摘要:2021年,全球清洁能源行业快速发展,为了推进实现绿色转型,斯伦贝谢等诸多大型国际油田技术服务公司均减少了在油气行业的投入,导致测井等行业技术发展速度放缓。国外油服公司在2021年主要推出了9项测井技术,包括StrataXaminer电成像测井技术、量子重力测井、iStar综合智能钻测平台、MagniSphere高精度核磁共振随钻测井技术、PeriScopeEdge随钻多层测井技术、ExpressFiber光纤测量技术、Optiq光纤测量技术、DSLoneStar射孔技术、Velocity射孔系统等。本文对这些技术特点及应用情况进行了梳理,并对未来技术发展趋势进行展望。
一、电缆测井
1、StrataXaminer电成像测井技术
哈里伯顿公司2021年推出的新型电成像测井技术StrataXaminer,采用行业首创的多频率电成像测井技术,可在复杂井筒环境下提供储层结构的高分辨率图像,从而以更高的精度识别层理、裂缝模式、断层带等,有助于准确获取井下数据,更好地评估生产潜力。
在复杂钻井液环境中获得高分辨率图像一直是测井行业的挑战。StrataXaminer具有10种不同的工作频率,使用时可以根据需求选择任意3个频率同时进行记录,解决了不同频率适用于不同地层类型和流体环境的难题,一次测井便可提供高质量图像。StrataXaminer具有8个成像极板,可在8 in(1in ≈ 2.54cm)井眼中实现100%的图像覆盖率,能有效提高采集数据质量,并可在单次下井作业中提供更多的采集选项,有利于精确识别出地层倾角、裂缝压裂效果、断层带分布以及潜在的流动障碍等。另外,StrataXaminer具有更高的耐高温高压性能,可满足深井作业需求。目前,该技术已经与哈里伯顿公司的其他测井技术完成集成,包括Xaminer声波成像测井仪器等,其内置的内存储器可有效提高仪器组合的灵活性,一次下井可采集更多井下信息。
目前,该技术已进行多次现场试验。例如,塔里木油田采用StrataXaminer一次下井便成功采集了具有目标地层裂缝特征的高精度成像数据,为确定致密砂岩储层中沉积物特征、压裂方案优化等提供了高性能解决方案。
2、量子重力测井
Nemein公司与伯明翰大学在InnovateUK*的资助下,正在开展可部署于井筒的量子传感器技术,主要用于能源采集和环境遥感,研究内容主要包括常规微重力测井、电测井和放射性测井等。目前这些技术受到灵敏度、分辨率与成本等诸多限制,尚处于实验阶段。
量子传感器是根据量子力学规律、利用量子效应设计的、用于执行探测功能的物理装置。目前只有量子重力传感器技术较为成熟,在地面应用的量子重力传感器在探测和监测地下流体方面性能明显优越于传统传感器,但在恶劣的井下环境中,其性能受到了限制。Nemein公司对此展开研究,量子重力传感器井筒部署设备也已提到研发日程中。
项目研究负责人表示,基于激光冷却原子的量子传感器可以测量重力场或磁场变化,不仅非常精确,而且灵敏度很高,可大幅提升井下探测设备的系统性能。未来,量子测井技术的应用领域主要包括二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)、油气或地热储层开发等,现有的储藏评价技术由于分辨率低、成本高、灵敏度差等问题难以满足这些领域的探测需求。重力研究中心目前正在探究如何用一款商业化的量子设备来改进或替代现有技术,进而优化储层碳封存过程,减少油气开发过程对环境的影响,并促进化石燃料向可再生能源(如地热)的过渡。该项目计划研发一种基于激光冷却原子的经济高效深井量子传感器部署技术,包含应对严苛环境的封装和辅助设备,为井下探测提供一种新的选择。
二、随钻测井
1、iStar综合智能钻测平台
哈里伯顿公司推出的iStar综合智能钻测平台,通过将各个模块电源由中央电源代替等方式,减少冗余的模块化单元,可减少作业准备时间、缩短仪器长度,并组装更多传感器。该平台的数字架构支持自动化、机器学习和人工智能,可用于储层评价、快速钻井和连续油井的交付。平台的优势有(1)仪器长度更短,钻头与探测器距离更近,作业人员可以更及时的获得井下信息,降低了方向、地质变化等对作业的影响。(2)iStar可组装岩石密度测井、孔隙度测井等全套测井设备,可提供高精度的储层流体类型、饱和度等信息,并利用数字技术对储量和井位进行优化。(3)通过集成钻井动态和连续的井位测量技术,可最大限度地提高钻速。(4)减少了钻铤的使用,增加了更多的传感器,可大大缩短井底组件的长度,减少连接器数量,有效提高了作业的可靠性。
目前,该技术已经在中东、欧洲和北美的多个地区应用。其中,北海某企业作业人员成功地将iStar服务应用到了一口评价井中,确定了该井纯砂岩的最佳压力点,增加了对油藏的认识。
2、MagniSphere高精度核磁共振随钻测井技术
2021年,斯伦贝谢公司推出了可同时测量T1(纵向弛豫时间)和T2(横向弛豫时间)的高精度随钻核磁共振测井技术,适用于更复杂的井下环境,并能实时提供准确的井下数据指导钻井作业,有利于优化井位、改善复杂油藏的生产,并提高采收率。
核磁共振测井适用于裸眼井测井,同时也是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体(油、气、水)渗流体积特性的测井方法,特别适 用于表征非常规储层,目前已广泛应用。核磁共振测井测量的T1谱可更精确地表征弛豫时间较长的流体(轻质油、气),适用于大孔隙地层,测量时间远长于T2,但其对钻进运动不敏感,可用来消除或减小钻井过程中不利因素对测量信号的影响;T2 谱可快速识别出弛豫时间短的流体(重质油),适用于微孔隙度地层,测量时可在短时间内采集大量数据,探测结果精度更高。T1谱和T2谱适用范围不同,传统核磁共振测井更注重T2 谱的测量,限制了核磁共振测井技术的应用。斯伦贝谢公司推出的MagniSphere高精度核磁共振随钻测井技术可同时测量T1和T2,确定地层流体中的氢核在受到磁场组合激发后极化和弛豫所需的时间,有效扩大了传统核磁共振测井的适用范围(一次下井便可完成对地层中重流体和轻流体的表征),具有处理速度快,测量结果精度高的优点。
另外,MagniSphere高精度核磁共振随钻测井技术采用了先进的人工智能技术,具有智能化数据处理能力,可在数据采集时快速完成数据筛选、处理流程,并及时传输给钻井作业人员,有利于优化钻井轨迹,增大油藏接触面积,进而达到提高采收率的目的。
目前,MagniSphere已在黑海和中东多个国家和地区进行了现场试验,试验结果表明该技术可更好地表征储层孔隙度、渗透率及地层流体特性,能有效改进钻井决策,优化井位,提高油田产量。
3、PeriScope Edge随钻多层测井技术
斯伦贝谢公司推出的PeriScopeEdge随钻多层测井技术,可探测25ft(1ft ≈ 30.48 cm)以内的小于3 ft的薄层,有效提升了探测范围及纵向分辨率。同时,该技术利用云计算和数字解决方案可实时提供储层信息,有利于减少钻井的不确定性,确保钻井时实现最佳储层暴露,从而提高作业效率。与现有的边界探测技术相比,PeriScopeEdge提高了探测深度、改进了分辨率,甚至能够清晰识别3in(1in ≈ 2.54cm)或更薄层的边界。这项技术使用新型深探测电阻率技术和横向天线进行多向测量,从而可以多向揭示多达8个边界层,提供半径大于25 ft的清晰探测。利用这些功能,PeriScopeEdge可帮助钻井人员更为准确地控制储层内的钻井轨迹,有助于更大程度的油藏揭露,从而实现最大产量。
目前,该技术已经在南美、中东和亚洲的多种地层中进行了应用,并取得了很好的应用效果。在中国海上使用PeriScopeEdge进行了2次钻探作业,有效提升了对砂岩储层的认识,为水平段钻井提供了更精准的导向服务。与已有技术相比,PeriScopeEdge帮助作业人员将探测范围扩大了1倍,提高了油藏可见性,实现了有效、实时地质导向决策。
三、生产测井
1、ExpressFiber光纤测量技术
哈里伯顿公司推出的ExpressFiber一次性光纤测量技术,可在压裂作业过程中进行部署,提供精确、直接的井下监测服务,并能大幅降低压裂监测成本,提高测量精度。若光纤损坏,直接更换即可,残留在井中的光纤会在短时间内分解,不会对后续压裂作业产生影响。
ExpressFiber使用了分布式声波传感(DAS),可直接测量微地震、应变和温度,与其他井间监测技术提供的间接估计结果相比,数据更能准确反映压裂的实际情况。相较于其他常规井间监测技术,ExpressFiber成本更低,且其对压裂作业几乎没有任何影响,可以在压裂作业前或压裂作业期间安装,安装时间仅需几个小时,十分方便。另外,该技术还可以和哈里伯顿公司的SmartFleet智能压裂系统及地面监测系统配套使用。
2、Optiq光纤测量技术
斯伦贝谢公司推出的Optiq光纤测量技术,具有连续测量和瞬时测量功能,应用范围广泛。目前,已基于该技术推出了可进行分布式测量并具备井下诊断干预作业功能的CT实时供电井下测量系统、牵引力最高(124.1MPa)的OptiqTuffLINE光纤电缆、业界唯一一款可在生产井中进行光纤电缆部署的OptiqStreamLINE光纤电缆传输系统, 以及可提供更小更轻更耐酸的钢丝部署系统OptiqSlickLINE,有效扩大了Optiq在井下作业与监测中的应用范围。
为进一步发挥Optiq优势,斯伦贝谢公司将该技术与其数字产品结合,同时发挥二者的优势,实时提供高精度的井下监测信息,有利于提高作业效率及效果,并减少对环境的影响。通过与斯伦贝谢公司领先的数字功能集成,Optiq可提供智能端到端工作流、边缘处理等功能;通过与云处理技术结合,数据的处理速度已提升至当前行业普遍水平的18倍,并开启了从垂直地震剖面(VSP)井中地震到生产和增产监测、油井完整性和泄漏监测的一系列应用,可提高效率、可靠性和性能,并能最大限度地降低能耗、减少碳排放。例如,Optiq光纤井眼地震解决方案将数据采集时间缩短99%,显著降低了相关能耗和碳排放。
目前,Optiq已在墨西哥湾等近20个国家或地区进行了应用,充分证明了该技术的优异性能。
四、射孔
1、DS LoneStar射孔系统
DynaEnergetics公司推出的DSLoneStar射孔系统的射孔效率近100%,在输送到地层的爆炸净能量、段长优化、孔径均匀性、整体井下性能方面具有显著优势,孔眼直径更大、更稳定,入流面积更大,射孔深度更高,能够显著降低作业压力,同时提高每日作业段数及作业安全性。
射孔效率指在压裂作业中,可注入压裂液的孔眼百分比。射孔效率高可确保压裂液均匀分布于每个射孔簇,形成的压裂双翼裂缝更均匀,最大限度地提高压裂体积与砂粒填充量,进而提高油井产量。该产品有外销型与标准型两种型号,还具有无分段、一体式设计,是适用于非常规油气藏的紧凑型单次射孔系统,可以实现更紧凑的段距,并且每个压裂段可以部署更多的系统。
DSLoneStar配备了5种不同的重约30g、可用于非常规油气藏的高能量聚能射孔弹- 深穿透(DP)射孔弹,可提供直径0.40~0.60in的均匀孔眼直径,标准偏差仅为3%,DSLoneStar可以安装其中任意一款射孔弹。这种射孔弹的爆炸威力比标准射孔弹高出30%以上,而且可达到通常只有大直径套管射孔枪系统才能实现的射孔深度。
2、Velocity射孔系统
随着完井技术的发展,对射孔作业质量要求不断提升。哈里伯顿公司推出的Velocity射孔系统采用模块化设计,将先进的工程技术与数字化技术结合起来,组装尺寸仅为业界平均水平的50%左右,可提供安全、快速、高效和可靠的射孔作业。
与传统的射孔技术相比,Velocity可以更轻松、更快速地完成部署,且其总重量更小、组装长度更短,可有效降低设备复杂性,并提高运行效率,有利于在空间有限的井下环境中开展作业。另外,Velocity射孔系统采用了模块化设计,不需要在作业前进行射孔枪、雷管或点火器的连接工作,大大提高了射孔作业的安全性。其优点有(1)模块化设计,安全性高。(2)采用了先进的数字开关技术。(3)射孔作业价格合理。(4)重量轻、尺寸短,有利于在复杂井下环境中进行作业,效率高。(5)准备与部署时间更短,减少了作业人员在高风险环境中的暴露时间,以及油井的非生产时间。(6)耐高温高压(124.1MPa,176.7℃ / h)。
五、技术展望
1、低成本测井技术
随着全球能源转型不断推进及新冠肺炎疫情对全球经济的负面影响,未来国际石油公司、油服公司在测井作业中的投入可能会继续减少,为维持正常的生产作业,包括测井技术在内的油田服务技术将继续向低成本方向发展。近几年,人工智能、物联网、远程作业、云处理、光纤等技术获得明显进步,为进一步降低测井作业成本提供了契机。2021年,包括Optiq光纤测量技术等在内的光纤测井技
术通过降低作业设备成本、提高测井数据采集质量等方式降低了测井作业设备制造、购买成本;包括istar综合智能钻测井平台等在内的测井技术通过减少作业人员数量、提高作业效率等方式降低了人工成本。未来,测井技术在保证油气生产需求的前提下,将继续向低成本方向发展,人工智能等使能技术(enablingenergy)的应用将更为广泛深入。
2、智能化测井技术
随着人工智能技术的不断发展,国内外测井技术智能化水平明显提高,成为当今测井技术发展的一个主要分支方向。2021年推出的智能化钻测平台及之前推出的DELFI软件平台、Ora智能地层测试器等,展示了人工智能技术与测井深度融合的巨大潜力。未来,智能化测井技术的应用并不局限于简化测井地面作业流程、提升井下数据采集质量、优化测井数据处理效率效果、跨学科协同作业等,还将在岩石物理实验、较为均质地层测井解释等领域发挥作用,可解决高端人才不足等问题,并进一步降低作业成本,提升作业效率和效果。
3、光纤测量技术
近几年,国外光纤测量技术发展迅速,先后有常规的Optiq光纤测量技术、ExpressFiber光纤测量技术等,以及可溶于钻井液的WELL-Sense等非常规光纤测量技术多款产品推出,以分布式监测为主,应用范围也不仅局限于测井作业,通常可探测温度、压力、声波、地震波等井下信息,可应用于生产测井、VSP、压裂监测,具有成本低、监测时间长、灵敏度高、动态范围宽、耐高温等优势,成为当今井下监测的发展趋势之一。未来,光纤测量技术将继续发展,一方面随着技术不断成熟,其探测精度将进一步提升,作业成本、作业效率、作业效果及高温高压性能等也将得到优化;另一方面,随着对光纤反射信号与地层岩性物性之间关系认识的不断提升,其探测范围将进一步扩大。