CN102865069A - 一种微柱型聚焦测井仪及其微柱型聚焦测井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微柱型聚焦测井仪和一种聚焦测井方法。微柱型聚焦测井仪的测量电子线路通过仪器内部插接件与微柱极板以及极板的驱动系统连接，其电极系极板结构包括工字形屏蔽电极A0，纽扣形测量电极A0^*，以及对称设在所述工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M^’和屏蔽电极A1、A1^’，在所述工字形屏蔽电极A0中间纽扣形测量电极A0^*下部依次设有测量纽扣电极B0、B1以及B2，工字形屏蔽电极A0下方设有测量参考电极N，工字形屏蔽电极A0外围设有回流电极B。本发明微柱型聚焦测井仪及测井方法，一次测量可以得到三条电阻率响应曲线，通过反演计算，能够定量分析泥饼厚度以及泥饼电阻率，可以提供泥饼电导率与泥饼厚度信息，也可以得到冲洗带电阻率。

Description

一种微柱型聚焦测井仪及其微柱型聚焦测井方法

技术领域

本发明涉及一种微柱型聚焦测井仪，以及一种微柱型聚焦测井方法。

背景技术

油气勘探的主要目的是寻找储集层，因为油气储集层具有良好的孔隙性和渗透性，而非储集层有效孔隙度很低，几乎是不可渗透的。储集层与非储集层的一个主要区别点是是否可以形成泥饼。微电位、微梯度曲线可以很好的划分储层与非储集层。但是微电位、微梯度只能定性的分析储集层与非储集层，无法对泥饼的性质进行定量分析。对于冲洗带测量一般采用微球型聚焦测井仪或者微电阻率测井仪，微球型聚焦测井仪只能测量得到冲洗带电阻率信息，而微电阻率测井仪只能进行定性分析储层特性。

随着新技术、新工艺、新材料的出现和发展，井下仪器串的可靠性与集成度不断提高，仪器串的体积和重量向小而轻方向发展。研制高可靠性、高效率的可集成化井下测井仪器是国内外测井仪器发展的一个重要方向。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种微柱型聚焦测井仪，并提出一种微柱型聚焦测井方法，实现了一次测井同时得到多条测井曲线的目的，利用微柱型聚焦测井仪可以实现微球型聚焦与微电阻率测井仪两种功能。

本发明所采用的技术方案：

一种微柱型聚焦测井仪，主要包括驱动系统（14）、驱动臂（16）和与之相连的微柱极板（17）以及测量电子线路（9），其中驱动系统（14）主要由动力源（13）、推动杆（15）构成，测量电子线路（9）通过仪器内部插接件与微柱极板（17）以及极板的驱动系统（14）连接，所述微柱极板的结构包括工字形屏蔽电极A0，设在所述工字形屏蔽电极A0中间上部的纽扣形测量电极A0^*，以及对称设在所述工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’和屏蔽电极A1、A1’，所述监督电极M、M’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’设置在工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’外侧，在所述工字形屏蔽电极A0中间纽扣形测量电极A0^*下部依次设有测量纽扣电极B0、B1以及B2，所述B0、B1以及B2与A0^*用导线相连保证等电位，工字形屏蔽电极A0下方设有测量参考电极N，工字形屏蔽电极A0外围设有回流电极B，各异名电极相互之间绝缘隔离。

所述的微柱型聚焦测井仪，所述测量电子线路包括电流发生器、电流测量电路、电压测量电路，并采用两种不同频率供电方式的井下电源，为避免与其他测井仪器频率相同，选择井下电源供电频率分别为510.5Hz、1021Hz，井下电源供电频率选取为510.5Hz时，同时为工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差；同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值；井下电源供电频率为1021Hz时，为屏蔽电极A1供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差，同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值。

所述的微柱型聚焦测井仪，微柱形聚焦测井为半圆柱形聚焦，其微柱极板中心前沿的等位面为半圆柱形，这种聚焦方式适合井眼和泥饼的几何形状，可以更好的提供冲洗带电阻率测量值。

一种微柱型聚焦测井方法，采用前述微柱型聚焦测井仪，检测测量井周围冲洗带地层的特征，首先使测井仪分别在如下两种电源频率模式下工作，获得如下数据信息：

模式一：测井仪井下电源供电频率为510.5Hz，同时为A0、B0、B1以及B2供电，回路为B，此时A0、B0、B1以及B2等电位连接，

1）测量M与N之间的电位差，记为

2）测量电极A0^*与M之间的电位差，记为

3）测量B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

模式二：测井仪井下电源供电频率为1021Hz，为A1供电，回路为B，此时A0、B0、B1以及B2等电位连接，

1）M与N之间的电位差，记为

2）测量电极A0^*与M之间的电位差，记为

3）测量B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

然后利用采集到的信号进行视电阻率计算：

B0视电阻率：

$R_{B0}=k_{B0}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B0}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B0}^2}$

B1视电阻率：

$R_{B1}=k_{B1}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B1}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B1}^2}$

B2视电阻率：

$R_{B2}=k_{B2}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B2}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B2}^2}$

建立一维旋转轴对称地层模型，利用麦克斯韦方程可知，仪器响应满足

$\▿\·(\mathrm{\σ}\▿u)=0$

其中，σ为不同位置的电导率，u为电位；

令泥饼的电导率为σ_m，泥饼厚度为h_m，冲洗带电导率为σ_t，利用有限元分析对微柱聚焦测井仪分析可知电阻率响应可以写为：

R＝f(σ_m,h_m,σ_t)

利用最小二乘原理求解min ||R-f(σ_m,h_m,σ_t)||，得到泥饼电导率σ_m、泥饼厚度h_m以及冲洗带电阻率σ_t，利用地层参数，通过有限元分析，可以得到微电阻率测井曲线。

本发明的有益效果：

1、本发明微柱形聚焦测井仪及测井方法，设计合理，结构简单，达到了聚焦测井仪一次下井实现微球型聚焦以及微电阻率两种仪器功能的目的。使得微柱型聚焦测井仪可以测量得到探测深度较浅的两条曲线，用来反映泥饼的影响，一条探测深度较深的曲线，用来反映冲洗带的影响。

2、本发明微柱型聚焦测井仪及测井方法，一次测量可以得到三条电阻率响应曲线，通过反演计算，能够定量分析泥饼厚度以及泥饼电阻率，可以提供泥饼电导率与泥饼厚度信息，也可以得到冲洗带电阻率。微柱形聚焦测井为半圆柱形聚焦，其极板中心前沿的等位面为半圆柱形，这种聚焦方式适合井眼和泥饼的几何形状，可以更好的提供冲洗带电阻率测量值。

附图说明

图1：微柱型聚焦测井组合装置；

图2：微柱型聚焦测井仪结构示意图；

图3：微柱型聚焦测井仪电极系极板结构示意图；

图4：微柱型聚焦测井仪测量电子线路实施方案；

图5：地层模型示意图。

具体实施方式

实施例一：参见图1～图3，一种微柱型聚焦测井仪，主要由驱动系统14、驱动臂16和与之相连的微柱极板17以及测量电子线路9构成，其中驱动系统14主要由动力源13、推动杆15构成，当仪器工作时，驱动臂16张开，将极板17紧贴测量井井壁，测量电子线路9通过仪器内部插接件与微柱极板17以及极板的驱动系统14连接，所述微柱极板包括工字形屏蔽电极A0，设在所述工字形屏蔽电极A0中间上部的纽扣形测量电极A0^*，以及对称设在所述工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’和屏蔽电极A1、A1’，所述监督电极M、M’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’设置在工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’外侧，在所述工字形屏蔽电极A0中间纽扣形测量电极A0^*下部依次设有测量纽扣电极B0、B1以及B2，所述B0、B1以及B2与A0^*用导线相连保证等电位，工字形屏蔽电极A0下方设有测量参考电极N，工字形屏蔽电极A0外围设有回流电极B，各异名电极相互之间绝缘隔离。

实施例二：参见图1～图4，微柱型聚焦测井仪的测量电子线路由电流发生器、电流测量电路，电压测量电路构成；本实施例中的测量电子线路采用两种不同频率供电方式的井下电源供电，为避免与其他测井仪器频率相同，选择井下电源供电频率分别为510.5Hz、1021Hz。井下电源供电频率为510.5Hz时，同时为工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差；同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值；井下电源供电频率为1021Hz时，为屏蔽电极A1供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差，同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值。

微柱形聚焦测井为半圆柱形聚焦，其微柱极板中心前沿的等位面为半圆柱形，这种聚焦方式适合井眼和泥饼的几何形状，可以更好的提供冲洗带电阻率测量值。

实施例三：参见图1～图5。本实施例公开了一种微柱形聚焦测井方法。

图1给出了一种能够检测测量井10周围冲洗带地层11特征的测井装置。该装置由遥测短节6、微柱型聚焦测井仪7（包括电子线路9等）构成。微柱型聚焦测井仪7的极板17在驱动臂张开时紧贴井壁，上述各个部分通过7芯电缆4悬挂于测量井中，7芯电缆4通过滑轮3卷绕在绞车鼓2上，可使该装置沿测量眼上下移动，绞车鼓2是地面系统1的一部分，电流回路电极12置于地面，在7芯电缆4末端安装有鱼雷5。

仪器的电子线路实施方案见图4。

本发明微柱型聚焦测井方法，采用前述微柱型聚焦测井仪，检测测量井周围冲洗带地层的特征，首先使测井仪分别在如下两种电源频率模式下工作，获得相关数据信息：

模式1：A0、B0、B1以及B2同时供电，回路为B。此时要求A0、B0、B1以及B2等电位。测量M与N之间的电位差，记为

同时测量电极A0^*与M之间的电位差，记为

同时测量B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

模式2：A1供电，回路为B。此时要求A0、B0、B1以及B2等电位。测量M与N之间的电位差，记为

同时测量电极A0^*与M之间的电位差，记为

同时测量B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

利用采集到得信号进行视电阻率计算：

B0视电阻率：

$R_{B0}=k_{B0}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B0}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B0}^2}$

B1视电阻率：

$R_{B1}=k_{B1}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B1}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B1}^2}$

B2视电阻率：

$R_{B2}=k_{B2}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B2}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B2}^2}$

仪器的反演模型方案见图5，建立一维旋转轴对称地层模型，利用麦克斯韦方程可知，仪器响应满足 $\▿\·(\mathrm{\σ}\▿u)=0$

其中，σ为不同位置的电导率，u为电位。

令泥饼的电导率为σ_m，泥饼厚度为h_m，冲洗带电导率为σ_t。利用有限元分析对微柱聚焦测井仪分析可知电阻率响应可以写为：

R＝f(σ_m,h_m,σ_t)

利用最小二乘原理求解min ||R-f(σ_m,h_m,σ_t)||

可以得到泥饼电导率σ_m、泥饼厚度h_m以及冲洗带电阻率σ_t，利用地层参数，通过有限元分析，可以得到微电阻率测井曲线。

Claims (4)

1.一种微柱型聚焦测井仪，包括驱动系统（14）、驱动臂（16）和与之相连的微柱极板（17）以及测量电子线路（9），其中驱动系统（14）主要由动力源（13）、推动杆（15）构成，测量电子线路（9）通过仪器内部插接件与微柱极板（17）以及极板的驱动系统（14）连接，其特征是：所述微柱极板的结构包括工字形屏蔽电极A0，设在所述工字形屏蔽电极A0中间上部的纽扣形测量电极A0^*，以及对称设在所述工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’和屏蔽电极A1、A1’，所述监督电极M、M’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’用导线相连保证等电位，屏蔽电极A1、A1’设置在工字形屏蔽电极A0两侧腰部的监督电极M、M’外侧，在所述工字形屏蔽电极A0中间的纽扣形测量电极A0^*下部依次设有测量纽扣电极B0、B1以及B2，所述测量纽扣电极B0、B1以及B2与A0^*用导线相连保证等电位，工字形屏蔽电极A0下方设有测量参考电极N，工字形屏蔽电极A0外围设有回流电极B，各异名电极相互之间绝缘隔离。

2.根据权利要求1所述的微柱型聚焦测井仪，其特征是：所述测量电子线路包括电流发生器、电流测量电路、电压测量电路，并采用两种不同频率供电方式的井下电源，为避免与其他测井仪器频率相同，选择井下电源供电频率分别为510.5Hz、1021Hz，井下电源供电频率选取为510.5Hz时，同时为工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差；同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值；井下电源供电频率为1021Hz时，为屏蔽电极A1供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，利用电压测量电路测量监督电极M与参考电极N之间以及测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差，同时利用电流测量电路检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值。

3.根据权利要求1或2所述的微柱型聚焦测井仪，其特征是：微柱极板中心前沿的等位面为半圆柱形。

4.一种微柱型聚焦测井方法，采用权利要求1或2所述的微柱型聚焦测井仪，检测测量井周围冲洗带地层的特征，其特征是：

首先使测井仪分别在如下两种电源频率模式下工作，获得如下数据信息：

模式一：测井仪井下电源供电频率为510.5Hz，同时为工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，

1）测量监督电极M与参考电极N之间的电位差，记为

2）检测测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差，记为

3）检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

模式二：测井仪井下电源供电频率为1021Hz，为屏蔽电极A1供电，B为回流电极，此时工字形屏蔽电极A0和测量纽扣电极B0、B1以及B2等电位连接，

1）测量监督电极M与参考电极N之间的电位差，记为

2）检测测量电极A0^*与监督电极M之间的电位差，记为

3）检测测量纽扣电极B0、B1以及B2上的电流值，分别记为

然后利用采集到的信号进行视电阻率计算：

测量纽扣电极B0视电阻率：

$R_{B0}=k_{B0}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B0}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B0}^2}$

测量纽扣电极B1视电阻率：

$R_{B1}=k_{B1}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B1}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B1}^2}$

测量纽扣电极B2视电阻率：

$R_{B2}=k_{B2}\frac{{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{MN}}^2}{I_{B2}^1-{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^1/{\mathrm{\Δu}}_{A0*M}^2*I_{B2}^2}$

建立一维旋转轴对称地层模型，利用麦克斯韦方程可知，仪器响应满足

$\▿\·(\mathrm{\σ}\▿u)=0$

其中，σ为不同位置的电导率，u为电位；

令泥饼的电导率为σ_m，泥饼厚度为h_m，冲洗带电导率为σ_t，利用有限元分析对微柱聚焦测井仪分析可知电阻率响应可以写为：

R＝f(σ_m,h_m,σ_t)

利用最小二乘原理求解min ||R-f(σ_m,h_m,σ_t)||，得到泥饼电导率σ_m、泥饼厚度h_m以及冲洗带电阻率σ_t，

利用地层参数，通过有限元分析，可以得到微电阻率测井曲线。

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