CN103615238B - 一种等比例缩小的洞穴地层双侧向测井物理模拟装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等比例缩小的洞穴地层双侧向测井物理模拟装置及实验方法，其中的模拟装置特征是包括基岩模型、洞穴物理模型与等比例缩小双侧向测井仪；上述基岩模型的电阻率范围为2000Ω.m～10000Ω.m，基岩模型设置有竖直井眼；上述洞穴物理模型横置于基岩模型内形成过井眼未填充洞穴，未填充洞穴的电阻率范围为0.1Ω.m～500Ω.m，未填充洞穴的直径范围为50mm～400mm；上述双侧向测井仪包括主电极、监督电极和屏蔽电极。本发明可通过改变模型的电阻率可模拟洞穴内充填物质、充填程度、发育规模及与井眼不同位置的等比例缩小的双侧向测井响应，为基于双侧向测井的碳酸盐岩储集空间评价提供相关依据。

Description

一种等比例缩小的洞穴地层双侧向测井物理模拟装置及实验方法

技术领域

本发明属于岩石物理及石油地球物理测井领域，具体地说是涉及一种利用等比例缩小双侧向测井仪器模拟等比例缩小洞穴地层模型的装置及实验方法。

背景技术

碳酸盐岩储层在我国南方和西部等普遍发育，是重要的油气勘探区域，具有缝、洞、孔等复杂的储集空间，受沉积、构造、成岩和后生改造等多因素影响，往往发育多期多旋回古岩溶与构造裂缝组成的次生裂缝、洞穴等，非均质性强、各向异性缝-洞发育规模不等、分布不均充填物类型和充填程度变化大使得缝洞储集体的测井响应非常复杂，影响了基于测井资料进行该类储集体的识别与定量表征的多解性和模糊性。目前国内外尚无成熟的技术方法借鉴，特别在是作为缝洞储集体发育位置和规模、解释评价充填情况最重要的电测井方面，更是鲜有研究成果。因此有必要开展深入系统的研究，根据缝洞储集体地质特征从电测井机理入手进行物理实验模拟研究，明确复杂缝洞储集体的响应特征建立响应解释模型和评价标准。

目前，探测洞穴的充填性质和发育规模特征主要通过钻井过程中的泥浆漏失和成像测井技术。但是这种依靠洞穴存在情况下产生泥浆漏失等现象尚且无法判断洞穴的发育规模和充填性质，而成像测井探测范围有限，只能判断洞穴存在，也不能判断洞穴的发育规模和充填程度。因此需要通过设计物理模拟实验模拟不同模型大小和电阻率特征下利用双侧向测井技术的实验规律探索地层洞穴测井勘探的技术方法。洞穴物理模型实验国内外已进行了大量的数学模拟方法方面的研究，但是对于洞穴地层双侧向测井响应特征的物理模拟精确实验研究领域还是一片空白。开展模拟地层条件的洞穴双侧向测井实验装置和实验方法研究，推进利用双侧向测井仪器和测井技术方法研究分析洞穴型储层的发育特征，同时减少洞穴型地层测井过程中的盲目性，降低勘探成本并提高钻遇成功率。

发明内容

本发明的任务在于提供一种等比例缩小的洞穴双侧向测井物理模拟装置，以及使用该装置进行实验的方法；用以实现利用物理模拟技术研究洞穴地层的双侧向测井响应规律，为基于双侧向测井的洞穴型储层评价提供实验参考。

其技术解决方案是：

一种等比例缩小的洞穴双侧向测井物理模拟装置，包括基岩模型、洞穴物理模型与双侧向测井仪；上述基岩模型的电阻率范围为2000Ω.m～10000Ω.m，基岩模型设置有竖直井眼；上述洞穴物理模型横置于基岩模型内形成过井眼未填充洞穴，未填充洞穴的电阻率范围为0.1Ω.m～500Ω.m，未填充洞穴的直径范围为50mm～400mm；上述双侧向测井仪包括主电极、监督电极和屏蔽电极，主电极放置在双侧向测井仪的中间，两个监督电极紧密分布在主电极上、下的对称位置，四个屏蔽电极分别对称放置在监督电极之后。

上述双侧向测井仪配置有实时控制与调制电路和载有信号实时处理与采集软件系统的计算机平台，实时控制与调制电路包括信号发射电路、信号接收电路、浅侧向屏流源、深侧向屏流源、监控回路、电压检测、电流检测、直流电源和控制信号发生器；浅侧向屏流源的工作频率为512Hz，深侧向屏流源的工作频率为128Hz；上述实时控制与调制电路用于信号实时传输与信息反馈，控制双侧向测井仪的运行及信息采集；计算机平台用于实时数据采集、命令发送、曲线显示及记录随时响应硬件接口所传输的数据，经过解码和反演后生成曲线数据，并以数值显示和曲线显示的方式在计算机屏幕上滚动显示。

一种使用上述缩小比例洞穴双侧向测井物理实验模拟装置进行实验的方法，包括以下步骤：

a根据数值模拟结果在基岩模型上构建规格为2m×2m×2m的模拟井；

b将模拟井内充满配置好的具有一定矿化度的氯化钠溶液；

c应用实时控制与调制电路将制作好的洞穴物理模型和竖直井眼放入模拟井内预设位置；

d通过实时控制与调制电路进行垂直情况下的数据采集及测量；首先给主电极通电并发出恒定电流，四个屏蔽电极同时发出与主电极相同极性的稳定电流，通过调节电子线路使得主电极与屏蔽电极之间的电位相等；此时再调节监督电极使得两个监督电极的电位相等；最后再测量任一监督电极的电位；

e根据设定的模拟条件重复步骤b至d，若模拟条件结束，则转步骤f；

f对采集后的数据进行解码和反演，生成测井曲线并分析。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明可模拟不同充填物质和发育规模以及洞穴与井眼的相对位置等条件下的双侧向测井响应，为基于双侧向测井的碳酸盐岩储层的洞穴充填及发育特征提供实验依据。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：

图1为本发明中缩小比例洞穴双侧向测井物理实验模拟装置一种实施方式的结构图。

图2主要示出了图1方式中的基岩模型与双侧向测井仪部分。

图3主要示出了等比例缩小的双侧向测井仪内部结构及电极系排列。

具体实施方式

结合图1、图2与图3，一种缩小比例洞穴双侧向测井物理实验模拟装置，包括基岩模型1、洞穴物理模型2和双侧向测井仪3。上述基岩模型的电阻率范围为2000Ω.m～10000Ω.m，基岩模型设置有竖直井眼4。上述洞穴物理模型横置于基岩模型内形成过井眼未填充洞穴，未填充洞穴的电阻率可为0.1Ω.m、1Ω.m、5Ω.m、50Ω.m、100Ω.m、200Ω.m、300Ω.m、400Ω.m、450Ω.m、500Ω.m，未填充洞穴的直径为50mm、100mm、250mm、300mm、350mm、400mm。上述双侧向测井仪包括一个主电极Ao，二个监督电极M、M’，四个屏蔽电极A1、A1’、A2、A2’，监督电极以主电极为中心对称设置，四个屏蔽电极分别对称放置在监督电极之后，即屏蔽电极以主电极为中心对称设置并位于仪器的最外侧。

优选地，上述基岩模型是在水槽内放入氯化钠溶液制成，25℃时其矿化度范围为0.339mg/L～1.833mg/L之间；上述洞穴物理模型是由特种水泥和石墨按照一定比例制成，石墨含量为5％～25％。

优选地，上述竖直井眼是由电阻率为0.1Ω.m～1Ω.m的导电橡胶管制成的，注入在竖直井眼中的泥浆滤液电阻率范围为0.1Ω.m～1Ω.m，该泥浆滤液是在25℃时由矿化度为66895mg/L～5314mg/L的氯化钠溶液配制而成。

优选地，上述洞穴物理模型与现场情况下洞穴的大小比例为1:20。

优选地，上述双侧向测井仪配置有实时控制与调制电路和载有信号实时处理与采集软件系统的计算机平台，实时控制与调制电路包括信号发射电路、信号接收电路、浅侧向屏流源、深侧向屏流源、监控回路、电压检测、电流检测、直流电源和控制信号发生器；浅侧向屏流源的工作频率为512Hz，深侧向屏流源的工作频率为128Hz；上述实时控制与调制电路用于信号实时传输与信息反馈，控制井下仪器的运行及信息采集；计算机平台用于实时数据采集、命令发送、曲线显示及记录随时响应硬件接口所传输的数据，经过解码和反演后生成曲线数据，并以数值显示和曲线显示的方式在计算机屏幕上滚动显示。

上述浅侧向屏流源可前置放大器，斩波器，带通滤波器，功率放大级组成。与浅侧向屏流源相似，深侧向屏流源也由前置放大器，斩波器，带通滤波器，功率放大级组成。

上述电流检测电路可包含深浅两个测量通道。信号经前置差动放大后、分别进入深浅带通滤波器和深相敏检波器，最后分别输出深浅直流检波信号。

上述电压检测电路包含深浅两个测量通道。深测量通道由前置差动放大器、深带通滤波器和深相敏检波器组成。浅测量通道由前置电压放大器、浅带通滤波器和浅相敏检波器构成。

上述计算机平台，主要功能是实时数据采集、命令发送、曲线显示及记录随时响应硬件接口所传输的数据，经过不同仪器的解码和反演后生成曲线数据，并以数值显示和曲线显示的方式在计算机屏幕上滚动显示。实时地显示地面设备和井下仪器的各种工作状态，随时将操作员的各种命令及时发送到地面设备或井下仪器。所有的仪器服务程序和其他的服务程序都应该由主控程序来调度实现，所有操作在模块自身内完成，所有控制由主控程序发出。

优选地，上述双侧向测井仪工作模式：首先主电极Ao发出电流，然后通过控制系统使得四个屏蔽电极A1、A1’、A2、A2’也发出相同极性的电流使得主电极与屏蔽电极之间的电位相等；此时电流被聚焦至地层，为了实现电位的监测，给监督电极M和M’供电，并调节使得M与M’的电位相等。当M与M’的电位相等时，记录M电极的电位值并保存至采集系统。

一种使用上述缩小比例洞穴双侧向测井物理实验模拟装置进行实验的方法，包括以下步骤：

a根据数值模拟结果在基岩模型上构建规格为2m×2m×2m的模拟井。

b将模拟井内充满配置好的具有一定矿化度的氯化钠溶液。

c应用实时控制与调制电路将制作好的洞穴物理模型和竖直井眼放入模拟井内预设位置。

d通过实时控制与调制电路进行垂直情况下的数据采集及测量；电极系固定在测井仪中发挥其各自功能，首先给主电极通电并发出恒定电流，四个屏蔽电极同时发出与主电极相同极性的稳定电流，通过调节电子线路使得主电极与屏蔽电极之间的电位相等；此时再调节监督电极使得两个监督电极的电位相等；最后再测量任一监督电极的电位。

e根据设定的模拟条件重复步骤b至d，若模拟条件结束，则转步骤f；

f对采集后的数据进行解码和反演，生成测井曲线并分析。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种等比例缩小的洞穴双侧向测井物理模拟装置，其特征在于包括基岩模型、洞穴物理模型与双侧向测井仪；上述基岩模型的电阻率范围为2000Ω.m～10000Ω.m，基岩模型设置有竖直井眼；上述洞穴物理模型横置于基岩模型内形成过井眼未填充洞穴，未填充洞穴的电阻率范围为0.1Ω.m～500Ω.m，未填充洞穴的直径范围为50mm～400mm；上述双侧向测井仪包括主电极、监督电极和屏蔽电极，主电极放置在双侧向测井仪的中间，两个监督电极紧密分布在主电极上、下的对称位置，四个屏蔽电极分别对称放置在监督电极之后。

2.根据权利要求1所述的等比例缩小的洞穴双侧向测井物理模拟装置，其特征在于：上述双侧向测井仪配置有实时控制与调制电路和载有信号实时处理与采集软件系统的计算机平台，实时控制与调制电路包括信号发射电路、信号接收电路、浅侧向屏流源、深侧向屏流源、监控回路、电压检测、电流检测、直流电源和控制信号发生器；浅侧向屏流源的工作频率为512Hz，深侧向屏流源的工作频率为128Hz；上述实时控制与调制电路用于信号实时传输与信息反馈，控制双侧向测井仪的运行及信息采集；计算机平台用于实时数据采集、命令发送、曲线显示及记录随时响应硬件接口所传输的数据，经过解码和反演后生成曲线数据，并以数值显示和曲线显示的方式在计算机屏幕上滚动显示。

3.一种使用如权利要求2所述的等比例缩小的洞穴双侧向测井物理实验模拟装置进行实验的方法，包括以下步骤：

a根据数值模拟结果在基岩模型上构建规格为2m×2m×2m的模拟井；

b将模拟井内充满配置好的具有一定矿化度的氯化钠溶液；

c应用实时控制与调制电路将制作好的洞穴物理模型和竖直井眼放入模拟井内预设位置；

d通过实时控制与调制电路进行垂直情况下的数据采集及测量；首先给主电极通电并发出恒定电流，四个屏蔽电极同时发出与主电极相同极性的稳定电流，通过调节电子线路使得主电极与屏蔽电极之间的电位相等；此时再调节监督电极使得两个监督电极的电位相等；最后再测量任一监督电极的电位；

e根据设定的模拟条件重复步骤b至d，若模拟条件结束，则转步骤f；

f对采集后的数据进行解码和反演，生成测井曲线并分析。