Petrophysics 2025年第2期论文摘要翻译
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本期摘要【译者：马家驹、杨烁奇、廖文龙、周迎、王明星、张远君、孙传瑞、马莹颖、廖中枢，校稿：聂昕、赵彬、宋红伟、蔡明、张宫，单位：长江大学】
巴西海上盐下钻井早期风险识别的随钻前探技术评估
Guillermo Marcelo Cuadros, Antonio Mainieri Vieira da Cunha, Wilson Yoji Nakamura Junior, Geraldo Majela Sartori Brandão, Guilherme Augusto Amaral, João Paulo Teixeira da Fonseca, Fátima Andreia de Freitas Brasil, Randolpho Lobo de Freitas Junior, Willy Viana Bohn,Ralf Wilhelm Bohrer, Almir Rogério Pedroso da Sliva Santos, Ligia Naia de Matos, Soazig Leveque, Diogo Salim, Charles Silva, and Mario Galaguza
巴西盐下碳酸盐岩储层的勘探开发需钻穿复杂的盐岩层段，这些层段通常由多种蒸发岩组成，偶尔夹杂火山岩。此类钻井过程面临独特挑战：地层互层导致力学特性差异显著和潜在压力异常，若管理不当，可能引发钻井液漏失、井涌或盐层侵入井眼等工程风险。超深方位电阻率（UDAR）随钻前探技术通过实时获取钻头前方地质信息，为提升盐下钻井安全性和作业效率提供了创新解决方案。
在盐层高阻环境（如岩盐段）中应用超深方位电阻率（UDAR）技术时，需针对性优化作业流程以维持远探能力。具体技术难点包括：通过原位天线倾角校准消除环境干扰与仪器误差对测量结果的影响；采用高频信号策略优化蒸发岩层段的信噪比（SNR），从而提升电磁波的穿透深度。
通过引入模型分布分析技术，实现了对地层电性特征的差异化探测：钻井团队可根据探测目标（高导地质体或高阻地层）定制化建模策略。该方法显著提升了盐下钻井轨迹控制精度，并为井眼轨迹优化与套管下深决策提供量化依据。
超深方位电阻率（UDAR）随钻前探技术与盐下钻井作业体系的融合，标志着盐层钻探地质风险管控技术的重大突破。该技术不仅为巴西盐下碳酸盐岩储层安全开发提供了关键技术支撑，还彰显了复杂钻井环境下工程技术持续迭代演进的生命力。
随钻测井（LWD）超深方位电阻率数据实时处理的高性能随机反演方法
Mikhail Sviridov, Dmitry Kushnir, Anton Mosin, Danil Nemuschenko, and Michael Rabinovich
随钻测井（LWD）超深方位电阻率（UDAR）工具已成为井位部署技术的重要组成部分，因为它们的探测深度足够大，能够对油藏进行整体探测，并以与地震剖面相似的比例绘制油藏图。由于所探测的地层体积较大，超深方位电阻率测量结果依赖于许多地层参数，在解释过程中需要使用复杂的多层地层模型，同时也需要新的、有效的反演方法。
随机反演算法具有诸多优势，并且在钻孔领域的实际应用中得到了广泛运用。在处理多参数模型时，这些算法可能会耗费大量时间，这就限制了它们在实时应用中的适用性，尤其是在高钻速钻井作业过程中。本文介绍了一种全新的、先进的高性能随机算法，以及专门开发的软件，该软件能够实时反演超深方位电阻率（UDAR）数据。
这种反演软件适用于所有现有的配备同轴、倾斜或正交天线的超深方位电阻率（UDAR）工具，并且拥有灵活的接口，可添加进行任意类型测量的新工具。该软件还具备一项功能，即通过设置发射 / 接收子模块的数量以及它们之间的距离，来考虑超深方位电阻率工具的模块化配置情况。
这种反演方法采用带有任意井眼轨迹的一维 “层状蛋糕式” 地层模型，能够按间隔对电阻率数据测井进行同步处理。该算法基于带有可逆跳转马尔可夫链的随机蒙特卡罗方法，无需对油藏结构做出预先假设就可以启动。该算法会根据数据拟合情况增加层数，并分析工具响应的探测能力和分辨率，从而自动调整模型的复杂程度。最后，反演会生成一系列无偏差的地层模型、这些模型的概率，以及对反演得到的模型参数的不确定性估计。
在多参数空间中运行时，由于采样过程存在局限性，随机反演算法可能并不高效，因为这些采样过程往往没有考虑到模型参数的敏感度。为了能够实时得出结果，所开发的算法采用了经梅特罗波利斯调整的朗之万技术，该技术可评估后验概率密度函数的梯度，并以更高的概率生成提议。此外，还使用了一种特殊的半解析求解器，在计算工具响应的同时计算雅可比矩阵，几乎不会产生额外的计算成本。
所提出的算法具有两个并发级别，以确保地质导向作业各个阶段都能实现最大程度的加速。首先，在反演间隔上实现计算并行化，这些反演间隔相互独立，并且可以在计算损耗极小的情况下并行处理。当一次性处理多个反演间隔时，这一并发级别对于钻井前和钻井后的阶段都非常重要。第二个并发级别对于实时阶段至关重要，因为实时阶段一次仅处理少数几个间隔。在这一级别上，并行化是通过马尔可夫链实现的，这需要对计算线程进行同步，以便在链之间进行状态交换，并防止陷入局部最优解。该算法经过专门调整，通过减少内存碎片以及计算线程向操作系统发出的请求数量，能够在拥有 32 个或更多内核的计算机上运行反演，从而避免操作系统过载并消除可能出现的死锁情况。
本文通过一系列行业认可的基准测试以及现场数据集，展示了这款新型反演软件的分辨率和性能。
所开发的高性能反演软件可以帮助油田运营商在钻井过程中加深对整个油藏结构的了解，更好地圈定产油层，最终通过做出更明智的地质导向决策来提高产量。
一种基于改进GIP方法的页岩有效孔隙度压力衰减测量方法
Bocai Jiang, Zhongpei Ding, and Qianhua Xiao
页岩气储层样品具有孔隙度低、渗透率超低和纳米级孔隙含量高等特点，因此，难以快速且准确地测量其孔隙度。本研究基于质量守恒和达西定律，对基质内部压力衰减过程进行建模，从而解决了利用气体侵入孔隙度测量法（GIP）获取平衡压力的问题。利用新建立的数学模型拟合实验数据，可以在实验达到实际平衡之前获取平衡压力，从而实现页岩孔隙度的快速准确测量。
与传统 GIP 方法相比，改进后的 GIP 方法减少了获取平衡压力所需的饱和时间，并最大程度地降低了饱和时间对孔隙度测量的影响。此外，改进的 GIP 方法测量结果与样品的真实孔隙度具有良好一致性。但为了最大程度提高测量精度，新方法的饱和时间应控制在 10-15 分钟。重复性实验表明，不同测试之间的最大误差小于 5%，证实该方法具有良好的重复性。
非常规致密岩石总孔隙度和流体饱和度的实验室测量：方法、挑战和比较
Min Cheng, Rayvan Watson, Alberto Latuff, Aaron Rodriguez, Peter Kaufman, Joshua Miller, Rafael A. Mendoza, Elizabeth Krukowski, and Robert Cole
岩心与测井数据校正在构建用于地层评价的岩石物理模型过程中具有关键作用。尽管过去数十年间已取得诸多研究进展，但非常规致密岩石的实验室表征仍面临挑战。即使采用最佳实践方案，不同岩心分析方法（碎岩分析法（CRA）、气体研究所（GRI）法、蒸馏法或核磁共振法（NMR））获得的总孔隙度与流体饱和度仍存在差异，这源于各测试方法的固有特性及其相关假设/不确定性。当充分理解这些技术的应用范围与局限后，作业者能更有效地评估岩心数据、选择性价比更高的测试方法。本文通过巴肯石油系统（涵盖上/下巴肯页岩、中巴肯组与三叉组地层）岩心样品的综合研究结果，探讨了测量非常规致密岩石总孔隙度与流体饱和度的几种常用实验室方法（CRA/蒸馏法/NMR）及其不确定性。研究结果按页岩与非页岩分组，系统分析了不同技术对流体类型、体积参数及流动性数据差异的影响，并重点比较了原始状态与萃取状态分析的差异。同时采用总有机碳（TOC）、X射线衍射（XRD）、压汞毛细管压力（MICP）法等地球化学与矿物学分析手段辅助数据解释。除低孔隙度、低渗透率特征外，巴肯地层水的超高矿化度也给测量与数据处理带来挑战。研究揭示了实验室环境可能无法完全复现的原位流体饱和度变化规律。实践表明，采用综合工作流程能有效保障数据质量并提升准确性。
碳酸盐岩储层孔隙结构超声显微成像新方法
Junhai Chen, Jinchao Wang, Yuexin Yu, and Houcheng Liu
碳酸盐岩储层通常具有复杂的孔隙网络，这使得其孔隙结构的精确表征成为一项技术难题。由于碳酸盐岩储层的复杂性和非均质性，超声波扫描图像的分析与处理面临诸多挑战，同时也缺乏系统性的孔隙结构表征方法。为此，本文在充分利用超声显微镜成像技术的基础上，从孔隙轮廓数字化、孔隙形态表征和三维形态表征三个方面入手，开展碳酸盐岩储层孔隙结构超声显微成像新方法研究。首先，构建碳酸盐岩储层岩心孔隙结构的超声显微成像方法，实现多层孔隙结构数据的高分辨率采集。随后，结合孔隙结构超声显微图像的目标与非目标差异，提出了一种有效的孔隙结构识别方法，从横向和纵向两个维度构建多元描述因子及表达方法，实现不同深度孔隙结构的宏观与微观表征。最后，基于实际样本案例进行综合分析，证明本文所述方法能为不同深度碳酸盐岩储层孔隙结构的二维及三维定量表征提供多元数据支撑，实现多尺度、全方位的描述。本文为油气开发与资源利用领域提供了一种新的定量分析方法，具有广阔的应用前景。
基于同位素录井技术的钻井超压成因分析
Yitao Hu, Leli Cheng, Heng Geng, Bin Yi, Xiaobin Ye, Heng Wang, Xunjie Zhao, and Baotong Huang
莺琼盆地目标层位具有高孔隙压力系数特征，其超压成因机制复杂且钻井安全密度窗口狭窄，这迫切要求开发新型超压解析技术以提升随钻地层压力监测精度，保障钻井作业安全。本研究创新性地将甲烷同位素测井数据整合至钻井压力监测体系，通过解析加载/卸载响应曲线与甲烷碳同位素分布特征的耦合关系，实现了地层超压成因的实时诊断。当钻遇卸载地层出现超压现象时，若甲烷碳同位素比值随深度呈均质递增或微幅波动特征，则表征地层压力系统为内生型，此时钻井遭遇的超压属于近源型或自源型超压系统；反之若甲烷碳同位素比值呈现显著深度异变特征，则指示存在外源型超压作用。基于甲烷同位素测井数据，本研究成功识别出两例典型超压案例的成因分别为流体膨胀机制和压力传导机制，该结论与完钻后的综合地质分析结果高度吻合。甲烷碳同位素技术具有实时监测优势，本研究所建立的诊断逻辑具有直接可靠的特点，对于提升随钻地层压力评价精度具有重要工程价值。
实验室套管井环境下中子孔隙度测井仪灵敏度函数的实验验证
Geoffrey Varignier, Pierre Chuilon, Emmanuel Caroli, Cédric Carasco, Bertrand Pérot, Thomas Marchais, Benoît Guivarc’h, and Heiko Reinhardt
成熟油田面临着安全报废多口井的挑战。套管井测井在完整性和封闭性评价中发挥关键作用。因此，今天的工业问题不仅限于表征岩石地层的某些岩石物理性质，还需表征井的某些组分。由于变量众多，必须采用能同时解析多种核测井数据的多物理场反演技术。在过去的20年中，美国德克萨斯大学引入了通量敏感函数的概念来预测测井曲线，并反演地层属性。该方法在裸眼井中已获成功验证，但在套管井中的应用取决于快速正演算法能否准确模拟核测井响应。在这项工作中，我们首先对比了两种基于不同蒙特卡罗粒子输运程序计算灵敏度函数的数值方法。第一种是基于MCNP ( Monte Carlo N-Particle )的权重窗口法，第二种是基于GEANT4 ( GEometry ANd Tracking 4 )的粒子追踪法。两种方法提供了相同的结果，但只有粒子追踪法具备足够灵活性以适应套管井场景。我们同时通过对比蒙特卡罗模拟与套管井扰动测量数据，对商用孔隙度测井仪进行了实验验证。在检验了MCNP和GEANT4重现计数率的能力后，我们将基于粒子相互作用的新灵敏度函数校准的快速孔隙度预测与实际测量的孔隙度进行了对比。结果表明，对于各种井结构，在裸眼井中的预测结果与实验室测量值之间有很好的一致性；在套管井中的预测结果与蒙特卡罗模拟之间也具有很好的一致性。
水泥环与地层界面处的水基泥浆泥饼对层间封隔的影响
Xuesong Yang, Jianhong Fu, Jianglong Fu, Ping Jiang, Tao Zheng, Bin He, Likun Fan, Zhi Li, Shihua Tang, and Xingguo Zhang
为提高油气井的固井质量并优化固井工艺，本文通过量化钻井液泥饼（DFFC）厚度与水泥环-地层界面（亦称第二界面，SI）层间封隔性能的关系，设计了钻井液泥饼结构压力评价装置，对泥饼结构进行分类，并开发了第二界面封隔能力评价设备与方法。本文探究了不同结构的钻井液泥饼对第二界面封隔能力（剪切强度与窜流压力）的影响。结果表明，钻井液泥饼可分为虚拟层（3.0～4.0 mm）、欠压实层（1.0～3.0 mm）和致密层（0～1.0 mm）。研究发现，钻井液泥饼的残留量对第二界面剪切强度及窜流压力具有显著影响：随着钻井液泥饼的残留量增加，第二界面剪切强度与窜流压力均呈下降趋势。例如，当钻井液泥饼的残留量为15%（0.6 mm）时，第二界面的剪切强度和窜流压力分别为2.5 MPa和8.53 MPa，相比残留量为100%（4.0 mm，虚拟层）的工况分别提高了733%和1,118.6%，但略低于无残留的工况。研究表明，钻井液泥饼致密层（残留量小于15%（0.6 mm））对第二界面封隔能力影响甚微。此外，固结时间对第二界面剪切强度及窜流压力具有显著影响。随着固结时间的延长，第二界面的剪切强度持续增大，并在固结30天后趋于稳定；而窜流压力则呈现先升高后降低的变化规律，于固结7天时达到峰值，且接近于无钻井液泥饼残留工况的数值。后期窜流压力的下降可能与水泥石体积收缩导致流体窜流通道增多有关。该研究结论可为改善固井过程中第二界面封隔能力提供理论依据。
微环隙渗流路径解析：基于超声波测井与机理模型的泄漏速率定量评价
Saida Machicote, Marco Pirrone, and Giuseppe Galli
井筒完整性是确保油气安全高效开采、流体注入及储存的关键问题。尤其当固井水泥环存在缺陷时，无法有效封隔目标流体（如储层烃类/水、注入/储存流体），可能导致泄漏或污染。本研究通过定量分析声波/超声波测井数据，并结合解析流动模型，评估流体在套管-水泥界面潜在渗流路径（如裂缝和充液微环隙）的迁移规律。
首先，基于声波/超声波测井响应识别微环隙的存在与位置；其次，结合文献实验与模拟数据，建立适用于不同完井与水泥特性的声阻抗（超声波测量）与微环隙厚度的解析关系模型，从而利用井下超声波数据估算微环隙厚度；最后，将结果代入泊肃叶方程，结合垂向段压降（经重力效应校正）及流体性质，计算套管后流量。通过敏感性分析评估模型关键参数的影响及不确定性。
该模型可量化套管后渗流速率量级（综合固井条件、完井环境及温压工况），为后续井筒完整性研究、补救措施或风险缓释提供关键依据。目前，模型已应用于数十种场景，包括套管后水窜流量计算、套管鞋气体泄漏评估及存在孔道沟通时的增产效率分析。典型案例分析证明了方法的普适性，未来还可拓展至二氧化碳封存等地下存储项目。本研究的创新性在于利用超声波测井实现井下微环隙厚度估算，从而精准量化套管后渗流速率，具有重要工程应用价值。