贝克休斯随钻方位电阻率测井
探边工具AziTrak在开发井地质导向中的应用
第 ５ 期
测
井
技
术
Ｖ０ Ｌ ３ ７ Ｎｏ ． ５
Ｏｃ ｔ ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 １ Ｏ 月
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文章编 号 ： １ ０ ０ ４ １ ３ ３ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ５ ４ ７ — ０ ５
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中 图分 类 号 ：Ｐ ６ ３ １ ． ８ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ Ａｚｉ Ｔｒ ａ ｋ Ｔｏ ｏ ｌ ｔ ｏ Ｇｅ ｏ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｈｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎｔ ａ ｌ Ｗｅ ｌ ｌ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎｔ
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随钻电磁波电阻率测井(EWR)基础知识
随钻电磁波电阻率测量技术一、引言提高服务质量，降低服务成本是工程技术服务努力追求的目标。
随钻测井相对于电缆测井具有多方面的优势：一是随钻测井资料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的，能够更真实地反映原状地层的地质特征，提高地层评价精度；二是随钻测井在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，从钻井一测井一体化服务的整体上节省成本；三是在某些大斜度井或特殊地质环境(如膨胀粘土或高压地层)钻井时，电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。
因此，随钻测井既提高了地层评价测井数据的质量，又减少了钻井时间，降低了成本。
（一）、随钻测井技术发展现代随钻测井技术大致可分为三代：90年代初以前属于第一代，提供基本的方位测量和地层评价测量，在水平井和大斜度井用作“保险”测井数据。
但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比，以及地层评价。
随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。
90年代初和中期属于第二代，方位测量、井眼成像、自动导向马达及正演模拟软件相继推出，通过地质导向精确地确定井眼轨迹。
司钻能用实时方位测量，并结合井眼成像、地层倾角和密度数据，发现目标位置。
这些进展导致了多种类型的井，尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。
从90年代中期到目前属于第三代，称为钻井测井(Logging for Drilling)，提供界定地质环境、钻井过程、采集实时信息时所要求的数据。
表1 随钻测井技术发展（二）、随钻测井的一般知识1、随钻测量MWD包括井眼几何形状（井眼尺寸、井斜、方位等）的测量，与钻井工程相关的工程参数（钻压、钻具扭矩、井眼压力、转速、环空压力等钻井参数）的测量，以及对自然伽马、电阻率的测量。
主要是测量工程数据，并具有单一性。
2、随钻测井LWD在随钻测量MWD的基础上，增加了识别岩性和孔隙性、判识储层的方法如中子、密度等，能对储层做出基本的评价。
随钻电阻率测井与地层评价解释.doc
随钻电阻率测井与地层电性各向异性评价—研究与应用报告综述高 杰 冯启宁石油大学（北京）地科系 102200摘 要：随钻测井（LWD ）是目前的研究热点之一。
LWD 电阻率测井能够有效反映地层电性各向异性，本文为电性各向异性研究的预研报告，从电性各向异性研究的现状出发，论述了电性各向异性产生的原因、LWD 电阻率测井曲线解释基础及校正和解释方法，从而说明了电性各向异性研究的特殊性、必要性和重要性。
关键词：随钻电测井 电阻率各向异性引 言地层各向异性通常指其电阻率、介电常数及渗透率等参数在不同的方向存在差异的性质。
钻井工程师要知道的首要信息是钻头离最近地层界面的距离，这可以直接从电阻率数据中求得，泥岩电阻率数据可用来估算地层压力，这是随钻测量（MWD ）发展的直接原因之一。
低频感应测井较高频电磁波传播测井反映地层电阻率各向异性的能力要弱，因此，随钻测井（LWD ）中，电磁波传播测井是首选的电阻率测量手段。
随钻电阻率测井是评价地层电性各向异性的重要手段，这是LWD 研究和发展的源动力之一；同时，由于在高电阻率条件下，随钻电阻率测量通常比感应测井和其他电阻率测量的垂向分辨率差，受围岩影响要大，因此传统处理方法得到的测量与处理结果可能是无用的，因此要发展针对LWD 的处理和解释方法。
科技的发展使得随钻测量（MWD ）信号传输这一所谓“瓶颈”问题得到很大程度的解决，因此在国外LWD 研究和应用发展很快，Anadrill 公司有RAB 、CDR 和ARC5等随钻电测井仪器，Baker Hughes INTEQ 公司有DPR 、Navigator 、MPR 和Slim MPR 随钻电测井仪器，Halliburton 公司有CWR 和SCWR 等仪器，Sperry-Sun 公司有EWR 和EWR-Phase4等仪器，这些仪器多以2MHz 为测量频率，已经开始投入商业应用；但在国内，此频率条件下的研究相对较少，大庆油田有2MHz 相位电阻率测井仪，是作为电缆式测井仪器出现的。
方位电阻率
有辅助测量
– 在不规则井眼中，可得到好的电阻率 在不规则井眼中， – 井眼剖面 – 不会因仪器偏心而影响测量精度
方位电极阵列和电流路径示意图
三、辅助测量
三、辅助测量
dVi Rci = c Ic
式中：dVi为方位监督电 式中： 极与环状监督电 极(M3、M4)的电位 Ic为方位 为方位电 差；Ic为方位电 极的电流（ 极的电流（每个 均相等）； ）；c 均相等）；c为几 何因子。 何因子。
三、辅助测量
§2 ARI的应用 的应用
ARI电极阵列和电流路径示意图 电极阵列和电流路径示意图
一、双侧向深电阻率
Vo R=k Io
式中：Vo为监督电极 为监督电极( 式中：Vo为监督电极(M2)与参考电 极间的电位差；Io为 极间的电位差；Io为Ao 电极 的测量电流； 为几何因子。 的测量电流；k为几何因子。
二 、 方 位 电 阻 率 测 量
裂缝性地层测井实例
个方位电极供电电流求和，获得的高分辨率侧向测井电阻率（ 将12 个方位电极供电电流求和，获得的高分辨率侧向测井电阻率（LLHR） ）
LLHR LLD LLS
钻具振动形成的裂缝
孔洞面积 百分比
FMI与ARI的 SPOT处理结 果的对比
溶洞
ARI ARI ARI ARI ARI ARI ARI ARI 对
二、方位电阻率测量
Vm Ri = k ′ Ii
式中：Vm为监督电极 为监督电极( 式中：Vm为监督电极(M3、M4) 与参考电极间的电位差； 与参考电极间的电位差； 12个方位 个方位电极的测量 Ii为12个方位电极的测量 电流； 为几何因子。 电流；k为几何因子。 所有的电流求和，得一高分辩 所有的电流求和， 率电阻率测量值LLHr。 率电阻率测量值LLHr。
随钻电阻率测井原理浅析
随钻感应电阻率测井原理浅析1．电阻率的概念2．电阻率的测量方法3．电阻率的电极系分布4．电阻率测量的数学模型几何因子理论摘要：本文通过对Geolink公司TRIM工具测井原理的剖析，详细介绍了感应电阻率测井的原理，并将电缆测井与随钻测井进行比较主题词：MWD 电阻率感应测井原理浅析随钻测量（MWD—Measurement While Drilling），是一项在钻井过程中，实时对井底的各种参数进行测量的技术，MWD的最大优点在于它使得司钻和地质工作者实时看到井下正在发生的情况，可以极大的改善决策过程。
随钻测量技术极大的推动了钻井技术的发展，为地层评价提供了新的手段，由于可以直接观测井下工程参数，这就为钻井的进一步科学化提供了有利的条件，及时获得地层资料对于准确评价地层和进行地层对比以及油藏描述也具有重要的意义。
MWD系统测量的一个十分重要的方面就是电阻率地层评价测井。
自从八十年代中期起，就有许多种不同的MWD电阻率被测试并投入市场，包括16’’短电位电阻率，聚焦电阻率（有活动和被动聚焦能力），基于电极的装置（可利用钻头或接触按钮），目前Sperry-Sun Drilling Service服务公司的多空间1~2MHz“电磁波电阻率相位测井”是工业上唯一商业化的、真正的多探测深度的电阻率测井工具。
Geolink公司应广大用户的普遍要求，也制造生产出随钻电阻率工具，它将MWD仪器测井结果与通常使用的电缆感应（20KHZ）测井相关联，用这种方法得到的响应与电缆深感应测井的探测深度相类似，其垂直分辨率优于电缆中感应测井。
这种探测深度可以减少井眼环境及泥浆侵入地层对测量产生的影响。
因而不需要对在不同泥浆（水基、油基、气基及泡沫基钻液）中作业中所产生一系列复杂的环境影响进行校正，就能够得到Rt （地层真实电阻率值）。
电阻率的概念一种物质的导电性是指这种物质传导电流的能力，常用电阻率这一物理量来表示，导电能力差的物质电阻率高，导电能力好的物质电阻率低。
BakerHughes_Drilling_and_FE_Brief
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开环和闭环控制提高钻井效率
指令下传确认 • 降低钻井风险 • 增加泻油面积 • 有利的油藏部位
井下闭环控制 • 自动导向 • 平滑的井眼和精确的垂深控制
贝克休斯的解决方案和成果 快速组建了跨部门的团队，查明了机械钻速降低 的根本原因并且找到了软泥岩钻井的解决方案 针对该地层采用了 AutoTrak-X 钻具组合(包括： 旋转导向系统/模块马达/随钻测量、测井短节/双向 通讯和供电短节) 平均机械钻速在8.5’’井段提高了2.4倍，在6’’井 段提高了2.9倍(见下表)
旋转导向钻井技术 - 连续导向的能力
和其他一些旋转导向系统不同，AutoTrak系统真正实现连续导向并打出平滑 的井眼轨迹
导向模式 ： – – – 可提供7500个矢量的选择 工具按给定的工具面和给定的导向力进行 导向 可随时调控制轨迹的能力 稳斜模式： – – – – – – 高精确度 发送精确的井斜目标指令 自动按照井斜目标指令进行平滑导向 在新指令到达之前，将保持在目标井斜角 ±0.1º之内 井身轨迹可同步转弯 可随时调整目标井斜或同步转弯的曲率
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旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
方向 高边 方向矢量
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旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
•双向通讯和动力模块
•BCPM
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=Rℎ√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。
随钻测井技术在水平井中的应用
随钻测井技术在水平井中的应用发表时间：2008-12-10T09:50:13.700Z 来源：《黑龙江科技信息》供稿作者：杨显敬许孝顺[导读] 随钻测井技术能够将井眼轨迹控制在油层的最佳位置，极大地提高了水平井的成功率，特别是使薄油层和边底水等难以动用的储量得到经济有效地开发。
摘要：随钻测井技术能够将井眼轨迹控制在油层的最佳位置，极大地提高了水平井的成功率，特别是使薄油层和边底水等难以动用的储量得到经济有效地开发。
关键词：随钻测井(LWD)；水平井；井眼轨迹；井斜角;B64-28KH井水平井技术是20世纪最重要的钻井技术之一，能提高石油勘探开发效果、油井产量和油藏采收率。
近年来，随着随钻测井技术的发展和应用，水平井技术进一步完善。
实践证明，随钻测井技术能够将井眼轨迹控制在油层的最佳位置，极大地提高了水平井的成功率，特别是使薄油层和边底水等难以动用的储量得到经济有效地开发。
随着油田勘探开发难度的不断增加，该项技术将得到更加广泛的应用。
1 随钻测井技术简介随钻测井就是在钻进作业的同时，实时测取地质参数，并绘制出各种类型的测井曲线，作为地质人员进行地质分析的依据。
由于是实时测量，地层暴露时间短，因此，测井曲线是在地层液体有轻微入侵甚至没有入侵的情况下获得的，与电缆测井相比，更接近地层的真实情况。
在必要的情况下，还可以将随钻地质测井曲线与电缆测井曲线进行对比，获得地层被流体侵入的实际资料，为地层液体的特性分析提供帮助。
随钻测井提供的实时地质参数数据，可以帮助现场人员对将要出现的地层变化做出准确的判断。
在水平井钻井中，配合定向参数测量，可以准确地控制井眼轨迹穿行于储层中的最佳位置，有效地回避油/气和油/水界面，从而显著提高钻井效率，缩短钻井周期，从整体上降低钻井成本。
利用这一技术可以大幅度地提高单井产量和储层采收率。
目前国内使用较多的是从贝克休斯公司引进正脉冲LWD(LOGGING While Drilling)无线随钻地质参数测量仪。
随钻方位电磁波电阻率未钻地层预测技术
随钻方位电磁波电阻率未钻地层预测技术徐凤玲;林楠;杨锦舟;高学然【摘要】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.【期刊名称】《录井工程》【年(卷),期】2011(022)002【总页数】4页(P14-17)【关键词】随钻;方位电磁波;电阻率;测量仪器;未钻地层预测;新方法【作者】徐凤玲;林楠;杨锦舟;高学然【作者单位】胜利石油管理局钻井工艺研究院;胜利石油管理局钻井工艺研究院;胜利石油管理局钻井工艺研究院;大港油田滩海勘探开发公司【正文语种】中文0 引言传统的地层特性测量通常是利用钻前的地震资料进行预测，由于具有很大局限性，无法保证预测结果的精度，已不能满足钻井施工新技术的实际需要。
主要原因除了地下地质情况复杂以外，最重要的是能获取的井底以下的有用信息太少或基本没有，无法形成基本的地层预测体系。
随着随钻方位电磁波电阻率测量技术以及相应测量仪器的出现，使未钻地层预测技术成为现实。
1 随钻电阻率测量技术简介目前，在钻井行业的随钻测量领域，地层电阻率用来划分地层剖面和确定储集层的含油饱和度，是测井解释评价油气藏的主要依据。
国外流行的随钻电阻率测量技术可概括为3大类，即随钻侧向电阻率、随钻感应电阻率和随钻电磁波电阻率测量。
1.1 随钻侧向电阻率随钻侧向电阻率测量技术是指由供电电极提供电流，在井眼周围地层中形成电场，测量地层中电场的分布，得出地层电阻率。
随钻侧向电阻率测量通常含有多个纽扣电极和环状电极，可以安装在靠近钻头的位置并且钻头也当作一个电极使用，能够精确测量井眼周围5～10cm厚的地层电阻率，由于钻头本身作为电极使用，这种测量方法具有几个厘米深的前向地层探测能力。
随钻方位电阻率边界探测影响因素分析
随钻方位电阻率边界探测影响因素分析刘庆龙;王瑞和【摘要】提出采用随钻方位电磁波电阻率测井仪器进行边界探测方法及产生的边界效应,分别从测量仪器的源距、频率、天线安装角度等内部因素以及井眼倾斜角度、地层电阻率对比度等外部因素进行计算分析,总结边界响应规律,归纳了针对测量仪器本身的设计和调整以及针对可导致边界效应的测量环境的研究2种边界探测的研究方法,通过与Periscope仪器公布的数据相对比论证,确定影响因素计算分析准确性.研究成果对随钻地质导向边界测量、仪器设计参数选择及复杂储层地质构造实时解释具有指导意义.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2014(038)004【总页数】5页(P411-415)【关键词】随钻测井;电阻率测井;储层;围岩;边界探测;边界效应【作者】刘庆龙;王瑞和【作者单位】中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555;中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017;中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】P631.830 引言随钻方位电磁波电阻率测井技术因其在地质导向、实时地层评价中具有重要应用价值而得到广泛开发，典型的随钻方位电磁波电阻率由一系列同轴环形或椭环形发射线圈和接收线圈组成，可实现多频率、多倾角信号发射和多频率、多倾角信号接收，获得含有方位信息的幅度比和相位差测量。
随钻方位电磁波电阻率测井在高斜度井及水平井钻井对储层边界尤其是储层上下围岩影响中具有独特的识别判定能力［1－6］。
针对斯伦贝谢公司Periscope仪器的边界探测方法进行分析，本文探讨各种边界影响因素及边界探测信号特征，为后期开展井眼到储层边界估算方法以及仪器各项技术参数设计奠定基础。
1 边界探测方法和边界效应国外的随钻方位电磁波电阻率仪器生产商主要有3家，分别为斯伦贝谢公司的Periscope、哈里伯顿公司的ADR以及贝克休斯公司的APR；其边界探测的方法主要依据边界效应。
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AziTrak™ - 层界面探测
在OnTrak工具的基础上增加2个垂直于工具的接收线圈，则当工具旋转时可测量井周环境的方位信息
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钻进方向的确定
泥岩 泥岩
Top Bottom Top
泥岩层从上方靠近井眼
Summary
• AziTrak provides deep-reading azimuthal resistivity
readings in 16 sectors around the borehole • AziTrak is a high level RNS service, allowing the wellbore to be positioned a certain distance from a boundary • Pre-job planning and modeling of anticipated readings are essential to get the most value from the service • Deepest boundary detection is available when the boundary formation has low resistivity and the target formation has high resistivity • Strong competition from other service companies
现场数据: 进入泥岩 – 85米的预警
85 meter warning
APR 16 sectors
top – bottom - top top – bottom - top
Az. OnTrak Image
Gamma Ray Image
Sand 30 ohmm
Shale 3 ohmm
OnTrak Resistivity
AziTrak–随钻方位电阻率测井
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地质导向中的挑战
在河道砂体中导向
泥岩 / 煤层 / 粉砂岩
Rt = 1-3 ohmm 河道砂体油层 Rt = 30 ohmm 多传播电阻率 2 MHz 相位差 多传播电阻率 400 kHz 衰减 方位传播电阻率
Proposed OWC@1716m TVD
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The high-end service
AziTrak 应用二：顶面跟踪
CHEVRON WELL IN THE UK SECTOR OF THE NORTH SEA
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现场数据:
在油藏中钻进正远离泥岩层
APR 16 sectors
top – bottom - top top – bottom - top
Az. OnTrak Image
Gamma Ray Image
Distance to Bed
Top Bottom Top
Target Direction
Signal Strength 10 ohm-m 1 ohm-m
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现场数据:
在油藏中钻进正接近泥岩层
Az. OnTrak Image
Gamma Ray Image
伽玛没变化
OnTrak Resistivity
曲线轻微的分开
Real Time Real Time Signal Signal
信号强度变强: 再次接近泥岩层
14
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270 255
240
外层红点：最新的数据点
225
10
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模拟的AziTrak工具响应
1 ohm-m Wellpath 10 ohm-m 1 ohm-m
Top Bottom Top
Deep Resistivity Image Depth of Detection
Reservoir Navigation Services
Real-time AziTrak imaging. The answers are clear.
Scenario 3
• Land
well near roof of pay zone
Scenario 4
• Land
well near bottom of pay zone
2
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多传播电阻率工具响应模型
泥岩 泥岩
模拟OnTrak 仪器响应
曲线分离表明工具正接近地层边界
但怎么知道边界在哪个方位 ?
3
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LP@1905m MD
Proposed GOC@-1250m SS
Shale
双边界例子，上下均为泥岩
Channel Sand One
Break
Channel Sand Two
Gas Cap disappeared?
21
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APR 16 sectors
top – bottom - top top – bottom - top
Az. OnTrak Image
从上接近泥岩层 (深色)
Gamma Ray Image
伽玛没有变化
OnTrak Resistivity
电阻率变小: 正接近导电性地层
Real Time Signal
信号强度变强
23 23
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487 AziTrak Tool Deployments
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谢谢！
TM
18
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AziTrak 应用二：顶面跟踪
TM
工具平均距顶距离0.5m之内
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AziTrakTM应用三：危险方向指示及距离计算
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实时显示
点显示趋近地层的方向
285 330 315 300 345 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 210 195 180 165 150
该图例中，趋近于工具的 右前方
泥岩层从下方靠近井眼
6
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薄层识别
泥岩
井眼
Top Bottom Top
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Reservoir Navigation Services
AziTrak 应用四：双边界识别
TM
Actual APR Image
D2B interpretation Signal Strength/Direction Gamma Ray
Resistivity Neutral / Density
645m水平段，工具平均距油顶距离0.4m
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AziTrak™ --随钻深探测方位电阻率
• 提供用于地质导向（层界面的探测）的深探测方位电阻率及常规电阻
率、自然伽玛和伽玛成像以及方位数据
• 提供方位并探测工具与层界面的距离（最大距离5米） • 意味着：降低实际井眼脱离油藏中目的层的风险
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Real-time AziTrak imaging. The answers are clear.
Scenario 1
• Well
entering pay zone
Scenario 2
• Well
exiting pay zone
8
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OnTrak Resistivity
Real Time Signal
信号变弱: 正钻离泥岩
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现场数据:
在油藏中钻进再次接近泥岩层