CN102767367B - 高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法；高分辨率侧向测井仪含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，电极系含有参考电极N、回路电极B和镶嵌在一根竖直设置的绝缘棒上的１5个电极；绝缘棒、测量电路通过电缆悬挂在井眼中，参考电极N安装在电缆上，回路电极B置于地面；测量电路含有模式1输出模块、模式2输出模块、模式3输出模块、电流测量模块、电压测量模块、压差测量模块和信号发生处理模块；电阻率测量方法为：利用模式1输出模块、模式2输出模块和模式3输出模块采集到的电位差信号和电流信号进行井眼附近地层的视电阻率计算；本发明提供了一种测量精度高的高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法。

Description

高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法

（一）、技术领域：本发明涉及一种测井仪及电阻率测量方法，特别是涉及一种高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法。

（二）、背景技术：随着油田勘探开发程度的不断深入，薄层以及薄互层已经成为期待被开发的油气储集层。现有的双侧向测井仪的电极系由9个不同的电极环镶嵌在橡胶极棒（或者玻璃钢极棒）上组成，电极环分别为主电极A0，测量电极M1、M2、M1’、M2’，上屏蔽电极A1、A2，下屏蔽电极A1’、A2’。

深侧向测井时，由屏蔽电极发射屏蔽电流Id，调节屏蔽电流Id，使测量电极M1和M2（M1’和M2’）之间没有电流流动，两对测量电极（监督电极）的电位差为零，保证主电极A0流出的主电流I恒定，测量任一监督电极M1（M2）与地面电极N的电位差△u^d _M1N。

浅侧向测井时，上屏蔽电极为A1，下屏蔽电极为A1’，由屏蔽电极发射屏蔽电流Is，调节屏蔽电流Is，使测量电极M1和M2（M1’和M2’）之间没有电流流动，两对测量电极（监督电极）的电位差为零，保证主电极A0流出的主电流I恒定，测量任一监督电极M1（M2）与地面电极N的电位差△u^s _M1N。

双侧向电阻率计算公式为： 其中K_LLD、K_LLS分别为深侧向电极系系数与浅侧向电极系系数，R_LLD，R_LLS分别表示深侧向视电阻率与浅侧向视电阻率。

原有的双侧向测井仪在测井时所表现的分层能力大致为两对监督电极中心点之间的距离，一般在0.7m左右，对一些薄层（低于0.5m），原双侧向测井仪无法很好地识别。

此外随着钻井技术的不断发展，水平井大斜度井日益增多，传统的双侧向测井仪长度在9m-10m之间，该测井仪除了不利于油田实际现场施工以及仪器组合测井，在大斜度井中还会出现遇卡现象。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种测量精度高的高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法。

本发明的技术方案：

一种高分辨率侧向测井仪，含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，用于井眼附近的非均质地层电阻率的测量，电极系含有参考电极N、回路电极B和镶嵌在一根竖直设置的绝缘棒上的15个电极；该15个电极分别为电极Ａ2、电极Ａ1*、电极Ａ1、电极Ｍ1、电极Ａ02、电极Ａ0*、电极Ａ01、电极Ｍ0、电极Ａ01’、电极Ａ0*’、电极Ａ02’、电极Ｍ1’、电极Ａ1’、电极Ａ1*’、电极Ａ2’，电极Ａ2、电极Ａ1*、电极Ａ1、电极Ｍ1、电极Ａ02、电极Ａ0*、电极Ａ01、电极Ｍ0、电极Ａ01’、电极Ａ0*’、电极Ａ02’、电极Ｍ1’、电极Ａ1’、电极Ａ1*’、电极Ａ2’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极Ａ2和电极Ａ2’、电极Ａ1*和电极Ａ1*’、电极Ａ1和电极Ａ1’、电极Ｍ1和电极Ｍ1’、电极Ａ02和电极Ａ02’、电极Ａ0*和电极Ａ0*’、电极Ａ01和电极Ａ01’为七对同名电极，每对同名电极以电极Ｍ0为中心对称设置，并且每对同名电极用导线短接在一起，以保持等电位；绝缘棒、测量电路通过电缆悬挂在井眼中，参考电极N安装在电缆上，参考电极N的位置靠近电缆悬挂绝缘棒和测量电路的一端，回路电极B置于地面；测量电路含有模式1输出模块、模式2输出模块、模式3输出模块、电流测量模块、电压测量模块、压差测量模块和信号发生处理模块；模式1输出模块的输出信号从电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’流进，从回路电极B回流到模式1输出模块；模式2输出模块的输出信号从电极Ａ1和电极Ａ1’流进，从电极Ａ2和电极Ａ2’回流到模式2输出模块；模式3输出模块的输出信号从电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02和电极Ａ02’流进，从电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’回流到模式3输出模块；电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02和电极Ａ02’用导线短接在一起；电流测量模块的输入端与电极Ａ02连接；电压测量模块的输入端与参考电极N、电极Ａ0*和电极Ａ0*’连接；压差测量模块的输入端与电极Ｍ0、电极Ｍ1和电极Ｍ1’连接；电流测量模块、电压测量模块和压差测量模块的输出端与信号发生处理模块的输入端连接，信号发生处理模块的输出端与模式1输出模块、模式2输出模块和模式3输出模块的输入端连接。

七对同名电极为七对同名电极环，七对同名电极环的宽度各不相同，各对同名电极环之间的间隔宽度也不同，每对同名电极环中的两个电极环的宽度相同；电极Ｍ0为一个电极环；通过对每对同名电极环的宽度和各对同名电极环之间间隔的宽度的选择，可以使探测深度为1.0m、分辨率为0.2m。

绝缘棒为橡胶棒或玻璃棒。

一种所述高分辨率侧向测井仪的电阻率测量方法，具体为：将模式1输出模块输出的频率为35Hz的信号加在电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2、电极Ａ2’和回路电极B上，保持电极Ａ1*和电极Ａ2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式2输出模块输出的频率为140Hz的井下电源加在电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’上，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式3输出模块输出的频率为280Hz的井下电源加在电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02、电极Ａ02’、电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’上，保持电极A1*和电极A2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与电极N之间的电位差，记为测量电极A01、电极A01’、电极A02和电极A02’流出的总电流，记为

利用以上3种工作模式下采集到的电位差信号和电流信号即可进行井眼附近地层的视电阻率计算。

井眼附近地层的视电阻率计算方法为：

$R_{\mathrm{HLLD}}=\frac{K_{\mathrm{HLLD}}({\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^3-{\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^1*{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^3/{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^1)}{I_0^3}$

$R_{\mathrm{HLLS}}=\frac{K_{\mathrm{HLLS}}({\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^3-{\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^2*{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^3/{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^2)}{I_0^3}$

其中，K_HLLD表示高分辨率深侧向电极系系数，K_HLLS表示高分辨率浅侧向电极系系数，R_HLLD表示高分辨率深侧向视电阻率，R_HLLS表示高分辨率浅侧向视电阻率。

本发明的有益效果：

1、本发明采用了将监督电极置于中心位置的方法，从而将分辨率提高了一倍，高分辨率侧向测井仪可以识别探测0.2m的薄层与薄互层，为薄层测井提供了有效的测井曲线。

2、本发明的高分辨率侧向测井仪的电极系的设计方式可以缩短仪器长度，更加适用于大斜度井以及水平井。高分辨率侧向测井仪采用数字聚焦模式与硬聚焦模式，相比现有硬聚焦电路，采集量增多、测量精度大大提高、测量信息也更加丰富。

（四）、附图说明：

图1为高分辨率侧向测井仪的电路原理框图；

图2为模式1输出模块的工作模式示意图；

图3为模式2输出模块的工作模式示意图；

图4为模式3输出模块的工作模式示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图4，图中，高分辨率侧向测井仪含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，用于井眼附近的非均质地层电阻率的测量，电极系含有参考电极N、回路电极B和镶嵌在一根竖直设置的绝缘棒上的15个电极；该15个电极分别为电极Ａ2、电极Ａ1*、电极Ａ1、电极Ｍ1、电极Ａ02、电极Ａ0*、电极Ａ01、电极Ｍ0、电极Ａ01’、电极Ａ0*’、电极Ａ02’、电极Ｍ1’、电极Ａ1’、电极Ａ1*’、电极Ａ2’，电极Ａ2、电极Ａ1*、电极Ａ1、电极Ｍ1、电极Ａ02、电极Ａ0*、电极Ａ01、电极Ｍ0、电极Ａ01’、电极Ａ0*’、电极Ａ02’、电极Ｍ1’、电极Ａ1’、电极Ａ1*’、电极Ａ2’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极Ａ2和电极Ａ2’、电极Ａ1*和电极Ａ1*’、电极Ａ1和电极Ａ1’、电极Ｍ1和电极Ｍ1’、电极Ａ02和电极Ａ02’、电极Ａ0*和电极Ａ0*’、电极Ａ01和电极Ａ01’为七对同名电极，每对同名电极以电极Ｍ0为中心对称设置，并且每对同名电极用导线短接在一起，以保持等电位；绝缘棒、测量电路通过电缆悬挂在井眼中，参考电极N安装在电缆上，参考电极N的位置靠近电缆悬挂绝缘棒和测量电路的一端，回路电极B置于地面；测量电路含有模式1输出模块、模式2输出模块、模式3输出模块、电流测量模块、电压测量模块、压差测量模块和信号发生处理模块；模式1输出模块的输出信号从电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’流进，从回路电极B回流到模式1输出模块；模式2输出模块的输出信号从电极Ａ1和电极Ａ1’流进，从电极Ａ2和电极Ａ2’回流到模式2输出模块；模式3输出模块的输出信号从电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02和电极Ａ02’流进，从电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’回流到模式3输出模块；电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02和电极Ａ02’用导线短接在一起；电流测量模块的输入端与电极Ａ02连接；电压测量模块的输入端与参考电极N、电极Ａ0*和电极Ａ0*’连接；压差测量模块的输入端与电极Ｍ0、电极Ｍ1和电极Ｍ1’连接；电流测量模块、电压测量模块和压差测量模块的输出端与信号发生处理模块的输入端连接，信号发生处理模块的输出端与模式1输出模块、模式2输出模块和模式3输出模块的输入端连接。

七对同名电极为七对同名电极环，七对同名电极环的宽度各不相同，各对同名电极环之间的间隔宽度也不同，每对同名电极环中的两个电极环的宽度相同；电极Ｍ0为一个电极环；通过对每对同名电极环的宽度和各对同名电极环之间间隔的宽度的选择，可以使探测深度为1.0m、分辨率为0.2m。

绝缘棒为橡胶棒或玻璃棒。

高分辨率侧向测井仪的电阻率测量方法具体为：将模式1输出模块输出的频率为35Hz的信号加在电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2、电极Ａ2’和回路电极B上，保持电极Ａ1*和电极Ａ2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式2输出模块输出的频率为140Hz的井下电源加在电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’上，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式3输出模块输出的频率为280Hz的井下电源加在电极Ａ01、电极Ａ01’、电极Ａ02、电极Ａ02’、电极Ａ1、电极Ａ1’、电极Ａ2和电极Ａ2’上，保持电极A1*和电极A2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与电极N之间的电位差，记为测量电极A01、电极A01’、电极A02和电极A02’流出的总电流，记为

利用以上3种工作模式下采集到的电位差信号和电流信号即可进行井眼附近地层的视电阻率计算。

井眼附近地层的视电阻率计算方法为：

$R_{\mathrm{HLLD}}=\frac{K_{\mathrm{HLLD}}({\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^3-{\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^1*{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^3/{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^1)}{I_0^3}$

$R_{\mathrm{HLLS}}=\frac{K_{\mathrm{HLLS}}({\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^3-{\mathrm{\Δu}}_{A0*N}^2*{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^3/{\mathrm{\Δu}}_{M1M0}^2)}{I_0^3}$

其中，K_HLLD表示高分辨率深侧向电极系系数，K_HLLS表示高分辨率浅侧向电极系系数，R_HLLD表示高分辨率深侧向视电阻率，R_HLLS表示高分辨率浅侧向视电阻率。

Claims (4)

1.一种高分辨率侧向测井仪，含有电极系和测量电路，电极系通过导线与测量电路连接，其特征是：电极系含有参考电极N、回路电极B和镶嵌在一根竖直设置的绝缘棒上的15个电极；该15个电极分别为电极A2、电极A1*、电极A1、电极M1、电极A02、电极A0*、电极A01、电极M0、电极A01’、电极A0*’、电极A02’、电极M1’、电极A1’、电极A1*’、电极A2’，电极A2、电极A1*、电极A1、电极M1、电极A02、电极A0*、电极A01、电极M0、电极A01’、电极A0*’、电极A02’、电极M1’、电极A1’、电极A1*’、电极A2’由上至下依次排列在绝缘棒上，电极A2和电极A2’、电极A1*和电极A1*’、电极A1和电极A1’、电极M1和电极M1’、电极A02和电极A02’、电极A0*和电极A0*’、电极A01和电极A01’为七对同名电极，每对同名电极以电极M0为中心对称设置，并且每对同名电极用导线短接在一起；绝缘棒、测量电路通过电缆悬挂在井眼中，参考电极N安装在电缆上，参考电极N的位置靠近电缆悬挂绝缘棒和测量电路的一端，回路电极B置于地面；测量电路含有模式1输出模块、模式2输出模块、模式3输出模块、电流测量模块、电压测量模块、压差测量模块和信号发生处理模块；模式1输出模块的输出信号从电极A1、电极A1’、电极A2和电极A2’流进，从回路电极B回流到模式1输出模块；模式2输出模块的输出信号从电极A1和电极A1’流进，从电极A2和电极A2’回流到模式2输出模块；模式3输出模块的输出信号从电极A01、电极A01’、电极A02和电极A02’流进，从电极A1、电极A1’、电极A2和电极A2’回流到模式3输出模块；电极A01、电极A01’、电极A02和电极A02’用导线短接在一起；电流测量模块的输入端与电极A02连接；电压测量模块的输入端与参考电极N、电极A0*和电极A0*’连接；压差测量模块的输入端与电极M0、电极M1和电极M1’连接；电流测量模块、电压测量模块和压差测量模块的输出端与信号发生处理模块的输入端连接，信号发生处理模块的输出端与模式1输出模块、模式2输出模块和模式3输出模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高分辨率侧向测井仪，其特征是：所述七对同名电极为七对同名电极环，七对同名电极环的宽度各不相同，各对同名电极环之间的间隔宽度也不同，每对同名电极环中的两个电极环的宽度相同；电极M0为一个电极环。

3.根据权利要求1所述的高分辨率侧向测井仪，其特征是：所述绝缘棒为橡胶棒或玻璃棒。

4.一种权利要求1所述的高分辨率侧向测井仪的电阻率测量方法，其特征是：将模式1输出模块输出的频率为35Hz的信号加在电极A1、电极A1’、电极A2、电极A2’和回路电极B上，保持电极A1*和电极A2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式2输出模块输出的频率为140Hz的井下电源加在电极A1、电极A1’、电极A2和电极A2’上，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与参考电极N之间的电位差，记为

将模式3输出模块输出的频率为280Hz的井下电源加在电极A01、电极A01’、电极A02、电极A02’、电极A1、电极A1’、电极A2和电极A2’上，保持电极A1*和电极A2等电位，测量电极M1与电极M0之间的电位差，记为测量电极A0*与电极N之间的电位差，记为测量电极A01、电极A01’、电极A02和电极A02’流出的总电流，记为

利用以上3种工作模式下采集到的电位差信号和电流信号即可进行井眼附近地层的视电阻率计算；

井眼附近地层的视电阻率计算方法为：

$R_{\mathrm{HLLD}}=\frac{K_{\mathrm{HLLD}}(\mathrm{\Δ}{u}_{A0*N}^3-\mathrm{\Δ}{u}_{A0*N}^1*\mathrm{\Δ}{u}_{M1M0}^3/\mathrm{\Δ}{u}_{M1M0}^1)}{I_0^3}$

$R_{\mathrm{HLLS}}=\frac{K_{\mathrm{HLLS}}(\mathrm{\Δ}{u}_{A0*N}^3-\mathrm{\Δ}{u}_{A0*N}^2*\mathrm{\Δ}{u}_{M1M0}^3/\mathrm{\Δ}{u}_{M1M0}^2)}{I_0^3}$

其中，K_HLLD表示高分辨率深侧向电极系系数，K_HLLS表示高分辨率浅侧向电极系系数，R_HLLD表示高分辨率深侧向视电阻率，R_HLLS表示高分辨率浅侧向视电阻率。