智能导钻技术体系与相关理论研发进展

为满足国家高效低成本开发深层/超深层(埋深4500～9000 m)油气资源的战略需求,亟待发展适合我国地质禀赋的深层/超深层石油地质理论,创新支撑深层/超深层油气勘探开发的智能导钻技术体系.依托中国科学院A类战略性先导科技专项“智能导钻技术装备体系与相关理论研究”(简称智能导钻系统),面向深层/超深层系统性开展了油气成藏理论、旋转导向和地质导向钻进技术、远程决策系统和装备试验平台研究.深层/超深层特有的高温、高压环境和水的加氢作用能显著提高油气资源潜力,多类型优质规模储集体形成的主控因素为“先天基础、后期改造、深埋保持”,多期成藏改造过程控制了深层/超深层油气藏类型和分布的差异性.围绕智能导钻技术体系的旋转导向(钻)、地质导向(测)、高速传输(传)、地面控制(控)四大子系统,突破了旋转导向高精度动态测量与控制、非接触高效电能与信号传输,随钻方位电磁波测井全对称抗干扰天线系、高温高压仪器设计与封装,井地数据传输非线性流体负载高精度伺服控制、强畸变信道微弱信号提取等关键技术.研制了旋转导向、地质导向、井地传输等10余支井下仪器,实现了“钻-测-传-控”一体化智能导钻系统的集成总装.目前正在...     

基于压缩感知的随钻测井编码传输方法

随钻测井是一种能在钻头钻进过程中通过安装在钻头附近的传感器实时获取和传输测井数据的技术.实时可靠高效的传输测井数据是随钻测井研究领域的关键问题.目前随钻测井系统普遍使用的测井数据传输方式是钻井液压力脉冲遥测传输.钻井液信道是一种长时延极低速单向无反馈删除信道,因此利用传统的差错控制方法无法在保障测井数据传输实时性的同时纠正信道噪声引起的实时测井数据传输错误.为此本文提出了一种基于压缩感知理论的随钻测井数据信道编码传输方法,该方法具有短码长线性编译码复杂度的优点.地面接收端通过压缩感知重构算法恢复井下测井数据,在保障测井数据传输实时性的同时使得地面施工人员能在随机删除信道条件下正确的获得全部井下实时测井数据.钻井现场真实测井数据编码实验表明,本文所提方法在不影响测井数据传输实时性的前提下大大提高了测井数据的抗信道删除能力,降低了由于信道删除带来的测井数据丢包率,而且允许测井施工人员根据实际钻井液信道状态灵活调整发送码率,以实现不同删除概率信道下的测井数据可靠传输.     

基于压缩感知谱反演算法及其在随钻过程中的应用

在超高温高压环境下的深海钻井过程中,受关键层位、尤其是薄弱层(弱抗张力地层)影响,加上缺乏海上超高温高压薄弱层精准快速识别及关键层位精准卡层技术方法,以致钻井事故频发,是海上超高温高压油气勘探开发亟待解决的重要问题.随钻过程中高精度地震数据的应用,作为钻井过程实时监测的手段,能够有效提供钻头前方精细地质构造信息.本文在谱反演提高分辨率技术基础上,提出了基于压缩感知L0范数算法的谱反演算法,并形成完整的提高分辨率技术流程.该方法能够相对保幅保真地实现地震数据的有效拓频,识别薄弱层及实现随钻地震高精度关键层位综合预测.方法在南海西部油田深层的随钻实际数据分析中,有效识别了钻头前方薄弱层、关键地层、储层深度等关键信息,结果与钻后测井资料吻合,验证了方法有效性,为南海西部油田超高温高压钻井的风险评估提供依据.     

随钻方位伽马测井快速正演及定向井动态监测

钻定向井水平井已成为近些年钻井行业的热点.钻水平井过程中,地质导向起着关键作用,井眼轨迹的动态监测是其中的一个重要方面,包括沿钻进方向钻头距上下界面距离及距界面的垂直距离等,从而使井眼轨迹尽量保持在目的层中,最大限度的提高油气采收率.本文基于方位伽马测井的测量原理并结合几何特征,推导了一种随钻方位伽马测井的快速正演方法,该方法使正演计算中的复杂性大大降低,克服了利用蒙特卡罗方法正演模拟的困难.同时,本文利用方位伽马正演模拟曲线,对钻进过程中沿钻进方向上钻头到层界面距离及钻头距界面的垂直距离进行了反演计算.通过正演及反演结果对比,证明该方法在地质导向中应用的可行性.     

超深层目标随钻测井引导的动态地震成像

超深层油气储层目标上覆巨厚的复杂介质,基于地面观测数据估计的地震波传播速度存在误差,将导致地震成像结果不准确,增加深井钻探风险或勘探成本.随钻测井提供的地层速度信息可用于提高偏移速度模型的精度,从而通过叠前深度偏移重处理减小井震闭合误差,及时地重新定位深层的钻探目标,并为钻井轨迹调整提供科学依据.为此,本文提出一种随钻测井引导的动态地震成像方法.它在相对地质年代信息约束下,将测井资料处理获得的层速度用于修正井孔周围一定范围内的偏移速度模型,结合波动方程基准面延拓实现局部三维叠前深度偏移处理,利用图形处理单元(GPU)加速以便更新钻头前方的地震图像.基于实际地震与测井资料的仿真试验表明该方法技术具有可行性,预期可为面向深储层的智能导向钻井提供有力支撑.     

智能导钻井下随钻单芯总线信道特征及接口驱动

随钻总线系统实时收集上传井下随钻测井数据与钻井工程参数以及下达地面控制命令,通过井地传输系统,实现地面与井下之间的数据与命令交换,形成钻井控制大闭环,是完成智能导钻的关键技术环节.本文从随钻单芯总线的信道特征、总线电路及其等效模型几方面介绍智能导钻井下随钻单芯总线系统,总结了总线的最佳工作频率及负载特征,分析了总线接口的简单可靠的驱动方法,通过电路测试,验证其可靠性.研究发现单芯总线信道的特征阻抗随分布参数变化很大,导致仪器横卧与竖立状态下,通信信道特性明显不同,本文根据信道特性变化规律,避开敏感频带,并将信道特征转换成等效电路模型,进一步明确了总线系统正常工作的参数设置方法.设计的总线系统已开展井下实钻试验连续工作3口井,累计工作时间超过270 h,累计钻进5300 m以上,未发现故障,系统工作稳定.     

钻头随钻地震技术综述

钻头随钻地震技术是利用钻井过程中钻头冲击地层产生的振动作为震源的井中勘探技术．它凭借不中断钻井作业这一特点,可以实现连续的逆垂直地震剖面（Reverse Vertical Seismic Profile,RVSP）测量,以达到实时监测钻头位置、预测钻头前方地层地质参数、前瞻成像等目的．钻头随钻地震的本质是RVSP技术,因此本文通过常规RVSP技术引出钻头随钻地震,对钻头随钻地震的基本原理、采集技术和处理技术的优化进行重点介绍,并简单介绍部分应用实例．最后结合钻头随钻地震的优势和局限对其未来的发展方向做出展望．     

流动地震仪检测钻头振动信号的现场试验

钻井过程中钻头对井底的冲击振动为钻头前方地层的探测提供了震源,可用来消除钻井过程中的地质不确定性和降低钻井风险.本研究在分析井下钻头振动信号特点的基础上,根据现代地震观测技术的新发展,将多道勘探地震仪和流动数字地震仪的性能进行了对比分析,将天然地震的观测设备和分析方法应用到随钻地震检测中,提出了一套新的随钻地震检测方案,利用高灵敏度流动数字地震仪连续检测钻井过程中的钻头振动信号,初步现场试验表明该技术方案可行,获得的信号信噪比高,易于钻井工程师掌握,为随钻地震技术提供了新的技术路线.     

随钻方位伽马测井仪器设计及试验

方位伽马测量仪是钻井行业普遍应用的一种重要的随钻测井仪器.随钻方位伽马测井仪器能在钻井过程中有效测量地层的放射性强度,为钻井工程提供方位地质参数、区分原状地层的岩性,进而为地质导向提供地层信息.本文依托随钻伽马测井基本方法原理,简要探讨了随钻方位伽马探测器的设计方法,基于探测器安装剖面的建模条件,采用MATLAB软件详细计算了不同尺度晶体在不同钻井速度下的仪器性能指标,通过理论计算和实验验证了设计的正确性和可行性,在此基础上,阐述了随钻伽马井下测量仪器的刻度方法.现场实际应用证明,该仪器在国内地质导向系统中取得了良好的应用效果.     

大斜度井/水平井随钻方位电磁波测井资料实时反演方法

水平井钻进过程中,地层边界的准确预测对地质导向决策至关重要.但水平井测井环境复杂,随钻方位电磁波测井响应不直观,储层性质、地层界面等信息的精确、定量评价困难.本文提出了一种适用于大斜度井/水平井随钻方位电磁波测井资料的电阻率及地层界面信息的实时提取方法.该方法主要基于以下几个技术:(1)引入滑动开窗策略将高维随钻方位电磁波测井资料的反演问题转化为多个连续窗口的一维反演问题;(2)对反演参数进行多初值初始化,结合正则化Levenberg-Marquardt算法保证解的全局最优性;(3)充分利用随钻方位电磁波测井多种探测深度信息,采用分级反演策略提高反演速度.数值和实测资料反演结果表明:降维反演方法可实现对地层界面的实时、准确提取,且适用于多数复杂地层结构和任意井眼轨迹;利用浅探测地质信号可实现随钻方位电磁波测井资料的分级反演,最终反演速度可提升10倍以上.