钻井工程领域随钻地震技术(RVSP)应用研究
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钻井工程领域随钻地震技术(RVSP)应用研究钻井工程领域随钻地震技术(RVSP)应用研究
魏茂安 孙正义
(胜利石油管理局钻井信息中心,257000)
【摘 要】 在钻井过程中,如何不中断钻井作业,通过实时地震测量,及时预测钻头前方地层压力及监测井下状态,并通过井旁构造成像等技术为井队提供井下实时工作参数,为决策者在钻井过程中及时调整钻井方案,已成为现代钻井工程越来越迫切需要解决的问题.本文在分析国内外随钻地震发展现状及发展趋势基础上,研究传统随钻地震技术局限性,提出了基于钻井工程环境的随钻RVSP技术,改进了检测系统构建体系,并针对性实施现场实验,取得了理想的效果.
【关键词】 随钻RVSP 参考信号 地面测线 钻井工程环境 地层孔隙压力预测
引言
石油钻井工程是一项高投入,高风险的地下隐蔽工程,地下情况具有很大的模糊性和不确定性,给钻井作业带来了极大风险,井下事故和复杂情况时有发生,增加了钻井成本,影响了勘探效益.因此,实时掌握地层各种参数,预测地层压力,监控井下状态等有着极其重要的作用,是十分必要的.而且,全球油气资源的可持续利用问题日益突出,油气勘探开发朝着新探区及深井,超深井等方向发展,对钻井效率,成本,安全及油气层保护等方面提出了更高的技术要求,所以必须采取积极有效的勘探手段,科学地进行钻井工程设计和施工,避免和减少各种钻井事故.
垂直地震剖面技术(VSP)是一种有效的井旁地震勘探方法,在勘探开发中发挥了巨大的作用,但VSP数据的采集需中断钻井过程,在钻井到达某一阶段时进行,这种测量的滞后性使得人们在钻井过程中无法及时掌握钻头与目的层的相对位置,如果此时钻头已偏离目的层,就失去了调整钻头轨迹的最佳时机.而更多的情况则可能会因为费用太高或在地表条件不允许安置地面震源时,无法得到所需的井旁地震资料.因此,在钻井过程中,如何不中断钻井作业,通过实时地震测量,及时预测钻头前方地层压力情况以及进行井下状态监测,并通过井旁构造成像等技术为井队提供井下实时工作参数,为决策者在钻井过程中及时调整钻井方案,保证钻井安全,提高钻井效率和优化套管设计提供依据等,已成为越来越迫切需要解决的问题.随钻地震技术正是适应这种需要而发展起来的一种技术.
目前,发达国家的一些石油公司,如Schlumberger,IFP等研发的随钻地震装置已投入现场应用,并取得了巨大的社会效益和经济效益.我国虽也进行此项技术研究,但由于起步较晚,迄今尚未取得突破性的进展.
本文涉及的研究课题,在深入研究并吸取国内外成功经验的基础上,基于钻井工程环境,并立足于钻井工程应用,成功构建了随钻RVSP检测系统,在不同钻井工程环境下进行了四次现场试验.
1 随钻RVSP原理
随钻RVSP是以钻井作业中钻头破岩时产生的振动作为地下震源,通过安装在井架和钻杆顶端的传感器采集由钻杆传送上来的钻头振动信号,并通过地面测线上的检波器排列采集经地层传播上来的钻头信号的直达波和反射波,见图1.由钻杆上采集到的信号通常称为参考信号或导航信号,进行各种去噪处理后,将参考信号经过预处理与地面检波器的信号互相关和时移转换,获得井旁区域地震剖面.
随钻地震技术是地震勘探技术与石油钻井技术相结合的产物,是国外近年来发展起来的一种新的井中地震方法.应用随钻地震,可以获得地震波的旅行时间,传播方向,频率,相位(波形特征),极性,偏振等,从而反映岩层的波阻抗,反射系数,衰减,层速度,泊松比,地层各向异性等地球物理特征.因此,随钻地震作为钻井过程实时监测的手段,能及时为钻井工程师和决策者提供相关信息,作为一种新的低成本的勘探手段,能为油田开发或储层描述提供进一步的补充信息.
图1 随钻RVSP示意图
2 随钻RVSP系统构建
随钻地震数据采集系统主要由参考信号传感器,地面测线和数据采集控制单元组成.在测量开始之前必须先进行参数试验,针对不同的钻井条件及井周围的地震,地质情况,确定野外观测系统参数,在采集软件中设置采集参数,并记录井场提供的其它钻井参数,如钻机钻速,钻杆长度等.数据采集过程由采集控制单元自动控制进行.
2.1 参考信号传感器系统配置
参考信号传感器参数的选择及其在钻井架上的安装位置,对于记录高质量的参考信号起着关键的作用.系统在钻井井架底部和中间支架上安置2个三分量检波器;在泥浆传送管路上安置一个压力计量器,以便测出液体中声波传播引起的压力变化;在顶部驱动器上安置2对三轴加速度传感器,并确保它们与钻杆之间是紧密接触,使得它们记录的数据能够与轴向,横向以及径向上钻机结构的振动进行对比,并辨认,识别出由于钻头钻压作用于地层而产生的振动.
2.2 地面测线设计
在地面布置地震测线是为了记
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