CN111379551A - 自然电位测井方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种自然电位测井方法，测量仪器上设有一个参考电极和多个测量电极，将参考电极移动至第一预设深度，测量测量电极与参考电极之间的电位差，移动测量仪器以使参考电极移动至上次测量点时其中一个测量电极的测量位置，测量此时每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，以上述方式移动测量仪器至参考电极移动至第二预设深度，根据参考电极位于第一预设深度或第二预设深度的电位，以及各个测量位置述测量电极与所述参考电极的电位差计算每个测量点处的电位，该方法无需恒定的参考电极，因此无需使用电缆，适用于随钻测井、储存式测井等无电缆作业，且在没有恒定参考电极的情况下也可进行精准的测量，测量精确、操作简单且适用范围广。

Description

自然电位测井方法
技术领域
本发明涉及测井领域，尤其涉及一种自然电位测井方法。
背景技术
测井是一种勘探与开发油气田的重要方法技术，其工作原理是：把各种专门仪器，下入井中并沿井筒移动，以测量并记录随深度变化的各种地球物理参数，利用这些参数和地质信息之间的对应关系，来识别地下的油、气、水层。
自然电位测井是一种电法测井，由于自然电位测井曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此，它是划分和评价储集层的重要方法之一。其基本原理为：由于井中流体与地层流体之间会发生电化学作用，井中存在着自然电场，具体现象是，在未通电的情况下，井中电极与地面电极之间存在电位差，且该电位差随着地层的不同而变化，并具有一定的规律性。自然电位测井测量的是这种自然电位差随井深变化的曲线。
目前自然电位测量方法有两种，分别是：有地面参考电极的测量方法和无地面参考电极的测量方法，其中前者为主流的自然电位测量方法，后者只在5700测井仪中有少量应用。
如图1所示，有地面参考电极的测量方法是将一个电极R放在地面上接地，另一个电极M放入井中，在不存在任何人工电场的情况下，由于存在自然电场，电极R具有电位ER，电极M具有电位EM，用测量电位差的仪器可测量M电极相对于R电极之间的电位差ΔE＝EM-ER。当电极M在井内连续移动时，电极M具有的电位就是一个随深度变化的函数EM(h)，用测量电位差的仪器测得的就是井内自然电位差沿井剖面的变化曲线SP＝EM(h)-ER，即自然电位曲线。由于固定在地面上的R电极的电位ER是一个恒定值，但上述方法由于有地面参考电极的自然电位测井测得的是井中电极相对于地面参考电极的电位差，其中需要用电缆将井中电极和提供恒定参考电位的地面参考电极相连，所以此方法只适用于传统的电缆测井，不适用于无电缆过钻具存储式测井以及随钻测井等无电缆测井施工工艺。
如图2所示，目前的无地面参考电极的测量方法，是在下井仪器上设置一个测量电极，以下井仪器的外壳或井下管柱作参考电极，由于参考电极范围较大，不是一个点，且仪器或管柱在不断移动，所以所获取的参考电位是不断变化的，不是一个恒定值，因此，测得的自然电位是不准确的。目前还没有可用的无地面参考电极的自然电位测井方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无地面参考电极但有恒定参考电位的自然电位测量方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种自然电位测井方法，其特征在于，测量仪器上设有至少一个参考电极，以及与所述参考电极按照预设间隔设置的多个测量电极，该方法包括如下步骤：将所述参考电极移动至第一预设深度，测量每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，移动测量仪器以使所述参考电极移动至上一测量点时其中一个所述测量电极的测量位置，测量此时每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，以上述方式移动测量仪器至所述参考电极移动至第二预设深度，根据所述参考电极位于所述第一预设深度或第二预设深度的电位，以及各个测量位置处所述测量电极与所述参考电极的电位差计算每个测量点处的电位。
作为优选，多个所述测量电极和所述参考电极均匀距离间隔设置，该方法还包括如下步骤：将所述测量仪器按照所述测量电极的间距依次移动。
作为优选，还包括如下步骤：该测量位置处所述参考电极的电位为：
Figure BDA0002384383290000031
其中，
Figure BDA0002384383290000032
是第i处点的参考电极的电位；
Figure BDA0002384383290000033
是第i-1处测量点的参考电极的电位；
Figure BDA0002384383290000034
是第i-1处测量点的第j个测量电极与参考电极的电位差；
Figure BDA0002384383290000035
是第i处测量点的第j-1个测量电极与参考电极的电位差。
作为优选，还包括如下步骤：将第i-1处测量点测量所得的所述参考电极的电位以及多个所述测量电极的电位差的数据的SP曲线进行插值计算，从而求得
Figure BDA0002384383290000036
和
Figure BDA0002384383290000037
作为优选，还包括如下步骤：根据上一测量点处所述参考电极的电位，以及上一测量位置和该测量点的多个所述测量电极与所述参考电极的电位差数据，计算出多组该测量点处所述参考电极的电位数据，排除异常数据后将其余数据进行平均计算，作为该测量位置处所述参考电极的电位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明所述的自然电位测井方法无需恒定的地面参考电极，因此无需使用电缆，适用于随钻测井、储存式测井等无电缆作业，此外，在常规的有电缆测井作业中也可使用本方法，用本方法无需地面的参考电极，且在没有恒定参考电极的情况下也可进行精准的测量，测量精确、操作简单且适用范围广。
附图说明
图1为现有有地面参考电极的测量方法示意图；
图2为现有无地面参考电极的测量方法示意图；
图3为本发明所述的自然电位测量方法参考电极和测量电极的排布示意图；
图4为本发明所述的自然电位测量方法测量流程的示意图。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
参考图3-4，本发明提出一种自然电位测井方法，测量仪器上设有至少一个参考电极，以及与所述参考电极按照预设间隔设置的多个测量电极，该方法包括如下步骤：将所述参考电极移动至第一预设深度，测量每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，移动测量仪器以使所述参考电极移动至上次测量点时其中一个所述测量电极的测量位置，测量此时每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，以上述方式移动测量仪器至所述参考电极移动至第二预设深度，根据所述参考电极位于所述第一预设深度或第二预设深度的电位，以及各个测量位置处所述测量电极与所述参考电极的电位差计算每个测量点处的电位。
本发明所述的自然电位测井方法无需恒定的地面参考电极，因此无需使用电缆，适用于随钻测井、储存式测井等无电缆作业，此外，在常规的有电缆作业中也可使用本方法，用本方法无需地面的参考电极，且在没有恒定参考电极的情况下也可进行精准的测量，测量精确、操作简单且适用范围广。
如图3所示，在下井的测量仪器的外壳上自下而上且等间距地依次放置一个参考电极R和N个测量电极M1、M2、......、MN，每个所述测量电极通过一个可以测量电位差的仪器与参考电极相连。理论上，所述测量电极的数量等于2即可实现本方法，但为了提高自然电位测量的准确度，需增加测量电极的数量，一般选取N≥3，图3为N＝5的电极排列示意图。
下面以5个测量电极为例，介绍工作原理，如图4所示：
设最初6个电极R、M1、M2、M3、M4、M5分别位于图4中(a)所示的位置，电极间距为Δh，第一预设深度参考电极R所在的深度为h0，若将测量仪器向上移动1个电极间距的距离Δh，如图4中(b)所示，则所有的电极相对于图4中(a)的位置均向上移动了Δh，则参考电极R所在的深度为h1＝h0+Δh。同理，继续将测量仪器向上移动1个电极间距的距离，到达图4中(c)所示位置，则参考电极和测量电极均相对于(a)的位置都向上移动了2Δh，则参考电极所在的深度为h2＝h0+2Δh。以此类推，若参考电极和测量电极相对于最初的位置移动i个电极间距的距离，则第i次测量时所述参考电极所在的深度为hi＝h0+iΔh。
设在初始位置h0，参考电极R的电位为
Figure BDA0002384383290000061
测量电极M1、M2、M3、M4、M5相对于R的电位差分别为
Figure BDA0002384383290000062
在位置h1，参考电极R的电位为，测量电极M1、M2、M3、M4、M5相对于R的电位差分别为
Figure BDA0002384383290000063
则由图4中(a)和(b)可通过以下5种方法求出
Figure BDA0002384383290000064
Figure BDA0002384383290000065
Figure BDA0002384383290000066
Figure BDA0002384383290000067
Figure BDA0002384383290000068
Figure BDA0002384383290000069
剔除上述5个值中的异常值，对其余的值求平均，即可得到位置h1处较准确的电位
Figure BDA00023843832900000610
同理，在位置h2，设参考电极R的电位为
Figure BDA00023843832900000611
测量电极M1、M2、M3、M4、M5相对于R的电位差分别为
Figure BDA00023843832900000612
则由图4中(b)和(c)，可通过以下5种方法求出
Figure BDA0002384383290000071
Figure BDA0002384383290000072
Figure BDA0002384383290000073
Figure BDA0002384383290000074
Figure BDA0002384383290000075
Figure BDA0002384383290000076
剔除上述5个值中的异常值，对其余的值求平均，即可得到位置h2处较准确的电位
Figure BDA0002384383290000077
以此类推，可用以下5种方法得到位置hi处的电位
Figure BDA0002384383290000078
Figure BDA0002384383290000079
Figure BDA00023843832900000710
Figure BDA00023843832900000711
Figure BDA00023843832900000712
Figure BDA00023843832900000713
剔除上述5个值中的异常值，对其余的值求平均，即可得到位置hi处较准确的电位
Figure BDA00023843832900000714
需要说明的是，因此处所述测量电极为5个，所及计算方法为5个，如所述测量电极的数量改变，则计算方法的数量会有相应的调整。
以此操作，直至将所述参考电极移动至第二预设深度，此时所述参考电极的电位是固定且可知的，从而进行迭代计算，即当前参考电极的电位由当前各测量电极的测量值与上一次测量参考电极的电位以及各测量电极的测量值来求得。当有N个测量电极时，求第i次测量的参考电极的电位的迭代公式为：
Figure BDA0002384383290000081
其中1≤j≤N，
Figure BDA0002384383290000082
i≥1。
并根据计算所得到的多组数据，提出异常数据后求得的这N个
Figure BDA0002384383290000083
剔除异常值求平均得最终的
Figure BDA0002384383290000084
实际测井中，下井的测量仪器以等时的方式采集井下数据，再经过时深转换得到随深度变化的测井数据。但是由于测量仪器在井中移动的速度不均匀，导致虽然以相同的时间间隔采样，测量仪器移动的距离却不是等间隔的，即测量仪器每次移动的距离是变化的，不能保证是1个电极间距Δh，例如第次测量相对于第i-1次测量上移了0.6Δh，第i+1次测量相对于第i次测量上移了0.7Δh，针对上述问题，可以采用插值法解决此问题，具体方法如下：若第i次测量相对于第i-1次测量上移了0.6Δh，则迭代公式
Figure BDA0002384383290000085
中，所需的第i-1次测量的测量值
Figure BDA0002384383290000086
以及参考电位值
Figure BDA0002384383290000087
是由第i-1次测量所获取的包含N+1个点的SP曲线进行线性插值得到的，从而有效的降低了误差。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种自然电位测井方法，其特征在于，测量仪器上设有至少一个参考电极，以及与所述参考电极按照预设间隔设置的多个测量电极，该方法包括如下步骤：将所述参考电极移动至第一预设深度，测量每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，移动测量仪器以使所述参考电极移动至上一测量点时其中一个所述测量电极的测量位置，测量此时每个所述测量电极与所述参考电极之间的电位差，以上述方式移动测量仪器至所述参考电极移动至第二预设深度，根据所述参考电极位于所述第一预设深度或第二预设深度的电位，以及各个测量位置处所述测量电极与所述参考电极的电位差计算每个测量点处的电位。
2.根据权利要求1所述的自然电位测井方法，其特征在于，多个所述测量电极和所述参考电极均匀距离间隔设置，该方法还包括如下步骤：将所述测量仪器按照所述测量电极的间距依次移动。
3.根据权利要求2所述的自然电位测井方法，其特征在于，还包括如下步骤：该测量位置处所述参考电极的电位为：
Figure FDA0002384383280000011
其中，
Figure FDA0002384383280000012
是第i处点的参考电极的电位；
Figure FDA0002384383280000013
是第i-1处测量点的参考电极的电位；
Figure FDA0002384383280000014
是第i-1处测量点的第j个测量电极与参考电极的电位差；
Figure FDA0002384383280000015
是第i处测量点的第j-1个测量电极与参考电极的电位差。
4.根据权利要求3所述的自然电位测井方法，其特征在于，还包括如下步骤：将第i-1处测量点测量所得的所述参考电极的电位以及多个所述测量电极的电位差的数据的SP曲线进行插值计算，从而求得
Figure FDA0002384383280000021
和
Figure FDA0002384383280000022
5.根据权利要求2所述的自然电位测井方法，其特征在于，还包括如下步骤：根据上一测量点所述参考电极的电位，以及上一测量点和该测量点的多个所述测量电极与所述参考电极的电位差数据，计算出多组该测量点处所述参考电极的电位数据，排除异常数据后将其余数据进行平均计算，作为该测量位置处所述参考电极的电位。
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