陸大衛(wèi)

(中國石油天然氣集團(tuán)公司咨詢中心,北京100006)

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)跨越發(fā)展:中國測井技術(shù)發(fā)展對策研究

陸大衛(wèi)

(中國石油天然氣集團(tuán)公司咨詢中心,北京100006)

1927年9月5日,斯倫貝謝兄弟以其發(fā)明的電測井方法在法國佩徹布朗進(jìn)行了世界上第一次測井,記錄的測井曲線清楚地指示蓋層下面圈閉的、厚的含油砂巖,測井技術(shù)由此產(chǎn)生。在世界上出現(xiàn)第1條電測井曲線之后僅12年,在英國學(xué)習(xí)獲博士學(xué)位回國、時(shí)任中央大學(xué)教授的翁文波先生(中國測井學(xué)科奠基人,中國科學(xué)院院士)于1939年12月20日在中國四川巴縣的石油溝油礦1號井完成了中國首次電測井?？v觀中國測井70多年的發(fā)展,以代表性的測井裝備技術(shù)水平劃分,中國測井技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了半自動(dòng)測井、模擬測井、數(shù)字測井、數(shù)控測井和成像測井等5個(gè)階段[1](見圖1);以發(fā)展模式劃分,測井技術(shù)經(jīng)歷了全盤引進(jìn)、吸收仿制、跟蹤研制、創(chuàng)新研發(fā)等階段。中國測井技術(shù)從無到有、從小到大,特別是自20世紀(jì)80年代以來,取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步,形成了較好滿足陸相復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)需要的、完善的測井工業(yè)體系,涵蓋了學(xué)科理論、實(shí)驗(yàn)手段、樣機(jī)研制、工業(yè)化應(yīng)用、產(chǎn)品規(guī)模、人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化管理等研發(fā)、制造、服務(wù)、培訓(xùn)的各個(gè)方面,并在國際交往、海外服務(wù)和銷售市場中嶄露頭角。當(dāng)今,測井技術(shù)在石油工業(yè)中占有十分重要的地位,作為油氣勘探開發(fā)過程中準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)油氣層和精細(xì)描述油氣藏的一種重要手段,在石油工業(yè)界被譽(yù)為“油氣勘探開發(fā)的眼睛”[2]。由于測井行業(yè)技術(shù)含量高、資金投入大、技術(shù)更新快、與其他專業(yè)技術(shù)關(guān)聯(lián)密切等特點(diǎn),在決策其發(fā)展戰(zhàn)略時(shí),尤其需要慎重。在當(dāng)前制定“十二五”測井技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和確定今后5～10年測井技術(shù)發(fā)展對策時(shí),有必要認(rèn)真研究歷史,總結(jié)過去幾十年特別是近5～10年測井技術(shù)發(fā)展的成功做法。

圖1 20世紀(jì)測井技術(shù)發(fā)展歷程

我國在20世紀(jì)50～60年代普遍使用蘇聯(lián)的橫向電測井,即利用幾個(gè)不同電極距的梯度電極系測量值生成電探曲線,對照圖版求出地層真電阻率,在大慶油田原狀、中高孔隙度砂泥巖剖面識(shí)別油氣層效果很好。用這種測量方法采集井周附近有限范圍地層徑向上幾個(gè)深度區(qū)間的測井響應(yīng)信息,突出徑向上的差異,消除井筒和層厚等影響因素,逼近地層真實(shí)值,是其主要的技術(shù)思路。該測井方法的理論基礎(chǔ)是無限空間均勻介質(zhì)的場論,認(rèn)為地層在徑向上是均勻分布的。微電極測井、三側(cè)向(七側(cè)向)測井以及后來從美國引進(jìn)的雙感應(yīng)、雙側(cè)向、微側(cè)向、鄰近側(cè)向、微球形聚焦等測井技術(shù),均利用該技術(shù)思路,主要根據(jù)儲(chǔ)層電阻率的高低判別油水層。隨著勘探對象(斷塊油田的出現(xiàn))的擴(kuò)展,開展了孔隙結(jié)構(gòu)、巖性對測井響應(yīng)影響的深入研究。在20世紀(jì)60年代中期,開始出現(xiàn)聲感組合測井,配合自然電位、自然伽馬、井徑曲線消除巖性影響和校正泥質(zhì)含量影響,突出孔隙空間油氣含量對電阻率測量值的響應(yīng)。該方法在渤海灣盆地、勝利、大港、遼河等油田得到廣泛應(yīng)用。后來,又增加了密度測井、聲波測井和中子測井,增強(qiáng)了區(qū)分油氣的能力。它主要考慮了巖性泥質(zhì)含量的影響,特別適合中高孔隙度的孔隙型砂泥巖剖面。這套方法被廣泛應(yīng)用至今,習(xí)慣上稱之為“老九條”常規(guī)測井系列。此外,測井信息在地層對比和沉積環(huán)境分析中顯示了獨(dú)特作用。這期間,以蘇聯(lián)AKC-50型電測儀為學(xué)習(xí)對象,我國自行研制的JD-581型全自動(dòng)多線電測儀在隨后30多年一直活躍在生產(chǎn)服務(wù)舞臺(tái)。

1972年中國石油工業(yè)部赴伊朗考察的石油工業(yè)代表團(tuán)帶回2本斯倫貝謝公司測井解釋圖冊和幾張計(jì)算機(jī)連續(xù)處理的測井圖,讓人們的眼前一亮。1977年從美國德萊賽-阿特拉斯公司引進(jìn) 10套3600系列測井儀以及隨后的20世紀(jì)80～90年代幾次引進(jìn)成套數(shù)控測井裝備,并從1980年起雇用斯倫貝謝公司開展測井技術(shù)服務(wù),其包括用機(jī)械彈簧或液壓推靠方式將儀器或探測器貼井壁測量,增加探測深度,補(bǔ)償井眼影響以及各儀器間內(nèi)部串線實(shí)現(xiàn)硬連接組合測量等主要設(shè)計(jì)思想,大大提高了儀器的可靠性和測井成功率;地面系統(tǒng)計(jì)算機(jī)可以直觀顯示和進(jìn)行質(zhì)量控制,快速處理輸出成果;在以電法測井為主的“老九條”形成的同時(shí),推出了地層傾角測井和地層測試這2個(gè)重要測井手段,給我們提供了具體學(xué)習(xí)和追趕的對象。從總結(jié)歷史的角度,當(dāng)時(shí)人們并沒有充分認(rèn)識(shí)到測井可用于正確認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造、斷層、地層壓力對油氣分布的作用;測井的視野將由單井單層擴(kuò)展到構(gòu)造、油氣藏上,特別是地層測試器取樣分析(直觀分析到后來的 PVT分析),是繼巖屑錄井、井壁取心之后又一種直接而不是借助地球物理響應(yīng)值轉(zhuǎn)換來區(qū)分、識(shí)別油氣的技術(shù)方法。此外,由于儀器組合的需要以及各種測井新方法的出現(xiàn),應(yīng)當(dāng)提前意識(shí)到測井信息的傳輸方式和能力的問題,直到如今,大家還在為大幅提高傳輸率和實(shí)現(xiàn)井下處理實(shí)時(shí)傳輸而努力。

20世紀(jì)90年代,測井技術(shù)進(jìn)入成像測井階段。成像測井提供微觀尺度上豐富的巖石物理信息,可以將儲(chǔ)層的巖石孔隙結(jié)構(gòu)、層理、裂縫和流體特性等清晰地顯示出來,從而使油氣藏測井精細(xì)評價(jià)分析能力提高到一個(gè)新的水平。斯倫貝謝公司最先推出電成像測井,它是從四臂地層傾角測井發(fā)展而成的微電阻率掃描成像測井,將單個(gè)電極發(fā)展到上百個(gè)電極柱,單個(gè)推靠臂發(fā)展到自適應(yīng)的多個(gè)推靠臂(六臂、八臂),大體上經(jīng)歷了8～10年的時(shí)間。我國自1987年開始預(yù)研,1994年中國石油天然氣總公司立項(xiàng)研究,其間因推靠器方案變更,主研人員流失,攻克信號檢測難題耗時(shí);2001年、2003年分別又立項(xiàng)開展二次開發(fā)和配套技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn),2006年通過項(xiàng)目驗(yàn)收,2007年形成產(chǎn)品,歷經(jīng)20年。由于電成像測井技術(shù)的出現(xiàn),測井解釋引入了測井相的概念,與自然電位、自然伽馬相比,成像測井信息更精細(xì)地顯現(xiàn)和描述沉積環(huán)境,有助于研究油氣運(yùn)移聚集成藏;通過與巖心對比,成像測井為確定裂縫性儲(chǔ)層和定量描述裂縫系統(tǒng)提供了有力手段;計(jì)算機(jī)技術(shù)也為成像測井?dāng)?shù)據(jù)庫的建立創(chuàng)造了條件。這充分說明技術(shù)發(fā)展遵循了循序漸進(jìn)、由量變到質(zhì)變的規(guī)律;人們對新技術(shù)的認(rèn)識(shí)需要過程,如聲波測井,由長源距聲波測井、全波列測井、偶極聲波測井發(fā)展起來的聲成像測井系列,是在利用研究儲(chǔ)層改造增產(chǎn)效果之后才被人們逐漸認(rèn)識(shí)而應(yīng)用起來;陣列感應(yīng)成像測井將幾十年前的感應(yīng)測井技術(shù)提升了一大步,在低對比度的油氣層識(shí)別方面發(fā)揮了獨(dú)特作用[3]。成像測井技術(shù)的形成和完善,給測井技術(shù)注入了新的活力[4]。需求促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新,工具和手段的技術(shù)創(chuàng)新拓展了應(yīng)用領(lǐng)域和深度。

經(jīng)過近20年的努力,特別是在“十一五”期間,我國成像測井技術(shù)已經(jīng)從裝備制造、采集工藝到解釋評價(jià)軟件形成系列技術(shù)(見圖2)。自行研發(fā)的陣列感應(yīng)、微電阻率掃描、陣列聲波、超聲成像、陣列側(cè)向等系列基本配套,達(dá)到國際先進(jìn)水平[4];核磁共振測井和隨鉆地層評價(jià)測井取得重大進(jìn)展[5];復(fù)雜儲(chǔ)層評價(jià)技術(shù)很具特色,跨Windows、Linux和Unix 3大操作系統(tǒng)的一體化網(wǎng)絡(luò)測井軟件開發(fā)成功;地面系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化、模塊化和平臺(tái)化等特點(diǎn),多個(gè)測井產(chǎn)品已出口。此外,將原先對巖屑進(jìn)行磁共振分析的裝置與室內(nèi)對巖心進(jìn)行磁共振分析的技術(shù)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)由室內(nèi)精細(xì)測量向井場快速準(zhǔn)確測量分析的跨越,連同巖石物理信息數(shù)據(jù)庫以及軟件信息網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的融合形成了數(shù)字巖心技術(shù)[6-9]。這將為新區(qū)新層系新領(lǐng)域油氣勘探的油氣層快速識(shí)別與評價(jià)添上“隱形翅膀”,更可能為測井井下儀器的小型化、陣列化、智能化以及進(jìn)一步集成為井下儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室,開展CT層析成像測井,實(shí)時(shí)測量開辟新途徑。數(shù)字巖心技術(shù)的完善和內(nèi)涵的擴(kuò)展必將大大提升測井技術(shù)在石油工業(yè)中的作用和地位?！笆晃濉逼陂g,中國測井技術(shù)的發(fā)展邁出了重要的一步,進(jìn)入了快速追趕期。這是整合技術(shù)力量、海納百川的結(jié)果,也是突出技術(shù)引領(lǐng)和支撐、注重成果轉(zhuǎn)化的結(jié)果,更是加大科技投入著力培養(yǎng)創(chuàng)新能力建設(shè)的結(jié)果[10]。

圖2 中國自主研發(fā)的成套測井裝備

今后5～10年,測井技術(shù)將進(jìn)入后成像測井階段并處于成熟穩(wěn)定時(shí)期[11]。國外測井技術(shù)的發(fā)展將以高度集成化成像測井系統(tǒng)為主體并不斷改進(jìn)與更新,地面系統(tǒng)向綜合化、便攜化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,井下儀器向陣列化、集成化、高分辨率、深探測、高可靠性、高時(shí)效方向發(fā)展,測量方法向多波、多譜、多源、多接收器方向發(fā)展;隨鉆測井技術(shù)越來越多地取代電纜測井而成為常規(guī)服務(wù)項(xiàng)目,可靠性、抗干擾性進(jìn)一步增強(qiáng),探測深度進(jìn)一步增大;油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測和地層測試技術(shù)更加成熟,套后測井評價(jià)技術(shù)系列配套,永久井下傳感器提供更多的流體流動(dòng)信息,成為數(shù)字化油田的重要部分;水平井三維流動(dòng)成像測井技術(shù)也是一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

中國測井技術(shù)要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集控制、實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)、直觀分析取樣、層析顯示成果,這一目標(biāo)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn),基礎(chǔ)研究是突破性創(chuàng)新之源。只有進(jìn)一步增加基礎(chǔ)理論研究,開展儲(chǔ)備技術(shù)研究,加大研究設(shè)施的投入,為提高自主創(chuàng)新能力打下基礎(chǔ),才能為后續(xù)跨越發(fā)展提供可靠保障。科技人員要排除干擾,潛心研究,深入研究縫洞型儲(chǔ)層有效性測井模型和井下條件多重孔隙測井機(jī)理研究,完善和拓展數(shù)字巖心測井技術(shù)并與數(shù)字油田的建立相配套。系統(tǒng)研究核測井能譜分析方法,探索光學(xué)測井方法以及非常規(guī)油氣測井基礎(chǔ)理論等。

[1] 《測井學(xué)》編寫組.測井學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.

[2] 孫龍德.中國石油工業(yè)測井技術(shù)進(jìn)展與展望[C]∥世界石油大會(huì)中國國家委員會(huì)中國油氣論壇,2010.

[3] 陶宏根,王宏建,傅有升.成像測井技術(shù)及其在大慶油田的應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[4] 陸大衛(wèi).石油測井新技術(shù)適用性典型圖集[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.

[5] 李劍浩.以油氣評價(jià)為中心的測井技術(shù)[C].世界石油大會(huì)中國國家委員會(huì)中國油氣論壇,2010.

[6] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司.低阻油氣層測井評價(jià)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[7] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司.碳酸鹽巖油氣層測井評價(jià)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[8] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司.低孔低滲油氣藏測井評價(jià)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[9] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司.火山巖油氣藏測井評價(jià)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[10]中國石油天然氣集團(tuán)公司咨詢中心.中國石油集團(tuán)測井有限公司研發(fā)制造機(jī)構(gòu)整合方案[C].內(nèi)部材料, 2010.

[11]中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究院,中國石油集團(tuán)測井有限公司.中國石油測井技術(shù)研發(fā)策略研究報(bào)告[C].內(nèi)部材料,2010.

陸大衛(wèi),男,1944年生,教授級高級工程師,長期從事測井技術(shù)管理工作。

2011-04-07 本文編輯 趙舒平)