CN116066096A - 一种储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法，其特征在于，储层监测装置包括声波电磁复合式监测装置、监测子系统和地面处理子系统；所述声波电磁复合式监测装置设置在待测套后储层对应深度，所述声波电磁复合式监测装置用于获取待测套后储层对应深度的声波响应信号和感应电动势信号；所述监测子系统用于将所述声波电磁复合式监测装置获取的信号发送至所述地面处理子系统，以及为所述声波电磁复合式监测装置进行供电；所述地面处理子系统用于根据所述声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置，本发明可以广泛应用于套后储层注水突进前沿监测领域中。

Description

一种储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法

技术领域

本发明涉及套后储层注水突进前沿监测领域，特别是关于一种储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法。

背景技术

随着油气井的开采，井下套后储层的非均质性严重，剩余原油高度分散，层系间差异持续增大，水驱波和范围无法预测。为更好地了解井下套后储层情况，合理开发油田，对套后储层进行分析确定是油藏综合描述和开发设计最为重要的一个问题。作为套后储层监测的主要内容，油水界面监测与分析是学者研究的热点，先进的监测方法不仅能够在套管井中准确确定孔隙度、电阻率、岩性、泥质含量、流体饱和度以及压力等数据，还可以采集到地层流体样品，为剩余油的评价提供原始资料。

常见的油水界面监测方法包括示踪迹法、地震监测方法、井间电位与电磁监测方法、过套管测井方法以及潜油电泵井或智能井系统中的在线监测方法。示踪剂法是最早应用于储层动态监测的方法，该方法需要注入含有示踪剂的流体，通过分析整个测试区域内各生产井水样中示踪剂到达的时间和浓度，确定注水推进的方位、速度和方向；这种方法存在测试工艺复杂、测试周期长和测试结果存在滞后等缺点。地震监测方法是利用声波在气体、液体及固体中衰减特性的差异，通过检测气体富集区及其与含有油、水孔隙的砂岩和碳酸盐交汇界面引起的声波衰减和时延特性来识别气体波及区域的方法，主要用于注入气体过程中气驱前沿的监测，以分析驱替效果及其对储层的影响；但是由于注入水与地层水对声波的影响基本相同，因而该方法很难适应注入水的监测。井筒中开展声波监测虽然可定位气驱波及前沿，但是以压电或磁致伸缩等材料构成的换能器所产生的声波的传播距离有限，且水泥环与套管及地层的胶结界面对声波有衰减效应，采用井下声波监测驱替界面有一定的难度。电位监测方法是通过套管向井下供入大功率的电流，在储层中建立稳定的人工电场，通过测量地表电位的变化情况，实现储层监测；由于被探测目标体的剩余油、注入液体以及储层围岩之间存在着巨大的电阻率差异，这种电阻率的差异将对周围的漏电流通路表现出强烈的排斥或吸引，从而使被测范围内人工建立的电场发生畸变，如果这种畸变场达到足以波及地表的强度，就可以通过观测井周地面电位的变化，结合相应的处理方式，可以反演出地下油气分布区域及水体波及范围，从而实现对地下储层的动态监测；与地震监测方法类似，电位监测方法要求整个测试分阶段进行，即注水(气)前先测试背景电位，然后在注入过程中分时段测量电位，通过不同阶段测试电位的变化规律来实现对所研究储层的动态监测。井间电磁监测方法通过在一口井中连续移动大功率电磁发射器，在另一口井中自上而下静态放置一系列接收器进行采集。在低频率信号激励下，磁偶或电偶极子发射线圈将电磁场传入地层。一次场引起的涡流反过来生成二次交变场，其强度与地层电阻率成反比，在接收器阵列处对一次场和二次电磁场进行探测，井间电磁测量系统的具体测量参数与井距、发射器和接收间隔、套管类型、工作频率和噪声等因素有关。目前，实用化的方式还十分有限。放射性测井是目前生产井测井的主要手段，通过测试地层中含有的部分元素及相应含量，可以确定动用层和非动用层，了解该区块的剩余油分布，探测流体界面，获得孔隙度，对重新认识井眼附近地层是不可或缺的手段。但是采用上述监测方法存在的主要问题是探测距离有限，多为0.25m～0.4m。

由于井下套后储层介质十分复杂，再加上电磁探头存在发射关断周期，油水界面是一直变化的，测量会产生一定的误差。尽管由于金属套管在井下的腐蚀速度远慢于储层油水界面变化速度，可以在探测结果中将金属套管的影响作为固定的背景，通过对比一段时间内瞬变电磁响应早晚期的变化趋势，识别储层电阻率的相对变化情况，进而对储层油水界面进行识别分析，但是仅靠储层介质电阻率的变化还是无法有效对储层油水界面进行准确分析。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法，能够解决井下油水界面识别困难，无法有效对储层油水界面进行准确分析的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种储层监测装置，包括声波电磁复合式监测装置、监测子系统和地面处理子系统；

所述声波电磁复合式监测装置设置在待测套后储层对应深度，所述声波电磁复合式监测装置用于获取待测套后储层对应深度的声波响应信号和感应电动势信号；

所述监测子系统用于将所述声波电磁复合式监测装置获取的信号发送至所述地面处理子系统，以及为所述声波电磁复合式监测装置进行供电；

所述地面处理子系统用于根据所述声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置。

进一步地，所述声波电磁复合式监测装置包括声波换能器、电磁探头和控制器；

所述声波换能器内固定设置所述电磁探头，所述声波换能器用于发射声波脉冲信号并获取待测套后储层对应深度的声波响应信号，所述电磁探头用于获取待测套后储层对应深度的感应电动势信号；

所述控制器分别连接所述声波换能器、电磁探头和监测子系统，所述控制器用于选择声波电磁复合式监测装置的工作模式，并根据选择的工作模式控制所述声波换能器和电磁探头的工作，以及将所述声波换能器和电磁探头获取的信号发送至所述监测子系统。

进一步地，所述电磁探头包括磁芯、发射线圈和接收线圈；

所述发射线圈和接收线圈均匀绕设在所述磁芯上，所述发射线圈用于发射电磁脉冲，在空间中产生一次磁场；所述接收线圈用于接收随储层介质变化的感应电动势信号。

进一步地，所述声波换能器包括声波发射探头和声波接收探头；

所述声波发射探头用于发射声波脉冲信号；

所述声波接收探头用于接收待测套后储层的声波响应信号。

进一步地，所述地面处理子系统内设置有：

数据处理模块，用于逐层分离方法，根据所述声波换能器获取的待测套后储层对应深度的声波响应信号，计算待测套后储层各储层介质的介质孔隙度和胶结指数；以及根据所述电磁探头获取的待测套后储层对应深度的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质电阻率；

油水界面位置模块，用于基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，根据待测套后储层各储层介质的介质电阻率、介质孔隙度和胶结指数，确定待测套后储层的油水界面位置。

进一步地，所述电磁探头采用收发一体的聚焦结构。

进一步地，所述声波换能器采用空心圆柱形的压电陶瓷结构。

另一方面，提供一种声波和电磁联合油水界面监测方法，包括：

建立待测套后储层的井下分层柱状模型，该井下分层柱状模型由内层到外层包括若干储层介质；

地面处理子系统分析井下分层柱状模型的套后能量分布，确定储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，并计算正演模型下的电磁响应和声波响应；

将上述声波电磁复合式监测装置设置在待测套后储层的对应深度；

声波电磁复合式监测装置获取测试周期内待测套后储层对应深度的感应电动势信号和声波响应信号，并通过监测子系统发送至地面处理子系统；

地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置。

进一步地，所述地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置，包括：

地面处理子系统根据声波换能器获取的声波响应信号和电磁探头获取的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率；

地面处理子系统根据待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率，反演得到待测套后储层各储层介质的介质半径；

地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据待测套后储层各储层介质的介质半径，确定待测套后储层的油水界面位置。

进一步地，所述井下分层柱状模型的储层介质由内层到外层的介质分别为铁芯、空气、仪器外护管、井液、套管、水泥环和地层。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明解决了传统方法无法有效识别和精准分析储层油水界面的问题，同时通过对不同径向距离所测取的储层的介质电阻率、介质孔隙度、胶结指数等参数进行一层一层迭代分析，能够实现套后储层油水界面位置的高精度监测。

2、本发明能够通过对套后储层进行径向逐层分离，分析油水界面位置，有效提高套后储层监测精度。

3、本发明能够实现井下套后储层的永久监测，同时可以通过测取储层的介质电阻率、孔隙度、胶结指数等多参数信息，联合解释实现储层油水界面高精度分析。

4、对于储层的油水界面识别分析，由于套后储层介质的复杂性，单纯靠介质电阻率信息难以准确有效识别油水界面，不可避免地存在一定的误差。因此，本发明通过采用声波电磁联合对套后储层介质进行径向分层识别逐层分离出来，将介质电阻率与声波测得地层孔隙度、泊松比等物理参数多联合综合解释不同径向距离的储层介质，进而分析井下油水界面。

综上所述，本发明可以广泛应用于套后储层注水突进前沿监测领域中。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的井下分层柱状模型的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的储层监测装置的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的声波电磁复合式监测装置的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的声波和电磁联合油水界面监测方法的流程示意图；

图5是本发明一实施例提供的油水界面监测实验示意图；

图6是本发明一实施例提供的油水界面位置与声波电磁复合式监测装置之间距离的变化示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

针对井下油水界面识别困难，以及在测井过程中容易造成各种阻碍的问题，本发明实施例提供的储层监测装置及声波和电磁联合油水界面监测方法，根据储层介质特性，将套后储层油水界面识别监测模型抽象为如图1所示的井下分层柱状模型，首先，建立井下分层柱状模型，分析电磁与声波能量分布情况，确定响应信号与各层套外介质的对应关系及在油水界面的传播关系；其次，通过井下声波电磁复合式探头对套后储层段进行监测，地面处理子系统在检测时间内采集包含储层介质电阻率、孔隙度等信息的响应信号；最后，通过分析能量分布情况，确定响应信号与各层套外储层介质的对应关系及在油水界面的传播关系，将套后储层径向方向的每层介质电阻率和声波回波信号沿井筒径向逐层分离出来，进行储层套后油水界面的识别和分析，实现高孔高渗大厚度储层套后油水界面监测。

实施例1

如图2和图3所示，本实施例提供一种储层监测装置，包括声波电磁复合式监测装置1、监测子系统2和地面处理子系统3，其中，声波电磁复合式监测装置1包括声波换能器4、电磁探头5和控制器。

声波电磁复合式监测装置1设置在待测套后储层对应深度，声波换能器4内固定设置电磁探头5，声波换能器4用于发射声波脉冲信号并获取待测套后储层对应深度的储层流体特性的声波响应信号，电磁探头5用于获取待测套后储层对应深度的二次涡流场信号即感应电动势信号。

控制器分别连接声波换能器4、电磁探头5和监测子系统2，监测子系统2还连接地面处理子系统3，控制器用于选择声波电磁复合式监测装置1的工作模式，并根据选择的工作模式控制声波换能器4和电磁探头5的工作，以及将声波换能器4和电磁探头5获取的信号发送至监测子系统2；监测子系统2用于将声波换能器4和电磁探头5获取的信号发送至地面处理子系统3，以及为声波电磁复合式监测装置1进行供电；地面处理子系统3用于根据声波换能器4获取的储层流体特性的声波响应信号，计算待测套后储层对应深度的介质孔隙度和胶结指数，并确定待测套后储层的油水界面位置。

在一个优选的实施例中，电磁探头5采用收发一体的聚焦结构，由磁性材料上绕高温漆包线组成。该结构的设计可以进一步提高径向探测分辨率，减少磁场和声波之间的影响。

具体地，电磁探头5包括磁芯、发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈均匀绕设在磁芯上，发射线圈用于发射电磁脉冲，在空间中产生一次磁场，接收线圈用于接收随储层介质变化的感应电动势信号。

通过向发射线圈施加双极性斜阶跃信号，根据麦克斯韦方程组，通过求解齐次和非齐次亥姆霍兹方程，得到接收线圈的纵向磁场强度H_z(ω,r,μ,σ,ε,λ)为：

其中，f(ω,r,μ,σ,ε,λ)＝_j(ω,μ,σ,ε,λ)C₁(ω,r,μ,σ,ε,λ)I₁[x_j(ω,μ,σ,ε,λ)]，ω为角频率，r为介质半径，μ为介质磁导率，Θ为介质电导率，ε为介电常数，x_j和λ均为引入的中间变量，满足

k_j为波数，且

μ_j为待测套后储层从内向外第j层的介质磁导率；ε_j为待测套后储层从内向外第j层的介电常数；C₁为待定系数；可根据各层介质的边界条件求得；I₁为第1类修正贝塞尔函数；N_T为发射线圈匝数；I_T为向发射线圈施加的电流。

在一个优选的实施例中，声波换能器4采用空心圆柱形的压电陶瓷结构，包括声波发射探头6和声波接收探头7，声波发射探头6用于发射声波脉冲信号，声波接收探头7用于接收待测套后储层的储层流体特性的声波响应信号。

具体地，当声波发射探头6发出声波脉冲信号，声波以纵波的形式向四周传播。当声波遇到井壁时，会发生反射和折射，还有其中一部分进入地层的能量转换为滑行横波继续传播，假设声源频谱函数为S(ω)，则井中任意点处(除声源处)的声压P(r,z,t)为：

其中，P(r,z,t)为声场的时间和空间函数，r为介质半径，z为纵向磁场强度，t为观测时间；K₀为第二类零阶虚宗量贝塞尔函数，μ_f为地层介质的拉梅系数；A为脉冲声源相关系数；k为波数；I₀为第一类零阶虚宗量贝塞尔函数。

在一个优选的实施例中，控制器内设置有工作模式选择模块和控制模块。

工作模式选择模块用于选择声波电磁复合式监测装置1的工作模式，包括电磁优先工作模式和声波优先工作模式，电磁优先工作模式即先开启电磁探头5获取信号再开启声波换能器4获取信号，声波优先工作模式即先开启声波换能器4获取信号再开启电磁探头5获取信号。

控制模块用于根据选择的工作模式，控制声波换能器4和电磁探头5的开启或关闭。

在一个优选的实施例中，地面处理子系统3内设置有数据处理模块和油水界面位置模块。

数据处理模块用于逐层分离方法，根据声波换能器4获取的待测套后储层对应深度的储层流体特性的声波响应信号，计算待测套后储层各储层介质的介质孔隙度和胶结指数；以及根据电磁探头5获取的待测套后储层对应深度的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质电阻率。

油水界面位置模块用于基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，根据待测套后储层各储层介质的介质电阻率、介质孔隙度和胶结指数，确定待测套后储层的油水界面位置。

在一个优选的实施例中，声波电磁复合式监测装置1采用封隔器固定设置在待测套后储层的监测位置。

实施例2

如图4所示，本实施例提供一种声波和电磁联合油水界面监测方法，包括以下步骤：

1)建立待测套后储层的井下分层柱状模型，该井下分层柱状模型的储层介质由内层到外层的介质分别为铁芯、空气、仪器外护管、井液、套管、水泥环和地层。

具体地，设定待测套后储层最内层的介质磁导率、介电常数、介质电导率和孔隙度分别为μ₁、ε₁、σ₁、φ₁，待测套后储层从内向外第二层的介质磁导率、介电常数、介质电导率和孔隙度分别为μ₂,ε₂,σ₂,φ₂，待测套后储层从内向外的第三层到最外层(第J层)依次类推，各层介质的半径为r_i＝r₁,r₂,…,r_J。在有源区，既有一次场，又有二次场；在无源区，只有二次场。

2)地面处理子系统3分析井下分层柱状模型的套后能量分布，确定储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，并根据储层监测装置中电磁探头5的发射线圈和接收线圈的参数，计算正演模型下的电磁响应和声波响应。

具体地，套后能量分布即套后储层的油水界面分布，油水界面位置不同，地层中的能量不同。不同油水界面位置会对应不同的感应电动势信号和声波响应信号。一旦油水界面位置改变，其在空间中的传播关系就会改变，感应电动势信号和声波响应信号随之会发生改变。

具体地，地面处理子系统3通过分析感应电动势信号和声波测试信号，可以确定储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系。而正演模型下的电磁响应和声波响应是基于确定的对应关系和传播关系以及电磁探头5的发射线圈和接收线圈的参数计算的。通过将感应电动势信号和声波测试信号与正演模型下计算的电磁响应和声波响应进行对比，可以相互验证，验证对应关系和传播关系的准确性。

具体地，分析电磁探头5的接收线圈的电磁响应特性和声波换能器4的声波接收探头7的的回波响应特性，设定井下套管壁厚在一段时间内保持不变，则电磁探头5的接收线圈感应电动势与采样时间和储层电导率有关；声波部分采取时差和幅度测井，声波接收探头7接收含储层介质孔隙度和储层流体特性的声波响应信号。

3)将实施例1中的声波电磁复合式监测装置1设置在待测套后储层的对应深度，控制器选择声波电磁复合式监测装置1的工作模式，并根据选择的工作模式控制声波换能器4和电磁探头5的工作。

4)电磁探头5获取测试周期内待测套后储层对应深度的感应电动势信号，声波换能器4获取测试周期内待测套后储层对应深度的储层流体特性的声波响应信号，监测子系统2将声波换能器4和电磁探头5获取的信号发送至地面处理子系统3。

具体地，电磁探头5通过提取分析接收的携带周围介质电阻率信息的二次涡流场信号来识别储层油水界面。由瞬变电磁法理论可知，电磁探头5的接收线圈感应电动势随时间变化呈指数衰减趋势，早期信号浅层介质所占比重较大，晚期信号深部介质所占比重较大。因此，需选择合适采样时间对感应电动势信号进行采样。其中，扩散时间(扩散时间较长，不受人工干预；采样时间是对扩散时间进行离散采样后，对应的采样点即为采样时间)与探测深度的关系为：

其中，E为感应电动势；M为探测深度；t_d为扩散时间；μ₀为空气磁导率。

具体地，当采样时间确定后，感应电动势就只与待测套后储层的介质电导率有关，可根据不同采样时刻的感应电动势分析待测套后储层的介质电导率；声波回波信号可根据时差信号计算包含不同径向距离介质孔隙度等信息。由此，声波接收探头7接收的声波响应信号包括不同径向距离的套后介质信息。

通过求解齐次和非齐次亥姆霍兹方程可以得到电磁探头5的接收线圈的纵向磁场强度，再通过时域转换，结合边界条件，得到接收线圈的感应电动势V(t,r,μ,σ,ε,λ)为：

其中，n_R为接收线圈的匝数；t_of为激励信号的关断时间；K_p为G-S逆变换的滤波系数；p为G-S逆变换的第p个阶数；P为G-S逆变换的总阶数；s_p为一个变量，其值为pln2。

具体地，根据上述公式(4)可以进一步分析套后储层的油水界面情况。假设测试周期总数为W，从第i个测试周期开始测量，将第i个测试周期对应的感应电动势记为V_i(t)，则其矩阵形式为：

V_i(t)＝[V_i(t₁) V_i(t₂) … V_i(t_L)],i＝1,2,…,W(5)

其中，V_i(t)为各测量周期的采样总点数。

具体地，根据上述公式(5)获取测试周期内的感应电动势，可得到套后储层的电阻率信息。

此外，声波接收探头7接收的时差信号Δt为：

其中，Δt_f为孔隙中流体的声波时差；Δt_ma为岩石骨架的声波时差；

为地层孔隙度。

5)地面处理子系统3采用逐层分离方法，根据声波换能器4获取的储层流体特性的声波响应信号和电磁探头5获取的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率，进而根据储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，确定待测套后储层的油水界面位置，具体为：

5.1)地面处理子系统3根据声波换能器4获取的储层流体特性的声波响应信号和电磁探头5获取的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率。

具体地，待测套后储层对应深度的胶结指数m为：

其中，A_casing为目的层井段的套管波幅度；A_max为自由套管井段的套管波幅度。

具体地，介质孔隙度可以根据声波响应信号得到，介质电阻率可以根据感应电动势信号得到，具体过程在此不多做赘述。

5.2)地面处理子系统3根据待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率，反演得到待测套后储层各储层介质的介质半径。

具体地，由于套后储层径向每层的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率反馈不一样，以注水驱油为例，当注入水向井筒推进时，注入水的波及区域将会引起储层电导率和介质信息的变化，进而会引起接收线圈感应电动势信号的变化和声波响应信号变化，因此可以将套后储层每层的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率按照径向半径的不同一层一层进行迭代分析，采用逐层分离方法，该方法通过得到的介质电阻率ρ、介质孔隙度

和胶结指数等参数逐层反演得到井孔的距离即介质半径r。

5.3)地面处理子系统3基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据待测套后储层各储层介质的介质半径，确定待测套后储层的油水界面位置。

具体地，将得到的待测套后储层的介质电阻率、孔隙度和胶结指数等多参数信息带入阿尔齐公式，得到待测套后储层的含水饱和度S_w：

其中，R_w为地层水电阻率；R_t为地层电阻率，n为饱和度指数；n和R_w对于特定地区的井下地层为常数。

通过上述公式(8)可以进一步求取得到待测套后储层的含油饱和度Sh：

Sh＝1-S_w(9)

通过上述公式(8)计算出待测套后储层的含水饱和度，通过上述公式(9)计算出待测套后储层的含油饱和度，并根据待测套后储层各储层介质的介质半径和声波电磁复合式监测装置1所在的探测深度M对待测套后储层进行径向逐层分层解释，基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，确定待测套后储层的油水界面位置，为储层精确评价提供依据和参考。

下面通过具体实施例详细说明本发明的声波和电磁联合油水界面监测方法：

如图5所示，用油水的垂直分界模拟储层中油水界面的位置，通过改变声波电磁复合式监测装置1与油水界面之间的距离，验证声波电磁复合式监测装置1的距离探测性能和探测精度。

通过对不同距离下的油水界面进行长时间监测，并在每一测试周期内优选采样时刻，同时对优选的采样时刻的接收响应进行积累，获取油水界面位置监测结果，如图6所示。可以看出，采用本发明的方法可以清晰识别油水界面位置与声波电磁复合式监测装置1之间距离的变化，且油水界面与声波电磁复合式监测装置1之间的距离越近，监测效果越好，最远监测距离可达9m。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种储层监测装置，其特征在于，包括声波电磁复合式监测装置、监测子系统和地面处理子系统；

所述声波电磁复合式监测装置设置在待测套后储层对应深度，所述声波电磁复合式监测装置用于获取待测套后储层对应深度的声波响应信号和感应电动势信号；

所述监测子系统用于将所述声波电磁复合式监测装置获取的信号发送至所述地面处理子系统，以及为所述声波电磁复合式监测装置进行供电；

所述地面处理子系统用于根据所述声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置。

2.如权利要求1所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述声波电磁复合式监测装置包括声波换能器、电磁探头和控制器；

所述声波换能器内固定设置所述电磁探头，所述声波换能器用于发射声波脉冲信号并获取待测套后储层对应深度的声波响应信号，所述电磁探头用于获取待测套后储层对应深度的感应电动势信号；

所述控制器分别连接所述声波换能器、电磁探头和监测子系统，所述控制器用于选择声波电磁复合式监测装置的工作模式，并根据选择的工作模式控制所述声波换能器和电磁探头的工作，以及将所述声波换能器和电磁探头获取的信号发送至所述监测子系统。

3.如权利要求2所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述电磁探头包括磁芯、发射线圈和接收线圈；

所述发射线圈和接收线圈均匀绕设在所述磁芯上，所述发射线圈用于发射电磁脉冲，在空间中产生一次磁场；所述接收线圈用于接收随储层介质变化的感应电动势信号。

4.如权利要求3所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述声波换能器包括声波发射探头和声波接收探头；

所述声波发射探头用于发射声波脉冲信号；

所述声波接收探头用于接收待测套后储层的声波响应信号。

5.如权利要求2所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述地面处理子系统内设置有：

数据处理模块，用于逐层分离方法，根据所述声波换能器获取的待测套后储层对应深度的声波响应信号，计算待测套后储层各储层介质的介质孔隙度和胶结指数；以及根据所述电磁探头获取的待测套后储层对应深度的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介 质的介质电阻率；

油水界面位置模块，用于基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，根据待测套后储层各储层介质的介质电阻率、介质孔隙度和胶结指数，确定待测套后储层的油水界面位置。

6.如权利要求2所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述电磁探头采用收发一体的聚焦结构。

7.如权利要求2所述的一种储层监测装置，其特征在于，所述声波换能器采用空心圆柱形的压电陶瓷结构。

8.一种声波和电磁联合油水界面监测方法，其特征在于，包括：

建立待测套后储层的井下分层柱状模型，该井下分层柱状模型由内层到外层包括若干储层介质；

地面处理子系统分析井下分层柱状模型的套后能量分布，确定储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，并计算正演模型下的电磁响应和声波响应；

将如权利要求1至7任一项所述的声波电磁复合式监测装置设置在待测套后储层的对应深度；

声波电磁复合式监测装置获取测试周期内待测套后储层对应深度的感应电动势信号和声波响应信号，并通过监测子系统发送至地面处理子系统；

地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置。

9.如权利要求8所述的一种声波和电磁联合油水界面监测方法，其特征在于，所述地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据声波电磁复合式监测装置获取的信号，确定待测套后储层的油水界面位置，包括：

地面处理子系统根据声波换能器获取的声波响应信号和电磁探头获取的感应电动势信号，确定待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率；

地面处理子系统根据待测套后储层各储层介质的介质孔隙度、胶结指数和介质电阻率，反演得到待测套后储层各储层介质的介质半径；

地面处理子系统基于储层介质与感应电动势信号和声波响应信号的对应关系和在油水界面的传播关系，以及正演模型下的电磁响应和声波响应，根据待测套后储层各储层介质的介质半径，确定待测套后储层的油水界面位置。

10.如权利要求8所述的一种声波和电磁联合油水界面监测方法，其特征在于，所述井 下分层柱状模型的储层介质由内层到外层的介质分别为铁芯、空气、仪器外护管、井液、套管、水泥环和地层。

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