CN112610204B - 一种地层视电导率测量方法 - Google Patents
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Abstract
本说明书一个或多个实施例提供的一种地层视电导率测量方法，通过在地层内构件测井系统，发射线圈发射低频阶跃形电磁波，接收线圈接收二次感应电动势VR，从而计算地层总视电导率σa，去除其中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响后，获得地层视电导率σ4，从而准确的测量了地层视电导率。
Description
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及地层视电导率测量技术领域，尤其涉及一种地层视电导率测量方法。
背景技术
剩余油评价和油气藏动态监测是油气田进入开发中后期需要测井解决的重要问题。
现有的过套管电阻率探测方法大多采用接触式测量，存在测试时间长、成本高，在套管变形或腐蚀时测试效果不佳等局限性，致使过套管井测量存在较大不确定性，基于过套管电阻率探测方法的缺陷，提出了非接触式的瞬变电磁法过套管电阻率测井方法。
瞬变电磁法主要用阶跃波或脉冲电流场源作为激励，在一次场的间歇期间，测量由地层介质引起的二次感应场的变化特征，从而实现地层电学参数的测量。该方式中，由于金属套管的重要影响，原有的地面瞬变电磁法的理论不适用于井中瞬变电磁法过套管测井，目前利用瞬变电磁法实现过套管的电阻率测井的研究仍处于实验的研究初期，还仅限于场分布响应的测量，尚无基于瞬变电磁法的过套管电阻率测量与计算方法，还没有实用具体的视电阻率计算公式，对这种具有强屏蔽作用的高导金属套管对测量结果的影响还没有消除与校正的方法。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种地层视电导率测量方法，能够消除金属套管、水泥环及泥浆的影响，准确的实现对地层视电导率的测量。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种地层视电导率测量方法，包括：
在地层内构建测井系统，所述测井系统包括金属套管，所述金属套管外设置水泥环，金属套管内自下而上分别设置有发射线圈和接收线圈；
向所述发射线圈通入低频交变电流，以使所述发射线圈发射低频阶跃形电磁波；
所述接收线圈接收二次感应电动势VR；
基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa；
去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4。
作为一种可选的实施方式，所述发射线圈和接收线圈同心设置于所述金属套管内，且位于所述金属套管的中心线上。
作为一种可选的实施方式，所述基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa的计算公式为：
其中，σa为地层的总视电导率；
VR为接受线圈中的二次感应电动势；
k为电极系数，
L为发射线圈与接收线圈的间距；
S0为发射线圈面积，S0＝πa2；
a为发射线圈半径；
ω为发射线圈园频率；
μ为地层磁导率；
nR为接受线圈匝数；
nT为发射线圈匝数；
I为发射线圈中的电流。
作为一种可选的实施方式，所述去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4，包括：
由
其中：g(r,z)称为微分几何因子，
σ1为金属套管的电导率；
σ2为水泥环的电导率；
σ3为水泥环外的泥浆的电导率；
σ4为地层视电导率；
ρR为空间任意一点到接收线圈中心的距离；
ρT为空间任意一点到发射线圈中心的距离；
G1、G2、G3、G4均为积分几何因子；
可得
作为一种可选的实施方式，所述
作为一种可选的实施方式，所述
G4＝M-G3。
作为一种可选的实施方式，所述低频交变电流的频率为1-30Hz。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种地层视电导率测量方法，通过在地层内构件测井系统，发射线圈发射低频阶跃形电磁波，接收线圈接收二次感应电动势VR，从而计算地层总视电导率σa，去除其中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响后，获得地层视电导率σ4，从而准确的测量了地层视电导率。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例的逻辑示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例的测井系统的示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例的基于测井系统建立的坐标系的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
为实现上述的发明目的，本发明实施例提供了一种地层视电导率测量方法，包括：
在地层内构建测井系统，所述测井系统包括金属套管，所述金属套管外设置水泥环，金属套管内自下而上分别设置有发射线圈和接收线圈；
向所述发射线圈通入低频交变电流，以使所述发射线圈发射低频阶跃形电磁波；
所述接收线圈接收二次感应电动势VR；
基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa；
去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4。
本发明中，通过在地层内构件测井系统，发射线圈发射低频阶跃形电磁波，接收线圈接收二次感应电动势VR，从而计算地层总视电导率σa，去除其中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响后，获得地层视电导率σ4，从而准确的测量了地层视电导率。
图1示出了一种地层视电导率测量方法，包括：
S10、在地层内构建测井系统，所述测井系统包括金属套管，所述金属套管外设置水泥环，金属套管内自下而上分别设置有发射线圈和接收线圈；
作为一种可选的实施方式，如图2所示，所述发射线圈和接收线圈同心设置于所述金属套管内，且位于所述金属套管的中心线上，其中，R表示接收线圈，T表示发射线圈，a表示发射线圈半径和接收线圈半径，且发射线圈半径等于接收线圈半径，L表示发射线圈和接收线圈的间距。
S20、向所述发射线圈通入低频交变电流，以使所述发射线圈发射低频阶跃形电磁波；
可选的，所述低频交变电流的频率为1-30Hz。
S30、所述接收线圈接收二次感应电动势VR；
S40、基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa；
可选的，所述基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa的计算公式为：
其中，σa为地层的总视电导率；
VR为接受线圈中的二次感应电动势；
k为电极系数，
L为发射线圈与接收线圈的间距；
S0为发射线圈面积，S0＝πa2；
a为发射线圈半径(接收线圈半径)；
ω为发射线圈园频率；
μ为地层磁导率；
nR为接受线圈匝数；
nT为发射线圈匝数；
I为发射线圈中的电流。
S50、去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4。
可选的，所述去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4，包括：
其中：g(r,z)称为微分几何因子，
σ1为金属套管的电导率；
σ2为水泥环的电导率；
σ3为水泥环外的泥浆的电导率；
σ4为地层视电导率；
ρR为空间任意一点到接收线圈中心的距离；
ρT为空间任意一点到发射线圈中心的距离；
G1、G2、G3、G4均为积分几何因子；
其中，由公式(1)和公式(2)可得：
将微分几何因子g(r,z)对r积分得
式(4)称为纵向几何因子。令r2＝x，则有
R＝[r2+(z+L/2)2][r2+(z-L/2)2]，
＝r4+(2z2+L2/2)r2+(z2-L2/2)2＝x2+(2z2+L2/2)x+(z2-L2/4)2
令α＝(z2-L2/4)2，β＝2z2+L2/2，ε＝1，则有R＝α+βx+εx2，Δ＝4αε-β2＝-4z2L2，
则纵向几何因子可表示为
如图3所示，图中，1表示金属套管，2表示水泥环，3表示水泥环外的泥浆，4表示底层，r1表示发射线圈和接收线圈中心线距金属套管外径的间距，r2表示发射线圈和接收线圈中心线距水泥环外径的间距，r3表示发射线圈和接收线圈中心线距水泥环外泥浆的外径的间距。
根据公式(2)的积分区间，再利用公式(5)可将纵向几何因子写成分区纵向几何因子的形式，并设r2＝x，r1 2＝x1，r2 2＝x2，r3 2＝x3，则分区纵向几何因子为
其中
同样得其他区间的纵向几何因子
将纵向几何因子中R展开得
在此a2＝(r2+L2/4)2，b2＝r2-L2/4，
因g(-z)＝g(z)，将g(z)对z积分得积分几何因子
其中，设
u为积分下限，u≥0，F(α,γ)为第一类椭圆积分，
当u→0，α＝π，
E(α,γ)为第二类完全椭圆积分。公式(12)在u＝0存在奇点，数值计算时要适当选取u的大小。
令
其中
将积分几何因子可写成r函数的形式，则公式(6-9)可写为如下两部分积分结果代数和的形式
在(14)，(15)式中，只要取u→0，其计算结果就趋近公式(1)的积分结果，因此分区积分几何因子可表示为
G4＝M-G3 (19)
其中G1+G2+G3+G4＝1。
本发明实施例具体如下特点：
(1)导出了地层视电导率的解析计算公式表示，利用接收线圈的二次感应电动势实现地层视电导率的直接计算，解决了瞬变电磁法过套管电导率测井无计算方法的问题；
(2)提出了对具有强屏蔽作用金属套管对地层视电导率测量结果影响的校正方法，实现了金属套管、水泥环、井眼泥浆测井响应的对地层视电导率测量结果的自动校正，解决了高导金属套管对测量结果影响的无消除与校正方法的问题；
(3)利用了积分几何因子的解析计算结果，其计算速度快，计算结算结果准确，可将算法直接置于仪器接收线圈的芯片中，利用接收线圈的二次感应电动势实现瞬变电磁场法地层视电导率的实时计算与输出，大大提高了测量与数据处理的速度。
因G1、G2、G3、G4的计算已可解析表示，计算速度快，计算结果准确，则可将G1、G2、G3、G4计算方法编写成程序并置于测量仪器中，测井时根据现场实际输入金属套管、水泥环、井眼泥浆σ1、σ2、σ3r1、r2、r3等参数，计算G1、G2、G3、G4，再利用公式(3)对测量结果进行金属套管、水泥环、井眼泥浆测井影响校正，实现过套管测井地层视电导率的实时测量计算与数据处理，直接形成视电阻率测井曲线。
可以理解，该方法可以通过任何具有计算、处理能力的装置、设备、平台、设备集群来执行。
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种地层视电导率测量方法，其特征在于，包括：
在地层内构建测井系统，所述测井系统包括金属套管，所述金属套管外设置水泥环，金属套管内自下而上分别设置有发射线圈和接收线圈；
向所述发射线圈通入低频交变电流，以使所述发射线圈发射低频阶跃形电磁波；
所述接收线圈接收二次感应电动势VR；
基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa；
去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4；
其中，所述基于所述二次感应电动势VR计算地层总视电导率σa的计算公式为：
其中，σa为地层的总视电导率；
VR为接受线圈中的二次感应电动势；
k为电极系数，
L为发射线圈与接收线圈的间距；
S0为发射线圈面积，S0＝πa2；
a为发射线圈半径；
ω为发射线圈园频率；
μ为地层磁导率；
nR为接受线圈匝数；
nT为发射线圈匝数；
I为发射线圈中的电流；
其中，所述去除地层总视电导率σa中金属套管、水泥环以及水泥环外泥浆的影响，获得地层视电导率σ4，包括：
由
其中：g(r,z)称为微分几何因子，
σ1为金属套管的电导率；
σ2为水泥环的电导率；
σ3为水泥环外的泥浆的电导率；
σ4为地层视电导率；
ρR为空间任意一点到接收线圈中心的距离；
ρT为空间任意一点到发射线圈中心的距离；
G1、G2、G3、G4均为积分几何因子；
得
其中，所述
G4＝M-G3；
a2＝(r2+L2/4)2；
其中，r1表示发射线圈和接收线圈中心线距金属套管外径的间距，r2表示发射线圈和接收线圈中心线距水泥环外径的间距，r3表示发射线圈和接收线圈中心线距水泥环外泥浆的外径的间距，a表示发射线圈半径和接收线圈半径，发射线圈半径等于接收线圈半径。
2.根据权利要求1所述的地层视电导率测量方法，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈同心设置于所述金属套管内，且位于所述金属套管的中心线上。
3.根据权利要求1所述的地层视电导率测量方法，其特征在于，将所述微分几何因子对r积分得到
4.根据权利要求1所述的地层视电导率测量方法，其特征在于，所述低频交变电流的频率为1-30Hz。
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| CN112610204A (zh) | 2021-04-06 |
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