CN101749013A - 一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法 - Google Patents

Abstract

一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法，包括提供上下两个电流电极，分别对套管及地层施加电流；提供至少三个测量电极，以中间测量电极所对应的地层电阻率作为测量的最终目标；测量向上下两个电极所供给的电流的大小、中间测量电极的电位以及各测量电极之间的电位差；设定A、B点分别为上下电流电极与套管接触的点，M1、N、M2分别为三个测量电极与套管接触的点；通过以下一定公式计算得出视电阻率。本发明有助于消除套管电阻的变化对最终测量结果的影响。

Description

一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法

技术领域

本发明涉及一种测量油井周围地层电阻率的方法，具体涉及一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法。

背景技术

测量地层的电阻率是弄清楚油层的油量储备情况以及油层的分布情况的一种重要的方法。在没有下套管的裸眼井中，可以通过向地层注入电流并且测量相应地层的电位并通过相应的计算方法来确定地层的电阻率，但是在已经下套管的油井中，由于套管对电流的导通作用，无法采用直接的方法对地层进行电阻率的测量，但是在许多老井中，由于时间的推移以及以前进行裸眼井测量时技术的差异，许多油层并未被发现，在油气资源日渐枯竭的今天，对套管井进行重新测量以挖出其中的潜力显得很有必要。

与本方法相近的现有技术方法是对套管井施加电流，以多个测量电极以及多步的测量来确定套管的电阻率进而求出地层的电阻率，这种技术要求测量电极对称放置，并且当套管电阻发生变化时，对油井周围地层的测量值会有较大的失真，需要一定的校正方法对这种情况进行校正，另有的相近技术方法在测量方法上存在着较大的区别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法，其能在套管井中测量出油井周围地层的电阻率，并且本方法有助于消除套管电阻的变化对最终测量结果的影响。

本发明的技术解决方案是：

一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法，其特殊之处在于，该方法包括以下步骤：

1)提供上下两个电流电极，分别对套管及地层施加电流；

2)提供至少三个测量电极，以中间测量电极所对应的地层电阻率作为测量的最终目标；

3)测量向上下两个电极所供给的电流的大小、中间测量电极的电位以及各测量电极之间的电位差；

4)设定A、B点分别为上下电流电极与套管接触的点，M1、N、M2分别为三个测量电极与套管接触的点；

通过以下公式计算得出视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_N=2\×K\×\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}}{I_a(U_{\mathrm{ANb}}-U_{\mathrm{Nb}})+I_b(U_{\mathrm{BNa}}-U_{\mathrm{Na}})}\×(1+\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{\mathrm{AM}1b}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{\mathrm{AM}1a}}{U_{\mathrm{ANb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}-U_{\mathrm{ANa}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}})$ 其中

其中ρ_N是中间测量电极的视电阻率，单位：Ω·m

K为仪器系数，单位：m

I_a为上电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

I_b为下电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

U_Na为上电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_Nb为下电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_ANa为上电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_ANb为下电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_M1Na为上电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_M1Nb为下电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_AM1a为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_AM1b为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_BNa为上电流电极供电时下电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V。

上述测量电极的个数可以根据需要增加，位置并不要求严格相对于中间测量电极对称。

本发明能在套管井中测量出油井周围地层的电阻率，并且有助于消除套管电阻的变化对最终测量结果的影响。

附图说明

图1为本发明流程原理示意图；

图2为本发明原理建立模型图；

图3为本发明测量电路原理示意图。

具体实施方式

本发明需要上下两个电流电极对套管及地层施加电流，需要至少三个测量电极，以中间测量电极所对应的地层电阻率作为测量的最终目标。轮流从上下两个电流电极输出电流，电流通过套管并且渗透到地层中，在相距一定距离的套管上就会产生压差，电压差值的大小表征着地层电阻率的大小。

需要测量的值有：向上下两个电极所供给的电流的大小，中心测量电极的电位以及各测量电极之间的电位差。

测量电极的个数可以根据需要增加，位置并不要求严格相对于中央测量电极对称。地层的视电阻率由以下的公式给出：

${\mathrm{\ρ}}_N=2\×K\×\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}}{I_a(U_{\mathrm{ANb}}-U_{\mathrm{Nb}})+I_b(U_{\mathrm{BNa}}-U_{\mathrm{Na}})}\×(1+\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{\mathrm{AM}1b}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{\mathrm{AM}1a}}{U_{\mathrm{ANb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}-U_{\mathrm{ANa}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}})$ 其中

其中ρ_N是中间测量电极的视电阻率，单位：Ω·m

K为仪器系数，单位：m

I_a为上电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

I_b为下电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

U_Na为上电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_Nb为下电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_ANa为上电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_ANb为下电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_M1Na为上电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_M1Nb为下电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_AM1a为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_AM1b为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_BNa为上电流电极供电时下电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V。

本方法的总体原理图如图1所示。

在图1中，1为供电电源的回流电极，2为为井下电流电极提供电流的电流源，电流源发出的电流经过套管和地层之后，最终回到地面的回流电极，电流源和回流电极以及地层构成一个电流回路，其中套管和地层作为负载。3为所测油井的套管，由于套管对电流的导通作用，大部分电流都经过导管流走，只有极少部分电流被渗透到地层中。4为连接井下电极与地面电源的供电与通信电缆，电缆负责将加到套管的电流导通到井下的电流电极上并将井下所测得的信号传输到地面上来，这里要求的电缆必须有良好的导电性能，能够承受5安培到10安培大小的电流。5为上供电电流电极，9为下供电电流电极，二者分时导通，在某一时间内分别导通电流到地层和套管中去，电流信号是作为整个测量系统的激励信号使用的。6为连接套管的接箍，接箍是连接两节套管的一个装置。7为三个测量电极，需要测量的是三个测量电极之间的电位差，这个电位差的大小表征着渗透到地层的电流的大小，流向地层的电流大小与地层的电阻率大小相关，所测量目的地层是中间测量电极所对应的地层。8为连接井下各个电极的电缆，这些电缆的作用是对井下各电极之间进行物理以及电信号上的连接。图中的虚线示意了不同的电流电极供电时电流的流向，上下两个电流电极轮流供电，电流通过套管并且一部分泄露到地层中，最终返回到回流电极中。

针对测量原理可以建立模型图如图2所示。

在图2中，A、B点分别为上下电流电极与套管接触的点，M1、N、M2分别为三个测量电极与套管接触的点，σ_A、σ_M1、σ_N、σ_M2、σ_B分别为各接触点所对应地层的电导，σ_AM1、σ_M1N、σ_NM2、σ_M2B分别为各接触点之间套管的电导，I_a、I_b分别为上下两个电流电极供电时供给电流的大小，U_N为中间测量电极所对应的电位，U_AN、U_BN分别为电流电极相对于中间电极的电位，U_M1N、U_M2N分别为上下两个测量电极与中间测量电极之间的电位差，K为单刀双掷开关，控制分时向两个电流电极供电，S为电流源。σ_N最终需要计算得出的结果。

这样建立模型的优点为：将各电极之间的套管的电阻作为一个整体进行计算，避开了套管电阻因为各种原因发生变化而引起的计算结果的变化，并且基于同样的原理，各个电极可以随便放置而不需要进行对称放置。

当上电流电极通以大小为I_a的电流时，对各接触点列节点电压方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Aa}}{\mathrm{\σ}}_A+U_{\mathrm{AM}1a}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}=I_a\\ U_{M1a}{\mathrm{\σ}}_{M1}+U_{\mathrm{AM}1a}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}+U_{M1\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}=0\\ U_{\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_N+U_{M1\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}+U_{\mathrm{NM}2a}{\mathrm{\σ}}_{M2N}=0\\ U_{M2a}{\mathrm{\σ}}_{M2}+U_{\mathrm{NM}2a}{\mathrm{\σ}}_{M2N}+U_{M2\mathrm{Ba}}{\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\\ U_{\mathrm{Ba}}{\mathrm{\σ}}_B+U_{M2\mathrm{Ba}}{\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\end{array}\right.$

其中，U_Aa、U_M1a、U_Na、U_M2a、U_Ba分别为上电流电极供电时，各接触点的电位，U_AM1a、U_M1Na、U_NM2a、U_M2Ba分别为上电流电极供电时各接触点之间的电位差，I_a为上电流电极供给电流的大小。

同理，当下电流电极供给大小为I_b的电流时，可以对各节点列节点电压方程如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{Ab}}{\mathrm{\σ}}_A+U_{M1\mathrm{Ab}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}=0\\ U_{M1b}{\mathrm{\σ}}_{M1}+U_{M1\mathrm{Ab}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}+U_{\mathrm{NM}1b}{\mathrm{\σ}}_{M1N}=0\\ U_{\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_N+U_{\mathrm{NM}1b}{\mathrm{\σ}}_{M1N}+U_{M2\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{M2N}=0\\ U_{M2b}{\mathrm{\σ}}_{M2}+U_{M2\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{M2N}+U_{\mathrm{BM}2b}{\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\\ U_{\mathrm{Bb}}{\mathrm{\σ}}_B+U_{\mathrm{BM}2b}{\mathrm{\σ}}_{M2B}=I_b\end{array}\right.$

其中的标号意义与上电流电极供电时意义相同，只是上电流电极供电时用a标号表示，下电流电极供电时用b标号表示。

又由于只是检测中间测量电极的电位，所以用个节点与中间测量电极之间的电位差来替换出各节点之间的电位差，其表达式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_A=U_N+U_{\mathrm{AN}}\\ U_B=U_N+U_{\mathrm{BN}}\\ U_{M1}=U_N+U_{M1N}\\ U_{M2}=U_N+U_{M2N}\\ U_{\mathrm{AM}1}=U_{\mathrm{AN}}-U_{M1N}\\ U_{M1A}=U_{M1N}-U_{\mathrm{AN}}\\ U_{\mathrm{BM}2}=U_{\mathrm{BN}}-U_{M2N}\\ U_{M2B}=U_{M2N}-U_{\mathrm{BN}}\end{array}\right.$

将此表达式代入到由上下电流电极供电而分别得到得节点电压方程组并将两个方程组进行合并，可以得到如下的方程组：

$\left\{\begin{array}{c}(U_{\mathrm{Na}}+U_{\mathrm{ANa}}){\mathrm{\σ}}_A+(U_{\mathrm{ANa}}-U_{M1\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}=I_a\\ (U_{\mathrm{Na}}+U_{M1\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{M1}-(U_{\mathrm{ANa}}-U_{M1\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}+U_{M1\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}=0\\ U_{\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_N-U_{\mathrm{MNa}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}+U_{M2\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_{M2N}=0\\ (U_{\mathrm{Na}}-U_{M2\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{M2}-U_{M2\mathrm{Na}}{\mathrm{\σ}}_{M2N}+(U_{\mathrm{BNa}}-U_{M2\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\\ (U_{\mathrm{Na}}-U_{\mathrm{BN}}){\mathrm{\σ}}_B-(U_{\mathrm{BNa}}-U_{M2\mathrm{Na}}){\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\\ (U_{\mathrm{Nb}}-U_{\mathrm{ANb}}){\mathrm{\σ}}_A-(U_{\mathrm{ANb}}-U_{M1\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}=0\\ (U_{\mathrm{Nb}}-U_{M1\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{M1}+(U_{\mathrm{ANb}}-U_{M1\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AM}1}-U_{M1\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}=0\\ U_{\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_N+U_{M1\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{M1N}-U_{M2\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NM}2}=0\\ (U_{\mathrm{Nb}}+U_{M2\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{M2}+U_{M2\mathrm{Nb}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{NM}2}-(U_{\mathrm{BNb}}-U_{M2\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{M2B}=0\\ (U_{\mathrm{Nb}}+U_{\mathrm{BNb}}){\mathrm{\σ}}_B+(U_{\mathrm{BNb}}-U_{M2\mathrm{Nb}}){\mathrm{\σ}}_{M2B}=I_b\end{array}\right.$

以σ_A、σ_AM1、σ_M1、σ_M1N、σ_N、σ_M2、σ_M2N、σ_M2B、σ_B为未知数，求解上面的冗余方程组并对求解结果进行平均，并且实际的视电阻率 ${\mathrm{\ρ}}_N=\frac{K}{{\mathrm{\σ}}_N}$ (K为仪器系数)，可以得到最终的结果为：

${\mathrm{\ρ}}_N=2\×K\×\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}}{I_a(U_{\mathrm{ANb}}-U_{\mathrm{Nb}})+I_b(U_{\mathrm{BNa}}-U_{\mathrm{Na}})}\×(1+\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{\mathrm{AM}1b}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{\mathrm{AM}1a}}{U_{\mathrm{ANb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}-U_{\mathrm{ANa}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}})$ 其中

其中U_AM1b＝U_ANb-U_M1Nb，U_AM1a＝U_ANa-U_M1Na。

根据最终得出的公式而得到的测量电路原理示意图如图3所示。

在图3中，需要测量的值为中间测量电极的电位，其余各接触点与中间测量电极之间的电位差，由于各接触点之间的电阻并没有在结果式中体现出来，所以与最终结果无关，这样就在使得可以随意地改变各个电极之间的距离并且套管的电阻变化对最终的结果也没有影响。为了不损失精度，在计算各个接触点之间的电位差时，并不是直接进行采样计算，而是经过差分放大电路进行处理后再进行采样处理与结果的计算。

Claims (2)

1.一种透过套管测量油井周围地层电阻率的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)提供上下两个电流电极，分别对套管及地层施加电流；

2)提供至少三个测量电极，以中间测量电极所对应的地层电阻率作为测量的最终目标；

3)测量向上下两个电极所供给的电流的大小、中间测量电极的电位以及各测量电极之间的电位差；

4)设定A、B点分别为上下电流电极与套管接触的点，M1、N、M2分别为三个测量电极与套管接触的点；

通过以下公式计算得出视电阻率：

${\mathrm{\ρ}}_N=2\×K\×\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}}{I_a(U_{\mathrm{ANb}}-U_{\mathrm{Nb}})+I_b(U_{\mathrm{BNa}}-U_{\mathrm{Na}})}\×(1+\frac{U_{\mathrm{Na}}{U}_{\mathrm{AM}1b}+U_{\mathrm{Nb}}{U}_{\mathrm{AM}1a}}{U_{\mathrm{ANb}}{U}_{M1\mathrm{Na}}-U_{\mathrm{ANa}}{U}_{M1\mathrm{Nb}}})$ 其中

ρ_N是中间测量电极的视电阻率，单位：Ω·m

K为仪器系数，单位：m

I_a为上电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

I_b为下电流电极供电时所供给的电流的大小，单位为A

U_Na为上电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_Nb为下电流电极供电时中间测量电极的电位，单位为：V

U_ANa为上电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_ANb为下电流电极供电时上电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_MINa为上电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_MINb为下电流电极供电时测量电极M1与中间测量电极之间的电位差，单位为：V

U_AM1a为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_AM1b为上电流电极供电时上电流电极与测量电极M1之间的电位差，单位为：V

U_BNa为上电流电极供电时下电流电极与中间测量电极之间的电位差，单位为：V。

2.根据权利要求1所述透过套管测量油井周围地层电阻率的方法，其特征在于：所述测量电极的个数可以根据需要增加，位置并不要求严格相对于中间测量电极对称。

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