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随钻电阻率测井介电效应校正图版分析及方法

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电阻率 测井 效应 校正 图版 分析 方法
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销32卷 2期 20川 西南石油大学学报(自然科学版) Jt)1(1I( e&Te~文章编号:1674—5086(2010)02—0058—05 .32 M)r. 2010 随钻电阻率测井介电效应校正图版分析及方法 刘红岐 ,夏宏泉 ,郭璞 ,燕继成。,王瑛 (1.西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500;2.中国石油青海油田研究院,甘肃敦煌736200; 3.中国石油大庆油用分公司勘探开发研究院,黑龙江大庆166000;4.中海油田服务技术事业部测井中心,河北燕郊100083) 摘要:以斯伦贝谢公司随钴电阻率测井仪点分析了介电效应对相位移和幅度衰减电阻率的 影响规律。给出了制了自动 介电效应校正计算机程序并对油田实际随钻电阻率测井数据进行了介电效应校正,校正的结果验证了对介电效应影 响规律的分析,得到了更为正确的地层电阻率值。实例证明拟合公式是正确的。 关键词:电阻率测井;随钻测井;各向异性;介电效应;校正图版 中图分类号:献标识码:A 863/j.674—5086.2010.02.011 引 言 随钻测井作为一种全新的测井技术正得到越来 越广泛地应用,国内外各大油田服务公司都已经瞄 准了这项高新技术,加紧研究新型的测井仪器和处 理解释技术,随钻测井仪自20世纪80年代末投入 市场应用,在近三十年的时间内就已经发展了三代 产品,几乎所有的常规测井仪器都已经有了相应的 随钻测井仪。目前,国际上的随钻测井可测量30多 种参数。该项技术以其实效性、先进性和高利润在 海洋钻井中应用的越来越多。国际上随钻测井所占 的市场份额在迅速地增长,1996年至2002年,国际 电缆测井市场容量价值从30亿美元增加到36.14 亿美元,增长了21%;随钻测井市场容量价值从6.3 亿美元增加到11.1亿美元,增长了76%。2002年, 国际测井市场工作量价值约为47.5亿美元 ,可 见随钻测井发展之迅速。随钻测井技术把随钻测井 工程师与现场的钻井工程师和地质专家结合起来, 提供高水平的储层评估和开采服务,这将把设计井 位和勘探开发的目的性体现地更加准确f 。目前 已经投入市场服务的随钻测井包括随钻电阻率测 井、随钻密度、随钻中子和随钻伽马测井等 。J。 随钻测井具有诸多优点,但其仍然受井下测量 环境的影响,影响因素主要有井眼(井径大小和泥浆 电阻率高低)、仪器偏心、围岩、仪器与地层的相对夹 角和地层各向异性及泥浆侵入等 。由于是随 钻测井,显然受泥浆侵入的影响小,所测电阻率比电 缆电阻率更接近地层的真电阻率。泥浆低侵时,随 钻电阻率高于电缆电阻率2—3 n·/11,相应的计算 出的含油饱和度的差别为7%左右;泥浆高侵时,随 钻电阻率小于电缆电阻率。但由于随钻测井的泥浆 侵入时问短,其深浅电阻率基本重合,不利于定性判 断地层渗透性和定量计算可动油含量。此外,在直 井中,由于电阻率探测深度范围内的地层可以近似 为电各向同性的,介电效应对电阻率的影响很小,可 以忽略,但是随着越来越多的大斜度井和水平井的 出现,随钻电阻率测井的电磁场不再是关于仪器轴 对称的,地层也不再是电各向同性的,此时电导率和 磁导率都是复数,是一个张量,介电效应也是复数形 式,地层介电效应对视电阻率的影响就很明显,因此 就必须对电阻率进行介电效应的校正 。本文 简要介绍电效应 对视电阻率的影响规律以及相应的校正图版,在此 基础上,通过离散化的方式,采用多参数最优逼近的 方法建立了校正公式,并编制相应的程序,实现介电 效应的自动校正¨ ,校正结果验证了对介电效应 影响因素的分析,使求解的地层电阻率更为准确,实 际应用效果良好。 收稿日期:2009—04—15 基金项目:四川省重点学科项目( 作者简介:刘红岐(1970一),男(汉族),河北沧州人,副教授,博士,主要从事石油地质和石油测井科研和教学工作。 2 红岐,等: 随钻电 牢测井介电效应校9 1 括井仪通 常可以测到2 5条不同探测深度的电阻率曲线,这些曲线都受 到地层介电效应的影响。发射器和接收器线圈都安 置在钻铤内,由发射器发出的电磁场是极化后的横 电磁波,又叫做共轴的环形电场,即电场是以钻铤中心呈轴对称 的。如果地层没有倾斜,那么电场和钻铤,井壁以及 地层都是正交的,反之,如果仪器和地层是正交的, 那么波的方向和地层就是平行的。 由于地层的介电特性,使得电磁波通过地层时, 会发生场幅度的衰减和相位移。衰减和相位移的大 小取决于地层中传播的电磁波的波数k,两个接收 器通过补偿的方式计算并输出幅度衰减和相位移电 阻率。 1.1 波数 电磁波的传播受传播介质介电特性,即电导率 和磁导率的影响。简谐电磁波可以表示为 ,t)= (1) 式中 一角频率; 一波数; 一传播距离,1一传播时问,S。 其中波数数,具体的计算公式为: k =一 () (2) 在地层的电阻率· 数可以简化为 1 f——— ———一 √一中 (3) 一地层磁导率,H/m; 一绝对介电常数,F/m; r,一地层电导率,S/m。 对各向异性介质,波数变成一个复数,由实部k 和虚部k”组成。实部确定了电磁波的波长,并且可以 根据 的大小估算两个已知源距接收器问电磁波的 相位测量值;虚部确定了电磁波的衰减速率,可以通 过测量两个已知源距问的衰减来估计。波数的复数 形式可以记为 k=k 一 (4) k =k”= / (5) 由于电磁场具有趋肤效应,不同介质的趋肤深 度不同,定义6为趋肤深度,表示为 6= :√ =√ ㈩ 趋肤深度决定了电磁波在介质中传播时的衰减 速度和波在介质中的传播距离。 1.2 介电效应对视电阻率的影响 如果传播介质是各向同性的,介电效应的影响 可以忽略不计 。但是对于实际地层,由于各向 异性的存在,介电效应的影响不能忽略。国外一些公 司通过大量的岩芯样品实验,得出了介电效应和电 阻率之间的经验公式,如 一5+ (7) 式中 一相对介电常数,F/m; 实验表明,频率越高,趋肤效应越强,仪器的探测 深度越浅,受介电效应的影响越大,但是可以消除由 于温度、压力、井眼和钻井过程中的振动等因素的影 响,这个时候采用的工作频率为2 来为了提高 探测深度,采用了400 时还可以提高信噪 比,降低仪器偏心的影响。/9随钻测井系列的 最小探测深度为16 1 2.54 最大40 可以提供16,22,28,34,40 5条不同探测深 度的幅度衰减和相位移电阻率。对应的幅度衰减电阻 率的探测深度大于相位移电阻率的探测深度。 井眼补偿方式与常规补偿声波,补偿密度和补 偿中子测井原理相同,通过补偿可以消除由于井径、 井壁垮塌等带来的影响,也可以消除由于仪器本身 引起的电磁场的差异而带来的误差。 1.3 测量信号的计算 ,可以得到过计算合并为5个幅 度衰减值,每个发射器对应一个计算公式。计算的通 式如下 /D 、 一201gf—(8) 、2, 式中 一仪器记录的幅度衰减信号; 60 下 p 人 : 报(版) T 一第i=1,2,3,4,5; 对于相位移信号,计算的方式是类似的,通式如 9) 式中 一仪器记录的相位移信号; 输出的视电阻率值是经过了井眼补偿的,对于 电阻率的补偿计算公式如下 .25×2+0.5×'4R+ 0.25×10) 其他探测深度的电阻率补偿计算公式是类似 的,只是稍有不同,不再赘述。 3 介电效应校正图版分析 介电效应对随钻电阻率测井的影响,随着地层 非均质性的增加以及地层电阻率的增加而增大。通 常情况下,当地层电阻率小于20 Q·正;当地层电阻率大于20Q·电效应使实 测的电阻率值明显降低,尤其是对高频深探测的电 阻率值影响较大。斯伦贝谢 电 效应对相位和衰减电阻率影响的校正图版共有8 张,而哈里伯顿仅制作了效应影响校正图版4张。图1和图2是斯伦贝谢 电效应对相位和幅度衰减电阻率 R /(n·m) 图1 电效应校正图版(2 位移) R 。/(Q·m) 图2 效应校正图版(2 度衰减) 影响的校正图。 从图1和图2不难发现,介电效应对相位移电 阻率和幅度衰减电阻率的影响并不一样,一般情况 下,介电效应使相位移电阻率降低、幅度衰减电阻率 增大。假设地层电阻率为于相位移电阻率来 讲,介电效应较大时(e/e >1),。 随着视电阻 率的增加而增加,源距越大,增加的越大,即介电效 应越大对电阻率的影响越大。介电效应较小时(8/ s <1),。 随着视电阻率的增加而减小,源距越 大,减小的越大,即介电效应越大对电阻率的影响越 大。但是总体说来,介电效应较小时,对视电阻率的 影响很小,通常可以忽略。对于幅度衰减电阻率来 讲,变化规律正好相反。 针对16,22,28,34,40 同源距的电阻率响 应信号,都有相应的介电效应校正图版,此不再 赘述。 4介电效应校正方法与实例 随着测量频率的增加,电介质的影响变得越来越 重要,尤其是对传播电阻率仪器。在进行介电效应校 正时,根据这两个图版,选定要校正的电阻率曲线,在 知道介质的介电常数情况下,在图上即可找到校正的 比例因子,由此得到地层电阻率 t,例如图2(2倍的 相对介电常数)中的果地层的介电常数符合 图中的要求,即可确定例因子为1.4,那么地 层真电阻率.4R 。如果地层介电效应常数不 满足条件,可以根据内插或外插得到比例因子。 为了实现计算机自动校正,需要对这个图版数字 化,然后采用多参数最优逼近法得到拟合公式。下面 的公式(11)就是由此得到的各条电阻率曲线的介电 文《 .山支,等: 鼬 _l】卜 电效应饺J} 版分忻技力 效应校正公式。由此公式和内插法便可计算校正后 的不同探测深度的电阻率曲线值。 9×10【】4 +5×10 。× 9 X 10 X 6+0.0010 X R。 16+1.0501 (1 1) 2=一1×10 。×群 0 。×22— 1×10一。× 2。。22+0.0011×R .0431 (12) p 28==——2×10一 X 4p 28——2×10一 。X 3p 28+ 5 X 10 X 2 28+0.0008 X R。 28+1.0500 (13) 6l p 34=0。4×尺4p 34+2×10一m X 3p 34— 6 X 10一 X .0007 X R。 34+1.0523 (14) 2×10一 × +4×10¨× X 10一 X R2 .0005 X R。 0+1.0608 (15) 针对每条校正曲线采用同样的方法,采用多参 数最优逼近法可以分别得到尺 、R 、尺 这些电阻率曲线的介电效应校正因子,对于幅度衰 减电阻率曲线可以得到类似的校正公式(12)~ (15)。 深 2 础8 砌4 0 度 l /(n·m) 3 1 /(n·m) 3 1 /(n·3 1 /(【】·3 I /(Q·3 /m R l6 l / 。 3 口R∞34c o 1 /( ·m) 3 l /(n·m) 3 l /(Q·m) 3 l /(Q·m) 3 ’ 鬟 2320· 一p .一 - I 一 2330- j - ● 23@ { l} 2350。 二 基毫_ -. 鼋 r j 擘 2360。 ● - 】 j 1 : 1 r 1 I 2370 l 露 , - _。~ 2380’ } 霎 2390。 茎 j 图3 3为某油田过介电效应校正后的电阻率曲线对比图。可以看 出,校正后的电阻率曲线都大于原始的电阻率曲线, 这是由于电阻率受到介电效应的影响时,一般都要 减小。校正量的大小受地层非均质性、仪器工作频 率和仪器探测深度等因素的影响。 对比同一深度不同探测深度(测到的电 阻率曲线和对应的校正曲线,可以发现,探测深度越 大,校正量越大。比较尺。R 一R 就 可以很容易看出这一点。此外,还应该注意到,原始 的电阻率曲线在2 335~2 345 m,曲线变化较大,而 经过介电效应校正以后,曲线相对变化变小,这说 明,这个校正还起到了类似于滤波器的作用。由于 电阻率值都比较小(小于20 ·所以校正值的 绝对值都很小。 5 结 论 在分析介电效应对随钻电阻率数据影响基础 上,对校正图版进行了数字化,总结出了介电效应对相 位移和幅度衰减电阻率的影响规律及相应的校正方 法,包括对随钻电阻率测井数据的围岩、井眼、泥浆 侵入和介电效应等影响因素的校正,以及对随钻中 子、随钻密度和随钻伽马等测井数据的环境校正,为 快速准确地处理和解释随钻电阻率测井资料提供了 有力的帮助。 致谢:课题的研究过程中得到了中海油田服务技术事业 62 西J{=『 油人学学报( 然科学版) 部测井中心的大力支持,他们提供了大量的随钻测井方面的 资料,同时也提出了很多宝贵的意见和建议,在此表示感谢。 参考文献: [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] 杨虹.国际测井市场环境浅析[J].测井技术,2004,28 (3):187—190. 网页:/p~'#7:,, J.An ]. 7479,2002. ,.t w of WD ].8341,2002. ,.].8208,2002. 郝以岭,杜志强.导向中的应用[J].测井技术,2009,32(2):149~ 156. 付恩玲,安秀荣,王晓琳,等.随钻测井补偿波电阻率 曲线求纯地层电阻率[J].测井技术,2002,26(4):294 —297. 时鹏程,随钻测井技术在我国石油勘探开发中的应用 [J].测井技术,2002,26(6):441—445. 包德洲,程希,吴金云.过套管电阻率测井技术研究 [J].西安石油大学学报:自然科学版,2007,22(5):25 —28. 秦绪英,肖立志,素佰峰.测井技术最新进展及其应 用[J].勘探地球物理进展,2003,26(4):313—322. 夏宏泉,陈平,石晓兵,等.基于随钻资料的地层岩性 实时识别方法[J].石油学报,2004,25(2):51—54. 2010年 [12],, M.a 3D on f C i.5725,2005 [1 3] S.WD in C].0505,2004. 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