国外随钻地层压力测量系统及其应用

压 力 测 量 仪 长 9.4 m，Ø171.5 mm 的 钻 铤 上 带 有 Ø209.6 mm 或 Ø235.0 mm 的稳定器。底座上有 4 片螺旋形叶片，顶部有两片直叶片。封隔器和探针
安装在叶片上，由于重力作用或在可钻孔定位活塞 作用下，稳定器叶片顶靠在（或压在）地层上时探针 能够伸出叶片 19 mm，但通常只要移到与叶片表面 平齐并压在地层上不留空隙即可。然后打开探针进 行压力测量。使用固定圈可在测试时尽量减少封 隔器的变形，维持有效的密封。该仪器质量为 1270 kg，最高作业温度 150 ℃，抗压 173 MPa，流量范围 0~3028 L/min，在旋转钻进和滑动钻进状态下，应用 井眼的最大狗腿度分别为 8（°）/30 m 和 16（°）/30 m，上下接头均为 Ø139.7 mm FH 母接头。 1.3 技术特点
Technical characteristics 1.3.1 可靠灵活的作业 Stetho Scope 675 型随钻地 层压力测量仪的探针通过一个机械坐封活塞封顶到 地层上，活塞直接对着探针从仪器内伸出，通过防止 在探针坐封和采集压力数据时仪器的移动，确保了 密封的完善性。因为无需钻铤压力来建立和维持探 针与地层的密封，仪器可以安放在任何井眼方位，垂 直或倾斜均可。机械坐封活塞在井眼尺寸比仪器外 径大 5 cm 的情况下也可以有效坐封。
1 Schlumberger公司Stetho Scope随钻地层 压力测量系统
Stetho Scope FPWD measurement system made by Schlumberger
1.1 系统基本结构 Basic structure of the system 斯伦贝谢公司 Stetho Scope 随钻地层压力测量
作者简介：刘建立，1966 年生。1998 年毕业于中国地质大学（武汉）地质系，高级工程师。电话：010-84988311。
万方数据
刘建立等：国外随钻地层压力测量系统其应用
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压层段，优化下套管和完井过程、早期识别油气以及 修改地质模型等［1］。
随钻压力测试器的推出，完善了随钻测量工具 系列，使其和电缆测井一样可以提供全套的电测井、 核测井、声测井、核磁测井和地层压力测试数据。
当启动打开模式时，仪器自动就位，进行压力测 试，经过设定的时间后收回，然后返回到待命模式， 准备进行下一次预测试。序列中每一步都能向地面 提供反馈信息。通过开泵循环即可取消打开模式。 1.4 现场应用情况
Field application Stetho Scope 随钻地层压力测量系统的应用 包括：优化钻井，测量孔隙压力，确定压力梯度，识 别流体界面，修改储层模型，地质导向，地层评价， 储量预测和储层压力管理。已在北海数个油田上 成 功 地 采 集 了 实 时 地 层 压 力 和 流 体 流 度 数 据，测 量精度相接近电缆传送地层压力测试器。 挪威国家石油公司在克里斯汀古尔法克斯及 其他油田利用 Stetho Scope 随钻地层压力测量系统 使油田提前投产，节省了大量的钻机占用时间。例 如，在北海的一个高流度储层中，利用 StethoScope 采集的实时数据成功地完成了一个大斜度分支井 眼，节省了 100 万美元的钻机占用时间。
（石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京 100101）
摘要：近几年，国外公司开发了自己的随钻地层压力测试工具，可提供实时地层压力数据，作业者可以据此确定压力梯度 和流体界面以及实时调整钻井液密度和有效循环密度以优化钻井，有效提高机械钻速，保证井下作业安全。国内在该方面起步 较晚，目前还没有研制出真正的随钻地层压力测试工具。详细介绍了最具代表性的国外随钻地层压力测量工具的基本结构、工 作原理及现场应用与试验情况，包括 Schlumberger 公司的 Stetho Scope 系统、Halliburton 公司的 Geo-Tap 系统及 Baker Hughes 公司（Inteq）的 TesTrak 系统，指出国内必须在跟踪研究国外随钻测量技术发展的基础上，开展具有自主知识产权的随钻压力 测量工具的研制，以提高我国石油工程技术水平，缩小与国外先进技术水平的差距。
Key words: formation pressure; measuring while drilling; tool structure; working mechanism; field test
地层孔隙压力是油藏描述的一个重要参数，多 年来，人们一直寻求在钻井过程中测量地层压力。 20 世纪 50 年代钻杆测试（DST）和电缆测试技术相 继出现，但无法实现随钻测试，而且在大斜度井或者 水平井中使用传统的钻杆传输电缆测井工具进行地 层压力测试极其耗时，存在工具下入困难等潜在风 险。现在随钻测井工具正在取代传统的电缆测井工 具。随着随钻测量技术的不断完善，各大油服公司
该测量仪的动力既可来自电池组，也可来自随 钻测量涡轮。在正常情况下，电池组能提供多达 150 次预测试所需的动力。仪器的动力管理逻辑总能保 存足够的电量以便紧急情况下自动回收仪器。 1.3.2 优化的预测试设计 仪器中的井下控制和智 能解释系统能够根据地层特性对预测试体积和降压 速率进行优化，完全可以调节预测试体积，最高为 25 cm3，而降压速率设定范围为 0.1~2.0 cm3/s。
图 1 Stetho Scope 675 型随钻地层压力测量系统基本结构 Fig.1 Basic structure of the Stetho Scope 675 FPWD measurement system
1.2 主要技术参数 Main technical parameters 斯 伦 贝 谢 公 司 Stretho Scope 675 型 随 钻 地 层
Stetho Scope 系统提供了２种预测试选项，可 采用客户定义的设置，也可采用完全自动的 Smart Pretest（智能预测试 ）模式进行。Smart Pretest 模 式可在预定时间根据地层特性进行调整来优化预 测试。定制设置须在地面预先设定好，但一旦仪器 下入井内，可随时选择上述任何一种预测试选项。
第 32 卷 第 1 期 2010 年 1 月
石油钻采工艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY
文章编号：1000 – 7393（2010）01 – 0094 – 05
Vol. 32 No. 1 Jan. 2010
国外随钻地层压力测量系统及其应用
刘建立 陈会年 高炳堂
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石油钻采工艺 2010 年 1 月（第 32 卷）第 1 期
另外，两种选项的测试持续时间都可延长。 1.3.3 实时的高质量数据 实时数据可以传送到地 面，提供标准、中等和高级３种不同详细程度的解 释。数据也可存储在存储器中，可在地面下载后进 一步分析处理。 1.3.4 3 种作业模式 Stetho Scope 675 型随钻地层 压力测量仪测量时井底钻具组合（BHA）必须保持 静止，因此设计仪器时采用了保护装置，防止探针在 井底钻具组合移动时意外打开。需要采用下行序列 将仪器从 3 种作业模式（即休眠，待命和打开）中的 一种转变为另一种。在休眠和待命模式下，仪器可 以在压力点间旋转。
推出的测试工具（如 FPT、FPWD、PWD 等），可在钻 进中实时测量作用到地层的真实压力，且能显示悬 浮钻屑的载荷。近几年，国外公司分别开发了自己 的随钻地层压力测试工具，可提供实时地层压力数 据，使钻井工艺得到优化其潜在的用途包括早期探 测高压层、基于压力的井眼导向、确定压力梯度和流 体界面以及实时调整钻井液密度和有效循环密度以 优化钻井，有效地增加机械钻速，更加安全地钻入高
StethoScope675 型随钻地层压力测量仪的灵活 性体现在开泵或停泵情况下的测量选项。若担心卡 钻或需要实时监测数据，可在开泵或循环情况下进 行测试。在这种情况下，可以随时中断作业，不会把 时间浪费在无地层流体情况下进行测试或密封失效 情况下进行测试。停泵情况下进行测试则不受干扰 影响，从而降低了致密地层因循环引起的明显的增 压效应。在循环过程中可实时获取测量数据，或者 在静态测量后可以将测量数据立刻上传到地面。
系统采用探头式压力测量仪器，可安全有效地随钻 采集压力和流体流度信息。其压力探头位于扶正器 叶片的延伸部分，与压力探头相对的定位活塞可确 保探头与地层的接触。这种设计无需使仪器定向， 并使得压力测量期间探头周围的流体流动降至最 低。每次压力测量时间约为 5 min，可获得 2 个独 立的压力和流体流度估算值，与其他实时测量结果 一起通过压力脉冲传送到地面或存储在井下存储器 中。目前该公司主要有 Stetho Scope 675 型和 Stetho Scope 825 型随钻地层压力测量仪，结构相同，只是 尺寸及适应井眼尺寸有差别。其中 Stetho Scope 675 型随钻地层压力测量仪的基本结构如图 1 所示。
（SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China）
Abstract: In recent years, foreign companies have developed respectively a series of formation pressure while drilling (FPWD) systems which provide real-time formation pressure data. Based on these pressure data, the operator can determine pressure gradient and fluid interface as well as control drilling fluid density so as to optimize drilling parameters and increase drilling speed and make sure safe downhole drilling operations. In comparison with advanced foreign FPWD, such researches at home are relatively late and there are remarkable gaps. At present, there is no real FPWD with independent intellectual property at home. Most iconic foreign FPWD (Stetho Scope made by Schlumberger, GeoTap by Halliburton, and TesTrak by Baker Hughes) are introduced in detail with respect to basic structure, working mechanism, in-situ applications, and tests. It is suggested that researches on FPWD with independent intellectual property must be conducted based on tracking foreign measurement whiled drilling technologies so as to improve domestic petroleum engineering technology and thus narrow the gaps.