CN101649739A - 一种提高地层电阻率测量精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开发过程中油层监测技术，是利用过套管电测井提高地层电阻率测量精度的方法，在测井井下仪器纵向沿轴线上安装电极，以相同的电流和不同的频率同时测量，进行上电极供电时的测量和下电极供电时的测量，记录在各测量电极不同频率的二阶电位差，上、下电流电极分别在测量电极之间产生的电位差，上、下电流电极在测量电极电极上的参考电位以及上、下电流电极的工作电流，计算消除套管电导变化对地层电阻率测量的影响。本发明采用对称分布于测量电极两侧的电流电极同时发射不同频率相同大小电流消除了套管电导变化的影响，提高了测井精度和速度。

Description

一种提高地层电阻率测量精度的方法

涉及领域

本发明涉及石油开发过程中油层监测技术，具体是一种利用过套管电测井提高地层电阻率测量精度的方法。

背景技术

现有的过套管电阻率测井为了实现测量目的，在每一次点测阶段的第一步由仪器中发射电极发射低频交流电，测量电极与套管紧密接触，每次测量使用其中的三个电极，每一对电极中的电压压降认为是漏失到地层中的电流造成的电压降和套管压降总和，第二步，刻度阶段，只需测量由套管的阻抗所造成的电压变化。

第一步：测量阶段，过套管电阻率仪器上端的电流电极发射电流，发射电流通过的路径与裸眼井的侧向测井一样。到达套管后，它有两种途径到达地面的回路电极；大多数电流直接通过钢质套管，但有一部分漏失电流在地层中流动到达回路电极。仪器上有三组电压电极C、D、E接触套管，通过测定每对电极间的压降以测定漏失的地层电流和套管内的阻抗变化关系。

第二步：刻度阶段，发射电流的位置不变，但直接经套管到达置于仪器最下方的电流电极，泄漏到地层的电流可忽略，因为电流不需要地层即可完成回路。使用与第一步相同的电压电极测定套管电阻抗。对比两步测量的测量值的差异，即可计算出地层漏失电流。还仍需要知道套管电压值以计算地层电阻率。要实现这一测量，需使用单独的测试步骤以直流电取代交流电，从过套管电阻率仪器底部电流电极注入电流，经过第一步即测量阶段相同的路径到达地面参考电极。被测量到的是过套管电阻率仪器下端的电流电极到位于地面另一参考电极之间的电压值。此时利用公式(1)计算地层的电阻率R_a：

$R_a=K\frac{\mathrm{Vds}}{I_{\mathrm{for}}}---\left(1\right)$

式中V_ds是井底到地面的电压差；I_for是地层电流，k为仪器刻度常数。

现有的方法，需要刻度过程消除套管电导变化的影响，这样降低了测井速度。另外，在套管接箍的地方，测量的地层电阻率畸变严重见附图2。

随着油田开发的深入，大部分油田进入开采中后期，目前在套管井中应用的方法主要是核测井。这种方法对于岩层孔隙度小于15％，C/O碳氧比测井则不能进行测量；当地层水矿化度小于20PPK时，中子俘获截面测井也不适用。

过套管电阻率测井方法的应用，克服了上述问题。但是，目前的套管井电阻率技术不能消除由于套管形状变化、厚度变化和接箍的出现等套管的非均匀变化，还包括射孔洞、套管鞋等所引起的误差，有些方法在消除这些误差时又导致测井时间过长。套管的非均匀变化包括两种：一是由于套管接箍的存在引起的套管厚度的增大，这导致套管局部电导增加；另一是由于套管的损伤引起的套管变薄，这种厚度的降低引起套管局部电阻增大。对应套管接箍位置，套管电位突然变化缓慢，体现为斜率减小，这是由于套管接箍存在，套管变厚，套管电导增加，电位下降缓慢，对应套管厚度变薄位置，套管电位突然变化加快，表现为斜率突然增大，这是由于套管厚度变小，套管阻抗增加，因此电位下降加快。这种电位的突然变化缓慢或加快，导致套管厚度变化的深度附近的二阶电位差出现奇异值甚至是负值，使计算得到的视电阻率曲线出现极值和不易解释的现象，影响了地层电阻率测量的精度。

发明内容

本发明目的在于提供一种消除套管电导非均匀变化，提高地层电阻率测量精度的方法。

本发明采用以下技术方案：

1)在测井井下仪器纵向沿轴线上安装5个推靠臂，每个推靠臂的极板上安装电极；

步骤1)所述的电极包括测量电极和置电流电极，测量电极之间的电极距为0.4-0.8米，在测量电极的上和下方对称放置电流电极。

上述测量电极是3个，顺序为C、D、E，测量电极之间的电极距为0.4-0.8米，测量电极的上和下方对称各放置1个电流电极，为A，F。

2)以相同的电流和不同的频率同时测量；

步骤2)所述的相同的工作电流为4-7安培。

步骤2)所述的工作频率是上电流电极为1Hz，下电流电极工为5Hz。

3)进行上电极供电时的测量和下电极供电时的测量，记录在各测量电极不同频率的二阶电位差，上、下电流电极分别在测量电极C、E之间产生的电位差，上、下电流电极在D电极上的参考电位以及上、下电流电极的工作电流；

4)采用以下公式消除套管电导变化对地层电阻率测量的影响，Ra为地层的视电阻率：

$R_a=K\×[\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)}{I_A}+\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)}{I_F}]---\left(2\right)$

$\×\left\{\frac{I_A{I}_F[U_0\left(I_A\right)+U_0\left(I_F\right)]}{(I_A+I_F)[I_A{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+(I_F-I_A)[I_A{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)]}\right\}$

其中：

I_A和I_F为供电电极频率分别为1Hz、5Hz的大小相同的电流；

U₀(I_A)和U₀(I_F)为分别由I_A和I_F产生的记录深度点D附近的套管电位；

V_CE(I_A)、V_CE(I_F)为一阶电位差；

V_CDE(I_A)和V_CDE(I_F)为二阶电位差；

K为电极系数，由所使用的仪器确定。

本发明采用对称分布于测量电极两侧的电流电极同时发射不同频率相同大小电流消除了套管电导变化的影响，提高了测井精度和速度。

附图说明

图1过套管电阻率仪器测量电极排列图。

图2为使用传统的过套管电阻率公式计算出套管接箍处地层电阻率的响应；

图3为本发明得到的套管接箍处地层电阻率的响应。

具体实施方式

下面结合附图作进一步详细的说明本发明。

本发明采用对称补偿法电极排列消除套管变化的影响。因此，在上供电电极和下供电电极在不同的频率下同时工作不用刻度模式，而只保留测量模式，即通过不同频率的测量模式完成过套管电阻率的测量。见图1测量模式示意图。

本发明具体实施步骤如下：

1)井下仪器纵向沿轴线上安装有五个推靠臂，每个推靠臂的极板上有电极；

步骤1)所述的电极包括测量电极和置电流电极，测量电极之间的电极距为0.4-0.8米，测量电极的上、下对称的放置电流电极。

步骤1)所述的电极有其中三个测量电极为C，D，E，测量电极之间的电极距为0.4-0.8米，测量电极的上、下对称的放置电流电极A，F。

2)测量时以相同的电流和不同的频率同时测量；

步骤2)所述的相同的工作电流为4-7安培。

步骤2)所述的工作频率用上电流电极工作频率为1赫兹，下电流电极工作频率为5赫兹。

3)进行上电极供电时的测量和下电极供电时的测量，记录在各测量电极记录不同频率的二阶电位差，上、下电流电极分别在测量电极C、E之间产生的电位差，上、下电流电极在测量电极D电极上的参考电位以及上、下电流电极的工作电流；

4)采用以下公式得到消除套管电导变化对地层电阻率测量的影响；Ra为地层的视电阻率，计算如下式(2)

$R_a=K\×[\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)}{I_A}+\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)}{I_F}]---\left(2\right)$

$\×\left\{\frac{I_A{I}_F[U_0\left(I_A\right)+U_0\left(I_F\right)]}{(I_A+I_F)[I_A{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+(I_F-I_A)[I_A{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)]}\right\}$

式(2)中需要记录的数据包括：两个供电电极的频率分别为1Hz、5Hz的大小相同的I_A和I_F电流；测量得到记录深度点D附近的套管电位分别由I_A和I_F产生的U₀(I_A)和U₀(I_F)；一阶电位差V_CE(I_A)、V_CE(I_F)和二阶电位差V_CDE(I_A)和V_CDE(I_F)；K为电极系数，与仪器结构有关，可以实验方法或数值模拟方法得到。

从过套管电阻率测井的实用测量公式(2)可以看出，本发明涉及到一阶电位差(V_CE)和二阶电位差(V_CDE)的测量，同时，与供电电流大小有关，不需要刻度模式。式(2)中右端第一项为仪器系数K，而第二项就是与套管有关的系数。

本发明通过测量模式即可完成过套管电阻率测量，可以提高测量速度。对具体仪器，通过调节I_A和I_F大小，满足C电极和D电极的电位相等。对两个供电电极A和F，可采用频分方式完成A和F供电条件下的测量，即电极A和F同时工作，电流的频率上电流电极采用1Hz，下电流电极采用5Hz不同频率，利用频率区分信号。图2为使用传统的过套管电阻率公式计算出套管接箍处地层电阻率的响应，套管接箍电导变化引起的地层电阻率的突变，套管变薄部分的位置：0.0～2.0m，厚度0.005m。图3是本发明得到的套管接箍处地层电阻率的响应，套管接箍位置：0.0～2.0m，套管接箍部分的厚度0.02m。

Claims (6)

1、一种提高地层电阻率测量精度的方法，其特征采用以下步骤：

1)在测井井下仪器纵向沿轴线上安装5个推靠臂，每个推靠臂的极板上安装电极；

2)以相同的电流和不同的频率同时测量；

3)进行上电极供电时的测量和下电极供电时的测量，记录在各测量电极不同频率的二阶电位差，上、下电流电极(A、F)分别在测量电极(C、E)之间产生的电位差，上、下电流电极在测量电极(D)电极上的参考电位以及上、下电流电极的工作电流；

4)采用以下公式消除套管电导变化对地层电阻率测量的影响，Ra为地层的视电阻率：

$R_a=K\×[\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)}{I_A}+\frac{V_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+V_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)}{I_F}]---\left(2\right)$

$\×\left\{\frac{I_A{I}_F[U_0\left(I_A\right)+U_0\left(I_F\right)]}{(I_A+I_F)[I_A{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CDE}}\left(I_A\right)+(I_F-I_A)[I_A{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_F\right)+I_F{V}_{\mathrm{CE}}\left(I_A\right)]}\right\}$

其中：

I_A和I_F为供电电极频率分别为1Hz、5Hz的大小相同的电流；

U₀(I_A)和U₀(I_F)为分别由I_A和I_F产生的记录深度点D附近的套管电位；

V_CE(I_A)、V_CF(I_F)为一阶电位差；

V_CDE(I_A)和V_CDE(I_F)为二阶电位差；

K为电极系数，由所使用的仪器确定。

2、根据权利要求1所述的提高地层电阻率测量精度的方法，其特征是所述的电极包括测量电极和置电流电极。

3、根据权利要求1或2所述的提高地层电阻率测量精度的方法，其特征是上述测量电极是3个，顺序为C、D、E，测量电极之间的电极距为0.4-0.8米。

4、根据权利要求1或2所述的提高地层电阻率测量精度的方法，其特征是在测量电极的上和下方对称各放置1个电流电极(A、F)。

5、根据权利要求1所述的提高地层电阻率测量精度的方法，其特征是步骤2)所述的相同的工作电流为4-7安培。

6、根据权利要求1所述的提高地层电阻率测量精度的方法，其特征是步骤2)所述的工作频率是上电流电极为1Hz，下电流电极工为5Hz。

Images