CN103362500A - 碳酸盐岩缝洞型油藏裂缝、溶洞随钻检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纳米磁流体的碳酸盐岩油藏裂缝、溶洞随钻检测系统及方法。检测系统包括实时数据采集与处理中心、地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路、高压泵组、第一输送管线；第二输送管线，第一控制阀门、第二控制阀门、磁流体容器、钻井液池、邻井外加磁场发生器控制管线、第三输送管线、钻井液回流管线、地面磁力计、邻井外加磁场发生器；邻井外加磁场发生器通过控制管线与实时数据采集与处理中心连接；地面磁力计经过通讯线路与实时数据采集与处理中心连接。本发明解决了因规避钻井风险而使钻井在未全部钻穿裂缝、溶洞时即完井投产，导致而无法获取测井资料的缺点，提高了裂缝、溶洞层的识别精度与探测范围。

Description

碳酸盐岩缝洞型油藏裂缝、溶洞随钻检测系统及方法

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，具体地，涉及到一种在碳酸盐岩地层缝洞型油藏钻井过程中裂缝、溶洞的检测系统与具体实施方法，特别是一种基于纳米磁流体的碳酸盐岩油藏裂缝、溶洞随钻检测系统及方法。

背景技术

据统计，全球50%以上的油气田储集层类型为碳酸盐岩裂缝、溶洞储层，即所谓的缝洞型油藏。碳酸盐岩缝洞型油藏储集空间主要为裂缝、溶蚀孔洞和纵横向规模几米乃至几十米的未充填溶洞。裂缝、溶洞发育地层带是钻井过程中钻井液的主要漏失通道，在裂缝、溶洞发育带进行钻井作业，常会发生井漏，钻遇大型溶洞常会发生放空，处理不当可能会造成钻头掉落、钻杆断裂等严重钻井事故。同时，缝洞型油藏裂缝、溶洞发育地层是石油天然气勘探开发的主要目的层，准确检测缝洞型油藏裂缝、溶洞发育带的深度、纵横向规模和连通状况是石油天然气储量计算和油气田开发方案制定的基础工作。

在油田勘探开发中，常用地震资料来研究缝洞体系和预测储层，形成了相对较成熟的理论，并在生产实践中得到了广泛应用。地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，利用地震波反射形成的剖面特征，可以预测井漏，主要方法有地震属性分析、时频分析、波形分析、反射强度分析、三维可视化等。受限于地震资料采样密度及资料品质，目前的地震勘探技术识别精度在30~50m以上，而缝洞型油藏大部分裂缝、溶洞发育层厚度低于地震方法识别精度，导致裂缝、溶洞的发育深度、纵横向规模无法被地震有效识别，并定量刻画。包括特殊成像测井在内的地球物理测井技术是在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法，是勘探和开发油气田的重要手段。但是如前所述，碳酸盐岩缝洞型油藏的钻井在钻进过程中钻遇裂缝、溶洞发育地层出现明显的泥浆漏失时，为了规避可能出现的严重钻井事故（钻头掉落、钻杆断裂等），往往会钻揭储层段顶部时即完钻、测试、投产，大多数钻遇裂缝、溶洞发育地层的钻井未完全钻穿裂缝、溶洞带，沿井眼剖面进行的测井方法无法对裂缝、溶洞在垂向的尺寸进行有效评价；而且，地球物理测井方法探测范围仅局限于以井筒1m范围之内，对上百米乃至上千米规模的裂缝、溶洞发育带及其连通关系无法探测。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于纳米磁流体的随钻缝洞检测系统及检测方法；在钻井钻进过程中，将纳米磁流体注入泥浆循环系统，纳米磁流体在外加磁场的作用下磁化形成磁异常区域，当钻遇洞穴型地层时，泥浆漏失进入地层，填充到地层洞穴和裂缝地层中，根据近井带的磁场强度的变化反演出洞穴的大小、位置及连通关系，实现地层缝洞的三维显示。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，包括：实时数据采集与处理中心、地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路、高压泵组、第一输送管线；第二输送管线，第一控制阀门、第二控制阀门、磁流体容器、钻井液池、邻井外加磁场发生器控制管线、第三输送管线、钻井液回流管线、地面磁力计、邻井外加磁场发生器；其特征在于：

所述的磁流体容器经过第一输送管线与高压泵组连接；钻井液池经过第二输送管线与高压泵组连接；第一输送管线上设有第一控制阀门，第二输送管线上设有第二控制阀门；高压泵组通过第三输送管线与随钻监测井的钻柱相连，随钻监测井的钻井液回流管线连接至钻井液池；

所述的邻井外加磁场发生器置于邻井井筒内，邻井外加磁场发生器通过外加磁场发生器控制管线与实时数据采集与处理中心连接；

地面磁力计经过地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路与实时数据采集与处理中心连接。

进一步地，通过调节外加磁场发生器控制管线，使邻井井筒内的井外加磁场发生器与随钻监测井的钻头处于相同深度。

进一步地，地面磁力计设有四个，四个地面磁力计放置在以随钻监测井为中心的正方形的四个角上，每个磁力计与随钻监测井的距离为50米。

进一步地，所述的地面磁力计检测渗入纳米磁流体前的背景磁场和注入纳米磁流体后的强化磁场；地面磁力计为超导量子干涉仪。

进一步地，实时数据采集与处理中心位于地面。

进一步地，所述的邻井外加磁场发生器使漏失到随钻监测井的裂缝、溶洞内的纳米磁流体磁化而增强磁场强度。

进一步地，所述的实时数据采集与处理中心根据采集的背景磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出裂缝和溶洞中进入纳米磁流体后产生的磁异常，然后根据磁异常参数、纳米磁流体的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到裂缝和溶洞的大小、位置及连通关系。

进一步地，所述的裂缝和溶洞为碳酸盐岩地层原始存在的裂缝和溶洞。

进一步地，磁流体容器中储存纳米磁流体，所述的纳米磁流体是由基载液、表面活性剂和直径为纳米量级的磁性固体颗粒混合组成的一种稳定的胶状液体。

一种基于纳米磁流体的随钻缝洞检测方法，采用上述的检测系统，在建好井场准备开钻之前布置好相应的设备，当钻进过程中遇到钻井液漏失的情况时，开始进行地下缝洞系统的监测，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：钻井前布置检测设备

在井场建成之后、开钻之前，将邻井外加磁场发生器通过外加磁场发生器控制管线下放到邻井内，下放深度根据为该区块地层对比及地质研究预测的缝洞型储层中部深度；

安装磁流体容器与高压泵组之间的第一输送管线和第一输送管线上的第一控制阀门；安装钻井液池与高压泵组之间的第二输送管线和第二输送管线5上的第二控制阀门；第三输送管线连接到高压泵组和随钻监测井的钻柱上，将钻井液回流管道连接地面的钻井液池；

安装地面磁力仪，将四个地面磁力仪分别放置在以随钻井测井为中心的正方形的四个角上，每个地面磁力仪与随钻监测井的距离时地面情况而定，不少于50米；地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路将四个地面磁力仪连接到实施数据采集与处理中心上；

步骤2：正常钻进过程

正常钻进过程指钻井液不发生漏失的情况，开启第二控制阀门，使钻井液在钻井液循环系统里循环；当随钻监测井钻开深度接近该区块缝洞型储层的顶部深度时，启动邻井外加磁场发生器与地面磁力计，启动实时数据采集与处理中心，测量初始背景磁场。

步骤3：钻井液发生漏失时

当钻井过程中发生钻井液漏失情况时，随钻监测井的监测井钻柱继续钻进，在保持第二控制阀门打开的同时，打开第一控制阀门，让所述的磁流体容器中的纳米磁流体通过第一输送管线与钻井液池中的钻井液通过第二输送管线同时进入高压泵组增压，经增压后的含有高压纳米磁流体经过第三输送管线进入随钻监测井的监测井钻柱内，从钻头喷出，然后在高的钻压和钻井液重力的作用下漏失进入裂缝、溶洞；

所述的含有纳米磁流体的钻井液不断漏失到地层裂缝或溶洞中，在外加磁场的作用下形成一个高磁化区域，地面磁力仪测量纳米磁流体进入裂缝或溶洞后的强化磁场；

步骤4：根据测量所得到的纳米磁流体进入储层裂缝之后的强化磁场和纳米磁流体进入储层裂缝或溶洞之前的背景磁场，由实时数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面所对应的磁异常数据，然后通过磁异常数据反演出裂缝的展布和溶洞的大小位置；

步骤5：当含有纳米磁流体的钻井液不断从地面套管钻井液出口流出时，关闭第一控制阀门，钻井液池中的钻井液经高压泵组加压后进入随钻监测井中；根据钻井风险评估，可选择就地完钻，结束钻井或者继续钻进。

相对于缝洞型油藏裂缝、溶洞规模识别的现有主要技术，本发明的有益效果如下：由于采用了基于纳米磁流体的泥浆循环系统，在钻遇裂缝、溶洞带泥浆漏失层时，含有纳米磁流体的钻井泥浆会在钻压作用下进入与井筒相连的裂缝、溶洞系统内，根据磁场强度的变化，对裂缝、溶洞系统规模、连通状况进行反演，解决了因规避钻井风险而使钻井在未全部钻穿裂缝、溶洞时即完井投产，导致而无法获取反应裂缝、溶洞规模的全段常规地球物理测井或成像测井资料的缺点；而且，现有的地震勘探技术识别精度在30~50m以上，而缝洞型油藏大部分裂缝、溶洞发育层厚度低于地震勘探识别精度，导致裂缝、溶洞储层无法被地震有效识别，本发明通过外部电场产生外加磁场，使漏失到裂缝、溶洞内的纳米磁流体磁化而增强磁场强度，通过与原始背景磁场对比反演处理，本发明具有更高的裂缝、溶洞发育带的识别分辨率，提高了裂缝、溶洞层的识别精度与探测范围。

附图说明

图1为基于纳米磁流体的随钻缝洞检测系统的结构示意图。

图中，1、实时数据采集与处理中心；2、地面磁力计和实施数据采集与处理中心通讯线路；3、高压泵组；4、第一输送管线；5、第二输送管线；6、第一控制阀门；7、第二控制阀门；8、磁流体容器；9、钻井液池；10、邻井外加磁场发生器控制线路；11、第三输送管线；12、钻井液回流管线；13、地面磁力计；14、地面；15、邻井；16、随钻监测井；17、邻井外加磁场发生器；18、钻柱；19、裂缝；20、溶洞。

具体实施方式

如图1所示，基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，包括：实时数据采集与处理中心1、地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路2、高压泵组3、第一输送管线4；第二输送管线5，第一控制阀门6、第二控制阀门7、磁流体容器8、钻井液池9、邻井外加磁场发生器控制管线10、第三输送管线11、钻井液回流管线12、地面磁力计13、邻井外加磁场发生器17。

磁流体容器8中储存纳米磁流体，所述的纳米磁流体是由基载液、表面活性剂和直径为纳米量级的磁性固体颗粒混合组成的一种稳定的胶状液体。纳米量级的磁性固体颗粒由元素周期表中D区元素的金属颗粒或氧化物颗粒组成，其成分包括但不限于钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锆、铌、钼、铑、钯、钇、铪、钽、钨、铂或者上述元素的任意组合。

所述的磁流体容器8经过第一输送管线4与高压泵组3连接；钻井液池9经过第二输送管线5与高压泵组3连接；第一输送管线4上设有第一控制阀门6，第二输送管线5上设有第二控制阀门7；第一控制阀门6、第二控制阀门7分别控制所述磁流体、钻井液流入高压泵组3；高压泵组3通过第三输送管线11与随钻监测井16的钻柱18相连，随钻监测井16的钻井液回流管线12连接至钻井液池9。

所述的邻井外加磁场发生器17置于邻井15井筒内，通过调节外加磁场发生器控制管线10，使邻井15井筒内的井外加磁场发生器17与随钻监测井16的钻头处于相同深度。实时数据采集与处理中心1位于地面14；邻井外加磁场发生器17通过外加磁场发生器控制管线10与实时数据采集与处理中心1连接，通过实时数据采集与处理中心1可以控制邻井外加磁场发生器17的深度及产生磁场的大小。

所述的邻井外加磁场发生器17使漏失到随钻监测井16的裂缝19、溶洞20内的纳米磁流体磁化而增强磁场强度。

四个地面磁力计13放置在以随钻监测井16为中心的正方形的四个角上，每个磁力计与随钻监测井16的距离为50米，并且经过地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路2与实时数据采集与处理中心1连接。

所述的地面磁力计13检测渗入纳米磁流体前的背景磁场和注入纳米磁流体后的强化磁场；地面磁力计13为超导量子干涉仪。

所检测的背景磁场和强化磁场信息通过地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路2传输至实时数据采集与处理中心1。所述的实时数据采集与处理中心1根据采集的背景磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出裂缝19和溶洞20中进入纳米磁流体后产生的磁异常，然后根据磁异常参数、纳米磁流体的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到裂缝19和溶洞20的大小、位置及连通关系。

正常钻进，即钻井液不发生漏失的时候，关闭第一控制阀门6，打开第二控制阀门7，钻井液通过第二输送管线5进入高压泵组3增压，经增压后的高压钻井液经过第三输送管线11进入随钻监测井16的监测井钻柱18内，然后钻井液经钻头喷出，再经环空返回到地面，进入钻井液回流管线12进入钻井液池中，完成钻井液循环。

当钻井过程中发生钻井液液漏失情况时，保持第二控制阀门7打开的同时，打开第一控制阀门6，让所述的磁流体容器8中的纳米磁流体通过第一输送管线4与钻井液池9中的钻井液通过第二输送管线5同时进入高压泵组3增压，经增压后的含有高压纳米磁流体经过第三输送管线11进入随钻监测井16的钻柱18内，从钻头喷出，然后在高的钻压和钻井液重力的作用下漏失进入裂缝19、溶洞20。

所述的裂缝19和溶洞20为碳酸盐岩地层原始存在的裂缝和溶洞。

基于纳米磁流体的随钻缝洞检测方法，采用上述检测系统，在建好井场准备开钻之前布置好相应的设备，当钻进过程中遇到钻井液漏失的情况时，开始进行地下缝洞系统的监测，具体步骤如下：

步骤1：钻井前布置检测设备

在井场建成之后、开钻之前，将邻井外加磁场发生器17通过外加磁场发生器控制管线10下放到邻井15内，下放深度根据为该区块地层对比及地质研究预测的缝洞型储层中部深度。

安装磁流体容器8与高压泵组3之间的第一输送管线4和第一输送管线4上的第一控制阀门6；安装钻井液池9与高压泵组3之间的第二输送管线5和第二输送管线5上的第二控制阀门7；第三输送管线11连接到高压泵组3和随钻监测井16的钻柱18上，将钻井液回流管道12连接地面14的钻井液池9。

安装地面磁力仪，将四个地面磁力仪13分别放置在以随钻井测井为中心的正方形的四个角上，每个地面磁力仪与随钻监测井16的距离时地面情况而定，不少于50米。地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路2将四个地面磁力仪13连接到实施数据采集与处理中心1上。

步骤2：正常钻进过程

正常钻进过程指钻井液不发生漏失的情况，开启第二控制阀门7，使钻井液在钻井液循环系统里循环。当随钻监测井16钻开深度接近该区块缝洞型储层的顶部深度时，启动邻井外加磁场发生器17与地面磁力计13，启动实时数据采集与处理中心1，测量初始背景磁场。

步骤3：钻井液发生漏失时

当钻井过程中发生钻井液漏失情况时，随钻监测井16的监测井钻柱18继续钻进，在保持第二控制阀门7打开的同时，打开第一控制阀门6，让所述的磁流体容器8中的纳米磁流体通过第一输送管线4与钻井液池9中的钻井液通过第二输送管线5同时进入高压泵组3增压，经增压后的含有高压纳米磁流体经过第三输送管线11进入随钻监测井16的监测井钻柱18内，从钻头喷出，然后在高的钻压和钻井液重力的作用下漏失进入裂缝19、溶洞20。

所述的含有纳米磁流体的钻井液不断漏失到地层裂缝19或溶洞20中，在外加磁场的作用下形成一个高磁化区域，地面磁力仪13测量纳米磁流体进入裂缝或溶洞后的强化磁场。

步骤4：根据测量所得到的纳米磁流体进入储层裂缝之后的强化磁场和纳米磁流体进入储层裂缝或溶洞之前的背景磁场，由实时数据采集与处理中心1进行数据预处理后得到与地面14所对应的磁异常数据，然后通过磁异常数据反演出裂缝的展布和溶洞的大小位置。

步骤5：当含有纳米磁流体的钻井液不断从地面套管钻井液出口流出时，说明含有纳米磁流体的钻井液不再渗入地层，关闭第一控制阀门6，钻井液池9中的钻井液经高压泵组3加压后进入随钻监测井16中。根据钻井风险评估，可选择就地完钻，结束钻井或者继续钻进。按照步骤2的过程进行。当再次遇到钻井液漏失的情况时，按照步骤3、步骤4以及步骤5的过程进行。

Claims (10)

1.一种基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，包括：实时数据采集与处理中心、地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路、高压泵组、第一输送管线；第二输送管线，第一控制阀门、第二控制阀门、磁流体容器、钻井液池、邻井外加磁场发生器控制管线、第三输送管线、钻井液回流管线、地面磁力计、邻井外加磁场发生器；其特征在于：

所述的磁流体容器经过第一输送管线与高压泵组连接；钻井液池经过第二输送管线与高压泵组连接；第一输送管线上设有第一控制阀门，第二输送管线上设有第二控制阀门；高压泵组通过第三输送管线与随钻监测井的钻柱相连，随钻监测井的钻井液回流管线连接至钻井液池；

所述的邻井外加磁场发生器置于邻井井筒内，邻井外加磁场发生器通过外加磁场发生器控制管线与实时数据采集与处理中心连接；

地面磁力计经过地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路与实时数据采集与处理中心连接。

2.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：通过调节外加磁场发生器控制管线，使邻井井筒内的井外加磁场发生器与随钻监测井的钻头处于相同深度。

3.根据权利要求1-2所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：地面磁力计设有四个，四个地面磁力计放置在以随钻监测井为中心的正方形的四个角上，每个磁力计与随钻监测井的距离为50米。

4.根据权利要求1-2所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：所述的地面磁力计检测渗入纳米磁流体前的背景磁场和注入纳米磁流体后的强化磁场；地面磁力计为超导量子干涉仪。

5.根据权利要求1-4所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：实时数据采集与处理中心位于地面。

6.根据权利要求1-5所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：所述的邻井外加磁场发生器使漏失到随钻监测井的裂缝、溶洞内的纳米磁流体磁化而增强磁场强度。

7.根据权利要求1-6所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：所述的实时数据采集与处理中心根据采集的背景磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出裂缝和溶洞中进入纳米磁流体后产生的磁异常，然后根据磁异常参数、纳米磁流体的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到裂缝和溶洞的大小、位置及连通关系。

8.根据权利要求1-7所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：所述的裂缝和溶洞为碳酸盐岩地层原始存在的裂缝和溶洞。

9.根据权利要求1-8所述的基于纳米磁流体钻井液的随钻缝洞检测系统，其特征在于：磁流体容器中储存纳米磁流体，所述的纳米磁流体是由基载液、表面活性剂和直径为纳米量级的磁性固体颗粒混合组成的一种稳定的胶状液体。

10.一种基于纳米磁流体的随钻缝洞检测方法，采用权利要求1-9所述的检测系统，在建好井场准备开钻之前布置好相应的设备，当钻进过程中遇到钻井液漏失的情况时，开始进行地下缝洞系统的监测，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：钻井前布置检测设备

在井场建成之后、开钻之前，将邻井外加磁场发生器通过外加磁场发生器控制管线下放到邻井内，下放深度根据为该区块地层对比及地质研究预测的缝洞型储层中部深度；

安装磁流体容器与高压泵组之间的第一输送管线和第一输送管线上的第一控制阀门；安装钻井液池与高压泵组之间的第二输送管线和第二输送管线5上的第二控制阀门；第三输送管线连接到高压泵组和随钻监测井的钻柱上，将钻井液回流管道连接地面的钻井液池；

安装地面磁力仪，将四个地面磁力仪分别放置在以随钻井测井为中心的正方形的四个角上，每个地面磁力仪与随钻监测井的距离时地面情况而定，不少于50米；地面磁力计和实时数据采集与处理中心通讯线路将四个地面磁力仪连接到实施数据采集与处理中心上；

步骤2：正常钻进过程

正常钻进过程指钻井液不发生漏失的情况，开启第二控制阀门，使钻井液在钻井液循环系统里循环；当随钻监测井钻开深度接近该区块缝洞型储层的顶部深度时，启动邻井外加磁场发生器与地面磁力计，启动实时数据采集与处理中心，测量初始背景磁场；

步骤3：钻井液发生漏失时

当钻井过程中发生钻井液漏失情况时，随钻监测井的监测井钻柱继续钻进，在保持第二控制阀门打开的同时，打开第一控制阀门，让所述的磁流体容器中的纳米磁流体通过第一输送管线与钻井液池中的钻井液通过第二输送管线同时进入高压泵组增压，经增压后的含有高压纳米磁流体经过第三输送管线进入随钻监测井的监测井钻柱内，从钻头喷出，然后在高的钻压和钻井液重力的作用下漏失进入裂缝、溶洞；

所述的含有纳米磁流体的钻井液不断漏失到地层裂缝或溶洞中，在外加磁场的作用下形成一个高磁化区域，地面磁力仪测量纳米磁流体进入裂缝或溶洞后的强化磁场；

步骤4：根据测量所得到的纳米磁流体进入储层裂缝之后的强化磁场和纳米磁流体进入储层裂缝或溶洞之前的背景磁场，由实时数据采集与处理中心进行数据预处理后得到与地面所对应的磁异常数据，然后通过磁异常数据反演出裂缝的展布和溶洞的大小位置；

步骤5：当含有纳米磁流体的钻井液不断从地面套管钻井液出口流出时，关闭第一控制阀门，钻井液池中的钻井液经高压泵组加压后进入随钻监测井中；根据钻井风险评估，可选择就地完钻，结束钻井或者继续钻进。

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