信息。图7-1示出了MWD系统的主要部分。MWD的最大优点是它使司钻和地质工作者实时地“看”到井下正在发生的情况，从井底测量参数到地面接收到数据只延误几分钟，所以可以改善决策过程。图7-1 MWD系统概况尽管MWD的概念不是新的，但只是在近几年钻井技术的进步才使之成为现实。30年代出现的电测技术对鉴别和评价地层起了很大作用。但是，它的主要缺点是必须在起出钻柱后才能使用电缆下井。等到实际测井时，由于钻井液浸入的影响，妨碍了地层真实特性的测量。当钻头钻穿不同地层时，由于没有确定的方法辨别出岩性的变化，—些重要的层位可能没有检测到。有时，后来的电测显示出错过了油层段顶部的取心点，或是钻头钻得过深钻到了产油层下部的水层中。钻井液测井和监测钻速虽可指供一些井底情况，但由于要等到岩屑循环到地面的时间延误使这一过程效率太低。所以，需要一种能够在钻井时瞬时而连续地监测地层的系统。对这一系统有如下要求： (1)坚固可靠的传感器，可在钻进动态条件下在钻头处或钻头附近测量需要的数据； (2)将资料传送到地面的方法简单有效； (3)可以方便地在任何钻机上安装并操作的系统，对正常钻进作业影响不大；

随钻电磁波电阻率测井的犄角效应

随钻电磁波电阻率测井的“犄角”效应一、前言近期，随钻电磁波电阻率测井资料中出现的一种被称为“犄角”的现象，引起了国内外专家教授、工程技术人员乃至地质家的关注，纷纷以极大的兴趣对其进行分析研究，发表文章介绍研究成果与认识，以期对其作出客观正确的阐述与解释。目前，对于“犄角”的研究仍在深入进行中，对于它的认识和分析尽管不尽相同，甚至尚存争议，但对这一现象的破解必有积极的意义和作用。对“犄角”的地质和工程分析与应用更值得深入探讨与开发。二、产生“犄角”效应的机理对于“犄角”效应产生的机理，目前尚存在不同的见解与争论，在此无意参与其中，而仅以认识与分析问题的视角阐发一孔之见， 1、何为“犄角”效应所谓“犄角”效应，是指井眼轨迹以一定的交角进入地层界面时，电磁波电阻率测井响应在界面处产生的异常突变现象。如图1所示，当井眼轨迹与地层界面法线以θ角相交时在地层界面处产生的“犄角”效应。 “犄角”一词来自英语“HORN” 有号角、角状物之意；其实古代的号角也是牛角做的。这里是以牛角的形状形容电磁波电阻率测井响应的异常突变现象。值得一提的是，有人把这一现象称为“极角”或“极化角”是不够妥当的，因为产生“犄角”效应的主要因素并非“极化”或“激化”问题。而是电磁波传播的边界效应与边值问题。 2、导致“犄角”产生的因素究竟哪些因素导致“犄角”效应呢？一般认为有以下原因： A、地层界面两侧地层电阻率对比度。地层电阻率对比度越大，“犄角”效应越明显。 B、井眼轨迹与地层界面法线的交角大小。交角越大，“犄角”效应越明显。当然，当井眼轨迹一定时，交角大小与地层产状也有关系。 C、井眼尺寸（井径）大小及仪器外径与井壁之间的间隙大小。间隙越大，对“犄角”效应的影响越大。

克拉玛依油田发现记

克拉玛依油田发现记克拉玛依油田是新中国发现的第一个百万吨大油田。 1955年，对克拉玛依油田来说绝对是一个转折性的时间点。急切需要寻找到油田的中国，在这一年召开的全国石油勘探会议上，将确定为重点勘探区之一。不到一年，克拉玛依黑油山的一号井喷油了。黑油山在克拉玛依市东北方向，据市区只有两公里。整个山丘成黑色，凹凸不平的表面，被石油侵染的砂岩，或被石油凝结的沙砾岩所覆盖。山上没有一棵树，仅有的一些芦苇，也长得稀疏而低矮。距离黑油山不远处，是褐黄色的同样光秃秃的成吉思汗山。虽然叫做山，但黑油山最高处也只有13米。它的另一个叫法―沥青丘，其实更为贴切。黑油山顶，立着一块石碑，3米高。石碑北边和东边，分布有大大小小数个被石块圈围起来的油池。亮亮的油池，像镜面一样，天上的云，池边站着的人，尽数纳入池中。有时候，油池会“突突地”冒一串泡泡，那是地下涌出原油的缘故。据说，地下冒油苗的景观全世界只有两处，一处在非洲的埃及，还有一处就是克拉玛依的黑油山。克拉玛依，正是

黑油山的维语叫法。克拉玛依油田的发现，便与黑油山有关。石油业的第一家中外合资公司 1953年，新中国原油的年产量只有43.5万吨，仅仅能满足社会需求量的三分之一。曾对周恩来、云感慨：“要搞建设，石油是不可缺少的。天上飞的、地上跑的，没石油都转不动。” 朱德不无焦虑地说：“500万吨钢铁，500万吨原油，我们就能够打败任何侵略者。”“如果没有石油，飞机、坦克、大炮，还不如一根打狗棍。” 刚刚诞生的新中国，面临外国的经济封锁，找油是当务之急。 1949年12月17日，德怀在翻阅有关方面上报来的文件档案时，发现了一份1943年联政府和民国政府关于在合作设立有色金属和石油两个股份公司的议定草案。不久，德怀赴京参加中央人民政府第五次会议时，将该草案呈报给了当时在主持中央工作的国家副主席少奇，并请示中央政府考虑和联政府合作，开发的石油、矿产资源，以便发展经济。 1950年1月2日，少奇向远在莫斯科访问的发去了书面报告，建议向联提出在合办石油和有色金属企业的要求，以便利用联资本开发资源，发展经济。同年9月30日，中石油股份公司在乌鲁木齐正式成立，

克拉玛依概况

克拉玛依油田克拉玛依油田是我国解放后于1955年发现的第一个大油田。“克拉玛依”系维吾尔语“黑油”的译音，得名于克拉玛依油田发现地，现为克拉玛依市区东角一座天然沥青丘——黑油山。1955年10月29日，克拉玛依一号井出油，发现了克拉玛依油田。克拉玛依油田的勘探开发由新疆油田公司承担，故通常意义上的新疆油田就是克拉玛依油田。油田简介克拉玛油田即新疆油田，其勘探开发单位新疆油田公司是中国西部最大的石油生产企业，隶属于中国石油天然气股份有限公司，主要从事准噶尔盆地及其外围盆地油气资源的勘探开发、集输、销售等业务。因其位于克拉玛依地区，习惯把新疆油田称为克拉玛依油田。新疆油田是新中国成立后开发建设的第一个大油田，原油产量居中国陆上油田第四位、连续25年保持稳定增长，累计产油2亿多吨。2002年原油年产突破1000万吨，成为中国西部第一个千万吨大油田。准噶尔盆地油气资源十分丰富，预测石油资源总量为86亿吨，天然气为2.1万亿立方米，目前石油探明率仅为21.4%，天然气探明率不到3.64%，勘探前景广阔，发展潜力巨大。今后一个时期，公司将坚持以科学发展观总揽全局，科学经营油田，实施加快发展战略、科技创新战略和人本战略，用5-10年时间，把新疆油田公司建设成为国内一流水平的油气生产企业；到本世纪中叶，油田继续保持生机与活力，把新疆油田建设成为具有创造力、竞争力、生命力的世纪油田。新疆油田是中国石油集团公司“四个大庆”战略任务中的新疆大庆，具有重要的战略和经济地位。发展历程 1958年5月经国务院批准设立克拉玛依市，为新疆维吾尔自治区直属地级市。经过30多年的艰苦创业，昔日的戈壁荒滩，已建成为一个具有勘探、钻井、采油、输油、炼油、建筑、运输、机修制造等门类比较齐全的石油工业生产基地和科研、文教卫生、商业贸易、公共事业基本配套的石油工业新城。早期上早已记载过当地的“黑油山”。1951年中苏石油公司开始普查勘探。1955年获工业油气流。1956年投入试采，年产原油1.6万吨。至1960年达163.6万吨，占当年全国天然石油产量的39%。是大庆油田投入开发之前全国最大的油田。以后经全面开发，1985年原油产量达494.5万吨。1998年，以它为核心的新疆石油管理局产原油871万吨，天然气4.71亿立方米，成为我国重要的石油工业基地。克拉玛依位于新疆准噶尔盆地西北边缘。中华人民共和国成立之前石油工业十分落后，当时最大的玉门油田年产量不过10余万吨。中华人民共和国成立之后，虽然经过三年恢复期，但直到1953年全国原油年产量也只仅有43.5万吨，这个产量仅仅能满足社会生产需要量的三分之一。 1954年，以苏联专家乌瓦洛夫为队长，地质师张恺、实习生宋汉良、朱瑞明等十人组成地质调查队，对新疆黑油山——乌尔禾地区完成1:10万的地质普查后，明确提出该地区

克拉玛依市简介

一、概况克拉玛依市位于新疆准噶尔盆地西北缘，西北傍依加依尔山东麓，南依天山北麓，东濒古尔班通古特沙漠北部，处于奎屯市、乌苏市、和布克赛尔蒙古自治县、沙湾县、托里县两市三县之间，市区距乌鲁木齐公路里程313千米,距北京公路里程4086千米,海拔高度在250～500米之间。克拉玛依系维吾尔语“黑油”的意思，是伴随着新中国第一个大油田的勘探开发而发展起来的现代化石油工业城市。克拉玛依1958年5月29日经国务院批准建市，1982年2月16日, 经自治区人民政府批准升格为设区的地级市，是新疆两个地级市之一。下辖克拉玛依、独山子、白碱滩、乌尔禾四个区，乌尔禾、小拐两个乡，12个街道办事处，辖区内还有新疆生产建设兵团四个团场，总面积9500平方公里。克拉玛依市居住着汉、维、哈萨克等38个民族，总人口36万人，其中汉族占总人口的76.5%，少数民族占23.5%。克拉玛依区是克拉玛依市的政治、经济、文化中心。克拉玛依属典型的大陆性半荒漠气候，晴天多，日照强，冬夏温差大，空气质量好。最冷的1月平均气温－15.4℃；最热的7月平均气温27.9℃。5至10月为夏季旅游季节，12至2月为冬季旅游季节。克拉玛依矿产资源丰富。有石油、天然气、天然沥青、煤、石膏、芒硝、水晶等矿藏。其中，石油和天然气是主要矿产资源，储量大，质地优良，可炼制超高压变压器油、高档环烷基润滑油、高等级道路沥青、高档橡胶油等产品。1983年, 在克拉玛依油田九区、风城、红山嘴发现埋藏浅、油层厚、储量丰富、凝固点低的重油，这是世界上较为稀缺的环烷基原油。克拉玛依油田（新疆油田）的主要勘探开发领域是准噶尔盆地。根据新一轮油气资源评价结果，准噶尔盆地石油资源量为86亿吨，天然气资源量为2.1万亿立方米，油气资源总量达到103亿吨，是我国陆上油气资源总量超过100亿吨的四大盆地之一。目前，石油探明率仅为22%，天然气探明率仅为3.5%，显示克拉玛依油田（新疆油田）还具有很大的发展潜力。二、区位交通优势克拉玛依地处新疆天山北坡经济带西轴，是中国西部第一个千万吨大油田所在地，也是新疆最大的石油石化基地。公路交通。国道217自南向北贯通全市，乌奎高速公路、312国道和呼克公路与217国道相接，另有2000多公里的油田公路纵横交错。四通八达的公路网可使克拉玛依直达乌鲁木齐、伊宁等北疆各主要城市和南疆库车等地区。机场航空。克拉玛依新飞机场2006年4月已建成通航。新机场位于克拉玛依农业综合开发区内，距离市区15公里，可降落波音757客机，是乌鲁木齐国际机场最近的备用机场。每天早上8：：00（北京时间）从克拉玛依飞往乌鲁木齐，当晚9：30（北京时间）从乌鲁木齐飞往克拉玛依，两地空中飞行时间约46分钟。早上从克拉玛依起飞，当天可在乌鲁木齐机场转机飞往北京、上海、广州、西安、成都等全国八个大城市。铁路运输。途经克拉玛依区、百碱滩区、乌尔禾区的奎北铁路已于2007年4月动工兴建，2008年年底将修到克拉玛依中心市区，2009年将进入货运试运行阶段。铁路建成后，克拉玛依将建成立体的交通网络，届时为游客的出入带来更大的便利。三、三大特色

克拉玛依油田数字盆地建设

克拉玛依油田数字盆地建设 2008年底，“中国第一个数字化油田在准噶尔盆地投入使用”的消息通过互联网、电视和报纸传向了全国乃至全世界，这标志着中国首个数字化大油田在新疆克拉玛依全面建成。数字克拉玛依油田，用老百姓的话解释就是：把准噶尔盆地大大小小十几个油田全都放到计算机里。勘探开发研究院副院长雷德文介绍说：“数字克拉玛依油田从空间上可以分为两个部分，一部分是地面；另一部分是地下，而地下部分我们称之为‘数字盆地’，勘探开发研究院主要承担的就是数字盆地的建设和使用。早在80年代，我就参与了数字井筒的数据录入工作。” 2000年以来，面对勘探开发的难题越来越多、越来越复杂，克拉玛依油田敢为人先，加大了对计算机技术的引进和应用，首次在中石油系统以IE方式实现大盆地地震资料解释成果的发布与浏览；首次在中石油系统建成盆地级地震解释项目库并实现全盆地高精度统一解释和编图；首次在中石油系统建成并应用勘探、开发协同工作环境。这些“首次”项目贯穿了勘探、开发研究的每个环节，从资料处理到战略选区、战略部署、评价方案、开发方案研究，为克拉玛依油田近几年的快速发展发挥了重要作用。就是在这些看似轻松的多个“首次”背后，隐藏着科研人员为此而付出的汗水和艰辛。向决策智能化迈进的里程碑 “这个项目的完成，标着新疆油田公司数字油田建设数字化阶段已经结束，开始迈向决策智能化，公司信息化建设和现代化管理水平又向前迈进了一大步。”2008年10月20日，在新疆油田公司总经理办公会上，陈新发总经理在看完《地震资料解释成果发布与浏览系统》二期的演示后，如此说到。 “通过这个系统，科研人员和决策层只需在网页上轻点鼠标就可查看到想要了解的解释方案的成果和某口井的地震解释方案。这个系统没有开发运行前，要想了解这些资料不仅要亲自跑到研究院的工作站来，而且还要学习相关专业软件的应用知识，这个过程是相当复杂、繁琐和不可实现的。而‘地震资料解释成果发布与浏览系统’操作简单、方便，只需要十几分钟就可以学会使用了，在自己的办公室通过IE浏览器就可完成地震资料解释成果查询与浏览。”勘探开发研究院勘探所副总工程师牛志杰介绍说。 2007年9月25日，陈新发总经理在勘探开发研究院地物所调研会上提出，《地震资料解释成果发布与浏览系统》的研发由研究院在年底前初步完成，当时研究院院长况军、副院长雷德文、计算信息中心主任孟照旭都在场。当天，孟照旭赶回克拉玛依，筹备项目。 9月26日，孟照旭召集会议，就项目的开展集思广益。油田公司数据中心、研究院勘探所、计算信息中心的相关人员参加了会议。9月30日，孟照旭将项目进程表放到了陈新发总经理的办公桌上。 10月8日，项目正式立项。调研后，项目组成员发现，这个项目在国内就没有先例，到底做成什么样子，大家心里没数。好在有《盆地级地震解释项目的建立及高精度区域编图》这个项目形成的全盆地级的数据库，提供了数据源和发布内容，有米就好做饭了。要在如此短时间内，把这个饭做得合乎决策层和科研人员的胃口可不是件容易事。那紧张的三个月时间，在项目研究人员牛志杰、段非等人的脑海里，除了加班就是加班。因为项目是倒排流程，今天的活干不完就要影响第二天的进度。在攻克了许多技术上的难题后，又经过反复多次的改进，项目终于在预定时间完成。