CN1363844A - 电容测井方法及复电阻率系列测井仪器 - Google Patents

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Abstract

发明涉及一种石油地质勘探开发中的测井方法及采用该方法所使用的测井仪器。测井方法是把在地面上使用的测量岩心电容量的方法及原理用于对井下地层电容量进行测量;测井仪器:包括多频信号源、调制波电流源、探头、电压测量电路、电流测量电路、传输通道及地面计算系统,优点在于由于采用测量地层电容量的方法,而地层电容量是随含油气饱和度的增加而增加的。因此,该测井方法能直观、准确地发现油气层;而该测井仪器制造、使用方便,测量数据准确。

Description

电容测井方法及复电阻率系列测井仪器
本发明涉及一种石油地质勘探开发中的测井方法及采用该方法所使用的测井仪器。
现有技术中，识别油气层的主要方式是以测量地层电阻率为基础，采用阿尔奇模型来确定含油气饱和度。该方式由于受到双矿化度水、泥质含量、阳离子交换容量、润湿性等因素的影响，解释符合率仅有70％左右。在低电阻油气层或油、水层电阻率相近时，识别油、水层则更加困难。测量地层的电阻率所用的仪器主要为双侧向测井仪和微球聚焦(或微侧向)测井仪，这些仪器只能用于地层电阻率的测量，具有一定的局限性。
本发明采用测量地层电容量的方法，进行含油气饱和度的研究。目的在于所提供一种测量地层电容量的方法，能使解释符合率大大提高，从而能更准确地探明地层的含油气量。由于地层电容量是随含油气饱和度的增加而增加，因此，该方法能直观、准确地发现油气层，使用该方法所制得的仪器能准确地测量地层多项参数。并且，该测井仪器的制造、使用方便，测量数据准确。
下面结合附图及实施例对本发明的方法及仪器作详细的说明。
图1是地层电学特性示意图。
图2是含油气地层等效示意图。
图3是复电阻率测井仪器原理框图。
图4恒电流法测量岩心复电阻率示意图。
本发明是通过以下方式实现的：
电容测井方法
本发明所采用的测井方法是将地面上使用的测量岩心电容量的方法及原理用于对井下地层电容量进行测量。地面上使用的测量岩心电容量的方法有多种，主要包括：电容电桥测量法、充放电面积测量法、吸收电路测量法、谐振电路测量法、复电阻率测量法等，各种方法在地面测量岩心电容的原理与在井下测量电容的原理相同。
如图4所示，以地面恒电流法测量岩心复电阻率为例介绍复电阻率测量方法。
在圆柱状岩心的两端加上串接了一个电流测量装置的交流恒电流源，这样恒电流源、电流测量装置、岩心构成了一个闭合回路，电流测量装置用以测量电路回路中的电流值I；在岩心的中段再加上两个圆环状测量电极M、N，测量电极间由一个测量电压表测量M、N之间的电位差值ΔV。
岩心的电阻率ρ与I、ΔV存在有如下关系： ρ = k ΔV I
                     式中：k是电极系数。
当在岩心的两端加低频f1的交流电流时，所测量岩心的电阻率，可近似为岩心的纯电阻特性；而在加高频f2的交流电流时，所测岩心电阻率为测量岩心的复电阻率，即岩心阻抗与容抗的混合特性。
由此，可以经计算得到岩心的电容量。
本发明所建立的地质电学模型是：岩石骨架是不导电的，导电作用是由骨架表面的泥质束缚水、结晶水和砂粒表面水膜及孔隙中液体共同完成的，水膜包裹下的小砂粒是一个微型电阻，岩石中微型电阻的组合既是一个组合体的电阻又是一个组合体的电容的串、并联网络，这构成了导电的地层(如图1所示)。当地层孔隙中充满不导电的油和气时，地层视为电阻与电容并联的等效网络(如图2所示)；当地层孔隙中充满导电的水时，电容特性减弱，地层近似为纯电阻导电。
上述的理论证明，只要能测得地层的电容量参数，就能通过电容量了解地层的含油气状态。表1给出了使用该测井方法测出并经钻井取心资料证实了的油气显示符合率统计表，其符合率达到100％。
复电阻率测井仪器：实现电容测井方法的一种测井仪器
在利用以上方法进行测井时，采用如图3所示的测井仪器，包括：多频信号源1、调制波电流源2(其数量为2个或2个以上，实际个数根据需求而定)、探头3(其个数、形状、几何尺寸、排列根据需要而定)、电压测量电路4、电流测量电路5、传输通道6及地面计算系统7。
表1  复电阻率测井与钻井取心油气显示符合率统计表
钻井取心显示 井号 井段 岩性   富含油(m) 含气(m) 油迹(m) 油斑(m) 油浸(m) 荧光(m)   复电阻率油气显示 符合率
好   中   差
某111 2571.10-2577.11   砂砾、小砂砾 0.7 √ +
某48 2652.17-2564.36   粉细砂岩 2.19 √     +
2768.05-2770.86   含粒细砂 1.38 1.04 0.29 √     +
某10 3370.33-3374.53 泥岩 0.86 √ +
3550.00-3553.83   砾状砂岩 0.40 √     +
3640.40-3643.70   砂砾岩 0.10 √     +
3795.02-3798.93   砂砾岩 3.91  √     +
3994.43-3998.93   细砾岩 3.35  √     +
4069.91-4073.39   粉、细砂岩 0.21 3.22  √     +
4293.93-4298.29   细砂岩 2.92  √     +
4448.60-4454.80   玄武岩 5.7 0.50 √ +
      合计 19段显示11筒心   7种岩性 100％
注：符合率栏中：“+”：表示符合，“-”：表示不符合。
其特征在于：多频信号源1产生频率变化在30Hz～300KHz范围内的1个或多个频率信号，传递给1个或多个调制波电流源2，经调制波电流源调制后送给不同探测范围的探头3，探头将调制波送入地层产生的对应频率的电压测量信号和电流测量信号后分别送入电压测量电路4和电流测量电路5，电压测量电路4和电流测量电路5将多种频率的混合信号分选、整理后送入传输通道6，传输通道6将整理好的电压、电流信号送入地面计算系统7。
地面控制采集计算系统计算出低频电阻率R和高频复电阻率Z，根据电学公式Z＝R*XC/(R2*XC 2)，计算出虚部XC，根据电学公式C＝1/(2πfXC)，(式中f为高频频率)计算出电容量C，然后根据电学公式C＝εS/(4πKd)(式中K为静电力恒量，S/d由测量探头的外形决定)计算出介电常数，最后要用“R/Z比值越高含油气饱和度越高”、“电容量越大含油气饱和度越高”、“介电常数越大含油饱和度越高”这三种方式中的任何一种方式计算出含油饱和度。
复电阻率测井仪的另一种方案是只采用单纯的高频电源，测量地层的复电阻率Z，然后结合常规测井资料的低频电阻率R计算出与前一种方案相同的参数。
仪器由高频振荡器、高频电流源、探头、电压测量电路，电流测量电路，传输通道、地面控制采集计算系统组成。

Claims (15)

1.一种测井方法，其特征在于：把在地面上使用的测量岩心电容量的方法及原理用于井下对地层电容量进行测量。
2.根据权利要求1所述的测井方法，其特征在于：所用的测井方法为电容电桥测量法。
3.根据权利要求1所述的测井方法，其特征在于：所用的测井方法为充放电面积测量法。
4.根据权利要求1所述的测井方法，其特征在于：所用的测井方法为吸收电路测量法。
5.根据权利要求1所述的测井方法，其特征在于：所用的测井方法为谐振电路测量法。
6.根据权利要求1所述的测井方法，其特征在于：所用的测井方法为复电阻率测量法。
7.一种测井仪器，包括多频信号源(1)、调制波电源(2)(其数量为2个或2个以上)、探头(3)(其个数、形状、几何尺寸、排列根据需要而定)、电压测量电路(4)、电流测量电路(5)、传输通道(6)及地面计算系统(7)，其特征在于：多频信号源(1)产生的信号传递给多个并联的调制波电流源(2)，经调制波电流源调制后送给不同探测范围的探头(3)，探头将调制波送入地层产生的对应频率的电压测量信号和电流测量信号后分别送入电压测量电路(4)和电流测量电路(5)，电压测量电路(4)和电流测量电路(5)将多种频率的混合信号分选、整理后送入传输通道(6)，传输通道(6)将整理好的电压、电流信号送入地面计算系统(7)。
8.一种测井仪器，包括多频信号源(1)、调制波电源(2)(其数量为2个或2个以上)、探头(3)(其个数、形状、几何尺寸、排列根据需要而定)、电压测量电路(4)、电流测量电路(5)、传输通道(6)及地面计算系统(7)，其特征在于：只采用单纯的高频测量地层的复电阻率Z，然后结合常规测井资料中的低频电阻率R，计算出与第一种方案相同的参数。
9.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系以阵列排放形式测量地层复电阻率Z，电极系组成与阵列侧向测井仪器的探头电极系相对应。
10.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系以360°全方位排放形式测量地层复电阻率Z，电极系组成与方位侧向测井仪器的探头电极系相对应。
11.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系用以测量深复电阻率和浅复电阻率Z，电极系组成与深、浅侧向测井仪器的探头电极系相对应。包括由双侧向测井仪器改造成的复电阻率测井仪器。
12.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系用以测量微复电阻率Z，电极系组成与微侧向或微电极测井仪器的探头电极系相对应。
13.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系用以测量微球形聚焦复电阻率Z，电极系组成与微球聚焦测井仪器的探头电极系相对应。
14.如权利要求7或8所述的测井仪器，其特征在于：其探头电极系用以测量复电阻率Z，电极系组成与邻近侧向测井仪器的探头电极系相对应。
15.如权利要求7或8所述的测井仪器，包括采用聚焦或非聚焦的测井仪器，及由在权利要求9、10、11、12、13或14中所述的各种侧向测井仪器原理基础上改制而成的或新制造的复电阻率测井仪器。
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