CN106089192A - 一种随钻激发极化测井仪、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种随钻激发极化测井仪、系统及方法，所述随钻激发极化测井仪连接于钻铤与钻杆之间，包括测量电极短节和测量仪器短节，测量电极短节的柱体表面等间距镶嵌多个相互绝缘的环形的测量电极，多个测量电极分别连接至测量仪器短节内部电路，测量电极短节还包括供电电极，供电电极也连接至测量仪器短节内部电路，测量仪器短节用于控制测量电极短节的数据采集过程，并将采集的数据发送至地面终端。本发明所述随钻激发极化测井仪可实现对地层激发极化电位衰减谱的定点测量，能够采集到完整的地层激发极化电位衰减谱，能在钻井的同时快速准确地进行地层测试，还能直接得到地层的激发极化率，较电缆测井更能真实反映原状地层信息。
Description
技术领域
本发明涉及石油或地质勘测领域，尤其涉及一种随钻激发极化测井仪、系统及方法。
背景技术
激发极化测井(IP)在石油工业中主要用于评价地层渗透性，识别岩性剖面，分析注水开发油田水淹层等。我国油田于上世纪60年代从前苏联引进激发极化测井方法，当时只测量激发电场断开瞬间的二次场电位，称为人工电位测井；70年代后，国内一些油田和院校相继开展了激发极化测井方法研究，主要是利用激发极化率信息做地层评价。
由于岩石激发极化特性的影响因素多而且复杂，使用效果不理想，迄今为止，还没有一个令人满意的解释模型，只能做定性解释，不能满足定量解释需求，没能发展成为一种常规的测井方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种随钻激发极化测井仪、系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述随钻激发极化测井仪连接于钻铤与钻杆之间，包括测量电极短节和连接在测量电极短节一端的测量仪器短节，所述测量电极短节的柱体表面等间距镶嵌多个相互绝缘的环形的测量电极，多个所述测量电极分别连接至测量仪器短节内部电路，所述测量电极短节还包括供电电极，所述供电电极也连接至测量仪器短节内部电路，所述测量仪器短节用于控制测量电极短节的数据采集过程，并将采集的数据发送至地面终端。
本发明的有益效果是：本发明所述随钻激发极化测井仪可实现对地层激发极化电位衰减谱的定点测量，能够采集到完整的地层激发极化电位衰减谱，激发极化二次场电位衰减谱包括的地质信息远远大于传统的激发极化率，依据激发极化电位衰减谱可以得到地层渗透率，孔隙半径以及孔隙结构等重要地层信息，还可以利用每个地层深度在断电瞬间的二次场电位与一次场电位比值直接得到地层的激发极化率。所述测井仪连接于钻杆中，实现随钻测井，随钻测井能在钻井的同时快速准确地进行地层测试，较电缆测井更能真实反映原状地层信息。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述测量仪器短节远离测量电极短节的一端布置有供电回路电极，所述供电回路电极在供电时与测量电极短节的供电电极组成供电系统，实现对地层供电，在断电测量时，所述供电回路电极作为测量参考电极。
采用上述进一步方案的有益效果是：供电电极与供电回路电极之间的距离越大，电流流入地层就越远，对地层的探测就越深。
进一步，所述测量电极短节为在一根钻杆的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极，或为在一根与钻杆尺寸相同的钢管的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极；所述供电电极包括两个主供电电极，或者包括两个主供电电极和两个辅供电电极，所述钻杆两端各布置有一个主供电电极，多个所述测量电极中选取两个测量电极在供电时作为辅供电电极，在测量时作为测量电极。
采用上述进一步方案的有益效果是：使测量电极短节与钻杆的长度一致，以便在停钻测量或起钻测量时能完成一个钻杆长度的地层段测量、而不漏测地层；多个所述测量电极中选取两个测量电极在供电时作为辅供电电极可实现对地层均匀供电。
进一步，所述测量电极和供电电极分别通过高温绝缘导线贴钻杆内壁连接到测量仪器短节内部电路。
采用上述进一步方案的有益效果是：使测量仪器短节能通过连接导线实现对供电电极和测量电极的控制。
进一步，所述主供电电极宽度为5-20cm，且宽度相等；所述测量电极宽度为0.5-3cm，且宽度相等。
采用上述进一步方案的有益效果是：主供电电极越宽、对待测地层供电效果越好；但是主供电电极太宽则无意义，而且所需供电电流太大，不易实现，所以选择5-20cm；测量电极的尺寸选择主要考虑强度，就测量地层某点的电位而言，电极越窄越好，但是电极越窄强度越差,所以本发明选择0.5-3cm,既考虑测量效果，又考虑电极强度。
进一步，所述供电电极和测量电极的材料均采用厚度为1-3mm惰性金属材料或不锈钢材料。
采用上述进一步方案的有益效果是：这些材料具有电极电位相对稳定、耐腐蚀、强度大等特点；选择厚度为1-3mm,强度高。
进一步，所述测量仪器短节包括主控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和供电电源；所述主控制模块，用于控制供电电极和测量电极的启动和关闭，还用于在测量电极启动时，向数据采集模块发送采集指令；所述数据采集模块，用于根据采集指令对每个测量电极所对应的地层深度的激发极化二次场电位衰减值进行连续采集；所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行预处理；所述数据传输模块，用于将经过预处理的数据传输至地面终端。所述供电电源，用于为测量仪器短节供电，还用于通过供电电极对目标地层供电。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种随钻激发极化测井系统，包括随钻激发极化测井仪和地面终端。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种随钻激发极化测井方法，利用上述技术方案所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，包括：在钻井过程中，每钻进一个钻杆的长度，钻机停止钻进，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；供电第一预设时间后，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量；开启钻机，钻进一个钻杆长度时再停钻，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种随钻激发极化测井方法，利用上述技术方案所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，包括：在起钻过程中，吊卡每吊起一根钻杆，都要停下来进行拆卸，利用拆卸钻杆的时机，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；供电第一预设时间后，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量；利用拆卸下一个钻杆的时机，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
本发明的有益效果是：本发明将激发极化衰减谱的测量引入随钻测井，有效地解决了许多电缆测井难以解决的问题，能实现对地层激发极化衰减谱的定点测量，而电缆测井不允许定点测量，否则存在卡掉仪器的风险；而且对地层的供电时间和断电测量时间较电缆测井充分，电缆测井由于受测速的限制，供电时间和断电测量时间都难以充分。所以随钻测量的激发极化电位衰减谱质量要远优于电缆测井。再有，随钻测井能在钻井的同时快速准确地进行地层测试，较电缆测井更能真实反映原状地层信息。
附图说明
图1为本发明随钻激发极化测井仪示意图；
图2为本发明随钻激发极化测井仪在钻杆中的连接关系示意图；
图3为本发明所述测量仪器短节功能模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、2所示，一种随钻激发极化测井仪，所述随钻激发极化测井仪连接于钻铤与钻杆之间，包括测量电极短节和连接在测量电极短节一端的测量仪器短节，所述测量电极短节的柱体表面等间距镶嵌多个相互绝缘的环形的测量电极，多个所述测量电极分别连接至测量仪器短节内部电路，所述测量电极短节还包括供电电极，所述供电电极也连接至测量仪器短节内部电路，所述测量仪器短节用于控制测量电极短节的数据采集过程，并将采集的数据发送至地面终端。本发明所述环形的测量电极是将电极极板绕在柱体表面上，其目的一是使电极靠近井壁，探测到的信号强度大；二是环形电极探测范围大，能覆盖360度井周。
所述测量电极短节为在一根钻杆的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极，或为在一根与钻杆尺寸相同的钢管的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极；所述供电电极包括两个主供电电极，或者包括两个主供电电极和两个辅供电电极，所述钻杆两端各布置有一个主供电电极，多个所述测量电极中选取两个测量电极在供电时作为辅供电电极，在测量时作为测量电极。
本实施例中，在一根钻杆的柱体表面嵌入多个测量电极组成测量电极短节，或在一根与钻杆尺寸相同的钢管的柱体表面嵌入多个测量电极组成测量电极短节，每个测量电极之间相互绝缘，电极之间的距离可以选择20cm、30cm、40cm或更大，根据对地层纵向分辨率的需要而确定。以电极间距为20cm，钻杆长度为9.6米钻杆为例，可以布置48个测量电极，M1～M48；测量电极M1～M48分别通过高温绝缘导线贴钻杆内壁连接到测量仪器短节内部电路。图1中A1～A4为供电电极。其中，A1和A4为主供电电极，A2和A3为辅供电电极，A2和A3在供电时做供电电极使用，在断电测量时做测量电极使用。供电电极A1和A4的宽度为5～20cm，宽度相等；测量电极M1～M48的宽度为0.5～3cm，宽度相等。供电电极和测量电的极材料均采用厚度为1～3mm的惰性金属材料或不锈钢。
测量仪器短节的外径与钻杆一致，连接方式与钻杆之间的连接方式一致。所述测量仪器短节远离测量电极短节的一端布置有供电回路电极B，所述供电回路电极B在供电时与测量电极短节的供电电极组成供电系统，实现对地层供电，在断电测量时，所述供电回路电极B作为测量参考电极。供电电极A1～A4、供电回路电极B与测量电极M1～M48一起构成随钻激发极化测井电极系。
如图3所示，所述测量仪器短节包括主控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和供电电源；所述主控制模块，用于控制供电电极和测量电极的启动和关闭，还用于在测量电极启动时，向数据采集模块发送采集指令；所述数据采集模块，用于根据采集指令对每个测量电极所对应的地层深度的激发极化二次场电位衰减值进行连续采集；所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行预处理；所述数据传输模块，用于将经过预处理的数据传输至地面终端。所述供电电源，用于为测量仪器短节供电，还用于通过供电电极对目标地层供电。
数据传输采用遥传系统，遥传系统用于井下与地面通讯、传输井下数据，可以采用技术成熟的泥浆波传输或无线电磁波传输。
供电电源采用井下涡轮发电装置或采用电池组供电。井下涡轮发电是成熟技术，其工作原理是，当钻井泥浆通过测量电极短节内部循环至测量仪器短节时，驱动测量仪器短节下端的涡轮转动，涡轮发电机将机械能转变为电能，供系统使用。因此在采用井下涡轮发电时，测量仪器短节需要开有供泥浆循环的孔道。
实施例2，本发明还提供一种随钻激发极化测井系统，包括实施例1所述的随钻激发极化测井仪和地面终端。所述随钻激发极化测井仪将采集的数据传输给地面终端，地面终端对数据进行处理，生成激发极化衰减谱。激发极化衰减谱包括的地质信息远远大于传统激发极化率，依据激发极化电位衰减谱可以得到地层渗透率，孔隙半径以及孔隙结构等重要地层信息，还可以利用每个地层深度在断电瞬间的二次场电位与一次场电位比值直接得到地层的激发极化率。
实施例3，一种随钻激发极化测井方法，其特征在于，利用实施例所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，本方法采用停钻测量模式，包括：在钻井过程中，每钻进一个钻杆的长度，钻机停止钻进，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；供电第一预设时间后，一般为5～30s，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量，第二预设时间一般为15～60s；开启钻机，钻进一个钻杆长度时再停钻，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
本实施例中，在钻井过程中，每钻进一个钻杆长度时，停钻数十秒，为随钻激发极化测量提供时间。
以每个深度的激发极化二次场电位衰减值为纵坐标，以衰减时间为横坐标，可以得到每个深度的激发极化二次场电位衰减谱，依据衰减谱可以得到地层渗透率、孔隙半径以及孔隙结构等重要地层信息，还可以利用每个地层深度在断电瞬间的二次场电位与一次场电位比值直接得到地层的激发极化率。
供电时间和断电测量时间依据不同地层而定，一般情况下，1分钟的停钻时间足以满足一个过程的激发极化测井。
实施例4，一种随钻激发极化测井方法，利用实施例1所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，本方法采用起钻测量模式，包括：在起钻过程中，吊卡每吊起一根钻杆，都要停下来进行拆卸，利用拆卸钻杆的时机，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；供电第一预设时间后，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量；利用拆卸下一个钻杆的时机，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
起钻过程中，每拆卸一根钻杆都需要几分钟时间，足以满足一个周期的激发极化测井，测井过程与停钻测量模式一致。与停钻测量模式相比，起钻测量不会影响钻井作业，但泥浆侵入时间相对长。
激发极化二次场电位衰减谱包含的地质信息要远远大于传统的激发极化率，依据激发极化电位衰减谱可以得到地层渗透率、孔隙半径以及孔隙结构等重要地层信息，还可以利用每个地层深度在断电瞬间的二次场电位与一次场电位比值直接得到地层的激发极化率。本发明将激发极化衰减谱的测量引入随钻测井，有效地解决了许多电缆测井难以解决的问题，能实现对地层激发极化衰减谱的定点测量，而电缆测井不允许定点测量，否则存在卡掉仪器的风险；而且对地层的供电时间和断电测量时间较电缆测井充分，电缆测井由于受测速的限制，供电时间和断电测量时间都难以充分。所以随钻测量的激发极化电位衰减谱质量要远优于电缆测井。再有，随钻测井能在钻井的同时快速准确地进行地层测试，较电缆测井更能真实反映原状地层信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述随钻激发极化测井仪连接于钻铤与钻杆之间，包括测量电极短节和连接在测量电极短节一端的测量仪器短节，所述测量电极短节的柱体表面等间距镶嵌多个相互绝缘的环形的测量电极，多个所述测量电极分别连接至测量仪器短节内部电路，所述测量电极短节还包括供电电极，所述供电电极也连接至测量仪器短节内部电路，所述测量仪器短节用于控制测量电极短节的数据采集过程，并将采集的数据发送至地面终端。
2.根据权利要求1所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述测量仪器短节远离测量电极短节的一端布置有供电回路电极，所述供电回路电极在供电时与测量电极短节的供电电极组成供电系统，实现对地层供电，在断电测量时，所述供电回路电极作为测量参考电极。
3.根据权利要求1所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述测量电极短节为在一根钻杆的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极，或为在一根与钻杆尺寸相同的钢管的柱体表面等间距嵌入多个相互绝缘的测量电极；所述供电电极包括两个主供电电极，或者包括两个主供电电极和两个辅供电电极，所述钻杆两端各布置有一个主供电电极，多个所述测量电极中选取两个测量电极在供电时作为辅供电电极，在测量时作为测量电极。
4.根据权利要求3所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述测量电极分别通过高温绝缘导线贴钻杆内壁连接到测量仪器短节内部电路。
5.根据权利要求3所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述主供电电极宽度为5-20cm，且宽度相等；所述测量电极宽度为0.5-3cm，且宽度相等。
6.根据权利要求1-5任一项所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述供电电极和测量电极的极材料均采用厚度为1-3mm惰性金属材料或不锈钢材料。
7.根据权利要求1所述的随钻激发极化测井仪，其特征在于，所述测量仪器短节包括主控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和供电电源；
所述主控制模块，用于控制供电电极和测量电极的启动和关闭，还用于在测量电极启动时，向数据采集模块发送采集指令；
所述数据采集模块，用于根据采集指令对每个测量电极所对应的地层深度的激发极化二次场电位衰减值进行连续采集；
所述数据处理模块，用于对数据采集模块采集的数据进行预处理；
所述数据传输模块，用于将经过预处理的数据传输至地面终端；
所述供电电源，用于为测量仪器短节供电，还用于通过供电电极对目标地层供电。
8.一种随钻激发极化测井系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的随钻激发极化测井仪和地面终端。
9.一种随钻激发极化测井方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，包括停钻测量：
在钻井过程中，每钻进一个钻杆的长度，钻机停止钻进，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；
供电第一预设时间后，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；
连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量；
开启钻机，钻进一个钻杆长度时再停钻，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
10.一种随钻激发极化测井方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的随钻激发极化测井仪实现数据采集，包括起钻测量：
在起钻过程中，吊卡每吊起一根钻杆，都要停下来进行拆卸，利用拆卸钻杆的时机，开启随钻激发极化测井仪，通过供电电极对待测地层供电，形成一次场电位；
供电第一预设时间后，停止对待测地层供电，同时启动所有测量电极；
连续采集第二预设时间每个测量电极所对应地层深度的激发极化二次场电位衰减值，并将采集的数据发送至地面终端，关闭随钻激发极化测井仪，完成一个周期测量；
利用拆卸下一个钻杆的时机，进行下一个周期测量，周而复始，直至完成全井段的测井任务。
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