Petrophysics 2021年第3期论文摘要翻译

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从浅滩到深水：井壁取心的百年演变与挑战

Charlie Jackson

   由于常规取心作业的成本较高，旋转式井壁取心尤其是在深水作业中变得越来越重要。钻井成本、操作难度、以及对万米以下的井进行取心所花费的时间是相当可观的，甚至对油井电缆作业来说也是如此。随着油井深度的加大，地层压力将超过30000psi，生产压差能超过10000psi，这将超过传统旋转取心工具的开采能力。

为了改善这些具有挑战井的操作和能力，新技术已被引入来提高旋转井壁岩心的采收率，这将是本文的首要主题。除了深水作业外，这项新技术还能提高取心作业以及陆地和其它海上作业的可靠性。

新的改进和挑战包括：

·使用额定压力35000psi工具获得直径为1.5英寸可靠的岩样。

·新的高性能取芯工具，通过增强的能量来解决切割第三纪井眼地层的问题（威尔科克斯、中新世等）。

·钻头扭矩和马力更高，可增强切割效果，防止取心时失速。

·升级取心工具以解决高温、高压差、高泥浆粘度、大钻孔的问题，提高可靠性。

·新的钻头和捕集环使用高功率系统，并可在恶劣的取心环境中运行。

·新切割下的岩石可在坚固的地层中回收。

·组合性升级可减少油井电缆的长度，降低取心钻机成本。

·双取心工具能够在一次运行中同时在井下安装不同的捕集环和钻头，并用工具多次打眼以提高可靠性。

·为了在一次运行中获得地层压力、流体样品和旋转井壁岩心，可将旋转取心与地层取样操作组合。

·取心作业的井下监控，包括扭矩、钻头力、操作速度、岩心钻头穿透力、回收岩心长度等钻井功能和工具定位。

·重获岩心信息可100%实现对井下岩心的核查，所以作业期间不会额外切割不必要的岩心，并在井下测量验证单个岩心塞。

·一种将岩心密封在压力补偿取心管中的独特方法，可在井下条件下捕获岩石中的所有地层流体。

·在取心作业期间，可以远程监控旋转取心井下作业的越位情况。

   除了回顾历史上的取心工具和技术，本文对新技术也会进行更加详细的讨论。这项新技术始于十多年前深水1.5英寸直径旋转井壁取心工具的引入。许多设备和技术都纷纷出现以展示其对深水作业的高效性。成功的案例包括在大井眼、坚硬地层、深井、高压差和极端静水压中获取1.5英寸岩心。这里也有关于新技术在未来作业中应用的例子，包括双重取心、组合取心和密封加压取心。【译者：朱冰倩  校稿：肖文联，西南石油大学】

利用核磁共振受限扩散研究富含有机质灰岩岩心的孔隙尺寸、孔隙曲折度和渗透率

Xinglin Wang, Philip M.Singer, Yunke Liu, Zeliang Chen, George J.Hirasaki , Harold J.Vinegar

    渗透率评价对地层评价至关重要，但是在低渗透率、非常规地层中面临较大挑战。核磁共振测井常用于评价地层渗透率，但在非常规地层研究中，现有核磁共振方法往往失效。本文介绍了一种新用于评估岩心渗透率的核磁共振方法。该方法通过研究分子受限扩散机理得到孔径、曲折度和孔隙度信息，进而对Carman-Kozeny渗透率模型进行修正。本文使用两种低渗透性、富含有机物的灰岩岩心(0.017和0.035 md)，岩心均赋存原状地层水。二者来自同一个地层，但深度、总有机碳含量TOC和沥青含量不同。上述差异会影响孔径、曲折度和渗透率等物性参数。采用两种碳氢化合物—高压甲烷或癸烷对含有原状地层水的岩心进行高压饱和处理，然后在高压状态下对上述岩心进行核磁共振测量，进而获得含烃孔隙空间的分子受限扩散速率。在核磁共振受限扩散系数测量流程中，采用优选扩散编辑时间的受激回波脉冲序列，获得受限扩散系数D与自由扩散长度L_D的相关性。通过Pade方程对上述数据进行拟合处理，得到曲折度和孔隙尺寸d等信息。核磁共振测量获得的孔隙尺寸、曲折度和孔隙度等物性参数被用于评估渗透率。本文引入了一个改进的Carman-Kozeny模型。与常规模型，如SDR和Timur-Coats相比，该模型在非常规岩心，尤其是富含有机质、具有复杂孔隙结构和有机物的渗透率评估上优势明显。通过整合岩心数据，本文提出的新方法在未来可用于测井中的渗透率评价。【译者：刘化冰，北京青檬艾柯有限公司】

使用人工智能技术实时预测直井复杂岩性随钻声速

Ahmed Alsaihati , Salaheldin Elkatatny

  岩石力学性质常通过声波测井的纵横波速度来确定。但恶化的井眼条件（井眼垮塌）、仪器故障（尤其是高压、高温井）及相对较高的成本，使得声波速度测量存在困难。

本文介绍了两种数据驱动模型，即人工神经网络（ANN）和随机森林（RF），来评估不同地层的V_p和V_s，这些地层具有埋藏深和非均质性强的特点。两种类型的实际现场数据过去被用于开发模型：（Ⅰ）钻井表面参数，包括流速、立管压力、旋转速度和表面扭矩，以及通过常规声波测井获得的。（Ⅱ）声速V_p和V_s。含有6846个数据点的1井和2井过去被用于开发模型，然而，含有1016个数据点的3井过去被用于评估开发好的模型在不具有统计行为的不可见的数据集上进行归纳的能力。

结果表明，随机森林法在估算3井的V_p和V_s方面优于优化的人工神经网络。随机森林预测V_p时的平均绝对百分比误差(AAPE)为0.9%，相关系数(R)为0.87，而在使用ANN法时AAPE和R分别为6.7%和0.45。同样的，随机森林法评估V_s时的AAPE为1.1%，相对误差为0.85，而ANN预测V_s时，AAPE为9.5%，相对误差为0.40。此外，与最早发表的相关性相比，随机森林在确定3井的V_s时最为准确。【译者：朱冰倩  校稿：肖文联，西南石油大学】

基于机器学习横波自动处理

Lin Liang ,Ting Lei

  由于可以同时适用于快慢地层及其可以判定方位各向异性，偶极子挠曲波测井已作为地层横波慢度（速度的倒数）测量的主要手段。偶极子挠曲波作为一种频散的井筒导波，对井筒形状、泥浆和地层属性很敏感，因此在进行数据处理时需要考虑其物理频散特征从而准确计算地层横波慢度。传统的数据处理技术有两类：一类是基于物理模型的方法，其假定一个参考的各向同性模型，通过调整井筒模型参数来进行频散效应补偿；另一类是不依赖物理模型的方法，通过优化算法中的非物理参数以匹配从现场数据中提取的慢度-频率域的频散特征从而得到一个简化的井筒模型。但这些方法都需要各种输入参数，如泥浆慢度、带通滤波器或地层的初始横波慢度。当输入参数不准或井下噪声导致测量波形质量差时，这些方法通常无法正确解释波形的频散特征。此时则需要用户手动调整参数和/或选择其他方法，这样会导致处理时间增加，对地层横波速度自动处理来说是一个重大挑战。

    我们开发了一种基于物理驱动的机器学习方法，以增强裸眼井偶极子声波数据处理。通过各向异性寻根、模式搜索算法，我们模拟了大量的合成数据用作神经网络模型的标签库。训练得到的神经网络模型可进行实时灵敏度分析、并且可以在利用偶极频散曲线反演井筒模型参数的同时提供对应的不确定度。同时本文也介绍了该训练模拟在提高标签标识和提取偶极频散模式波的功能和表现。本文开发的新方法引入了物理模型约束解的机制，可以用于更为复杂模型的频散曲线情况，因而优于常规使用的模型依赖和模型无关的方法。该方法无需假定泥浆和地层慢度的初始值，也不需要进行调参的精细操作，可以对声波测井资料进行完全的自动处理。该算法已经在实际的测井资料中进行了应用测试。【译者：王华，电子科技大学】

具有各向异性及倾角实时确定和更优前视能力的首支同位置天线随钻测井仪器

Michael Bittar, Hsu-Hsiang (Mark) Wu, Jin Ma, Pan Li, Yijing Fan, Matthew Griffing,Clint Lozinsky

  电阻率测井仪器能够测量井周地层电性特征，对储层含油饱和度的评价至关重要。在复杂和非均质油藏中，水平和垂直电阻率的确定是储层含油饱和度精确评价的前提。几十年以来，为获取可靠的各向异性电阻率、相对地层倾角及地层方位角等信息，电缆井中广泛采用多分量感应测井技术。在相对倾角介于45°~90°的斜井和水平井中，阵列型随钻电磁波电阻率仪器同样具有类似的探测性能。然而，受限于天线结构设计，该类随钻测井仪器难以在低相对倾角条件下测量各向异性及倾角等参数。

  本文研发了一种基于新型、同位置倾斜天线结构设计的随钻测井新仪器。采用TI各向异性模型假设和独特的处理策略，该仪器能够在随钻过程中实时确定水平和垂直电阻率、地层倾角和方位角等。同位置天线设计的目的在于获取多分量磁场信号，以保证在任意井斜角度情况下对地层的各向异性、结构倾角及方位角有足够的敏感性。数值模拟结果和实测资料表明，采用该天线设计可在任意井斜角度条件下探测地层属性。本文进一步给出了新仪器的测试结果，并于现有补偿型随钻方位电磁波测井仪器及电缆三轴感应测井仪器相对比，取得了良好对比效果，验证了仪器性能。新仪器的方位测量模式的优势在于：(a) 在任意井斜时均能确定地层各向异性、倾角；(b) 可以提供井周360°方位电阻率和地质信号；(c) 具有三维电阻率成像能力，可为实时地质导向决策提供帮助。若将同轴天线和深探测天线结合，并放置于近钻头钻铤中，则不仅能够提供地层各向异性信息和深探测信号，同时在随钻时提高了仪器的前视探测范围。【译者：王磊，中国石油大学（华东）】

基于随钻方位电阻率测井的主动式地质导向和二维结构分析，实现五分支井产能最大化

Yuriy Antonov, Dmitry Kushnir, Sergey Martakov, Jhonatan Pazos, Austin Small, Nikita Tropin, Priya Maraj, David Itter,Jeff Nelson, and Michael Rabinovich

        Schrader Bluff组地层开发的挑战之一在于如何利用高角度及多分支井等钻井技术增加油气产量。为解决该问题，项目的首要目标为安全钻井5口分支井，在实现井筒与净砂岩的接触面积最大化的同时，选取合适的技术以平衡短期和长期价值。本文重点关注主动式地质导向的技术特征，即随钻方位电阻率测井和多层用户引导式反演在本项目的应用。首先，利用多口邻井资料，实现了详细的钻前分析；随后介绍了实时钻井和地质导向的关键和亮点；当五口分支井钻进结束后，进行了全面钻后分析研究。钻前的主要工作在于针对多个靶层模拟不同钻进情况下的测量响应，为地质导向服务等级(仪器和数据反演方法)的合理选取提供帮助，并在不增加项目预算的情况下提供所需的分辨能力。资料实时反演的意义则通过对多个实例的处理和反演结果不确定性分析得到了证明。钻后处理包括主垂直断距的量化、详细的不确定性分析、三维可视化及基于三维建模的地质解释。通过对断层附近处结构进行二维反演，最终确定主断层的位置和走向。利用先进的地质导向仪器，结合积极的团队工作，实现了复杂的五分支井的钻井工程。经大量的导向调整，所有分支井均实现了完美的方位控制。累计钻进距离28886英尺，钻遇储层段共20445英尺，远远超过了钻前设计。【译者：王磊，中国石油大学（华东）】