随钻测井数据实时采集与远程传输系统

吴宝玉, 张树东, 胡振平, 齐宝权, 杨争发

(中国石油川庆钻探工程有限公司测井公司, 重庆 400021)

0 引 言

随钻地质导向技术通过同步跟踪近钻头地层情况,及时了解地下储层的情况[1-2],根据储层展布和物性作出调整,提高对目的层和有利部位的钻遇率。随钻实时数据采集与远程传输系统是构建随钻远程实时控制中心的关键技术。通过对现场参数采集、远程数据传输与网络发布、实时数据查询与显示、数据存贮等系统研究,设计井场随钻实时解码及远程传输设备,在服务器端基于集群服务器与远程接收软件构建了远程实时处理中心,并开发了基于web的远程实时发布系统,实现对钻井现场信息的采集、存储、传输、共享、分析,达到对钻井施工过程进行有效监测的目的。同时,为油田管理者进行科学决策实时提供现场数据和图形,实时监控井眼轨迹和钻头储层位置[3-4],及时修正和调整导向指令,从而达到远程指导现场工作、提高钻井时效与质量、控制钻井成本的目的。

1 系统设计与开发

为建立随钻数据实时采集与远程传输系统运行架构,在数据采集发送服务器中,基于SQL SERVER 2005平台[5],建立了水平井远程实时监控系统实钻数据库。数据釆集发送服务器安装了水平井远程实时监控系统实钻数据库,并配套有数据接收、发送、转存和管理软件(C/S)。井场分别装有随钻测量数据采集软件,将采集的随钻数据实时发送到数据采集/发送服务器中,数据采集/发送服务器通过数据接收软件,将随钻数据存入数据库,并实时地通过数据转存软件,将随钻数据库中数据转存到水平井远程实时监控系统实钻数据库,而且,数据接收转存服务器配套有通过网络数据接收与转存软件,将井场服务器中的数据传回数据接收转存基地服务器中,供各用户使用。

1.1 系统总体设计

随钻测井数据远传与网络发布系统基本框架采用B/S架构,实时信息中实时数据曲线图模块采用C/S架构,各个井场的数据通过网络传输,并存储于中心数据库服务器。用户通过客户端访问服务器,实现对随钻测井数据的远程查询工作。体统主要由随钻测井数据采集及远程传输、远程接收、服务中间件和网络发布4个子系统组成。随钻测井数据网络发布系统功能见图1。

图1 随钻测井参数网络发布系统总体架构图

1.2 采集技术与数据库设计

随钻测井数据采集与数据库系统属于随钻测井数据远程传输与网络发布系统中的数据采集端,主要功能是采集实时随钻数据,解析成标准数据格式,远程传输到基地,为实时数据显示和查询提供数据支持。前端采集数据包括从仪器自动采集的随钻伽马、钻时、气测等实时数据及常规录井岩屑描述等手工整理数据,采集软件通过实时监听MWD/LWD、综合录井仪广播接口或仪器数据库,动态获取仪器钻、录、测等各项实时数据,并解析成wits格式标准数据,进行实时远程不间断传输,前端采集软件可支持斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿等多家公司的测井系列。随钻实时数据主要包括深度数据、时间数据、钻井数据、钻井平台数据,随钻测井数据(伽马、电阻率、中子等)、井斜数据、钻头数据、状态数据等。

由于随钻测井实时返回的数据量较大,如果对每口井都建立1个数据库文件,则用户访问数据库时,数据传输速度将会变得很低,需要优化数据库的设计。同时,钻井作业区远离信号基站,数据通信会时断时续。为了避免这种情况影响随钻测井数据实时远程传输,设计了2种数据传输方法:在通信通畅的条件下选用SQL数据库远程连接,以保证数据通信速度;在通信不畅的条件下使用基于Windows Stoket网络编程接口的客户端/服务器程序,以保证在通信中断时保存断点时状态,在通信恢复后自动恢复随钻测井数据传输。

1.3 实时数据Web方式显示

图2 C/S模式实时数据显示总体架构图

随钻测井数据远传及网络发布系统主要目的是实现井场随钻测井数据的远程实时显示,以根据实时数据分析施工情况。这些数据是网络查询系统呈现的主要数据。随钻数据实时采集与远程传输系统通过使用图形编程,把从井场传回的数据直观地显示在web界面上,并将数据进行分类浏览,提供客户端控件和相应工具软件下载。针对随钻测井数据具有数据量大、数据安全性和实时性要求高等特点以及测井图形显示较复杂的要求,系统采用B/S与C/S结合模式[6-7]。其中,实时信息中实时数据曲线、实时地质导向模块采用C/S架构,通过在网站中调用实时数据曲线控件或实时地质导向控件,以中间件为数据中间平台,作为web实时数据显示的方法,其构架图如图2所示。实时数据查询、随钻井斜数据表等相关信息查询采用B/S架构。各个井场数据通过Internet网或者公司内部网络远程发送,中心数据库服务器接收系统实时接收数据并实时存储,最终通过web直接实时显示。web实时数据显示主要包括实时数据查询、随钻井斜数据表、实时数据曲线以及实时地质导向等。

1.4 随钻数据网络发布

随钻测井数据网络发布系整体功能分为6个模块:实时信息、井基本信息、用户管理、消息管理、系统管理、上传与下载。

实时信息功能模块针对测井实时信息的查询设计,分为实时数据曲线显示、实时数据查询、随钻井斜数据查询和随钻录井数据查询4部分。随钻测井数据查询都是基于单井为最小单位的查询。因此,系统必须配备对井的基本信息的管理功能。井的基本信息模块分为井的信息管理、基本信息查询、信息维护以及状态查询4部分。不同的用户赋予不同的查询权限,有利于对系统的维护和随钻测井数据的保护。用户管理主要功能是用户的增加、删除,用户资料的维护,用户的权限管理以及用户密码修改和重置。系统用户之间需要互相沟通交流、发送消息,上下机构之间需要发送和接收通知,据此,系统设置了消息管理功能模块,此模块包括了消息接收和消息发布两大功能[8-10]。

系统的查询基本对象为单井,单井有自己的所属井队、公司以及地区和构造位置,不同的单井的属性不同,增加新井时可能会伴随着地区和构造位置等属性参数的变动,同时公司对下属机构的管理,可能会带来井队等机构的变化。因此,设置了系统管理功能,主要针对机构和参数的管理,包括机构管理和参数管理两大功能。查询实时数据曲线图需要用到实时数据曲线控件,上传下载功能模块为用户提供控件下载,使得在未安装实时数据控件的情况下能够方便、快速地安装[11-13]。另外,在工作中,系统用户之间、机构之间需要共享资料,上传下载功能模块提供了资料上传与下载功能。

1.5 随钻测井数据服务中间件系统

图3 数据服务中间件逻辑模型示意图

数据服务中间件系统是客户访问数据库的接口,可简单描述为工作过程:应用逻辑层提出数据请求,数据服务中间件解析请求,从自身的配置数据库中读取有关该应用逻辑的配置信息(该信息包含了应用所需使用的数据源的信息),根据信息描述与数据服务器建立连接,如果连接成功,则可执行应用逻辑的数据访问操作。数据服务中间件是用来连接数据服务器和客户应用的中间软件层(见图3)。随钻测井数据服务中间件系统属于随钻测井数据远程传输与网络发布系统中的一部分,主要功能是响应各用户对数据的查询请求,从中心数据库服务器中提取相应的数据,通过互联网发送到各用户客户端[14-16]。为保证服务器能随时接收和下载数据,随钻测井数据远程接收系统和随钻测井数据服务中间件系统必须一直处于运行状态。

2 应用情况

川庆测井随钻数据实时采集与远程传输系统,在四川油气田18个油井的现场施工中进行了推广应用。该系统能进行实时数据捕获、解析,并传回基地服务器,使油区管理者进行实时数据显示和查询,快速分析决策[17-20]。

图4 A井实时曲线显示与邻井对比图(左图是某井的随钻实时曲线,右图是该井的邻井测井曲线)

图4是在A井应用该系统的随钻数据实时显示与邻井的对比图。通过实时对比,确定A井在3 658.7、3 697.7 m和3 814.3 m分别进入不同的3个层段。从自然伽马成像可实时看出,进入龙1a后至4 600 m,轨迹总体上是保持缓慢下切的趋势,上倾1.5°左右。4 200～4 600 m段方位伽马所测的井筒低边伽马值总体比井筒高边伽马值大40～60 API,也说明轨迹是在下切地层,因此,在实时导向过程中在4 400 m以后缓慢增加井斜,将井斜控制在92°～93°度之间,4 550 m以后将井斜增至93°～93.5°,使轨迹稍微靠地层上部钻进。通过轨迹调整后,从实时伽马成像看,发现自4 600 m后,轨迹明显上切地层,地层倾角3°左右上倾,此时轨迹开始上返,同时将井斜调整稳定在92°～93°之间钻进。在4 750～4 865 m井段,方位伽马所测井筒高低边伽马值和井筒左右伽马值基本一致,反映该段轨迹基本顺储层钻进,因此该段稳斜钻进。井段4 896～4 950 m,井筒低边伽马值明显比井筒高边伽马值大100 API以上,说明后续地层略变陡,轨迹有下切地层趋势。此时,略增井斜,井斜调至92.5°～93.5°使轨迹基本位于箱体中部,直到完钻(见图5)。

该案例中井眼实钻情况和设计轨迹差别较大,钻前只能分析出地层的总体趋势,而无法确定其中起伏变化。导向过程中需要通过实时曲线分析,对设计模型不断修正,恢复地层的真实形态。现场地质导向工程师通过实时采集和远程传输系统及时将测井数据和录井数据传回石油公司和工程服务基地办公室,三方专家及时交流信息,讨论调整钻进决策,通过伽马值的高低、曲线特征,确定井眼轨迹在箱体中的相对位置,分析轨迹的上、下切地层状况,进一步分析地层倾角的变化情况,及时修正模型,最终完成了1 500 m水平段钻进,龙1a地层钻遇率达到100%,实现了地质设计目标,说明该系统在随钻地质导向中起到了重要作用,能够为多人异地进行分析和决策提供技术支持。

图5 A井完钻地质导向模型图

3 结束语

测井随钻测井数据实时采集与远程传输系统的开发,使测井解释人员、钻井工程师、地质工程师能够在后方应用丰富的地质数据资源,对随钻测量数据进行处理,指导现场工程师实时调整钻井措施,控制钻具穿行在油藏最佳位置,从而有效提高工作效率,节约钻井成本,减少钻井风险,为实现安全、高效、快速、科学钻井提供了重要手段。

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