測井工藝技術的發展與探析

張炳軍，宋宇，馬正江，謝昱北，楊新宏，高峰

（1.中國石油集團測井有限公司測井技術研究院，北京 102206；2.中油石油天然氣集團有限公司測井技術試驗基地，陜西 西安 710077；3.中國石油集團測井有限公司制造公司，陜西 西安 710077；4.中國石油集團測井有限公司市場生產處，陜西 西安 710077；5.中國石油集團測井有限公司新疆分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引 言

測井工藝技術指通過測井絞車、鉆機、連續管等裝備和相應的配套工具實現測井儀器入出井筒完成測井資料采集的方式方法，包括以工器具為主的測井工藝配套技術和以施工作業為主的施工工藝技術，涵蓋了從測井準備、儀器入井、資料錄取及事故復雜處理等全過程的工藝技術體系，它隨著測井裝備技術發展而發展、鉆完井井筒技術的進步而進步。

隨著油氣田開發的深入，勘探開發對象越來越復雜，與之相關的各種新型鉆井工藝被運用，測井環境和井身結構也發生了改變，直井、大斜度井、水平井都已成為主要井型[1-3]。發展并采用電纜測井方法獲得垂直井井周的地層信息；發展并采用隨鉆測井方法解決大斜度井和水平井測井的難題；發展并應用過鉆具測井方法和工藝技術解決隨鉆測井技術受限及測井數據的可靠性等問題，并在應用實踐中得到了發展細分，形成了系列化的測井工藝技術。這就要求測井工程師在測井前根據當地資源、環境條件、經濟效益、技術政策等具體情況，針對不同井段的特點，選擇最合適的儀器系列和工藝技術，提高測井效率和質量。

1 測井工藝技術的發展歷程和技術路線

1927年9月5日，斯倫貝謝兄弟通過電纜將儀器下入到井中，測出了世界上第一條測井曲線。這項技術的突破讓斯倫貝謝公司成為世界上第一家測井油服公司，電纜測井工藝技術也在過去90多年里發揮了重要作用。

1930年Dallas地球物理公司提出隨鉆測井概念，1978年TELECO公司開發出第一套商業化的MWD（Measurement While Drilling）系統——TELECO定向MWD系統，1986年Gearhart公司首次推出了側向與鉆頭電阻率測井儀器，1989年斯倫貝謝公司推出三組合測井儀器和相應配套軟件，推進了隨鉆測井技術快速發展。

20世紀80年代末，隨著水平井測井技術的研究和應用發展，水平井井筒環境的復雜化給測井工藝技術帶來了巨大挑戰。1986年斯倫貝謝公司申請了一種用于實現流體介質中應用多個電導體連接器組件的專利技術，在此基礎上形成了鉆具輸送電纜濕接頭測井工藝技術。

21世紀，隨著水平井鉆井技術的不斷發展和進步，鉆具輸送電纜濕接頭測井工藝技術難以滿足復雜井筒環境的采集需求（見圖1）。2007年威德福公司在收購李維斯油田服務公司Compact測井技術的基礎上改進形成了Ф57 mm超小直徑、135 ℃/103 MPa過鉆桿測井儀器[3]，2008年過鉆頭有限責任公司（于2011年被斯倫貝謝公司收購）隨后研制開發的Ф54 mm 超小直徑過鉆頭測井系列，形成了國外有代表性的威德福公司Compact系列和斯倫貝謝公司ThruBit系列[3]。中國企業也加大了在該項技術上的研發投入，2012年勝利偉業公司研制的SL-6000 LWF過鉆桿測井系列配套了鉆桿保護套工藝，2018年專業化重組后的中國石油集團測井有限公司在大慶鉆探工程公司過鉆桿測井儀器的基礎上陸續研制了Ф57 mm和Ф55 mm的FITS多模式過鉆具成像測井系列[4]，配套了電纜、過鉆桿、過鉆頭和鉆桿保護套等多模式測井的工具和工藝技術。

圖1 測井工藝技術發展路線

2 主體工藝技術的特點和應用條件

2.1 電纜測井工藝技術

電纜測井應用測井絞車將與電纜連接的儀器下放到井中采集井下數據，電纜從地面測井裝置傳輸電力和控制指令，并在裝置和井下儀器之間提供實時、雙向的通訊，具有速度快、數據直讀、經濟高效、剖面連續等特點。該工藝的核心是通過儀器自重入井，適用于直井和小斜度井。近些年，根據測量環境和條件的變化，發展出適用于深井測井的高強度電纜，適用于帶壓密封測井的單芯電纜、光滑電纜、數字鋼絲電纜，適用于大斜度井測井的硬電纜，適用于大斜度井、水平井測井的組合電纜、爬行器、穿纜連續油管。但針對超深、極深井的復雜井況以及大斜度井、水平井的復雜井型，多樣化的鉆具組合導致電纜不能下放到目的層深度，電纜測井失去優勢。為此研發了鉆具輸送濕接頭電纜測井工藝技術。

2.2 鉆具輸送濕接頭電纜測井工藝技術

鉆具輸送濕接頭測井是將儀器和輔助短節組合成儀器串，通過轉換短節與鉆具連接，利用鉆具輸送儀器到目的層段上方，測井電纜通過旁通短節連接濕接頭母接頭總成，在鉆桿內部進行電纜濕接頭對接，完成電纜與測井儀器的電連接，在鉆桿上提、下放過程中完成測井作業（見圖2）。

圖2 鉆具輸送濕接頭測井工藝

鉆具輸送濕接頭測井工藝的核心是通過井下濕接頭和旁通短節實現鉆具動力與電纜測井的結合。利用現場鉆具動力推送儀器形成鉆具輸送儀器入井技術；利用旁通轉換、鉆具水眼通道和水力泵入鉆井液推力輸送濕接頭入井、對接形成水力泵送對接技術。經過近40年的發展，該工藝配套測井儀器項目齊全，配套工具可靠、工藝技術成熟，占大斜度井、水平井等復雜井測井施工工藝的40%。

鉆具輸送濕接頭測井時旁通以上電纜裸露在鉆桿外，由于電纜的安全性能導致測井時旁通不能出表層套管（簡稱表套），該工藝主要適用于大斜度和水平段總長度小于表層或技術套管長度的水平井[5-6]。在井涌、溢流及井口不正等特定風險的復雜水平井進行濕接頭測井施工時，存在水平段開泵循環對接成功率低、井控及安全風險大、時效低、成本高等問題。為完成測井施工，在技術套管長度大于1的水平井仍采用鉆具輸送濕接頭測井，再進行多次泵送對接。例如吉xx井是大斜度井，井深2 373 m，表層套管190 m，375 m狗腿度達6.1 °、井斜45 °，采用旁通不出表套濕接頭測井，設計下鉆測井11次，累計下鉆測井15趟，通井5次，損傷電纜4盤，測井一次成功率73.33%，測井占井時間達190 h。為此，研發了以井下電池供電和存儲技術為核心的直推存儲式測井儀器及工藝技術。

2.3 直推式存儲測井工藝技術

直推式存儲測井采用轉換短接連接鉆桿與儀器，通過鉆機將連接在鉆桿底端的存儲式儀器推送入井測量。該工藝不需要絞車、電纜，工藝簡單，測井時效高于濕接頭工藝，一次下井可取得下測和上測2條測量曲線，且能基本達到電纜測井儀器測量精度，適用于井眼規則、井況良好、井壁穩定的斜井、大斜度井和水平井[7]。

直推式存儲測井工藝的缺點：①下鉆過程出現儀器遇阻、遇卡，司鉆無法實時有效識別，并且儀器剛性強度遠小于鉆具剛性強度，可能導致儀器損傷、折斷落井；②儀器下井后狀態不易判斷，儀器故障不能及時中止和復測，所以該工藝在初期主要用于套管井固井質量測量。 近兩年隨著高溫高壓超深井、易噴易漏井數量的增多，通過改變儀器外管的厚度、材質和結構促進了高強度直推存儲式儀器的快速發展，較好地控制了儀器井下損傷的風險，很好地解決了三超井、大斜度井、小井眼井及易噴易漏井等復雜工況井的資料采集難題，一次下井即可完成所有常規與特殊項目的測井作業。

2020年度塔里木富滿油田因易噴易漏等風險導致未測井比例高達66.7%，2021年度高強度直推存儲式測井儀器工藝的推廣有效解決了該問題，測井率提高30%。但該工藝仍不適用于井壁不穩、軌跡復雜及超長水平段井的測量，尤其是化學源放射性測井。為了有效解決直推存儲式測井井下損傷儀器的風險，研發了鉆桿保護套工具和工藝技術。

2.4 鉆桿保護套測井工藝技術

鉆桿保護套測井是在直推存儲式測井的基礎上將存儲儀器懸掛到大水眼鉆桿或類似鉆桿的保護套內，下鉆過程中測井儀器與井壁不接觸，鉆桿下放到目的層位底部后，通過投棒（球）剪切或數控開鎖釋放儀器，再通過水力泵送將儀器推出鉆桿保護套進入裸眼環境，儀器串落座并懸掛在保護套底部內卡處，上提鉆具完成測井（見圖3）。具有代表性的儀器是威德福公司的Compact系列[7]。

圖3 鉆桿保護套測井工藝

鉆桿保護套測井工藝施工相對簡單，無需絞車及電纜配套，對井場要求小、對鉆桿通徑要求低、對儀器磨損小、作業成本低。該工藝的缺點：①對儀器風險管控弱；②儀器在井下高溫高壓環境時間長，對儀器的溫壓性能要求高；③當出現卡鉆、溢流等復雜情況時儀器無法預先撈出。因此，不推薦用于井壁不穩條件下放射性項目等風險測井。

2.5 過鉆桿/頭測井工藝技術

過鉆桿/頭測井是利用鉆桿先攜帶保護倉和專用鉆頭到井底并上提預留安全距離，然后電纜連接改進后具備電池供電和存儲功能的小直徑儀器通過鉆桿水眼，依靠儀器自重和水力泵送儀器到鉆具底部，泵出鉆桿，落座并懸掛在內卡處，通過專用工具釋放電纜連接裝置，起出電纜后進行起鉆測井（見圖4）。該技術具有代表性的儀器是斯倫貝謝公司的ThruBit系列。

圖4 過鉆桿/頭測井工藝流程圖

過鉆桿/頭測井工藝通過鉆頭通井劃眼完成井眼修復，實現通井測井一趟鉆，縮短了完井時間；下鉆過程中無儀器限制，出現卡鉆、溢流等復雜情況可以安全高效處置；儀器下井和泵出過程中電纜直讀實時監控，確保測井前儀器完好、安全可控；發生卡鉆、鉆機故障等可再次下入電纜撈出儀器，為鉆井處置提供便利。該工藝的缺點是對鉆具水眼要求高，需要鉆具水眼暢通，最小通徑應大于儀器串剛性外徑6 mm，且儀器剛性外徑需統一。

2.6 過鉆具測井工藝技術

過鉆具測井是將鉆桿保護套、過鉆桿/頭等測井工藝技術一體化融合，通過工器具的標準化、模塊化設計配套，按照一井一工藝的施工原則優選相適應的工器具及工藝流程來滿足不同條件系列化的測井作業。該技術具有代表性的儀器是中國石油集團測井有限公司的FITS多模式過鉆具成像測井系列。過鉆具測井工藝技術是繼電纜測井、隨鉆測井之后的第3種測井技術，兼顧電纜測井的精度時效與隨鉆測井的復雜井況應對能力。其優勢是一套工具具備多種模式施工工藝能力，適應不同井型、井況、井眼和鉆具條件下的裸眼井測井資料采集需求，為復雜井測井提供取全取準資料的可靠解決方案。同時，該工藝能夠通過過鉆桿水眼打撈回收儀器或保護套內儀器回收再懸掛，能夠適度下壓或旋轉鉆具，有利于測井過程中鉆井卡鉆等復雜情況的處理。

2.7 隨鉆測井工藝技術

隨鉆測井是將儀器安裝在鉆鋌上，在鉆井的同時測量地層巖石物理參數，并將測量結果實時傳送到地面或部分存儲在井下存儲器中。該技術要求測井儀器應能夠安裝在空間較小的鉆鋌內，并能夠承受高溫高壓和鉆井震動；安裝儀器的專用鉆鋌應具有實際鉆井所用鉆鋌同樣的強度，還應具有用于足夠深井測井的功率和使用時間的電源。受傳輸數據量和傳輸速率的限制，現場只將部分必須用于鉆井決策和地層評價的數據進行實時傳輸，將另一部分數據存儲在井下存儲器中。隨鉆測井技術具有良好的應用價值，可提升石油勘探開發的效率。與電纜測井不同，該技術可適用于較為復雜的油氣藏測井。但是如何提高有效數據傳輸率、傳感器可靠性和作業安全性是隨鉆測井需要重點解決的問題[8-9]。

3 測井工藝技術發展規律和展望

油氣等資源的勘探開發對象轉向深層、超深層和極深層，方式轉向大斜度井、水平井、超長水平井及大平臺井叢，井眼尺寸轉向小井眼及超小井眼，測量環境轉向高溫高壓、超高溫高壓和極高溫高壓。為持續滿足油田勘探開發的測井需求，“雙模式、數字化、低功耗、高性能”的測井儀器將陸續研制配套，與勘探開發相關的各種新型測井工藝被運用，安全性更好、可靠性更高、適應性更強的高性能電纜和過鉆具、鉆具直推、連續油管輸送等工藝技術持續升級配套。根據油氣藏類型、井筒環境條件、現場配套資源，選擇適合的測井方式、配套相應的工器具和優化施工流程，實現不同井型、不同井況下安全高效測井采集的測井工藝工具優選技術和測井工藝設計技術將成為近期攻關方向。

測井電纜系統轉向高強度、高電氣性能的平衡扭矩復合高性能電纜測井。斯倫貝謝公司推出了TuffLINE 30000高拉力井下電纜工具，電纜采用了聚合物鎖緊的鎧裝層突破技術和行業領先的16 AWG（American Wire Gauge）導體作為纜芯線，可以在12 192 m甚至更深的井中上提重量為80 ～130 kN的工具并進行測井采集。極深井（超萬米）的電纜測井將通過強動力絞車系統與分車裝載運輸電纜和井口快速魚雷電纜連接技術的創新配套來實現。這也是中國電纜測井工藝技術發展攻關的重點方向。

測井儀器系統轉向電纜直讀、井下存儲雙模式的模塊化、一體化和系列化成套系統測井作業，存儲測井技術的發展極大地促進了測井儀器低功耗和微幅度信號的采集能力，促使測井儀器和工藝轉向2個方向：①以統一剛性外徑的超小直徑（Ф55 mm甚至更?。y井儀器為核心的過鉆具測井，測井儀器性能相當于常規儀器，滿足和適應大斜度、水平井等復雜井測井需求；②以統一剛性外徑（約Ф90 mm）的高強度測井儀器為核心的直推存儲測井，超高溫高壓和強抗拉壓扭性能優勢顯著，可以滿足易噴易漏、深層超深層復雜井測井需要。該技術將逐步取代Ф76 mm左右的小井眼測井系列并與隨鉆測井融合，發展成為通井測井系列和工藝。

全球油氣勘探開發領域的不斷拓展，為工程技術信息化和智能化發展帶來了機遇，智能化的遠程測井和數據服務及智能絞車、智能馬籠頭、智能裝卸源、智能打撈、智能維修等一系列配套測井工藝技術相繼發展，發展智能化測井已是當務之急[10-11]。

4 結 論

（1）針對非常規油氣藏特征與工程特點，現代石油行業開采新技術不斷應用，測井工藝技術要適應測井采集的技術需要。本文重點闡述了目前油田勘探以及開發過程中幾種常用的測井工藝技術發展對策，以期推進中國測井新技術、新工藝不斷發展進步。

（2）加強對水平井等復雜井測井工藝技術的研究，完善水平井測井工藝的技術配套，形成安全可靠的水平井測井全流程的完備配套工藝技術體系。

（3）采用信息化和智能化的新技術，以新技術降低生產作業成本，完善測井工藝工具的性能，提高不同環境條件下的技術適用性。

（4）依托地質工程一體化，加強傳統水平井作業中多專業間信息共享，優選施工方案設計，降低水平井施工風險。