一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法

摘要

本发明涉及一种方位侧向测井仪及一种测井方法。一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪，主要由方位电极系和测量电子电路组成，所述电极系是由镶嵌在绝缘载体上的多个不同宽度的侧向电极环以及方位电极环M0组成，电极系中央为M0，14个不同宽度的电极环以M0为对称轴，按照不同的间隔排列，各同名电极环用导线短接保持等电位；所述各同名电极环、方位电极环、参考电极N以及回路B各通过导线连接测量电路。本发明高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法，可同时测量高分辨率侧向曲线与方位侧向曲线，为测井评价提供更加丰富的测井信息；高分辨率测井仪可以识别探测0.2m的薄层与薄互层，为薄层测井提供有效的测井曲线，并可以有效的识别裂缝与溶洞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种方位侧向测井仪及一种测井方法，特别是涉及一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法。

背景技术

随着油田勘探开发程度的逐渐加深和难度进一步的加大，对储层评价工作的精度要求越来越高，测井仪需要有较高的纵向分辨率以及较大的径向探测深度，同时要求覆盖整个井眼、定向确定地层特征的能力，使得测井仪器在非均质地层、薄层等方面可以测量到更加丰富的地层信息。

原有的双侧向测井仪可以测量得到两条深浅电阻率曲线，该信息是整个井眼对测量结果的影响，从测量信息中无法提取井周非均质信息，微电阻率扫描仪器以及井周扫描成像可以很好的对井眼附近进介质进行分析，但是微电阻率扫描仪器以及井周扫描成像探测深度非常浅，高分辨率方位侧向测井仪的12个方位电极可以得到一个方位电阻率成像图，尽管高分辨率方位电阻率比井周扫描成像仪和微电阻扫描成像仪分辨率低，但是其探测深度远远超过井周扫描成像仪和微电阻扫描成像仪。因此高分辨率方位电阻率成像仪是井周扫描成像仪和微电阻扫描成像仪的补充，利用方位电阻率成像仪可以识别裂缝、溶洞，进而可以进行定量评价。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种高分辨率方位电阻率测井仪，并因此提出一种高精度测井方法，定量的把垂向与方位的分辨率结合，增加了地层评价的解释准确度，可应用于斜井、大斜度井以及水平井、薄互层地层以及井周裂缝进行准确的测井评价。

本发明所采用的技术方案：

一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪，主要由方位电极系和测量电子电路组成，所述电极系是由镶嵌在绝缘载体上的多个不同宽度的侧向电极环以及方位电极环M0组成，电极系中央为M0，14个不同宽度的电极环以M0为对称轴，按照不同的间隔排列（宽度和间隔的选择以探测深度1.0m和分辨率为0.2m为条件），各同名电极环用导线短接保持等电位；所述各同名电极环、方位电极环、参考电极N以及回路B各通过导线连接测量电路，主要用于井周围不同方位非均质地层电阻率的测量。

所述的高分辨率方位电阻率侧向测井仪，绝缘载体为橡胶棒或玻璃棒，方位电极环M0由12个线圈M0₁～M0₁₂构成（轴向分辨率为60°），侧向电极环由对称排列的14个线圈组成，以绝缘载体中心的电极环M0为中心，向外依次为A01、A01’，A0^*、A0^*'，A02、A02’，M1、M1’，A1、A1’，A1*、A1*’，A2、A2’，其中A01、A01’，A0^*、A0^*’，A02、A02’，M1、M1’，A1、A1’，A1*、A1*’，A2、A2’分别为同名电极环，所述各同名电极环用导线短接保持等电位。

高分辨率方位电阻率侧向测井仪采用合成的方式得到方位侧向测量以及常规测量。

使仪器工作在如下三种模式下：

模式1：采用频率为35Hz的井下电源加在屏蔽电极(A1、A2)上，回路电极为B，保证屏蔽电极（A1^*、A2）等电位，测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A0^*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12；

模式2：采用频率为140Hz的井下电源加在屏蔽电极（A1）上，回路电极为（A2），测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A0^*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12；

模式3：采用频率为280Hz的井下电源加在金属主电极（A0）上，回路为屏蔽电极（A1、A2）。保证屏蔽电极（A1^*、A2）等电位，测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A01(A01’)、A02(A02’)流出的总电流，记为测量A0^*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12；

然后利用采集到得信号进行视电阻率计算：

高分辨率深侧向：

$>R_{\mathrm{hlld}}=\frac{k_{\mathrm{hlld}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)}{I_0^3}$>（模式1与模式3合成）

高分辨率浅侧向：

$>R_{\mathrm{hlld}}=\frac{k_{\mathrm{hlld}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)}{I_0^3}$>(模式2与模式3合成)

其中，K_hlld、K_hlls分别表示高分辨率深侧向电极系系数、高分辨率浅侧向电极系系数。R_hlld、R_hlls分别表示高分辨率深侧向视电阻率、高分辨率浅侧向视电阻率。

12条方位深侧向：

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)$>

$>R_{\mathrm{dazi}}=\frac{K_{\mathrm{alld}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)}{I_0^3}*\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}{{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}$>

(模式1与模式3合成)

12条方位浅侧向：

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)$>

$>R_{\mathrm{sazi}}=\frac{K_{\mathrm{alls}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)}{I_0^3}*\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}{{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}$>

(模式2与模式3合成)

K_alld、K_alls分别表示方位深侧向电极系系数、方位浅侧向电极系系数。R_dazi、R_sazi分别表示方位深侧向视电阻率、方位浅侧向视电阻率。

泥浆电阻率

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)$>

$>R_m=K_m\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az}.k}}{12*I_0^3}$>（模式1与模式3合成）

其中，K_m、R_m分别表示泥浆电阻率刻度系数、泥浆视电阻率。

本发明的有益效果：

1、本发明高分辨率方位电阻率测井仪，电极系采用由镶嵌在橡胶棒或玻璃棒上的对称排列的14个电极环以及12个方位电极环（M0_1-12）构成的设计方式，可以同时测量高分辨率侧向曲线与方位侧向曲线，为测井评价提供更加丰富的测井信息；高分辨率测井仪及测井方法可以识别探测0.2m的薄层与薄互层，为薄层测井提供有效的测井曲线，并可以有效的识别裂缝与溶洞。测量电路产生三个不同频率的电场，保证12个方位电极M0_i之和与12倍的M1电位相同时得到高分辨率双侧向测井曲线以及方位电阻率测井信息，高分辨率双侧向以及方位侧向测井分辨率可以达到0.2m。

2、本发明高分辨率方位电阻率测井仪及测井方法，电极系设计方式可以缩短仪器长度，更加适用于大斜度井以及水平井。仪器采用数字聚焦模式与硬聚焦模式，相比原来硬聚焦电路采集量增多，测量精度大大提高，测量信息也更加丰富。

附图说明

图1：高分辨率方位侧向测井装置及其使用状态示意图；

图2：高分辨率方位侧向电极系结构图；

图3：方位电极系结构图；

图4：高分辨率方位侧向测量电子线路实施方案示意图。

具体实施方式

实施例一：参见图2。本发明高分辨率方位电阻率侧向测井仪，由方位电极系和测量电子电路组成，主要用于测量井周围不同方位非均质地层电阻率的测量，所述测井仪的电极系由镶嵌在绝缘载体上的多个不同宽度的侧向电极环以及方位电极环M0组成，电极系中央为方位电极环M0，14个不同宽度的侧向电极环以M0为对称轴，按照不同的间隔排列，不同侧向电极环的宽度和排列间隔的选择以探测深度1.0m和分辨率为0.2m为条件，侧向电极环中各同名电极环用导线短接保持等电位；所述各同名电极环、方位电极环、参考电极N以及回路B通过导线连接测量电子电路。所述绝缘载体为橡胶棒或玻璃棒。

图2为高分辨率方位侧向电极系的具体电极排列方式。

实施例二：参见图2、图3。本实施例高分辨率方位电阻率侧向测井仪，方位电极排列如图3所示，方位电极环M0由12个线圈M0₁～M0₁₂构成，其轴向分辨率为60°，单个电极环宽度为20度，每个电极环中心之间为30度。每个电极环之间采用绝缘材料分隔。

侧向电极环由对称排列的14个线圈组成，以绝缘载体中心的电极环M0为中心，向外依次为A01、A01’，A0^*、A0^*’，A02、A02’，M1、M1’，A1、A1’，A1^*、A1^*'，A2、A2’，其中A01、A01’，A0^*、A0^*’，A02、A02’，M1、M1’，A1、A1’，A1^*、A1^*'，A2、A2’分别为同名电极环，所述各同名电极环用导线短接保持等电位。

实施例三。本实施例公开了一种采用该高分辨率方位电阻率侧向测井仪的测井方法。

图1为测井装置及其使用状态示意图。图中9为测量井，10为测量井周围地层。

该装置由高分辨率方位侧向测井仪以及遥测短节6等构成，其中高分辨率方位侧向测井仪由方位侧向电极系和测量电子线路组成，遥测短节6、高分辨率方位侧向电极系7、测量电子线路8通过7芯电缆4悬挂于测量井中，7芯电缆4通过滑轮3卷绞在绞车鼓2上，使遥测短节6、高分辨率方位侧向电极系7、电子线路8沿在测量井内上下移动，绞车鼓2是地面系统1的一部分，电路回路电极11置于地面，在7芯电缆4末端安装有鱼雷5，作为参考电位电极。图4给出了高分辨率方位侧向测量电子线路实施方案示意图。

本发明高分辨率测井方法，采用所述高分辨率方位电阻率侧向测井仪，使仪器工作在如下三种模式下：

模式1：采用频率为35Hz的井下电源加在屏蔽电极(A1、A2)上，A1(A1’)与A2(A2’)同时供电，回路为B。此时要求A1^*(A1^*'),A2(A2’)电位相等。测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A0^*与N之间的电位差，记为测量A0^*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12；

模式2：采用频率为140Hz的井下电源加在屏蔽电极（A1）上，A1(A1’)供电，回路为A2(A2’)。测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A0^*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12。；

模式3：采用频率为280Hz的井下电源加在金属主电极（A0）上，A01(A01’)、A02(A02’)同时供电，回路为A1(A1’)与A2(A2’)，此时要求A1^*(A1^*'),A2(A2’)电位相等。测量12个方位电极与M1之间的电位差，记为i＝1,...,12。测量A01(A01’)、A02(A02’)流出的总电流，记为测量A0*与N之间的电位差，记为测量12个方位电极与A0^*之间的电位差，记为i＝1,...,12。

利用采集到得信号进行视电阻率计算：

高分辨率深侧向：

$>R_{\mathrm{hlld}}=\frac{K_{\mathrm{hlld}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)}{I_0^3}$>（模式1与模式3合成）

高分辨率浅侧向：

$>R_{\mathrm{hlls}}=\frac{K_{\mathrm{hlls}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)}{I_0^3}$>(模式2与模式3合成)

其中，K_hlld、K_hlls分别表示高分辨率深侧向电极系系数、高分辨率浅侧向电极系系数。R_hlld、R_hlls分别表示高分辨率深侧向视电阻率、高分辨率浅侧向视电阻率。

12条方位深侧向：

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)$>

$>R_{\mathrm{dazi}}=\frac{K_{\mathrm{alld}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)}{I_0^3}*\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}{{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}$>

(模式1与模式3合成)

12条方位浅侧向：

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)$>

$>R_{\mathrm{sazi}}=\frac{K_{\mathrm{alls}}({\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{A0}^{*}N}^2*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^2)}{I_0^3}*\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}{{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}}$>(模式2与模式3合成)

K_alld、K_alls分别表示方位深侧向电极系系数、方位浅侧向电极系系数。R_dazi、R_sazi分别表示方位深侧向视电阻率、方位浅侧向视电阻率。

泥浆电阻率

$>{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}=({\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^3-{\mathrm{\Delta V}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az},j}^1*\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^3/\underset{i=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{MNaz},i}^1)$>

$>R_m=K_m\frac{\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}{\mathrm{CV}}_{{\mathrm{MA}0}^{*}\mathrm{az}.k}}{12*I_0^3}$>（模式1与模式3合成）

其中，K_m、R_m分别表示泥浆电阻率刻度系数、泥浆视电阻率。