隨鉆地層測試器的測壓曲線模擬

褚曉冬(中海油田服務(wù)股份有限公司 河北燕郊065201)

傳統(tǒng)的電纜測井有其局限性，首先在大斜度或者水平井，用電纜很難將儀器放下去，需要增加爬行器等輔助短節(jié)，并且效果不佳；其次，井壁狀況不好易發(fā)生坍塌或堵塞也難取得測井資料；此外由于于鉆井過程中需要使用泥漿進(jìn)行循環(huán)，泥漿濾液在測井前會侵入地層，因此，鉆完之后再測井，地層的各種參數(shù)與剛鉆開地層時(shí)有所差別。于是衍生出了隨鉆測井這種新的測井方法，在鉆井過程中即通過各種探頭對地層進(jìn)行測量，這樣不僅對任何狀況的井，特別是水平井可以進(jìn)行測井，而且利用測得的鉆井參數(shù)和地層參數(shù)及時(shí)調(diào)整鉆頭軌跡，使之沿目的層方向鉆進(jìn)。由于隨鉆測井獲得的地層參數(shù)是剛鉆開的地層參數(shù)，它最接近地層的原始狀態(tài)，用于對復(fù)雜地層的含油、氣評價(jià)比一般電纜測井更有利。

隨鉆測井雖然有如上種種好處，但也有其局限性的方面，大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳輸就是很大的一個(gè)瓶頸，由于隨鉆測井沒有電纜，導(dǎo)致信號無法通過電纜實(shí)時(shí)傳輸給地面，目前來說各大公司采用的都是通過泥漿脈沖發(fā)生器將信號轉(zhuǎn)換為泥漿脈沖傳輸給地面，這種泥漿脈沖傳輸速率很低，一般為幾個(gè)bit每秒，這樣的速率任何一種測井儀器都很難傳輸具有判斷價(jià)值的信號，因此，除了一些狀態(tài)信息和自然伽馬信號能夠?qū)崟r(shí)上傳外，其他的測量信息都是存儲在井下儀器的存儲器中，待測井完畢后再讀取出來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

隨鉆地層測試器作為隨鉆測井儀中的高端儀器，有其較為特殊的一面，因?yàn)榈貙訙y試器的在井下執(zhí)行的是一整套動作，包括探針張開、預(yù)抽吸、恢復(fù)、判斷、抽吸等一系列動作，這套動作在井下是自主完成的，完成的成功與否對地面操作來說尤為重要，因此，在每次測壓完成之后，儀器會傳輸幾個(gè)結(jié)果性的數(shù)據(jù)到地面系統(tǒng)用來對測試結(jié)果進(jìn)行判斷，這幾個(gè)結(jié)果性的數(shù)據(jù)一般為測壓圖中的幾個(gè)影響流度計(jì)算的特征點(diǎn)，如圖1.1中所示，一般一個(gè)測壓點(diǎn)的結(jié)果性數(shù)據(jù)需要幾個(gè)特征點(diǎn)來標(biāo)注：

圖1.1

泥漿前壓力：測壓前井筒液的靜壓力；

壓降開始點(diǎn)：抽吸測試的開始壓力點(diǎn)；

壓恢開始點(diǎn)：抽吸壓降后開始恢復(fù)的壓力點(diǎn)；

壓恢結(jié)束點(diǎn)：壓力恢復(fù)穩(wěn)定點(diǎn)，一般認(rèn)為此壓力為地層壓力；

泥漿后壓力：儀器收回探針后井筒液的靜壓力，一般與泥漿前壓力綜合判斷儀器的壓力傳感器的可靠性。

圖中是一個(gè)測壓點(diǎn)進(jìn)行了一次預(yù)測試的情況，一般在隨鉆測試中，會根據(jù)地層情況選擇兩次或者三次預(yù)測試，在兩次或者三次預(yù)測試的過程中，1點(diǎn)和5點(diǎn)是不變的，2、3、4點(diǎn)在每一次預(yù)測試的特征段中都會拾取，因此對應(yīng)于兩次和三次預(yù)測試，上傳的點(diǎn)數(shù)會遞增的。

這幾個(gè)點(diǎn)的壓力和對應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)會在結(jié)束測壓后上傳給地面系統(tǒng)，大概需要幾分鐘的時(shí)間，地面系統(tǒng)需要根據(jù)這幾個(gè)特征點(diǎn)以及預(yù)測試的次數(shù)情況對本次測壓的情況進(jìn)行展示，盡管上傳的只有幾個(gè)簡單的特征點(diǎn)，但我們需要展示給用戶的則是一條標(biāo)準(zhǔn)的測壓曲線，如下圖為一條形態(tài)比較典型的三次預(yù)測試的曲線：

我們可以把這個(gè)曲線作為我們隨鉆測壓結(jié)束后展示給用戶的曲線的藍(lán)本，通過對曲線的模擬，使用幾個(gè)上傳的特征點(diǎn)來模擬出這樣一張圖，從而方便用戶直觀的對測壓過程中的壓降情況和恢復(fù)情況進(jìn)行判斷。對于條曲線的模擬，由于這條曲線沒有合適的方程來表達(dá)出來，所以我們很難通過函數(shù)擬合的方式來獲取。本文采用了分段曲線模擬的方式來對曲線進(jìn)行仿真。

首先需要對曲線進(jìn)行分段，以上圖為例，我們可以進(jìn)行如下分段：首先，泥漿前壓力點(diǎn)到第一次抽吸下降點(diǎn)作為一段；然后對于每一次抽吸，壓降段和壓恢段分為兩段；最終儀器收探針到泥漿后壓力最為一段，可以看到我們的分段是連續(xù)的，即每個(gè)段的末尾都是下一段的開始，這在我們用特征點(diǎn)來對數(shù)據(jù)分段時(shí)要用到。

分段完成后，我們需要對每段的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，我們作為藍(lán)本的這條曲線測試用了510秒的時(shí)間，換算成數(shù)據(jù)2040個(gè)采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)量很大，并不需要把所有的數(shù)據(jù)都用在曲線仿真過程中，只需要按照一定的間隔取幾百個(gè)點(diǎn)即可。我們假設(shè)某段的采樣值為{X 0，X 1…Xn}，當(dāng)井下儀器將本次測壓的壓力特征點(diǎn)值上傳給地面系統(tǒng)后，我們可以通過兩個(gè)相鄰特征點(diǎn)來作為一段曲線的首尾(我們的分段方式是連續(xù)的，即上一段的尾值為下一個(gè)段的首值)，然后把這兩個(gè)特征點(diǎn)的數(shù)值Y 1,Y 2與相應(yīng)分段的首尾值X1、X2做一個(gè)二元一次方程，KX+B=Y;然后解得K和B的值，對于段內(nèi)其他點(diǎn)的數(shù)值，我們則可以通過K和B計(jì)算得出。按照這種計(jì)算方式，我們可以得到每一段的數(shù)據(jù)仿真值，然后把這些仿真段拼接成一條完整曲線，數(shù)據(jù)模擬就成功了。

通過對曲線形態(tài)的模擬，可以把井下上傳有限的幾個(gè)特征點(diǎn)模擬成一條標(biāo)準(zhǔn)的測壓曲線，盡管這條曲線并不能準(zhǔn)確的描述出實(shí)際測壓曲線的形態(tài)和走向，但仍然能夠輔助操作人員對井下的恢復(fù)情況有一個(gè)概略性的判斷，并且可以取得地層壓力，對于隨鉆測壓這種方式來說已經(jīng)足夠了，待儀器提出井口，即可通過內(nèi)存讀取來獲取更詳細(xì)的測壓信息。

[1]《數(shù)值分析》李慶揚(yáng)，王能超，易大義；清華大學(xué)出版社.

[2]《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》維斯，機(jī)械工業(yè)出版社.

國家科技重大專項(xiàng)課題：模塊式地層動態(tài)測試系統(tǒng)(2011ZX05020-003)