CN102071931B - 八臂全方位三维侧向测井方法及测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种八臂全方位三维侧向测井方法及测井仪，该方法包括：打开测井仪的八臂推靠器使得安装在八臂推靠器上的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；通过八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，获得地质数据资料；对地质数据资料进行综合运算解释和图像处理，获得井下地层三维剖面图像。通过本发明实施例，可以一次性获得多种反映井下地层信息的数据资料，为井下地质成像提供依据。

Description

八臂全方位三维侧向测井方法及测井仪

技术领域

本发明涉及石油勘探电流聚焦和地层倾角测井领域，特别涉及一种八臂全方位三维侧向测井方法及测井仪。

背景技术

在石油测井技术中，侧向测井是广泛应用于探测井下地层(岩层)及其所含流体的电阻率特性的重要测井方法，可以定性和定量解释油气含量、油水饱和度以及获取相关地质资料。

目前，应用于侧向测井的主要有：微球形聚焦、微侧向、双侧向、阵列侧向等测井仪器。然而其功能单一，无方位分辨力且各自独立。或者组合使用困难、测井费时；或者易受井眼条件、低阻泥浆分流、薄层和围岩等因素的影响。微电阻率扫描、六臂地层倾角测井，又仅限于对井周6个方位浅表层电阻率的微变和地层倾角的测量。

因此，现有的技术与仪器，存在着一次性对井下地质资料进行全方位、多参数、由浅至深的精确量化综合测量的局限。

发明内容

本发明实施例提供一种八臂全方位三维侧向测井方法及测井仪，目的在于一次性获得多种反映井下地层信息的数据资料，为井下地质成像提供依据。

为达到上述目的，本发明实施例提供一种八臂全方位三维侧向测井方法，所述方法包括：

打开测井仪的八臂推靠器使得安装在八臂推靠器上的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；通过八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，获得地质数据资料；对地质数据资料进行综合运算解释和图像处理，获得井下地层三维剖面图像。

本发明实施例还提供一种八臂全方位三维侧向测井仪，所述测井仪包括：八臂推靠器、安装在所述八臂推靠器上的电极系结构、以及电子测量电路；八臂推靠器打开使得电极系结构的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；八个电极系极板通过向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，从而获得相关地质数据资料。

本发明实施例的有益效果在于，使用一次测井即可完成对井周径向八个方位各种地层的电阻率的测量；同时实现精确分层、裂缝识别，以及特异地层的方位走向、地层倾角、井眼形状、泥饼参数等井下重要地质资料的测量。从而一次性获得多种反映井下地层信息的数据资料，为井下地质成像提供依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的八臂全方位三维侧向测井方法的流程图；

图2是本发明实施例的八臂全方位三维侧向测井的基本原理示意图；

图3A是本发明实施例的八方位环井周阵列双侧向深浅主电流探测回路的时序1的示意图；

图3B是本发明实施例的八方位环井周阵列双侧向深浅主电流探测回路的时序2的示意图；

图4是本发明实施例的八方位井周径向双侧向深浅主电流发射探测的示意图；

图5是本发明实施例的八方位井周径向双侧向的一个方位极板电极系的深浅主屏流发射探测回路的示意图；

图6是本发明实施例的八臂全方位三维侧向测井仪的组成结构图；

图7是本发明实施例的八臂全方位三维侧向测井仪中电极系极板的组成结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种八臂全方位三维侧向测井方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101，打开测井仪的八臂推靠器使得安装在八臂推靠器上的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；

步骤102，通过八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，获得地质数据资料；

步骤103，对地质数据资料进行综合运算解释和图像处理，获得井下地层三维剖面图像。

在本实施例中，八个电极系极板为八个结构完全相同的特制电极系极板，分别安装在测井仪的八臂推靠器上，构成集八方位环井周阵列双侧向测井、八方位井周径向双侧向测井、八臂地层倾角测井三位一体的集合式测井。

图2为八臂全方位三维侧向测井的基本原理示意图。如图2所示，H₁～H₈为八个电极系极板；H、H_c为八方位径向深、浅侧向回流电极；R为井眼半径。测井时，推靠器以井深O点为圆心打开八臂，将八个电极系极板径向均等分布紧贴于井壁上，从而以O点为中心，将X与Y轴的井周径向平面地层等分成八个方位。

在步骤102实施时，可以实现八方位环井周阵列双侧向测井：在八个电极系极板之间，对称布局和有序排列八个电极系极板的发射、聚焦、接收电极的关系；八个电极系极板向各自方位的井周径向地层有序地聚焦发射和接收测量一组或几组不同频率的电信号。

具体地，图3A和图3B为八方位环井周阵列双侧向深、浅主电流探测回路的示意图，环井周双侧向环绕井眼一周的探测分为2个时序。其中，图3A为时序1的示意图，极板3^#、7^#主电极为回流电极；图3B为时序2的示意图，极板1^#、5^#主电极为回流电极。如图3A和图3B所示，I_ij为由i^#极板主电极发出的主电流，经井周地层回流至j极板的主电极；ρ_ij为i与j方位之间的地层电阻率。

在时序1：

如图3A，由6个对称分布的电极系极板H₁、H₅、H₂、H₆、H₄、H₈的主电极和相应的聚焦电极，同时向各自方位的井周地层径向发射幅频特性完全相等的主电流I₁、I₅、I₂₃、I₄₃、I₆₇、I₈₇和屏流，极板H₃与H₇的主电极为它们的回流电极。

根据等电位间无电流流动的原理，其中环井周浅侧向主电流：I₂₃、I₄₃将回流至H₃的主电极；I₆₇、I₈₇回流至H₇的主电极，从而分别形成对其流经的井周4个方位浅表区域的地层电阻率ρ₂₃、ρ₃₄和ρ₆₇、ρ₇₈的探测(其中：各ρ符号的右下标依次为：始端、终端的极板序号或表示井周方位号)。

环井周深侧向主电流I₁、I₅，在屏流的作用下径向进入各自方位的地层后分别被分流成两路即：I₁＝I₁₃+I₁₇；I₅＝I₅₃+I₅₇。其中I₁₃与I₅₃分别在相邻极板H₂与H₄浅侧向屏流I_23P与I_43P二次聚焦的作用下，经井周左侧地层的较深处回流至H₃的主电极。而I₁₇与I₅₇分别在相邻极板H₆与H₈浅侧向屏流I_87P与I_67P二次聚焦的作用下，经井周右侧地层的较深处回流至H₇的主电极。从而形成将井周分作4个方位、各对其分别流经的1/4井周较深区域的地层电阻率ρ₁₃、ρ₅₃、ρ₅₇、ρ₁₇进行探测。

在时序2：

如图3B，将极板H₁、H₅与H₃、H₇电极的发射与回流功能进行换位，而H₂、H₆、H₄、H₈的作用不变。同样，各电极向井周发射的主、屏流幅频特性不变，从而构成环井周浅侧向主电流I₂₁、I₄₅、I₆₅、I₈₁，对其流经井周的另外4个方位的浅表区域地层电阻率：ρ₁₂、ρ₄₅、ρ₅₆、ρ₈₁进行探测。深环侧主电流I₃₁、I₃₅、I₇₅、I₇₁，则对其各自流经的1/4井周方位较深的地层电阻率ρ₃₁、ρ₃₅、ρ₇₅、ρ₇₁进行探测(相当于对ρ₁₃、ρ₅₃、ρ₅₇、ρ17进行了一次反向探测)。

由此可见，经过2个时序，八方位环井周阵列双侧向可测得径向环井一周的地层电阻率归纳为：

环井周浅侧向将井的一周分成8个方位，各方位浅表地层电阻率分别为：ρ₁₂、ρ₂₃、ρ₃₄、ρ₄₅、ρ₅₆、ρ₆₇、ρ₇₈、ρ₈₁。

环井周深侧向将井的一周分成4个方位，各方位较深地层电阻率分别为：ρ₁₃、ρ₅₃、ρ₅₇、ρ₁₇与ρ₃₁、ρ₃₅、ρ₇₅、ρ₇₁。

其中，环井周深侧向采用发射与回流电极换位的方式，对环井一周4个方位的较深地层电阻率正向与反向测量了2次，其测量结果将有利于相互补偿，减小误差。同时，深侧向每1个方位的地层电阻率，包含着所对应的2个方位的浅侧向电阻率因素。

在探测过程中，如果采用恒压法测量方式，设各极板发射电极所供给的测量电压信号为U_H和频率为ω₀完全相等，设其回流电极的电位U_j＝0。由于ΔU＝U_H-U_j＝U_H，那么各主电极流进地层的电流I_ij的大小将直接反映各自方位地层电阻率的变化特性。

根据欧姆定律：

和ρ＝KR即可推算出各自方位的地层电阻率ρ的算式。即：

环井周浅侧向i与j方位的地层电阻率为：

环井周深侧向i与j方位的地层电阻率为：

在(1)和(2)式中：K₀为环井周浅侧向电极系常数；K₁为环井周深侧向电极系常数；i、j分别为发射与回流极板号；I_ij为由i极板发射，回流到j极板的主电流值。

在步骤102实施时，可以实现八方位井周径向双侧向测井：八个电极系极板的主电极同时从各自方位向井周径向地层有序地聚焦发射一组或几组不同频率的电信号；在各极板方位相应屏流和监督电路的调控作用下，各方位主电流被完全聚焦成束状进入地层，分别回流至距发射电极适当远的电极和无限远的电极。

具体地，图4为八方位井周径向双侧向深浅主电流发射探测的示意图。其中，N为无限远深、浅测量电压参考电极。I_d和I_s分别为向井周各方位地层发射的深、浅主电流。

如图4所示，在进行八方位环井周阵列双侧向测井的同时，由极板H₁～H₈的8个主电极从井周径向八个方位向地层分别发射频率为ω_d、ω_s的深、浅侧向主电流I_d1～I_d8和I_s1～I_s8。

在各自深、浅屏流聚焦的作用下，浅主流I_s1～I_s8进入各自方位地层的浸入带后发散，共同回流至距主电极上下对称的回流电极H_c(H′_c)。而深侧向主电流I_d1～I_d8在各自深屏流聚焦的作用下，径向进入各自方位的井周原地层后发散，共同回流至无限远的电极H。

图5为八方位井周径向双侧向的一个方位极板电极系的深浅主屏流发射探测回路示意图。为便于直观，在此将深、浅电流回路分别表示在仪器的左右两侧。

如图5所示，在方位i极板中，位于中心的H_A0为深、浅双侧向主电极。依次上下对称排列的和N₂(N₂′)为监控电极，其中N₁还是该方位深、浅测量电压V_id、V_is的测量点。极板外沿H_B为聚焦电极，与底座、推靠臂以及仪器外壳连为一体。

H_c1(H_c1′)、H_c2(H_c2′)为浅侧向的公共回流电极与探测深度调节电极，同时也是井眼泥浆分流和深、浅屏流的辅助调控电极。将H_c1(H_c1′)、H_c2(H_c2′)电极用绝缘套相隔，嵌装在与主电极上下两侧对称的适当距离的仪器外壳上。H为各方位深侧向的公共回流电极、N为各方位深、浅侧向测量电压的公共“0”电位参考点，可分别置于相距极板中心30米开外的加长电极上。

如图5所示，在测井时：方位i极板的主电极H_A0和聚焦电极H_B、H_B′，同时发出的深、浅主电流I_d、I_s与深、浅屏流I_dp、I_sp。在各自监督电极N₁、N₂电路调控下，I_d、I_s被完全聚焦，以束状径向进入i方位的井周地层。其中，浅侧向主电流I_s经其方位的地层浸入带回流至电极H_c、H′_c。深侧向主电流I_d经原地层回流至电极H。

测井时，其8个极板电极系在各自监督电路调控下，屏流完全聚焦，各方位极板的深、浅侧向主电流I_id和I_is以束状径向进入各自方位的井周地层，此刻各方位的深、浅测量电压分别为V_id、V_is，已知公共电位参考点V_N＝0，根据上述测量参数，即可求得井周径向8个方位的深、浅地层电阻率ρ_id和ρ_is(右下标的符号i＝1～8，表示井周8个方位的坐标序号)。

即：井周径向8个方位的深侧向地层电阻率为

井周径向8个方位的浅侧向地层电阻率为

其中，式中K_d为方位深侧向电极系常数，K_s为方位浅侧向电极系常数。将i＝1～8分别代人(3)、(4)式中，即可获得井周径向8个方位的深、浅地层电阻率，分别为：ρ_1d、ρ_2d、ρ_3d、ρ_4d、ρ_5d、ρ_6d、ρ_7d、ρ_8d和ρ_1s、ρ_2s、ρ_3s、ρ_4s、ρ_5s、ρ_6s、ρ_7s、ρ_8s。

在本实施例中，随着测井仪沿着井轴方向连续上提测量，在测得环井周八个方位地层电阻率变化情况的同时，实现对井下地层的精确分层和从八个方位对井下地质参数的测量。井下地质参数包括：裂缝孔隙和特异地层、地层倾角、井眼形状、泥饼参数等。

在本实施例中，采用八臂推靠8个电极系极板，径向均分并紧帖井壁的电流聚焦探测方式，能够有效克服井眼条件、泥浆分流和围岩因素对测井效果的影响，提高低阻地层和超薄层的测量精度。

并且，可以实现八方位环井周阵列双侧向测井：将发射、聚焦与回流电极，设置在同一平面的井壁地层上，对称排列并且在等同条件下有序工作，能够有效抑制相互间可能产生的干扰，并使测量几乎不受层厚和围岩的影响。可对井下任何厚度的地层精确划分和实施由浅至深的环切式方位电阻率探测。进而有利于分析识别和量化解释井周可探范围内的裂缝孔隙、流体物性、特殊地层以及方位走向等。

还可以实现八方位井周径向双侧向测井：不仅可量化测量浸入带和原地层的电阻率，而且能够区分量化到每个方位，有利于相互间进行对比分析，认识原地层沉积相，提高对地层中的油、水、气含量以及油水饱和度的定量分析评价。

此外，将极板座、推靠臂连同仪器外壳作为八方位井周径向双侧向深浅屏流的主体。将8方位浅侧向的回流电极H_c(H_c′)用绝缘套相隔，嵌装在对称于主电极适当距离的井下仪外壳上，同时作为方位深、浅屏流的辅助监督调节电极。与现有的双侧向电极系相比，不仅可进一步有效克服低阻泥浆分流和提高聚焦效能，而且能够有效缩短井下仪的相对长度，节省空间和材料资源。

在本实施例中，采用八臂地层倾角测井，以8均分井周对称测量要明显优于六臂的测量精度。不仅可准确获得井眼形状、泥饼厚度随着井深的变化情况，而且结合精确的分层、方位和井斜参数，即可精确获得井下任一岩层的厚度、曲度和倾角方位等数据。

本发明实施例还提供一种八臂全方位三维侧向测井仪，该测井仪包括：八臂推靠器、安装在所述八臂推靠器上的电极系结构、以及电子测量电路等；八臂推靠器打开使得电极系结构的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；八个电极系极板通过向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号获得地质数据资料。

该测井仪的电极系结构还包括：一对或一组浅侧向的公共回流电极；该浅侧向的公共回流电极用绝缘套相隔，嵌装在对称于八个电极系极板上下适当距离的井下仪外壳上；用来调节浅侧向的探测深度并作为深侧向屏流的辅助监督调节电极。

图6为八臂全方位三维侧向测井仪的组成结构图；(A)为推靠器打开状态的示意图，(B)为推靠器收拢状态的示意图。图7为八臂全方位三维侧向测井仪中电极系极板的组成结构图。

其中，H₀为环井周双侧向主电极；H_M为聚焦补偿电极；H_A为环井周双侧向屏流聚焦电极；H₀+H_A为径向方位双侧向主电极；H_B、H′_B为径向深、浅双侧向聚焦电极(极板座+推靠臂+仪器外壳)；H_C1、H_C2和H′_C1、H′_C2为径向浅侧向回流及辅助屏流电极；N₁、N′₁、和N₂、N′₂为径向方位双侧向监督电极。H为深侧向回流电极；N为无限远电压测量电极。

在本实施例中，在八个电极系极板之间，对称布局和有序排列八个电极系极板的发射、聚焦、接收电极的关系；八个电极系极板向各自方位的井周径向地层有序地聚焦发射和接收测量一组或几组不同频率的电信号，实现八方位环井周阵列双侧向测井。

在本实施例中，八个电极系极板的主电极同时从各自方位向井周径向地层有序地聚焦发射一组或几组不同频率的电信号；在各极板方位相应屏流和监督电路的调控作用下，各方位主电流被完全聚焦成束状进入地层，分别回流至距发射电极适当远的电极和无限远的电极，通过测量各极板方位深浅主电流和深浅测量电压的大小，实现八方位井周径向双侧向测井。

在本实施例中，随着测井仪沿着井轴方向连续上提测量，在测得环井周八个方位地层电阻率变化情况的同时，测井仪实现对井下地层的精确分层和从八个方位对井下地质参数的测量。

在本实施例中，八臂全方位三维侧向测井用一支仪器在一次测井中，即可在同一井深截面的8个方位测量点上，实现精确分层和实施全方位环井周由浅至深的地层电阻率探测。从而，至少获得40个以上的井周径向地层电阻率数据、各8个井径井斜数据、以及其他有关测量数据。

将这些由浅至深、纵横有序饱含井周地层产状和物性信息的数据资料、进行相关综合运算处理，即可定量解释和综合评价：

a、井周径向由浅至深如：泥饼、冲洗带、浸入带、原地层的电阻率特性。

b、分析识别和量化解释可探范围内的裂缝孔隙、流体物性、特殊地层以及沉积相等。

c、对地层中油、水、气储层的含量和界面划分、以及油水饱和度分析评价。

d、井径、井斜、井眼形状和地层倾角及其方位。

e、井周径向一定范围内的地质特性和岩层的其它复杂情况等。

经成像系统处理，即可获得直观的井下地层三维剖面图像。

本领域普通技术人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子线路硬件、DSP程控数据采集处理和相应的计算机程序处理软件的结合来实现，在上述说明中已经按照功能一股性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种八臂全方位三维侧向测井方法，其特征在于，所述方法包括：

打开测井仪的八臂推靠器使得安装在所述八臂推靠器上的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；

通过所述八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，获得地质数据资料；其中，在所述八个电极系极板之间，对称布局和有序排列所述八个电极系极板的发射、聚焦、接收电极的关系；

对所述地质数据资料进行综合运算解释和图像处理，获得井下地层三维剖面图像；以及

随着所述测井仪沿着井轴方向连续上提测量，在测得环井周八个方位地层电阻率变化情况的同时，实现对井下地层的精确分层和从八个方位对井眼几何形状以及井下地质沉积相参数的测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，具体包括：

所述八个电极系极板向各自方位的井周径向地层有序地聚焦发射和接收测量一组或几组不同频率的电信号，实现八方位环井周阵列双侧向测井。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述八个电极系极板向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号，具体包括：

所述八个电极系极板的主电极同时从各自方位向井周径向地层有序地聚焦发射一组或几组不同频率的电信号；

在各极板方位相应屏流和监督电路的调控作用下，各方位主电流被完全聚焦成束状进入地层，分别回流至距发射电极适当远的电极和无限远的电极，实现八方位井周径向双侧向测井。

4.一种八臂全方位三维侧向测井仪，其特征在于，所述测井仪主要包括：八臂推靠器、安装在所述八臂推靠器上电极系结构、以及电子测量电路；

所述八臂推靠器打开使得所述电极系结构的八个电极系极板从八个方位紧贴井周壁；所述八个电极系极板通过向地层有序地聚焦发射和接收测量不同频率的电信号获得相关地质数据资料；其中，在所述八个电极系极板之间，对称布局和有序排列所述八个电极系极板的发射、聚焦、接收电极的关系；以及

随着所述测井仪沿着井轴方向连续上提测量，在测得环井周八个方位地层电阻率变化情况的同时，所述测井仪实现对井下地层的精确分层和从八个方位对井眼几何形状以及井下地质沉积相参数的测量。

5.根据权利要求4所述的八臂全方位三维侧向测井仪，其特征在于，所述八个电极系极板向各自方位的井周径向地层有序地聚焦发射和接收测量一组或几组不同频率的电信号，实现八方位环井周阵列双侧向测井。

6.根据权利要求4所述的八臂全方位三维侧向测井仪，其特征在于，所述八个电极系极板的主电极同时从各自方位向井周径向地层有序地聚焦发射一组或几组不同频率的电信号；

在各极板方位相应屏流和监督电路的调控作用下，各方位主电流被完全聚焦成束状进入地层，分别回流至距发射电极适当远的电极和无限远的电极，实现八方位井周径向双侧向测井。

7.根据权利要求4所述的八臂全方位三维侧向测井仪，其特征在于，所述测井仪的电极系组成结构还包括：一对或一组浅侧向的公共回流电极；

所述浅侧向的公共回流电极用绝缘套相隔，嵌装在对称于所述八个电极系极板上下适当距离的井下仪外壳上；用来调节浅侧向的探测深度并作为深侧向屏流的辅助监督调节电极。

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