專利名稱：一種多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于應(yīng)用地球物理測井領(lǐng)域，具體地，涉及一種電法測井方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于普通電阻率測井和雙側(cè)向測井原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
背景技術(shù)：
電阻率測井是發(fā)展最早的石油測井方法之一，是根據(jù)地層巖性和孔隙中流體電阻率或電導(dǎo)率差異識(shí)別油氣層和水層。儀器測量的電阻率因井內(nèi)流體、侵入帶及圍巖電阻率的影響，與真實(shí)地層電阻率存在一定的差異，稱為視電阻率。電阻率測井實(shí)驗(yàn)教學(xué)是石油高等院?？碧胶烷_發(fā)專業(yè)最重要的專業(yè)實(shí)踐課程之一，主要通過物理模擬實(shí)驗(yàn)研究普通電阻率測井和電流聚焦類測井的基本原理和測井響應(yīng)特征。教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置專業(yè)性較強(qiáng)的特點(diǎn)限制了該類設(shè)備的研究和生產(chǎn)，以天然巖石(鄧少貴，李剛，譚寶海，陳雪蓮.基于同一平臺(tái)的聲電測井模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010,13 (I):100-103)和電阻箱(何雪坤，李立偉，劉帥，陳力，唐亮.一種用于雙側(cè)向測井儀的模擬刻度裝置.中國專利:201120227731.1)來模擬地層，用模擬設(shè)備和野外現(xiàn)場測井儀來測量地層電阻率的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置被用于電阻率測井教學(xué)實(shí)驗(yàn)，且僅在幾所高校使用，這些裝置無法完全滿足以下教學(xué)要求:
1、用于研究不同電阻率地層測井響應(yīng)的可變電阻率模擬地層；
2、用于數(shù)據(jù)處理和解釋實(shí)踐的數(shù)字化電阻率測量數(shù)據(jù)；
3、用于兼具普通電阻率和雙側(cè)向測井的多功能實(shí)驗(yàn)儀；
4、用于研究不同電極系參數(shù)測井響應(yīng)的組合電極系。這些實(shí)驗(yàn)裝置被主要用于電阻率測井的原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于開展設(shè)計(jì)性和綜合性的電阻率測井實(shí)驗(yàn)存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置的地層電阻率和電極系可變，用于普通電阻率和雙側(cè)向測井的多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)，以解決不同電阻率地層以及不同電極系的測井響應(yīng)特征和測井?dāng)?shù)據(jù)重復(fù)使用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
一種多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，包括:水槽體、模擬地層模塊、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回路電極、電極系組和測量測控儀器，其特征在于:水槽體用于盛放水溶液、水槽體整個(gè)底部設(shè)有回路電極，水槽體內(nèi)設(shè)有多個(gè)模擬地層模塊，水槽體、水溶液和模擬地層模塊共同構(gòu)建了電阻率測井的地層環(huán)境；
模擬地層模塊的軸心有模擬井孔，殼體內(nèi)部充填高電阻率液體，模擬井孔的側(cè)壁上沿井軸方向Z均勻直線排列有第一鍍金金屬探針；
水溶液液面與模擬地層模塊頂面在同一水平面上或略低于模擬地層模塊頂面，但不能低于模擬井孔底面； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪、滑塊、拽引鋼絲和導(dǎo)軌；所述的步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪、拽引鋼絲和滑塊構(gòu)成循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)；
電極系組包括骨架、電極系；骨架上安裝有電極系，滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)骨架和電極系冋步在|吳擬井孔內(nèi)移動(dòng)；
測量測控儀器與步進(jìn)電機(jī)相連接，用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向控制；測量測控儀器與回路電極和電極系組相連接，用于提供供電電流和電阻率測量，并將數(shù)字化的電阻率數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和解釋。優(yōu)選地，水槽體為頂部開口的長方體，由不導(dǎo)電材料粘接而成；所述水溶液為淡水或鹽水，水溶液用于模擬鉆井濾液和低電阻率地層；回路電極為長方形金屬材料。優(yōu)選地，回路電極采用銅板；水槽體采用聚氯乙烯。優(yōu)選地，模擬地層模塊為內(nèi)部中空半圓柱形的殼體，殼體外壁為絕緣材料,所述模擬地層模塊頂面外側(cè)設(shè)有懸掛架，模擬地層模塊通過懸掛架懸掛在水槽體長邊側(cè)壁邊緣，使得模擬地層模塊懸浮在水溶液中而不與回路電極接觸；所述模擬地層模塊可沿著水槽體長軸方向水平移動(dòng)，以便于改變相鄰兩個(gè)模擬地層模塊之間的距離，殼體頂面設(shè)有進(jìn)口閥門，殼體靠底部的側(cè)面設(shè)有出口閥門，殼體底部厚度從出口閥門側(cè)向?qū)γ嬷饾u遞增，模擬井孔為半圓形的直通孔，井壁有第一鍍金金屬探針將模擬地層模塊內(nèi)部高電阻率液體與井眼內(nèi)的水溶液短路連接；第一鍍金金屬探針直徑1mm，相鄰探針間距2mm。優(yōu)選地，模擬地層模塊的兩個(gè)側(cè)面壁和底壁上也有實(shí)現(xiàn)內(nèi)外短路連接的第二鍍金金屬探針和第三鍍金金屬探針，所述的第二鍍金金屬探針沿徑向排列，相鄰探針間距從5mm至50mm沿徑向深度方向不等間距排列，所述的第三鍍金金屬探針沿模擬地層模塊底部平行于井軸方向等間隔直線分布，第三鍍金金屬探針長度從5mm至50mm均勻遞增。當(dāng)然，這些鍍金探針可以在不止一個(gè)徑向方向排列，間距可以更大或更小，或等間距排列。優(yōu)選地，所述骨架為正方形的板體，正方形的板體的每個(gè)邊安裝有一個(gè)電極系，骨架由絕緣材料制成；所述電極系為電位電極系、梯度電極系或雙側(cè)向電極系；所述骨架可圍繞其中心的旋轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)軸與所述滑塊通過螺絲扣固定在一起，使得每個(gè)電極系都可置于模擬井孔內(nèi)。優(yōu)選地，步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪相對(duì)設(shè)置，固定于水槽體的短邊；導(dǎo)軌位于步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪之間并與所述水槽體固定。優(yōu)選地，模擬地層模塊的殼體為聚氯乙烯材料。優(yōu)選地，高電阻率液體為蒸餾水。優(yōu)選地，所述骨架為聚氯乙烯材料制成。本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果為:
1、通過在地層模塊內(nèi)部充填不同高電阻率的液體，可有效模擬不同電阻率地層、不同厚度高電阻率地層和高電阻率地層屏蔽等電位、梯度和雙側(cè)向測井響應(yīng)特征及規(guī)律。2、組合的普通電阻率電極系與雙側(cè)向電極系，可用于開展不同電極系的地層響應(yīng)對(duì)比的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。3、集成普通電阻率和雙側(cè)向測井兩類電阻率測量，所測電阻率數(shù)據(jù)可進(jìn)入計(jì)算機(jī)重復(fù)使用及電極系運(yùn)行自動(dòng)控制的測量測控儀，可節(jié)省大量成本和提高效率，更便于開展綜合性實(shí)驗(yàn)。


圖1為本發(fā)明的多功能電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置示意 圖2為本發(fā)明的模擬地層模塊示意 圖3為模擬地層模塊沿模擬井軸方向的縱剖面示意 圖4為電極系組結(jié)構(gòu)示意 圖5為電機(jī)系組與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)連接示意 圖6為普通電阻率實(shí)測曲線。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置包括:水槽體113、模擬地層模塊110、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)102、回路電極111、電極系組109和測量測控儀器100。水槽體113為頂部開口的長方體，由不導(dǎo)電材料,如聚氯乙烯,粘接而成；水槽體113用于盛放水溶液112、所述水溶液112為淡水或鹽水,水溶液112用于模擬鉆井濾液和低電阻率地層；水槽體113整個(gè)底部設(shè)有回路電極111，回路電極111為長方形金屬材料，可以采用銅板；水槽體113內(nèi)設(shè)有三個(gè)模擬地層模塊110，用于模擬高電阻率地層；水槽體113、水溶液112和模擬地層模塊110共同構(gòu)建了電阻率測井的地層環(huán)境。如圖2、圖3所示，模擬地層模塊110為內(nèi)部中空半圓柱形的殼體，殼體的軸心有模擬井孔115，殼體外壁為絕緣材料，如聚氯乙烯；殼體內(nèi)部充填高電阻率液體121，如蒸餾水，用于模擬不同電阻率的地層介質(zhì)；所述模擬地層模塊110的軸心方向Z與水槽體113長邊方向相同；所述模擬地層模塊110頂面外側(cè)設(shè)有懸掛架125，模擬地層模塊110通過懸掛架125懸掛在水槽體113長邊側(cè)壁邊緣，使得模擬地層模塊110懸浮在水溶液112中而不與回路電極111接觸；所述模擬地層模塊110可沿著水槽體長軸方向水平移動(dòng)，以便于改變相鄰兩個(gè)模擬地層模塊110之間的距離，即位于相鄰兩個(gè)模擬地層模塊110之間的水溶液112厚度可調(diào)。殼體頂面設(shè)有進(jìn)口閥門為114，殼體靠底部的一個(gè)側(cè)面設(shè)有出口閥門116，高電阻率液體121經(jīng)過進(jìn)口閥門114和出口閥門116可以更換；殼體底部厚度從出口閥門116側(cè)向?qū)γ嬷饾u遞增，利于排出高電阻率液體121。模擬井孔115為半圓形的直通孔，模擬井孔115的側(cè)壁上沿井軸方向Z均勻地直線排列有第一鍍金金屬探針118，將模擬地層模塊110內(nèi)部高電阻率液體121與井眼115內(nèi)的水溶液112短路連接；第一鍍金金屬探針118直徑1_，相鄰探針間距2_，也可以更小或更大，但不大于所用電極系縱向分辨率的一半。類似上述的，模擬地層模塊110的兩個(gè)側(cè)面壁和底壁上也分別有實(shí)現(xiàn)內(nèi)外短路連接的第二鍍金金屬探針117和第三鍍金金屬探針119，所述的第二鍍金金屬探針117沿徑向排列，相鄰探針間距從5mm至50mm沿徑向深度方向不等間距排列，當(dāng)然，這些鍍金探針可以在不止一個(gè)徑向方向排列，間距可以更大或更小，或等間距排列。所述的第三鍍金金屬探針119沿模擬地層模塊110底部平行于井軸方向Z等間距直線分布，第三鍍金金屬探針長度從出口閥門側(cè)向?qū)γ姘?mm至50mm均勻遞增。水溶液112液面與模擬地層模塊110頂面在同一水平面上或略低于模擬地層模塊110頂面，但不低于模擬井孔115底面。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)102，包括步進(jìn)電機(jī)104、傳動(dòng)輪108、滑塊106、拽引鋼絲107和導(dǎo)軌105 ；步進(jìn)電機(jī)104、傳動(dòng)輪108相對(duì)設(shè)置，固定于水槽體的兩短邊；導(dǎo)軌105位于步進(jìn)電機(jī)104、傳動(dòng)輪108之間并與所述水槽體113固定；所述的步進(jìn)電機(jī)104、傳動(dòng)輪108、拽引鋼絲107和滑塊106構(gòu)成循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠步進(jìn)電機(jī)104的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊106在導(dǎo)軌105上移動(dòng)。如圖4、圖5所示，電極系組109包括骨架123、電極系122 ;所述骨架123為正方形的板體，正方形的板體的每個(gè)邊安裝有一個(gè)電極系122，當(dāng)然，骨架123也可以是由電極系個(gè)數(shù)決定的任意多邊形；骨架123由絕緣材料，如聚氯乙烯，制成；所述電極系122可以是電位電極系、梯度電極系或雙側(cè)向電極系；所述骨架123可圍繞其中心的旋轉(zhuǎn)軸124自由旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)軸124與所述滑塊106通過螺絲扣固定在一起，使得每個(gè)電極系122都能置于模擬井孔115內(nèi)；如此，滑塊106在導(dǎo)軌105上移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)骨架123在井軸方向Z運(yùn)動(dòng)，使得電極系122在I吳擬井孔115內(nèi)移動(dòng)，以I吳擬電阻率測井井下僅器在井內(nèi)運(yùn)動(dòng)。測量測控儀器100與步進(jìn)電機(jī)104相連接，用于對(duì)步進(jìn)電極104的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向控制；測量測控儀器100與回路電極111和電極系組109的電極系122相連接，用于提供供電電流和電阻率測量，并將數(shù)字化的電阻率數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)101，用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和解釋。圖6為普通電阻率實(shí)測曲線，模擬的電阻率測井環(huán)境為:測井方向在圖中為自下向上移動(dòng)，即上提；自下向上高電阻率地層厚度分別為0.03m、0.06m、0.12mm，對(duì)應(yīng)深度分別為140cm、95cm和40cm，即標(biāo)號(hào)128、127和126 ;自左向右依次為電位電極系A(chǔ)0.0lM、電位電極系A(chǔ)0.06M、梯度電極系A(chǔ)0.02M0.09N和梯度電極系A(chǔ)0.005M0.02N的實(shí)測曲線。從圖6中可以看到，對(duì)應(yīng)高電阻率地層深度段(標(biāo)號(hào)126、127和128)均有不同于低電阻率地層深度段的測井響應(yīng)。所述電位電極系A(chǔ)0.0lM的電極距為0.0lm,小于所有高電阻率地層厚度，在所有高電阻率地層均顯示高電阻率對(duì)稱特征，與理論研究一致；所述電位電極系A(chǔ)0.06M的電極距為0.06m，在標(biāo)號(hào)128的深度段出現(xiàn)視電阻率“減阻”現(xiàn)象129，在標(biāo)號(hào)127深度段視電阻率特征不明顯的現(xiàn)象，在標(biāo)號(hào)126深度段出現(xiàn)視電阻率“增阻”現(xiàn)象，這與電位電極系電極距大于高電阻率地層厚度時(shí)出現(xiàn)視電阻率“減阻”特征，等于高電阻率地層厚度時(shí)視電阻率特征不明顯以及大于高電阻率地層厚度時(shí)出現(xiàn)“增阻”特征的理論結(jié)果吻合；與此類似的，所述梯度電極系A(chǔ)0.02M0.09N的電極距0.lm，在標(biāo)號(hào)127和128深度段，電極距大于高電阻率地層厚度，高電阻率地層底部出現(xiàn)假極大130，標(biāo)號(hào)126深度段，電極距小于高電阻率地層厚度，頂部邊界出現(xiàn)極小值131，與理論一致；梯度電極系A(chǔ)0.005M0.02N電極距0.0225m,小于所有高電阻率地層厚度，在標(biāo)號(hào)128、127、126深度段，頂部邊界均出現(xiàn)極小值131，與理論結(jié)果一致。
權(quán)利要求
1.一種多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，包括:水槽體、模擬地層模塊、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回路電極、電極系組和測量測控儀器，其特征在于:水槽體用于盛放水溶液、水槽體整個(gè)底部設(shè)有回路電極，水槽體內(nèi)設(shè)有多個(gè)模擬地層模塊，水槽體、水溶液和模擬地層模塊共同構(gòu)建了電阻率測井的地層環(huán)境； 模擬地層模塊的軸心有模擬井孔，殼體內(nèi)部充填高電阻率液體，模擬井孔的側(cè)壁上沿井軸方向均勻直線排列有第一鍍金金屬探針； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪、滑塊、拽引鋼絲和導(dǎo)軌；所述的步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪、拽引鋼絲和滑塊構(gòu)成循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)； 電極系組包括骨架、電極系；骨架上安裝有電極系，滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)骨架和電極系冋步在|吳擬井孔內(nèi)移動(dòng)； 測量測 控儀器與步進(jìn)電機(jī)相連接，用于對(duì)步進(jìn)電極的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向控制；測量測控儀器與回路電極和電極系組相連接，用于提供供電電流和電阻率測量，并將數(shù)字化的電阻率數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和解釋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:水槽體為頂部開口的長方體，由不導(dǎo)電材料粘接而成；所述水溶液為淡水或鹽水，水溶液用于模擬鉆井濾液和低電阻率地層；回路電極為長方形金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:回路電極采用銅板；水槽體采用聚氯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:模擬地層模塊為內(nèi)部中空半圓柱形的殼體，殼體外壁為絕緣材料，所述模擬地層模塊頂面外側(cè)設(shè)有懸掛架，模擬地層模塊通過懸掛架懸掛在水槽體長邊側(cè)壁邊緣，使得模擬地層模塊懸浮在水溶液中而不與回路電極接觸；所述模擬地層模塊可沿著水槽體長軸方向水平移動(dòng)，以便于改變相鄰兩個(gè)模擬地層模塊之間的距離，殼體頂面設(shè)有進(jìn)口閥門為，殼體靠底部的側(cè)面設(shè)有出口閥門，殼體底部厚度從出口閥門側(cè)向?qū)γ嬷饾u遞增；模擬井孔為半圓形的直通孔，井壁有第一鍍金金屬探針將模擬地層模塊內(nèi)部高電阻率液體與井眼內(nèi)的水溶液短路連接；第一鍍金金屬探針直徑1mm，相鄰探針間距2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:模擬地層模塊的兩個(gè)側(cè)面壁和底壁上也有實(shí)現(xiàn)內(nèi)外短路連接的第二鍍金金屬探針和第三鍍金金屬探針，所述的第二鍍金金屬探針沿徑向排列，相鄰探針間距從5mm至50mm沿徑向深度方向不等間距排列，所述的第三鍍金金屬探針沿模擬地層模塊底部平行于井軸方向等間隔直線分布，長度從5mm至50mm均勻遞增。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述水溶液的液面與模擬地層模塊頂面在同一水平面上或略低于模擬地層模塊頂面，但不低于模擬井孔的底面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述骨架為正方形的板體，正方形的板體的每個(gè)邊安裝有一個(gè)電極系，骨架由絕緣材料制成；所述電極系為電位電極系、梯度電極系或雙側(cè)向電極系；所述骨架可圍繞其中心的旋轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)軸與所述滑塊通過螺絲扣固定在一起，使得每個(gè)電極系都可置于模擬井孔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪相對(duì)設(shè)置，固定于水槽體的短邊；導(dǎo)軌位于步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪之間并與所述水槽體固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:模擬地層模塊的殼體為聚氯乙烯材料；高電阻率液體為蒸餾水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的多功能的電阻率測井實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述骨架為聚氯乙烯材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電法測井方法的實(shí)驗(yàn)裝置，其包括水槽體、模擬地層模塊、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回路電極、電極系組和測量測控儀器，水槽體整個(gè)底部設(shè)有回路電極，水槽體內(nèi)設(shè)有多個(gè)模擬地層模塊；模擬地層模塊的軸心有模擬井孔，殼體內(nèi)部充填高電阻率液體，模擬井孔的側(cè)壁上排列有第一鍍金金屬探針；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)輪、滑塊、拽引鋼絲和導(dǎo)軌；電極系組包括骨架、電極系；滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)骨架和電極系同步在模擬井孔內(nèi)移動(dòng)。本發(fā)明可有效模擬不同電阻率地層、不同厚度高電阻率地層和高電阻率地層屏蔽等電位、梯度和側(cè)向測井響應(yīng)特征及規(guī)律；用于開展不同電極系的地層響應(yīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)，節(jié)省成本和提高效率，便于開展綜合性實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B25/06GK103198748SQ20131012467
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者譚寶海, 李剛, 王正楷, 成向陽 申請人:中國石油大學(xué)(華東)