随钻测井值响应规律模拟实验装置

摘要

本发明涉及一种随钻测井值响应规律模拟实验装置，包括实验井筒、注气系统、注液系统、气体发生器、随钻测井仪和数据采集分析系统，实验井筒由上部玻璃钢管段和下部裸眼段组成，上部玻璃钢管段外壁与地面疏松泥土固结，下部裸眼段放置由不同岩性组成的环形矿石柱及气体发生器，由随钻电阻率测井探管、随钻自然伽马测井探管、测量短节依次串联组成的随钻测井仪组合悬挂于井筒中，通过注气系统或注液系统分别向井底注入空气、柴油、不同矿化度的盐水，模拟不同性质地层流体侵入井筒的溢流条件，通过地面采集随钻测井值数据并分析，从而得到不同性质流体侵入井筒时随钻测井值的响应特征，并可通过空隙率计、高精度流量计来定量化流体侵入量与随钻测井值的变化规律。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种随钻测井值响应规律模拟实验装置，用于研究油气井流体侵入井 筒后随钻测井值响应特征和变化规律，属于石油钻探技术领域。

背景技术：

安全、高效地进行深水钻探是开发利用海洋石油资源的一个基本前提。深水井控 是深水钻井安全的一个难点，如何及早并有效地发现溢流是深水井控的关键，否则， 就会带来严重的环境和安全问题。因此，加强适用于深水钻井作业的溢流早期监测的 研究具有重要的意义，海洋深水浮式钻井装置的工作特点也要求必须选择比常规的井 涌监测方法更为精确和更适应浮式钻井装置工作环境的井涌监测方法。

深水钻井高难度、高投入、高回报的特点给随钻测井(Logging While Driiling， LWD)技术的应用提供了需要和可能，目前LWD技术已在深水钻探方面得到广泛应 用。LWD通过电阻率、自然伽马、声波等用于地层评价的参数传感器在钻井的过程 中测量地层岩石物理参数，并将测量结果通过泥浆脉冲的方式迅速传输到地面进行处 理分析，泥浆脉冲的传播速度可达到1000-1500米/秒，通过LWD工具可以在几秒 钟后就读取到几千米井深的实时井下数据和地层参数。如果钻进过程中，地层中的气 体侵入环空，必然会改变井底周围环空流体的组成和物性，也必然在LWD的测量值 上响应出来。

测井工作者通过数值模拟求解随钻测井值的响应特征，但在建立模型和对方程进 行数值求解的时候都是按照均匀单一介质的相关物性参数进行处理，没有考虑到地层 流体侵入井筒后，环空流体不再是单相的泥浆体系，而是泥浆-气体、泥浆-地层流 体的多相混合物，这种多相混合物质的环空特性与单一泥浆体系的物性参数有很大差 别，而且会严重影响随钻测井值的响应结果。由于方程求解复杂，很难准确求解并得 到相应规律，而且不宜进行实验验证，因此如何根据随钻测井值(电阻率、伽马、声 波)在溢流发生后的响应特征和变化规律判断溢流是否发生是井涌早期监测和预防的 难点。尽管目前有多相流实验装置可以用于模拟气侵发生的井筒，但这些实验设备由 于井筒尺寸小和井筒周围实验环境受限制，无法满足测井工具的要求，并且无法达到 模拟地层条件，目前能够模拟油侵、地层水侵入井筒这方面的实验装置尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的就是要提供一种随钻测井值响应规律模拟实验装置，用于研究油气 井流体侵入井筒后各个随钻测井值在溢流发生后的响应特征，解决数值模拟所无法得 到的响应特征和影响规律，为基于随钻测井值的钻井溢流早期检测技术研发提供支 撑。

本发明通过将随钻电阻率和随钻伽马测井仪居中放置于实验井筒，通过分别向井 筒注入空气、柴油、不同矿化度的盐水，地面采集数据并分析随钻电阻率测井值和随 钻伽马测井值，从而得到不同性质流体侵入井筒后随钻测井值的响应特征，并可通过 空隙率计、高精度流量计来定量化流体侵入量与随钻测井值的变化规律。

本发明所提出的实验装置主要包括：实验井筒、注气系统、注液系统、气体发生 器、随钻测井仪和数据采集分析系统。实验井筒由上部玻璃钢管段和下部裸眼段组成， 上部玻璃钢管段外壁与地面疏松泥土固结，下部裸眼段放置不同岩性组成的环形矿石 柱及气体发生器，环形矿石柱的填充材料为砂泥岩系矿物，其中钾、铀、钍矿石的重 量含量是钾(K)7.5％、铀(U)10μg/g，钍(Th)35μg/g。上部玻璃钢管段与下部 裸眼段的长度比为7∶10。注气系统由空压机及气体管线构成，气体管线直达井筒底 部，注气量由高精度气体流量计和压力表计量。注液系统由内配搅拌器的泥浆罐、灌 注泵及相应的液体管线构成，液体管线直达井筒底部，注入量由流量计计量。气体发 生器为扁圆柱体形状，中心部分为实心圆柱体，实心体外是环形网格状气泡发生网， 最外圈是环形粘合处，与不同岩性组成的环形矿石柱粘合在一起并放置于井筒底部， 根据井筒和测井工具尺寸设计实心体、气泡发生网和粘合处三部分的厚度比为3∶1∶ 2。随钻测井仪组合由随钻电阻率测井探管、随钻自然伽马测井探管、测量短节(包 括锂电池)串联组成，测量短节外带有扶正器，整个测井仪组合由地面航吊悬挂于井 筒中。数据采集分析系统由随钻电阻率测井探管和随钻自然伽马测井探管所测的随钻 测井值经过解码器和测井值数据传输线传至地面计算机进行数据采集和分析，设置在 玻璃钢管段和裸眼段的两台阻抗式空隙率计所测平均截面含气率由空隙率计数据传 输线传至地面计算机进行分析。

通过随钻电阻率测井仪可实时读取不同探测深度(深、中、浅)的电阻率，电磁 波发射半径为559-1016mm，可覆盖井筒内不同岩性的环形矿石4及裸眼地层2；随 钻伽马测井仪可以实时读取不同工况下自然伽马读值，根据自然伽马能谱测井响应理 论，可得到不同地层流体侵入井筒后随钻伽马测井值在不同岩性地层下的响应特征； 空隙率计可以实时测量气侵过程井筒中的平均截面含气率以及空隙率波动，用以判断 流型、测量气泡上升速度、空隙率波传播速度等。

本发明的有益效果是：

1.可以较真实模拟地层流体侵入井筒，发生溢流的过程；整个实验井筒可以模拟 真实地层条件，满足随钻电阻率测井的环境要求。

2.通过数据采集装置可得到不同性质流体侵入井筒后随钻测井值的响应特征；通 过空隙率计、高精度流量计可以定量化流体侵入量和在不同岩性地层下随钻测井值的 变化规律。

3.可以为基于LWD井涌早期监测模型、深水井涌早期监测等提供理论依据和技 术支撑。

附图说明：

图1是本发明的装置流程图。

图2是本发明模拟气侵发生时的装置流程图。

图3是气体发生器的结构示意图。

图中，1-玻璃钢管，2-地面疏松泥土，3-裸眼段，4-环形矿石柱，5-空压 机，6-高精度气体流量计，7-压力表，8-气体管线，9-泥浆罐，10-搅拌器，11 -灌注泵，12-液体管线，13-流量计，14-气体发生器，15-气泡发生网，16-粘 合处，17-实心圆柱体，18-随钻电阻率测井探管，19-随钻自然伽马测井探管，20 -测量短节(包括锂电池)，21-扶正器，22-解码器，23-测井值数据传输线，24 -计算机，25-裸眼段阻抗式空隙率计，26-玻璃钢管段阻抗式空隙率计，27-空隙 率计数据传输线，28-大气泡，29-微小气泡，30-地面航吊，31-支架。

具体实施方式：

下面结合附图和实施方式来进一步描述本发明。

实施方式1：模拟气侵条件下得到随钻测井值响应特征和变化规律的描述。

如图2和图3所示，取长度为17米的实验井筒，上部用7米长的玻璃钢管1与 地面疏松泥土2固结，下部裸眼段3放置由不同岩性组成的环形矿石柱4及气体发生 器14，下部裸眼段长度为10米。气体发生器14为扁圆柱体形状，中心部分为实心圆 柱体17，实心体外是环形网格状气泡发生网15，最外圈是环形粘合处16，与不同岩 性组成的环形矿石柱4粘合在一起并放置于井筒底部的支架31上。由安装在地面的 空压机5及气体管线8构成注气系统，气体管线8直达井筒底部，空压机5提供气源， 气体经气体管线8注入井筒底部，并在井筒底部产生大气泡28经气体发生器14生成 连续、均匀的微小气泡29，模拟气侵发生过程，注气量由高精度气体流量计6和压力 表7计量。由随钻电阻率测井探管18、随钻自然伽马测井探管19、测量短节(包括 锂电池)20依次串联组成随钻测井仪组合，测量短节外带有扶正器21，整个测井仪 组合由地面航吊30悬挂于井筒中。由随钻电阻率测井探管18和随钻自然伽马测井探 管19所测的随钻测井值经过解码器22和测井值数据传输线23传至地面计算机24进 行数据采集和分析，得到气侵时随钻测井值的响应特征。安装在玻璃钢管段的阻抗式 空隙率计26和裸眼段的阻抗式空隙率计25所测平均截面含气率由空隙率计数据传输 线27传至地面计算机24进行分析处理，得到气侵量、平均截面含气率与随钻测井值 的变化规律。

实施方式2：模拟油侵发生时得到随钻测井值响应特征和变化规律的描述。

实施装置同实施方式1，如图1所示，只是应用注液系统而关闭注气系统，即由 内配搅拌器10的泥浆罐9、灌注泵11及相应的液体管线12构成注液系统，液体管线 12直达井筒底部，在泥浆罐9内配置好不同油水比的泥浆，开启灌注泵11将泥浆罐 9内液体液体线12注入井筒底部，模拟油侵发生过程，注入量由流量计13计量。

实施方式3：模拟地层水侵入条件下，得到随钻测井值响应特征和变化规律的描 述。

实施装置同实施方式2，同样应用注液系统，在泥浆罐9内配置好不同矿化度的 盐水，注入到井筒底部即可。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结 构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。