CN108729898B - 侧向测井仪电极系以及侧向测井仪 - Google Patents

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邵琨
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王林
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Abstract

本发明涉及侧向测井仪器电极系及侧向测井仪，侧向测井仪器电极系具备绝缘芯棒及安装其上的电极系，构成电极系的电极串装在绝缘芯棒上且电极间采用绝缘材料隔开，电极系包括：第一环状电极；一对主电极，分别位于第一环状电极的两侧且通过导线连接；一对第一屏蔽电极，分别位于一对主电极的外侧且通过导线连接；一对第二屏蔽电极，分别位于一对第一屏蔽电极的外侧且通过导线连接；一对电压测量电极，分别位于第一屏蔽电极和第二屏蔽电极之间；分别依次位于主电极与第一屏蔽电极之间的一对第二、第三及第四环状电极。根据侧向测井仪器的三种工作模式的组合得到地层信息，选取不同的监督条件而获取6组具有不同分层能力的曲线。

Description

侧向测井仪电极系以及侧向测井仪
技术领域
本发明涉及一种油田测量工具，特别涉及一种用于石油勘探开发的测井装置的侧向测井仪电极系以及侧向测井仪。
背景技术
双侧向测井仪器是在裸眼井中测量地层电阻率，研究地层侵入变化，估算含油饱和度的主要仪器。传统的双侧向测井仪器主要包括电极系、电子线路、绝缘短节，总长约7~10米，深侧向探测深度约1~1.5米，浅侧向探测深度约0.2~0.5米，纵向分辨率约为0.6米。传统双侧向测井仪在进行深侧向测井时，采用硬聚焦的方式，环状电极发射电流进入地层，柱状电极发射屏蔽电流对主电流聚焦，在电子线路中需要有反馈回路调节屏蔽电流，控制监督电极处于等电位。理论上，这种聚焦方式要求放大器具有无限大的增益，但在实际中，由于放大器的增益是有限的，监督电极不是严格等电位，并在测量结果中引入误差。这一误差在传统双侧向测井中很小，但是在高分辨率侧向测井中会很大。阵列侧向测井仪可以同时获取6条测井曲线，且每条曲线具有不同的探测深度，相同的纵向分辨率，但仪器的工作频率个数较多。
然而随着油气勘探开发的深入，薄互层等储层也逐渐成为勘探的重点，这就需要具有高分辨率的侧向测井仪器，且软聚焦方法通过叠加两个未聚焦的测量值来抵消监督电位差，使得聚焦条件被无条件满足，避免了硬聚焦测量方式所引起的误差，因此提高了测量的精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有多种分层能力的高分辨率侧向测井仪电极系以及侧向测井仪。
为了实现上述目的，本发明提供一种侧向测井仪电极系，其特征在于，
所述侧向测井仪电极系具备绝缘芯棒以及安装在所述绝缘芯棒上的电极系，所述电极系通过导线与测量电路连接，
构成所述电极系的电极串装在所述绝缘芯棒上并且电极之间采用绝缘材料隔开，
所述电极系包括：第一环状电极（M0），位于所述绝缘芯棒的中间；一对主电极（A0、A0’），分别位于所述第一环状电极（M0）的两侧，并且所述一对主电极（A0、A0’）之间通过导线连接；一对第一屏蔽电极（A1、A1’），分别位于所述一对主电极（A0、A0’）的外侧，并且所述一对第一屏蔽电极（A1、A1’） 之间通过导线连接；一对第二屏蔽电极（A2、A2’），分别位于所述一对第一屏蔽电极（A1、A1’）的外侧，并且所述一对第二屏蔽电极（A2、A2’）之间通过导线连接；一对电压测量电极（A1*、A1*’），分别位于所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极之间，用于测量所述第一屏蔽电极的电压；分别依次位于所述主电极与所述第一屏蔽电极之间的一对第二环状电极（M1、M1’）、一对第三环状电极（M2、M2’）以及一对第四环状电极（M3、M3’）。
此外，在本发明的侧向测井仪电极系中，
所述绝缘芯棒的中心为一根金属棒，所述金属棒的中心具有贯通孔，并且所述金属棒与所述电极系之间绝缘。
此外，在本发明的侧向测井仪电极系中，
所述第一屏蔽电极以及所述第二屏蔽电极是柱状电极并且用于发射屏蔽电流而对所述主电极发射的主电流进行聚焦。
此外，在本发明的侧向测井仪电极系中，
在第一模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极加载电流且返回回路电极，并且辅助监督电路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录参考电极的电位，
在第二模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极加载电流并且返回到所述一对第二屏蔽电极的情况下，所述数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位，
在第三模式即所述输出模块对所述一对主电极加载电流并且返回到所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极上，所述监督回路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，所述数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位以及所述一对主电极上的电流，
根据所述第一模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到深侧向视电阻率或者根据所述第二模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到浅侧向视电阻率。
此外，在本发明的侧向测井仪电极系中，
在根据所述第一模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到深侧向视电阻率的情况下，设在所述第一模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为、、/>、/>、/>、/>、/>并且所述参考电极的电位为/>，设在所述第三模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，所述参考电极的电位为/>并且所述一对主电极上的电流为/>、/>，由此，得到如以下式（1）所示的深侧向视电阻率Ra_di，
，（i=1,…,6） （1），
其中，（i=1,…,6）为深侧向仪器系数，并且，
（2）
在上述的式（2）中得到6条具有不同分辨率的深侧向电阻率曲线，其中，
（3），
在所述第一模式中i=1，在所述第二模式中i=2，在所述第三模式中i=3，且。
此外，在本发明的侧向测井仪电极系中，
在根据所述第二模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到浅侧向视电阻率的情况下，设在所述第二模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为、、/>、/>、/>、/>、/>并且所述参考电极的电位为/>，设在所述第三模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，所述参考电极的电位为/>并且所述一对主电极上的电流为/>、/>，由此，得到如以下式（4）所示的浅侧向视电阻率Ra_si，
，（i=1,…,6） （4），
其中，（i=1,…,6）为浅侧向仪器系数，并且，
（5），
在上述的式（5）中得到6条具有不同分辨率的浅侧向电阻率曲线，其中，
（3），
在所述第一模式中i=1，在所述第二模式中i=2，在所述第三模式中i=3，且。
此外，本发明提供一种侧向测井仪，其特征在于，具备如上所述的侧向测井仪电极系。
此外，在本发明中采用3个工作频率就可以同时获得6组具有不同分辨率的电阻率曲线，高分辨率测井曲线能识别0.1m的薄层，并且能测量得到0.4m薄层的真实电阻率。
此外，本发明的电极系设计方案可以有效缩短仪器长度，提高仪器在复杂井眼环境下的适用性。
附图说明
图1是本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的结构示意图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地对本发明进行说明。
图1是本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的结构示意图。如图1所示，本发明的侧向测井仪电极系结构主要由电极系、绝缘芯棒这两部分构成，电极系通过导线与测量电路连接，此外，在整个系统中还包含有参考电极N，回路电极B。具体地说，本发明的电极系由设置在一个绝缘芯棒上的15个电极构成，即，从电极系的一端至另一端的电极名称依次为A2、A1*、A1、M3、M2、M1、A0、M0、A0’、M1’、M2’、M3’、A1’、A1*’、A2’。其中，作为环状电极的电极M0（即，第一环状电极）位于电极系的中间，即，环状电极M0位于绝缘芯棒的中间。此外，一对电极A0、A0’为主电极并且位于电极系的中间，它们被环状电极M0分成两部分，并且电极A0、A0’之间通过导线连接，用来发射主电流，即，如图1所示那样，一对主电极A0、A0’分别位于第一环状电极M0的两侧，并且一对主电极A0、A0’之间通过导线连接。此外，电极A2、A2’和电极A1、A1’为屏蔽电极并且位于电极系的两端，并且，同名电极之间通过导线连接，用来发射屏蔽电流对主电流进行聚焦，即，如图1所示那样，一对第一屏蔽电极A1、A1’分别位于一对主电极A0、A0’的外侧，并且，一对第一屏蔽电极A1、A1’ 之间通过导线连接，此外，一对第二屏蔽电极A2、A2’分别位于一对第一屏蔽电极A1、A1’的外侧，并且一对第二屏蔽电极A2、A2’之间通过导线连接。此外，例如，电极A2、A2’和电极A1、A1’可以是柱状电极。此外，在本发明的电极系中还具有电压测量电极A1*、A1*’，即，如图1所示那样，一对电压测量电极A1*、A1*’分别位于第一屏蔽电极A1和第二屏蔽电极A2之间以及第一屏蔽电极A1’和第二屏蔽电极A2’之间，并且电压测量电极A1*、A1*’ 分别用来测量第一屏蔽电极A1、A1’的电压。此外，如图1所示那样，本发明电电极系还具有电极M3、M3’、电极M2、M2’以及电极M1、M1’，并且这些电极M1、M1’、 M2、M2’、 M3、M3’都是环状电极，即，一对第二环状电极M1、M1’、一对第三环状电极M2、M2’以及一对第四环状电极M3、M3’分别依次位于主电极与第一屏蔽电极之间，这些电极M1、M1’、 M2、M2’、 M3、M3’ 用作电压监控。此外，三对环状电极M3、M3’、电极M2、M2’和电极M1、M1’比较特殊，与其它电极不同。此外，同名电极（名字相同的电极，例如M3、M3’为同名电极，为了区分而加了上标）之间不短接，并且不同电极之间也不短接。三对环状电极M3、M3’、电极M2、M2’和电极M1、M1’分别与测量电路连接，即，电极M3、M3’ 分别与测量电路连接，电极M2、M2’分别与测量电路连接，电极M1、M1’分别与测量电路连接。此外，三对环状电极M3、M3’、电极M2、M2’和电极M1、M1’用来监控在仪器工作过程中所形成的整个电场，即，能够测量得到这些环状电极所处位置的电压（也就是说，电极M3、M3’、电极M2、M2’和电极M1、M1’设置的位置不同，它们所监控到的电压值是不同的）。
此外，关于前述的参考电极N和回路电极B，在电路中，如果要测量某一个电极的电压值，需要有一个参考电极（例如，如果要测量电极A2的电压值，则需要测量电极A2与参考电极N之间的电压差作为电极A2的电压值）。此外，参考电极N接入电路的方式为：例如，为了得到电极M0的电压值，将电极M0和参考电极N接入同一个差分电路（也可以将这里的电极M0更换为电极M1、电极M1’、电极M2、电极M2’、电极M3、电极M3’）。此外，回路电极B是作为屏蔽电极A1、A1’和电极A2、A2’的回路电极。
此外，虽然没有图示，但是在本发明中绝缘芯棒的中心为一根金属棒，在金属棒的中心具有贯通孔，并且金属棒与电极系之间被绝缘（例如，绝缘芯棒是由一根金属棒外部缠绕绝缘材料而成，并且在金属棒中心有贯通孔）。
此外，在本发明的具有多种分层能力的高分辨率侧向测井仪（即，具有上述那样结构的电极系）中电阻率测量方法如下。
将以下方式作为第一模式，即，输出模块输出电流加载在屏蔽电极A1、A1’和电极A2、A2’上并且返回到回路电极B，辅助监督电路模块保持电压测量电极A1*与屏蔽电极A2为等电位，电压测量电极A1*’与屏蔽电极A2’等电位，即，电压测量电极的电位与第二屏蔽电极的电位相同。数据采集模块记录该模式下电极M3、M3’、电极M2、M2’、电极M1、M1’的电位以及第一环状电极M0的电位，分别记为、/>、/>、/>、/>、/>以及/>，同时记录电极N电位，记为/>。
将以下方式作为第二模式，即，输出模块输出电流加载在屏蔽电极A1、A1’上，并且返回到屏蔽电极A2、A2’上。数据采集模块记录该模式下电极M3、M3’、电极M2、M2’、电极M1、M1’的电位以及第一环状电极M0的电位，分别记为、/>、/>、/>、/>、/>以及/>，同时记录电极N电位，记为/>。
此外，将以下方式作为第三模式，输出模块输出电流加载在主电极A0，A0’上，并且返回到屏蔽电极A1、A1’和电极A2、A2’上，监督回路模块保持电压测量电极A1*与屏蔽电极A2为等电位，电压测量电极A1*’与屏蔽电极A2’为等电位，即，电压测量电极的电位与第二屏蔽电极的电位相同。数据采集模块记录该模式下电极M3、M3’、电极M2、M2’、电极M1、M1’以及第一环状电极M0的电位，分别记为、/>、/>、/>、/>、/>、/>，同时记录电极N电位，记为/>，此外，同时记录电极A0、A0’上的电流，分别记为/>、/>。
此外，如上所述的输出模块、辅助监督电路模块以及数据采集模块都是外部设备用于控制本发明的电极系的模块。
在设定了上述三种工作模式的情况下，利用以上三种工作模式下所采集的数据即可得到地层视电阻率：利用第一模式与第三模式的组合，能够得到如下的式（1）所示深侧向视电阻率Ra_di，
，（i=1,…,6） （1），
此外，利用第二模式与第三模式的组合，能够得到如下的式（4）所示的浅侧向视电阻率Ra_si，
，（i=1,…,6） （4），
其中， （i=1,…,6）为深侧向仪器系数，/>（i=1,…,6）为浅侧向仪器系数，并且，
（2）
在上述的式（2）中得到6条具有不同分辨率的深侧向电阻率曲线，并且，
（5），
在上述的式（5）中得到6条具有不同分辨率的浅侧向电阻率曲线，其中，
（3），
在所述第一模式中i=1，在所述第二模式中i=2，在所述第三模式中i=3，且。
在本发明中具有第一模式、第二模式以及第三模式，每一个模式对应一个频率，也就是3个频率，因此，在本发明中采用3个工作频率就可以同时获得6组具有不同分辨率的电阻率曲线，高分辨率测井曲线能识别0.1m的薄层，并且能测量得到0.4m薄层的真实电阻率。此外，本发明的电极系设计方案可以有效缩短仪器长度，提高仪器在复杂井眼环境下的适用性。
如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于此，应该理解为在本发明的技术思想的范围内进行的各种组合以及各种变更都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种侧向测井仪电极系，其特征在于，
所述侧向测井仪电极系具备绝缘芯棒以及安装在所述绝缘芯棒上的电极系，所述电极系通过导线与测量电路连接，
构成所述电极系的电极串装在所述绝缘芯棒上并且电极之间采用绝缘材料隔开，
所述电极系包括：第一环状电极(M0)，位于所述绝缘芯棒的中间；一对主电极(A0、A0’)，分别位于所述第一环状电极(M0)的两侧，并且所述一对主电极(A0、A0’)之间通过导线连接；一对第一屏蔽电极(A1、A1’)，分别位于所述一对主电极(A0、A0’)的外侧，并且所述一对第一屏蔽电极(A1、A1’)之间通过导线连接；一对第二屏蔽电极(A2、A2’)，分别位于所述一对第一屏蔽电极(A1、A1’)的外侧，并且所述一对第二屏蔽电极(A2、A2’)之间通过导线连接；一对电压测量电极(A1*、A1*’)，分别位于所述第一屏蔽电极和所述第二屏蔽电极之间，用于测量所述第一屏蔽电极的电压；分别依次位于所述主电极与所述第一屏蔽电极之间的一对第二环状电极(M1、M1’)、一对第三环状电极(M2、M2’)以及一对第四环状电极(M3、M3’)；
在第一模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极加载电流且返回回路电极，并且辅助监督电路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录参考电极的电位，
在第三模式即所述输出模块对所述一对主电极加载电流并且返回到所述一对第一屏蔽电极以及所述一对第二屏蔽电极上，所述辅助监督电路模块使所述电压测量电极与所述第二屏蔽电极为等电位的情况下，所述数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位以及所述一对主电极上的电流，
根据所述第一模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到深侧向视电阻率，其中设在所述第一模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为 并且所述参考电极的电位为/>设在所述第三模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为/>所述参考电极的电位为/>并且所述一对主电极上的电流为/>由此，得到如以下式(1)所示的深侧向视电阻率Ra_dj，
其中，Kdj，j＝1,…,6，为深侧向仪器系数，并且，
在上述的式(2)中得到6条具有不同分辨率的深侧向电阻率曲线，其中，
在所述第一模式中i＝1，在所述第三模式中i＝3，且
2.如权利要求1所述的侧向测井仪电极系，其特征在于，
所述绝缘芯棒的中心为一根金属棒，所述金属棒的中心具有贯通孔，并且所述金属棒与所述电极系之间绝缘。
3.如权利要求1或2所述的侧向测井仪电极系，其特征在于，
所述第一屏蔽电极以及所述第二屏蔽电极是柱状电极并且用于发射屏蔽电流而对所述主电极发射的主电流进行聚焦。
4.如权利要求1或2所述的侧向测井仪电极系，其特征在于，
在第二模式即输出模块对所述一对第一屏蔽电极加载电流并且返回到所述一对第二屏蔽电极的情况下，所述数据采集模块记录所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位，同时记录所述参考电极的电位，
根据所述第二模式中的所记录的电位值和所述第三模式中所记录的电位值以及电流值得到浅侧向视电阻率，其中设在所述第二模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为 并且所述参考电极的电位为/>设在所述第三模式中所述第一环状电极、所述一对第二环状电极、所述一对第三环状电极以及所述一对第四环状电极的电位分别为/> 所述参考电极的电位为/>并且所述一对主电极上的电流为/>由此，得到如以下式(4)所示的浅侧向视电阻率Ra_sh，
其中，Ksh，h＝1,…,6，为浅侧向仪器系数，并且，
在上述的式(5)中得到6条具有不同分辨率的浅侧向电阻率曲线，其中，
在所述第二模式中i＝2，在所述第三模式中i＝3，且
5.一种侧向测井仪，其特征在于，具备权利要求1～4的任意一项所述的侧向测井仪电极系。
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