創新驅動跨越發展:中國測井技術發展對策研究

陸大衛

(中國石油天然氣集團公司咨詢中心,北京100006)

創新驅動跨越發展:中國測井技術發展對策研究

陸大衛

(中國石油天然氣集團公司咨詢中心,北京100006)

1927年9月5日,斯倫貝謝兄弟以其發明的電測井方法在法國佩徹布朗進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,測井技術由此產生。在世界上出現第1條電測井曲線之后僅12年,在英國學習獲博士學位回國、時任中央大學教授的翁文波先生(中國測井學科奠基人,中國科學院院士)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。縱觀中國測井70多年的發展,以代表性的測井裝備技術水平劃分,中國測井技術的發展先后經歷了半自動測井、模擬測井、數字測井、數控測井和成像測井等5個階段[1](見圖1);以發展模式劃分,測井技術經歷了全盤引進、吸收仿制、跟蹤研制、創新研發等階段。中國測井技術從無到有、從小到大,特別是自20世紀80年代以來,取得了突飛猛進的進步,形成了較好滿足陸相復雜油氣藏勘探開發需要的、完善的測井工業體系,涵蓋了學科理論、實驗手段、樣機研制、工業化應用、產品規模、人才培養、標準化管理等研發、制造、服務、培訓的各個方面,并在國際交往、海外服務和銷售市場中嶄露頭角。當今,測井技術在石油工業中占有十分重要的地位,作為油氣勘探開發過程中準確發現油氣層和精細描述油氣藏的一種重要手段,在石油工業界被譽為“油氣勘探開發的眼睛”[2]。由于測井行業技術含量高、資金投入大、技術更新快、與其他專業技術關聯密切等特點,在決策其發展戰略時,尤其需要慎重。在當前制定“十二五”測井技術發展規劃和確定今后5～10年測井技術發展對策時,有必要認真研究歷史,總結過去幾十年特別是近5～10年測井技術發展的成功做法。

圖1 20世紀測井技術發展歷程

我國在20世紀50～60年代普遍使用蘇聯的橫向電測井,即利用幾個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深度區間的測井響應信息,突出徑向上的差異,消除井筒和層厚等影響因素,逼近地層真實值,是其主要的技術思路。該測井方法的理論基礎是無限空間均勻介質的場論,認為地層在徑向上是均勻分布的。微電極測井、三側向(七側向)測井以及后來從美國引進的雙感應、雙側向、微側向、鄰近側向、微球形聚焦等測井技術,均利用該技術思路,主要根據儲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)的擴展,開展了孔隙結構、巖性對測井響應影響的深入研究。在20世紀60年代中期,開始出現聲感組合測井,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含量影響,突出孔隙空間油氣含量對電阻率測量值的響應。該方法在渤海灣盆地、勝利、大港、遼河等油田得到廣泛應用。后來,又增加了密度測井、聲波測井和中子測井,增強了區分油氣的能力。它主要考慮了巖性泥質含量的影響,特別適合中高孔隙度的孔隙型砂泥巖剖面。這套方法被廣泛應用至今,習慣上稱之為“老九條”常規測井系列。此外,測井信息在地層對比和沉積環境分析中顯示了獨特作用。這期間,以蘇聯AKC-50型電測儀為學習對象,我國自行研制的JD-581型全自動多線電測儀在隨后30多年一直活躍在生產服務舞臺。

1972年中國石油工業部赴伊朗考察的石油工業代表團帶回2本斯倫貝謝公司測井解釋圖冊和幾張計算機連續處理的測井圖,讓人們的眼前一亮。1977年從美國德萊賽-阿特拉斯公司引進 10套3600系列測井儀以及隨后的20世紀80～90年代幾次引進成套數控測井裝備,并從1980年起雇用斯倫貝謝公司開展測井技術服務,其包括用機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,補償井眼影響以及各儀器間內部串線實現硬連接組合測量等主要設計思想,大大提高了儀器的可靠性和測井成功率;地面系統計算機可以直觀顯示和進行質量控制,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,推出了地層傾角測井和地層測試這2個重要測井手段,給我們提供了具體學習和追趕的對象。從總結歷史的角度,當時人們并沒有充分認識到測井可用于正確認識地質構造、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展到構造、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值轉換來區分、識別油氣的技術方法。此外,由于儀器組合的需要以及各種測井新方法的出現,應當提前意識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現井下處理實時傳輸而努力。

20世紀90年代,測井技術進入成像測井階段。成像測井提供微觀尺度上豐富的巖石物理信息,可以將儲層的巖石孔隙結構、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評價分析能力提高到一個新的水平。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展而成的微電阻率掃描成像測井,將單個電極發展到上百個電極柱,單個推靠臂發展到自適應的多個推靠臂(六臂、八臂),大體上經歷了8～10年的時間。我國自1987年開始預研,1994年中國石油天然氣總公司立項研究,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;2001年、2003年分別又立項開展二次開發和配套技術現場試驗,2006年通過項目驗收,2007年形成產品,歷經20年。由于電成像測井技術的出現,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地顯現和描述沉積環境,有助于研究油氣運移聚集成藏;通過與巖心對比,成像測井為確定裂縫性儲層和定量描述裂縫系統提供了有力手段;計算機技術也為成像測井數據庫的建立創造了條件。這充分說明技術發展遵循了循序漸進、由量變到質變的規律;人們對新技術的認識需要過程,如聲波測井,由長源距聲波測井、全波列測井、偶極聲波測井發展起來的聲成像測井系列,是在利用研究儲層改造增產效果之后才被人們逐漸認識而應用起來;陣列感應成像測井將幾十年前的感應測井技術提升了一大步,在低對比度的油氣層識別方面發揮了獨特作用[3]。成像測井技術的形成和完善,給測井技術注入了新的活力[4]。需求促進技術進步和創新,工具和手段的技術創新拓展了應用領域和深度。

經過近20年的努力,特別是在“十一五”期間,我國成像測井技術已經從裝備制造、采集工藝到解釋評價軟件形成系列技術(見圖2)。自行研發的陣列感應、微電阻率掃描、陣列聲波、超聲成像、陣列側向等系列基本配套,達到國際先進水平[4];核磁共振測井和隨鉆地層評價測井取得重大進展[5];復雜儲層評價技術很具特色,跨Windows、Linux和Unix 3大操作系統的一體化網絡測井軟件開發成功;地面系統具有網絡化、模塊化和平臺化等特點,多個測井產品已出口。此外,將原先對巖屑進行磁共振分析的裝置與室內對巖心進行磁共振分析的技術進行集成,實現由室內精細測量向井場快速準確測量分析的跨越,連同巖石物理信息數據庫以及軟件信息網絡遠程傳輸等相關技術的融合形成了數字巖心技術[6-9]。這將為新區新層系新領域油氣勘探的油氣層快速識別與評價添上“隱形翅膀”,更可能為測井井下儀器的小型化、陣列化、智能化以及進一步集成為井下儲層實驗室,開展CT層析成像測井,實時測量開辟新途徑。數字巖心技術的完善和內涵的擴展必將大大提升測井技術在石油工業中的作用和地位。“十一五”期間,中國測井技術的發展邁出了重要的一步,進入了快速追趕期。這是整合技術力量、海納百川的結果,也是突出技術引領和支撐、注重成果轉化的結果,更是加大科技投入著力培養創新能力建設的結果[10]。

圖2 中國自主研發的成套測井裝備

今后5～10年,測井技術將進入后成像測井階段并處于成熟穩定時期[11]。國外測井技術的發展將以高度集成化成像測井系統為主體并不斷改進與更新,地面系統向綜合化、便攜化、標準化和網絡化發展,井下儀器向陣列化、集成化、高分辨率、深探測、高可靠性、高時效方向發展,測量方法向多波、多譜、多源、多接收器方向發展;隨鉆測井技術越來越多地取代電纜測井而成為常規服務項目,可靠性、抗干擾性進一步增強,探測深度進一步增大;油藏動態監測和地層測試技術更加成熟,套后測井評價技術系列配套,永久井下傳感器提供更多的流體流動信息,成為數字化油田的重要部分;水平井三維流動成像測井技術也是一個重點發展方向。

中國測井技術要實現遠程采集控制、實時處理數據、直觀分析取樣、層析顯示成果,這一目標面臨著嚴峻挑戰,基礎研究是突破性創新之源。只有進一步增加基礎理論研究,開展儲備技術研究,加大研究設施的投入,為提高自主創新能力打下基礎,才能為后續跨越發展提供可靠保障。科技人員要排除干擾,潛心研究,深入研究縫洞型儲層有效性測井模型和井下條件多重孔隙測井機理研究,完善和拓展數字巖心測井技術并與數字油田的建立相配套。系統研究核測井能譜分析方法,探索光學測井方法以及非常規油氣測井基礎理論等。

[1] 《測井學》編寫組.測井學[M].北京:石油工業出版社,1998.

[2] 孫龍德.中國石油工業測井技術進展與展望[C]∥世界石油大會中國國家委員會中國油氣論壇,2010.

[3] 陶宏根,王宏建,傅有升.成像測井技術及其在大慶油田的應用[M].北京:石油工業出版社,2008.

[4] 陸大衛.石油測井新技術適用性典型圖集[M].北京:石油工業出版社,2001.

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

[6] 中國石油勘探與生產分公司.低阻油氣層測井評價技術及應用[M].北京:石油工業出版社,2009.

[7] 中國石油勘探與生產分公司.碳酸鹽巖油氣層測井評價技術及應用[M].北京:石油工業出版社,2009.

[8] 中國石油勘探與生產分公司.低孔低滲油氣藏測井評價技術及應用[M].北京:石油工業出版社,2009.

[9] 中國石油勘探與生產分公司.火山巖油氣藏測井評價技術及應用[M].北京:石油工業出版社,2009.

[10]中國石油天然氣集團公司咨詢中心.中國石油集團測井有限公司研發制造機構整合方案[C].內部材料, 2010.

[11]中國石油集團經濟研究院,中國石油集團測井有限公司.中國石油測井技術研發策略研究報告[C].內部材料,2010.

陸大衛,男,1944年生,教授級高級工程師,長期從事測井技術管理工作。

2011-04-07 本文編輯 趙舒平)