气体钻井超前探测震源工具设计及力学性能模拟研究

为了实现气体钻井钻头前方风险地层的超前探测，设计了适用于气体钻井环境的井下冲击震源工具，并对其力学性能进行了研究。基于气体钻井的环境，设计了冲击震源工具的关键结构；根据室内冲击试验，优化了震源工具的吸振结构和冲击能量；使用RecurDyn软件，分析了冲击块的运动过程，优化了关键结构的参数；模拟研究了底部吸振圆盘的抗冲击能力和传动杆限位结构的抗拉强度，以及冲击震源工具的力学性能；给出了现场施工方案，分析了其主要优势。研究结果表明:聚四氟乙烯能显著衰减钻铤波及尾波，有利于识别时域内的地层弱反射波信号；冲击能量为50 J时，冲击振动波的传播距离为18.61 m，可满足气体钻井超前探测的目的；聚四氟乙烯受到的最大冲击力为1 796.88 N时，其相对变形不超过0.03%，且传动杆限位结构处承受下部钻具的重量不能超过1 150 kN。通过气体钻井随钻超前探测震源工具结构设计及力学性能模拟研究，为近钻头冲击震源工具的研制与应用提供了依据。      

随钻前视声波测井钻头前方声场特征研究

现有声波测井仪器无法满足前视探测需求,为此开展了基于相控阵技术的随钻前视声波测井技术研究。采用相控线阵声波辐射器和相控圆弧阵声波接收站,分别实现声波能量的定向辐射和扫描接收;利用有限差分算法,分别模拟了随钻条件下钻头前方存在一个地层界面时的单极和相控阵声波测井响应。模拟结果表明,由于井底散射的影响,随钻前视声波测井的波场比常规反射声波测井的声场更为复杂;与单极声波辐射器相比,相控线阵声波辐射器能够定向增强辐射到钻头前方地层中的声波能量,可以显著增强P-P回波的幅度;与单极声波接收器相比,通过统计相控圆弧阵声波接收站扫描接收到的不同方位P-P回波的幅度,可以近似判断钻前地层界面的方位。研究结果验证了利用相控阵声波测井技术探测钻前地质异常体的可行性,为后续工业样机的开发提供了理论依据。      

随钻地震中地层参数的预测

随钻地震是地震勘探技术和钻井技术的结合,随钻地震技术是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的枯赔,井附近的地表埋置检测器,分别接收经钻杆,地层传输的钻头振动的信号。通过互相关和反褶积等数据处理方法,得到有关井下的地层信息,预测钻前地层速度和反射界面的深度等地层参数,随钻地震技术可以降低钻井成本,提高勘探开发综合经济效益。     

随钻地震波场空间传播特征研究及应用

随钻地震是上世纪90年代初发展起来的新技术,是以钻井过程中钻头的振动作为震源进行地震测量,可实时预测钻头前方地层构造的细节,减少钻探风险。本文从理论和实际资料的处理分析着手,系统研究了随钻地震中的直达波、反射波和其他几种主要干扰波波场的空间传播特性;根据各种波场在不同三维空间传播特性的差异,讨论了干扰波的分离和衰减方法;对实际随钻地震资料进行了去噪处理,取得了较理想的效果。本文的研究成果对随钻地震勘探具有一定的指导意义。     

随钻VSP技术研究及初步应用效果

随钻VSP技术与常规VSP技术相比，具有其自身的特点和独特的优越性，它利用钻井过程中钻头振动产生的噪声作为震源进行逆VSP测量，不干扰钻井，不占用钻井时间，对井孔无任何风险，特别是可以通过现场地震成像处理，实时预测钻头前方地层的构造细节，达到减少钻探风险为主要目的。其技术关键是如何在井场强干扰噪声背景下准确地采集和恢复弱钻头反射信号，并使之变成等效的地层脉冲响应。本文介绍了随钻VSP技术的基本原理和使用的关键技术，通过对轮古47井牙轮钻钻头随钻VSP资料处理成果的分析和与过井地面地震剖面的对比，表明文中所使用的采集、处理技术，可以获得与三维地面地震相当的地震成像剖面，具备良好的推广应用前景。     

裂缝反射纵波与声系源距的考虑

给出了没有井眼条件下和有井眼条件下裂缝反射纵波的传播时间公式；证明无论阵列接收波形或变密度波形，其反射波的到达时间都是双曲函数，讨论了入射纵波在裂缝上的反射点构成的空间分布，它们分布在临界折射纵波时间和临界折射横波时间两个椭圆之间，探测最远距离是椭圆的短轴，对应于垂直裂缝，详细说明了探测裂缝存在的盲区，用模拟的变密度波形图显示了裂缝反射波的许多特点，这些特点是正确地识别和处理反射波的重要根据，建议在阵列声波仪器下面用电缆加接1个发射声波，这是一个值得考虑的探测裂缝的好方法。     

随钻电阻率测井仪器探测特性分析

随钻电阻率测井具有预测井周围和钻头前方各种地质情况的能力，能为科学化钻井提供有利的依据。在对随钻电阻率测井原理分析的基础上，给出了电磁场量与地层电阻率之间的转换关系，计算得到了随钻电阻率测井仪器的探测特性，包括探测深度和纵向分辨率。分析结果表明：衰减电阻率比相移电阻率的探测深度要大；而相移电阻率比衰减电阻率的纵向分辨率要高。这些结论可以用来判断地层侵入和围岩情况，以及在随钻电阻率测井资料解释时参考。     

远探测声波反射波测井仪器

远探测声波反射波测井仪器是利用相控阵发射和声波反射波处理等新技术探测井眼以外10m范围内反射界面的反射信息,精细解读裂缝或层界面空间展布特征的一种测井装备。该仪器由中国石油集团渤海钻探工程有限公司研究开发成功,具有全部自主知识产权,属国内首创,达到国际先进水平。     

基于模型的水层多次波去除方法

本文提出一种衰减水层多次反射的方法。首先估计水底反射系数函数，再加上计算出的振幅函数，同时考虑振幅和波形来模拟所有阶的水底多次反射波。在频率－－慢度城模拟水底的一次反射和多次反射。在数据模型中的振幅函数包括震源方向性函数、震源虚反射响、检波器组方向性函数、接收点虚反射响 以及与炮检距有关的几何扩散项。在小炮检距范围内，我们可以假设海底反射系数仅与频率有关，可以用最小平方法估计。利用海底的一次反射波     

基于高频电磁波的随钻探层测距雷达技术研究

为了提高水平井钻井过程中储集层钻遇率,需要实时探测储集层边界。为此,提出了一种基于高频电磁波的随钻探层测距雷达技术。随钻探层测距雷达在钻具进入煤层后,实时探测煤层的顶底板,实时测量钻具与煤层顶底板之间的距离,实现地质导向,甚至可以实现地层成像功能,从而指导施工人员控制钻头始终穿行在储层中。以煤层气钻井为应用对象,对随钻探层测距雷达测量原理、测量方法及电路系统等方面进行了研究。室内试验中测量距离与实际距离间的相对误差为3.8%。这表明随钻探层测距雷达可以有效提高煤层气储集层的钻遇率。     

反射声波成像测井的物理模拟

反射声波成像测井的分辨率和测量范围介于常规地震勘探和常规测井之间，在当前油气勘探的诸多领域尤其是随钻测井、大斜度井和水平井评价等复杂油气藏勘探和定量解释中具有实际意义。为此，对反射声波成像测井进行了物理模拟，制作了缩小比例的铝质和混凝土模型井，并用于模拟井旁不同倾角的声阻抗不连续界面对声波的反射。在充液环境下对反射声波模型井进行了实验测量，从全波波形上可以清楚地看到沿井壁传播的折射波和来自井旁声阻抗不连续界面的反射纵波。应用偏移叠加技术对物理模拟波形进行了反演处理，从偏移剖面上反演出的反射界面的尺寸、位置和倾角等几何特性与实验参数基本一致。     

高精度随钻成像测井关键技术

为了解决随钻地质导向系统距离钻头远、检测信息少和检测精度低的问题,基于随钻扇区扫描原理,结合MEMS动态工具面检测技术、近钻头伽马旋转累计计数成像采集算法和随钻电阻率动态PID调节发射驱动成像采集算法,研制了高精度近钻头伽马成像测井仪和高精度随钻电阻率成像测井仪,实现了近钻头伽马16扇区测量与随钻电阻率128扇区测量。现场试验结果表明:随钻采集到的近钻头伽马成像测井数据可为复杂油气藏地质导向钻进提供技术支持;随钻电阻率成像测井数据与电缆测井数据吻合,可为随钻地层评价提供可靠数据。研究表明,利用近钻头伽马成像测井仪和高精度随钻电阻率测井仪可以获得高精度的测井数据,为地质导向和地层评价提供支持。      

近钻头方位伽马随钻测量系统的研制与应用

近钻头方位伽马随钻测量系统采用了伽马探测传感器和角度探测器实现了更为精确的方位伽马随钻测量;在电磁波传输系统中采用了高斯最小频移键控调制技术,提高了通讯信号的抗地层干扰和抗衰减能力,使得仪器具有更好的稳定性;地面信息处理系统采用了集成电路技术,增强了电路系统的稳定性;信号信息处理软件各个功能模块集成度高,操作更为便捷。近钻头随钻测量系统具有对井眼岩性成分进行成像的功能,能够更加直观全面地反映钻遇地层的岩性变化特征,有助于精确地进行地质导向。现场应用表明,近钻头随钻测量系统工作性能稳定,测量数据准确,现场地质导向技术人员能够通过分析近钻头方位伽马曲线形态及时准确地进行地质导向,及时调整井眼轨迹。通过使用近钻头方位伽马随钻测量系统,施工水平井的储层钻遇率得到了明显提高。     

近钻头钻具声波传播特性分析

为了利用声波将近钻头处的信息传输至远钻头端,运用有限元方法分析了常见近钻头钻具(普通钻铤、螺旋钻铤、整体直棱稳定器、整体螺旋稳定器和螺杆钻具)的声波传播特性。分析结果表明,由于轴向上的截面形式和大小基本保持一致,普通钻铤和螺旋钻铤不仅具有较好的时域特性,没有严重的波形反复震荡现象发生,而且具有较宽的通频带;稳定器段的出现使得轴向上声波阻抗不连续,其他3种钻具不仅在其时域波形中出现波形的反复震荡,其通频带宽度也大幅变窄。因此,普通钻铤和螺旋钻铤更适合于作为近钻头声波信号传输的通道,当必须使用其他3种钻具时,则必须采用辅助的信号处理措施。     

基于螺杆钻具的近钻头井斜测量误差及修正

为了研制具有自主产权的基于现有螺杆钻具的随钻近钻头测量装置,结合井下工况,对近钻头井斜测量过程及仪器本身存在的误差进行了分析,阐述了利用声波或电磁波传输近钻头信号的优势,并提出了近钻头井斜精确测量的误差修正思路。分析结果认为,当前的近钻头井斜测量仪器还存在一些未考虑到的问题,如动力钻具的振动影响测斜精度,动力钻具弯角的存在导致近钻头仪器与井眼不同轴产生误差等。利用声波传输近钻头信息及远程传输井下信息是实现测量的静态及传输信号过程静态的有效方法,建议加快该技术的研究进度,争取早日应用于现场。     

近钻头伽马高精度实时成像技术研究与应用

常规随钻测量工具的测点离钻头较远,无法及时准确判断钻头处的地层岩性和倾角,储层钻遇率较低,也不满足储层精确描述的要求。为此,研究了高转速条件下地层伽马射线动态扫描成像技术,以及时判断滑动和复合钻进状态下的地层岩性;研究了地层倾角的计算方法,实现了钻头处地层倾角的准确计算。研究认为,近钻头伽马高精度实时成像技术可以实时测量近钻头伽马、动态井斜角、温度及转速等参数,并进行成像,为实现钻头在储层内的精确控制提供数据。现场应用显示,该技术可以满足地质导向钻井对测量数据的需求,通过对所钻储层的精确描述及时调整钻井轨迹,从而提高优质储层钻遇率。研究结果表明,基于国产化近钻头伽马成像工具的地质导向钻井技术在薄油层、倾角变化快地层等具有较好的推广应用价值。      

随钻单极子声反射测井数值模拟

从随钻地质导向的实际需求出发,通过三维直角坐标时域有限差分数值模拟的方法对比了均匀地层和井旁存在地质界面时随钻环境下单极子声源激发的井孔内外声场分布特征,考察了钻铤的存在对井外辐射声场强度的影响。由于硕大钻铤的声场屏蔽效应,井旁存在地层界面时,井周8个方位上接收到的反射纵波信息具有明显差异,通过对不同方位上接收的信号做矢量计算,得到了来自井旁地层界面的反射纵波信息;通过对比不同方位上接收器接收到的反射纵波信号的强弱,还可确定地层界面的方位信息。由反射纵波幅度随源距的变化曲线可知,为了采集到反射纵波,建议随钻声波测井的测量源距控制在0～4m。数值计算结果为随钻反射声波仪器的研制和数据资料的处理提供了参考。     

地质导向钻井前探技术现状及进展

地质导向钻井前探技术可有效提高钻井效率和成功率.将地质导向钻井前探技术分为近钻头前探技术、随钻地震前探技术和方位电磁波前探技术3类,结合复杂油气藏勘探开发案例,对地质导向钻井前探技术中常用的近钻头测量、R-VSP、VSP-WD、边界探测、储层成像和随钻前视等方法进行了分析总结.各种地质导向钻井前探技术分别从不同途径实现...