鄭 璐 張家田 嚴(yán)正國

(西安石油大學(xué)光電油氣測井與檢測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安)

過套管電阻率測井刻度概述*

鄭 璐 張家田 嚴(yán)正國

(西安石油大學(xué)光電油氣測井與檢測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安)

文章從測井儀器刻度定義出發(fā),根據(jù)過套管電阻率測井原理,提出了過套管電阻率測井刻度的意義及需要解決的主要問題。綜合過套管電阻率測井中遇到的實(shí)際影響因素,設(shè)計(jì)出了刻度筒模型;根據(jù)測井中的不均勻地層的性質(zhì),提出了具體的刻度方法。

過套管電阻率;刻度;不均勻地層

0 引 言

石油測井儀器是測井行業(yè)專用計(jì)量器具,測井行業(yè)中的“刻度”相當(dāng)于計(jì)量學(xué)中的“校準(zhǔn)”。測井儀器無論是在室內(nèi)檢查還是在井場使用前后,我們都必須對它們進(jìn)行刻度,以保證儀器處于良好的工作狀態(tài),確保能夠采集到優(yōu)質(zhì)的測井資料。

在石油生產(chǎn)測井中,過套管電阻率測井技術(shù)是我國正在研究的高技術(shù)測井方法之一。通過測量套管上的電壓降從而達(dá)到測量地層電阻率。對它的刻度從而能保證其測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性,同時(shí),對系統(tǒng)的功能要求也更加復(fù)雜。

1 測井儀器刻度

在《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)準(zhǔn)則》(SY/T 5880.1—1997)的《石油測井儀器刻度總則》中對測井儀器刻度的定義為[1]:

測井儀器刻度是利用刻度裝置建立測井儀器的測量值與相應(yīng)刻度裝置已知量值之間關(guān)系的全部工作過程。文中所稱的“刻度”,僅是專業(yè)習(xí)慣說法;廣義來說它應(yīng)該稱為“計(jì)量”,明確這點(diǎn)的意義在于,要明確認(rèn)識(shí)測井儀器刻度工作屬于計(jì)量工作范疇,為使石油測井儀器刻度與計(jì)量學(xué)接軌。

刻度的目的是保證同一類型儀器計(jì)量結(jié)果的統(tǒng)一。在測井時(shí),獲得的測量值(例如,電阻率測井信號以毫伏為單位的測量值)是一種間接數(shù)據(jù),它并不直接反映地層的性質(zhì)。因此,必須精確找出測量值轉(zhuǎn)換為反映地層物理參數(shù)工程值之間的關(guān)系。目前,主要用刻度方法來建立這種關(guān)系。確定測量值與工程值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,其精確度取決于刻度時(shí)所用刻度裝置的級別,以及井下儀器制造條件與測量精度指標(biāo)。

在測井儀器刻度中存在的主要問題是[2]:單位不統(tǒng)一、量值不標(biāo)準(zhǔn),沒有在縱向/橫向上形成刻度體系,從而給取全取準(zhǔn)測井資料及其解釋結(jié)果帶來影響。因此建立石油測井儀器的刻度體系,提高測井資料解釋精度,是急需解決的問題。

2 過套管電阻率測井刻度

在《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)準(zhǔn)則》(SY/T 5880.1—1997)的《石油測井儀器刻度總則》中對電阻率測井的規(guī)定為[1]:

刻度應(yīng)給出電極系系數(shù)K值。在標(biāo)準(zhǔn)的井眼和測井條件下,使儀器在均勻且各向同性的無限大介質(zhì)中測得的視電阻率值就等于該介質(zhì)的真電阻率,由此確定測量信號與電阻率的關(guān)系,根據(jù)這個(gè)原則,K值可采用等效電阻率模擬法確定,K值在由儀器建立的電場所涉及的范圍內(nèi)有效,它僅與儀器特性有關(guān)。

2.1 過套管電阻率測井原理

過套管電阻率測井原理就是在套管內(nèi)通過測量套管上的電壓降從而達(dá)到測量地層電阻率目的[3]。如圖1所示,如果有電流被注入套管,大部分電流會(huì)沿套管向上或向下流動(dòng),只有小部分的電流泄漏到周圍地層。如果我們能估計(jì)在Δz長度范圍內(nèi)泄漏電流的大小ΔI,這樣可計(jì)算出地層的視電阻率,其公式為:

圖1 過套管地層電阻率測量原理圖

按照式(1),視電阻率除了與測量電極間電壓,電流有關(guān)外,還受儀器參數(shù)K的影響。

根據(jù)刻度規(guī)定要求,對過套管電阻率測井器進(jìn)行刻度,關(guān)鍵在于求出儀器的參數(shù)K值。K值又稱電極系常數(shù),在均勻地層中,它的數(shù)值與電極間的距離有關(guān)。而在非均勻地層中,它既與電極系尺寸類型有關(guān),又與地層參數(shù)有關(guān)。

2.2 過套管電阻率測井刻度筒設(shè)計(jì)

對于刻度筒的設(shè)計(jì),要求能夠模擬出過套管電阻率測井中的實(shí)際地層環(huán)境、套管自身因素的影響。綜合考慮過套管電阻率測井的影響因素,刻度筒設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 刻度筒模型

影響過套管電阻率測井常見因素有:

(1)地層電阻率因素

常見地層電阻率在1Ω·m～1 000Ω·m之間,為了能模擬出常見的地層電阻率,刻度筒采取在套管外加陣列電阻的方法來模擬地層的真實(shí)情況。

(2)地層介質(zhì)環(huán)境

考慮到地層水所含的鹽的成分、離子濃度、溫度等因素的影響,在刻度池中加不同濃度的Nacl溶液,來模擬不同的地層介質(zhì)條件。

(3)套管接箍和水泥環(huán)

對于測量電極間距內(nèi)套管電阻率的局部變化,例如套管接箍、套管外水泥環(huán)厚度及性能的變化等。用套管上接箍和外加水泥環(huán)來模擬出實(shí)際中套管接箍和水泥環(huán)對電阻率測量的影響。

2.3 刻度方法

在均勻介質(zhì)中,對于電極系一定的儀器來說,其K值是一個(gè)常數(shù)。但在實(shí)際遇到的地層并不一定是均勻介質(zhì)[4],測井儀器所處的環(huán)境較為復(fù)雜。對于過套管電阻率測井來說,其測量結(jié)果還會(huì)受井眼、侵入、原狀地層、圍巖等因素的影響。對于這樣的非均質(zhì)地層,采用不同的非均質(zhì)K值將給儀器刻度帶來困難。有效的方法就是制作視電阻率校正圖版。

在實(shí)際刻度中,具體步驟分為兩部:

(1)先由刻度系統(tǒng)進(jìn)行測試,得出K值的圖板校準(zhǔn),然后由被刻度儀器進(jìn)行測試,得出測試圖板。對應(yīng)儀器測試圖板,經(jīng)過刻度系統(tǒng)的圖板校正,得出儀器的刻度系數(shù)K值。

(2)分別注入三種不同的介質(zhì),對應(yīng)模擬不同的地層介質(zhì)情況,分別對刻度系統(tǒng)和刻度儀器進(jìn)行測試,測試結(jié)果與刻度系統(tǒng)測試結(jié)果進(jìn)行對比,得出被刻度儀器的最終系數(shù)K值。

3 結(jié) 論

文章介紹了測井儀器的刻度定義以及對于過套管電阻率測井刻度的主要問題:儀器的K值。根據(jù)過套管電阻率測井中遇到的實(shí)際影響因素,設(shè)計(jì)了刻度筒模型。并且,根據(jù)實(shí)際測井中遇到的非均勻介質(zhì),測井儀器所處環(huán)境復(fù)雜的情況,提出了采用制作視電阻率校正圖版,并且采用模擬多種地質(zhì)條件的方法,綜合對比,最后得出儀器系數(shù)K值的方法。

[1] SY/T 5880.1—1997.中華人民共和國石油天然氣行業(yè)準(zhǔn)則[S].荊州:查傳鈺,韓景文,1997

[2] 丁 峰,胡玉堂,劉文華,等.談石油測井儀器的刻度體系[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2000,16(8)

[3] 吳銀川,張家田,嚴(yán)正國.過套管地層電阻率測井技術(shù)綜述[J].石油儀器,2006,20(5)

[4] 張建華,劉振華,忤 杰.電法測井原理與應(yīng)用[M].西安:西北大學(xué)出版社,2002

An overview of the cased hole formation resistivity logging cali- bration.

Zheng Lu,Zhang Jiatian and Yan Zhengguo.

Based on the definition of the well logging tool calibration,and according to the principle of the cased hole formation resistivity,the article brings forward the significance of the CHFR logging calibration and the main problem to be solved.By synthesizing the CHFR the factors encountered in the practical implications,the articles designed a calibration cased model.According to the uneven formation in logging,the article proposes the method of the calibration system measurement.

Cased hole formation resistivity(CHFR);calibration;uneven formation

P631.8+3

B

1004-9134(2010)01-0007-02

陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2007D01)

鄭 璐,男,1985年生,碩士研究生,2007年6月畢業(yè)于西安石油大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)在西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院光電油氣測井與檢測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室攻讀碩士研究生。郵編:710065

2009-08-31編輯劉雅銘)

PI,2010,24(1):7～8

·開發(fā)設(shè)計(jì)·