井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，該方法包括：一、將探測器置于井內(nèi)，該探測器上設(shè)有陣列方位電極系，該陣列方位電極系包含多個電極，該陣列方位電極系工作于多種不同工作模式，每種工作模式對應(yīng)于一種電場分布，每種工作模式下以一種不同的工作頻率發(fā)出信號；二、計算多條陣列側(cè)向曲線；三、計算多條方位側(cè)向曲線；四、通過上述多條方位側(cè)向曲線經(jīng)過成像處理得到井周360°數(shù)值模擬成像圖；五、通過陣列側(cè)向曲線、方位側(cè)向曲線及井周成像圖分析井周不同方位非均質(zhì)地層的電阻率，并評價斜井、大斜度井、水平井、薄層、非均質(zhì)地層、非誘導(dǎo)裂縫和孔洞以及定量解釋沖洗帶、侵入帶、原狀地層電阻率，判斷侵入帶半徑、沖洗帶半徑。
【專利說明】井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種陣列方位側(cè)向測井方法，特別是指一種井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法及用于實(shí)現(xiàn)該方法的陣列方位電極系。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油田勘探開發(fā)需要，儲層評價的精度要求越來越高，測井儀器也在不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的一些測井儀器已經(jīng)越來越不能滿足測井分析的要求，尤其對斜井、大斜度井、水平井、薄層、非均質(zhì)地層、非誘導(dǎo)裂縫和溶洞的細(xì)致描述以及定量定向解釋沖洗帶、侵入帶、原狀地層電阻率，判斷侵入帶半徑、沖洗帶半徑等。
[0003]原有的陣列側(cè)向儀器采用硬件聚焦，電路通過閉環(huán)實(shí)現(xiàn)主監(jiān)控控制，受外圍環(huán)境影響較大(如溫度變化、電源波動等)，硬件聚焦監(jiān)督電極間殘余電壓無法消除，聚焦效果較差，而且受圍巖影響縱向分辨率還不夠高，同時不能提供井周非均質(zhì)信息。微電阻率掃描儀器和井周掃描成像可以對井眼周圍介質(zhì)做定向分析，但是探測范圍非常淺，而且對于一些鉆井過程中誘導(dǎo)產(chǎn)生的誘導(dǎo)縫洞與地層原生的縫洞沒有辨別能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠精細(xì)評價地層并提供豐富信息的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，該方法包括:
步驟一、將探測器置于井內(nèi)，該探測器上設(shè)有陣列方位電極系，該陣列方位電極系包含多個電極，該陣列方位電極系工作于多種不同工作模式，每種工作模式對應(yīng)于一種電場分布，每種工作模式下以一種不同的工作頻率發(fā)出信號；
步驟二、根據(jù)陣列方位電極系在不同工作模式下的參數(shù)生成多條陣列側(cè)向曲線；步驟三、根據(jù)陣列方位電極系在不同工作模式下的參數(shù)生成多條方位側(cè)向曲線；步驟四、通過上述多條方位側(cè)向曲線經(jīng)過成像處理得到井周360°數(shù)值模擬成像圖；步驟五、通過陣列側(cè)向曲線、方位側(cè)向曲線及井周成像圖分析井周不同方位非均質(zhì)地層的電阻率，并評價斜井、大斜度井、水平井、薄層、非均質(zhì)地層、非誘導(dǎo)裂縫和溶洞以及定量解釋沖洗帶、侵入帶、原狀地層電阻率，判斷侵入帶半徑、沖洗帶半徑。
[0006]所述陣列方位電極系包括內(nèi)嵌在絕緣載體上的對稱布置的側(cè)向電極環(huán)以及位于探測器中央的方位電極環(huán)，該方位電極環(huán)包括多個方位電極，該側(cè)向電極環(huán)由多對相對于該方位電極環(huán)對稱分布的側(cè)向電極組成，每對側(cè)向電極包括兩個對稱分布于該方位電極環(huán)兩側(cè)的側(cè)向電極，該方位電極環(huán)兩側(cè)各設(shè)有一個相對于方位電極環(huán)對稱分布的主電極，該主電極位于該方位電極環(huán)與側(cè)向電極之間，該方位電極環(huán)兩側(cè)各設(shè)有一個相對于方位電極環(huán)對稱分布的監(jiān)督電極，該監(jiān)督電極位于該主電極與側(cè)向電極之間；同名電極之間用導(dǎo)線短接以保持等電位。[0007]所述主電極發(fā)射主電流，所述側(cè)向電極在不同工作模式下作為發(fā)射電極發(fā)射電流，同時又是聚焦電極接收電流，其中至少一對里側(cè)靠近所述方位電極環(huán)的側(cè)向電極為發(fā)射電極，其他對外側(cè)的側(cè)向電極為聚焦電極，各發(fā)射電極與各聚焦電極分別電位相等。
[0008]所述方位電極環(huán)由12個方位電極等角度間隔構(gòu)成，單個方位電極弧度為10°，相鄰兩個方位電極中心之間為30°。
[0009]所述側(cè)向電極環(huán)以該方位電極環(huán)為中心由里向外依次包括第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極。
[0010]所述工作模式包括:工作模式0，所述主電極發(fā)出恒定電流，返回到各側(cè)向電極；工作模式I，第一側(cè)向電極為發(fā)射電極，第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式2，第一側(cè)向電極與第二側(cè)向電極為發(fā)射電極，第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式3，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極為發(fā)射電極，第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式4，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極為發(fā)射電極，第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式5，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極為發(fā)射電極，第六側(cè)向電極為聚焦電極；各工作模式下各發(fā)射電極保持電位相等，各聚焦電極保持電位相等。
[0011 ] 在所述步驟一中，對于不同的探測深度，分別測量各個方位電極與所述主電極之間的電位差，測量各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差，測量所述主電極與聚焦電極之間的電位差。
[0012]在所述步驟二中，利用主電極與聚焦電極之間的電位差及各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差計算多個陣列側(cè)向曲線，在所述步驟三中，利用各個方位電極與主電極之間的電位差及各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差計算多個方位側(cè)向曲線。
[0013]當(dāng)所述主電極為發(fā)射電極，各對側(cè)向電極為聚焦電極時，利用各個方位電極與監(jiān)督電極之間的電位差及主電極的發(fā)射電流計算泥漿電阻率。
[0014]每一工作模式對應(yīng)一種不同的探測深度，在每一探測深度計算對應(yīng)的一條陣列側(cè)向曲線，在每一探測深度計算對應(yīng)的與所述方位電極數(shù)量相同的方位側(cè)向曲線。
[0015]本發(fā)明的方法可以提高縱向分辨率，加深橫向探測深度，縮短原有陣列側(cè)向儀器的長度，為現(xiàn)場操作帶來方便。根據(jù)每個探測深度井周的多條方位側(cè)向曲線，分別畫出多個探測深度的井周電阻率成像圖，能夠細(xì)致描述斜井、大斜度井、水平井、薄層、非均質(zhì)地層、非誘導(dǎo)裂縫以及定量定向解釋沖洗帶、侵入帶、原狀地層電阻率，判斷侵入帶半徑、沖洗帶半徑，并且可以實(shí)現(xiàn)具有一定分辨率的井周成像效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法中使用的陣列方位電極系結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明中工作模式O電場分布圖；
圖3為本發(fā)明中工作模式I電場分布圖；
圖4為本發(fā)明中工作模式2電場分布圖；
圖5為本發(fā)明中工作模式3電場分布圖；圖6為本發(fā)明中工作模式4電場分布圖；
圖7為本發(fā)明中工作模式5電場分布圖；
圖8為本發(fā)明中2m低侵高阻層數(shù)值仿真五條陣列側(cè)向曲線示意圖；
圖9為本發(fā)明中井旁0.2m半徑孔洞數(shù)值仿真中探測深度井周成像示意圖；
圖10為本發(fā)明中Im低阻60°傾角無侵入地層數(shù)值仿真中探測深度井周成像示意圖； 圖11為本發(fā)明中50Mm裂縫75°傾角地層數(shù)值仿真中探測深度井周成像示意圖；
圖12為本發(fā)明井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為便于對本發(fā)明的方法及達(dá)到的效果有進(jìn)一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖并舉較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如下。
[0018]結(jié)合圖12與圖1至圖7說明本發(fā)明的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法。本發(fā)明中首先將一個長圓柱體探測器系入井內(nèi)，該探測器上設(shè)有陣列方位電極系，如圖1所示，該陣列方位電極系是由內(nèi)嵌在絕緣載體上的對稱分布的側(cè)向電極環(huán)以及位于探測器中央的方位電極環(huán)組成。陣列方位電極系由芯軸、金屬電極和玻璃鋼絕緣體或者橡膠棒絕緣體組成。位于儀器中央的方位電極環(huán)MO由12個線圈M01~M012(即12個方位電極)等角度間隔構(gòu)成，單個方位電極弧度為10°，相鄰兩個方位電極中心之間為30°，但并不限于12個方位電極。方位電 極環(huán)MO兩側(cè)為發(fā)射主電流的且對稱布置的主電極AO (A0’)，主電極AO (A0’)再往外依次分別布置由6對對稱短路的有限長屏蔽側(cè)向電極組成的側(cè)向電極環(huán)，分別為第一側(cè)向電極Al (Al’)、第二側(cè)向電極A2(A2’)、第三側(cè)向電極A3 (A3’)、第四側(cè)向電極A4 (A4’ )、第五側(cè)向電極A5 (A5’ )及第六側(cè)向電極A6 (A6’ ),各側(cè)向電極包括兩個布置在方位電極環(huán)MO兩側(cè)且對稱分布的電極，側(cè)向電極環(huán)的各對側(cè)向電極在不同模式下既是發(fā)射電極，同時又是聚焦電極。在主電極AO(AO’)和第一側(cè)向電極Al (Al’)之間設(shè)有一對監(jiān)督電極Ml OAV),電極排列關(guān)于方位電極環(huán)MO對稱，同名電極之間用導(dǎo)線短接以保持等電位，即兩個監(jiān)督電極電位相等，兩個主電極電位相等，每對側(cè)向電極的兩個電極電位相等。本發(fā)明中的側(cè)向電極環(huán)并不限于6對側(cè)向電極。
[0019]本發(fā)明井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量系統(tǒng)采用多種不同的工作頻率發(fā)出信號，每種工作頻率的信號對應(yīng)一種工作模式，每種工作模式對應(yīng)一種電場分布，本發(fā)明中以35HZ、70HZ、105HZ、140HZ、210HZ、280HZ六種工作頻率的信號為例，但并不以此為限，還可以為其他多種更佳的工作頻率，六種工作模式對應(yīng)的六種不同電場分布分別稱為AL(TAL5，如圖2至圖7所示。
[0020]如圖2所示，本發(fā)明的工作模式AL0，信號頻率采用35HZ，主電極AO (A0’)發(fā)出主電流，電流從Α0(Α0’ )流出，返回到電極Α1-Α6(Α -Α6’)，保持Α1_Α6(Α1’ -Α6’ )電位相等。測量各個方位電極(Μ01-Μ012)與主電極AO之間的電位差，得到
抓漏,(辦? =;測量各個方位電極(Μ01-Μ012)與監(jiān)督電極Ml之間的電位差，
得到△燈勵叫燦)，i = 1,2,...,12 ;測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差，得到
[0021]如圖3所示，本發(fā)明的工作模式AL1，信號頻率采用70亂第一側(cè)向電極41如’)發(fā)射電流，第二側(cè)向電極A2 (A2’ )、第三側(cè)向電極A3 (A3’)、第四側(cè)向電極A4 (A4’ )、第五側(cè)向電極A5(A5’ )及第六側(cè)向電極A6(A6’ )作為聚焦電極接收電流，測量時保持A2 (A2’)、A3(A3’)、A4(A4’)、A5(A5’)、A6(A6’)電位相等。測量各個方位電極與主電極AO之間
的電位差，得到^ = 1,2,...,12 ;測量各個方位電極與監(jiān)督電極Ml之間的電位差，得至Lii = 1,2,...,12 ;測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差,得到
[0022]如圖4所示，本發(fā)明的工作模式AL2，信號頻率采用105HZ，第一側(cè)向電極Al (Al’)、第二側(cè)向電極A2(A2’ )發(fā)射電流，第三側(cè)向電極A3(A3’)、第四側(cè)向電極A4(A4’)、第五側(cè)向電極A5(A5’)、第六側(cè)向電極A6(A6’ )接收，測量時保持Al (Al’)、A2 (A2’ )電位相等，同時保持A3(A3’)、A4(A4’)、A5(A5’)、A6(A6’)電位相等。測量各個方位電極與主電極
AO之間的電位差,得到△!!刪! = 1,2,...,12 ;測量各個方位電極與監(jiān)督電極Ml之間的電位差，得到i = 1,2,.,.,12 ;測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差，得至丨J AUjcu6tjli2J。
[0023]如圖5所示，本發(fā)明的工作模式AL3，信號頻率采用140HZ，第一側(cè)向電極Al (Al’)、第二側(cè)向電極42(42’)、第三側(cè)向電極43(么3’ )發(fā)射電流，第四側(cè)向電極A4 (A4’)、第五側(cè)向電極A5(A5’)、第六側(cè)向電極A6(A6’ )接收，測量時保持Al (Al’)、A2 (A2’)、A3 (A3’ )電位相等，同時保持A4(A4’)、A5(A5’)、A6(A6’)電位相等。測量各個方位電極與主電極AO
之間的電位差,得到W廁^ =;測量各個方位電極與監(jiān)督電極Ml之間的電
位差，得到^ = 1,2,...,12 ;測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差，得
至Ij也3)。
[0024]如圖6所示，本發(fā)`明的工作模式AL4，信號頻率采用210HZ，第一側(cè)向電極Al (Al’)、第二側(cè)向電極A2(A2’)、第三側(cè)向電極A3(A3’)、第四側(cè)向電極A4(A4’ )發(fā)射電流，第五側(cè)向電極A5(A5’)、第六側(cè)向電極A6(A6’ )接收，測量時保持Al (Al’)、A2(A2’)、A3(A3’)、A4(A4’ )電位相等，同時保持A5(A5’)、A6(A6’)電位相等。測量各個方位電極與主電極
AO之間的電位差，得到i = l,2,…,12 ;測量各個方位電極與監(jiān)督電極Ml之間的電位差,得到;測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差，
得到AU激爾漏>。
[0025]如圖7所示，本發(fā)明的工作模式AL5，信號頻率采用280HZ，第一側(cè)向電極Al (Al’)、第二側(cè)向電極A2(A2’)、第三側(cè)向電極A3 (A3’)、第四側(cè)向電極A4 (A4’)、第五側(cè)向電極A5 (A5’)發(fā)射電流，第六側(cè)向電極A6 (A6’)接收，測量時保持Al (Al’)、A2(A2’)、A3(A3’)、A4(A4’)、A5(A5’)電位相等。測量各個方位電極與主電極AO之間
的電位差，得到AU漏i(刷，I = 1,2,...,12，測量各個方位電極與監(jiān)督電極Ml之間的電位差，得到MMOil(JiiS)5〗=1,2,...,12 ,測量主電極AO與第六側(cè)向電極A6之間的電位差,得到[0026]在工作模式ALO下，由于主電流沒有聚焦，返回電極又很近，該工作模式下主要探
測泥漿和井眼影響。得到的泥漿電阻率計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，該方法包括: 步驟一、將探測器置于井內(nèi)，該探測器上設(shè)有陣列方位電極系，該陣列方位電極系包含多個電極，該陣列方位電極系工作于多種不同工作模式，每種工作模式對應(yīng)于一種電場分布，每種工作模式下以一種不同的工作頻率發(fā)出信號； 步驟二、根據(jù)陣列方位電極系在不同工作模式下的參數(shù)生成多條陣列側(cè)向曲線； 步驟三、根據(jù)陣列方位電極系在不同工作模式下的參數(shù)生成多條方位側(cè)向曲線； 步驟四、通過上述多條方位側(cè)向曲線經(jīng)過成像處理得到井周360°數(shù)值模擬成像圖； 步驟五、通過陣列側(cè)向曲線、方位側(cè)向曲線及井周成像圖分析井周不同方位非均質(zhì)地層的電阻率，并評價斜井、大斜度井、水平井、薄層、非均質(zhì)地層、非誘導(dǎo)裂縫和孔洞以及定量解釋沖洗帶、侵入帶、原狀地層電阻率，判斷侵入帶半徑、沖洗帶半徑。
2.如權(quán)利要求1所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，所述陣列方位電極系包括內(nèi)嵌在絕緣載體上的對稱布置的側(cè)向電極環(huán)以及位于探測器中央的方位電極環(huán)，該方位電極環(huán)包括多個方位電極，該側(cè)向電極環(huán)由多對相對于該方位電極環(huán)對稱分布的側(cè)向電極組成，每對側(cè)向電極包括兩個對稱分布于該方位電極環(huán)兩側(cè)的側(cè)向電極，該方位電極環(huán)兩側(cè)各設(shè)有一個相對于方位電極環(huán)對稱分布的主電極，該主電極位于該方位電極環(huán)與側(cè)向電極之間，該方位電極環(huán)兩側(cè)各設(shè)有一個相對于方位電極環(huán)對稱分布的監(jiān)督電極，該監(jiān)督電極位于該主電極與側(cè)向電極之間；同名電極之間用導(dǎo)線短接以保持等電位。
3.如權(quán)利要求2 所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，所述主電極發(fā)射主電流，所述側(cè)向電極在不同工作模式下作為發(fā)射電極發(fā)射電流，同時又作為聚焦電極接收電流，其中至少一對里側(cè)靠近所述方位電極環(huán)的側(cè)向電極為發(fā)射電極，其他對外側(cè)的側(cè)向電極為聚焦電極，各發(fā)射電極與各聚焦電極分別電位相等。
4.如權(quán)利要求2所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，所述方位電極環(huán)由12個方位電極等角度間隔構(gòu)成，單個方位電極弧度為10°，相鄰兩個方位電極中心之間為30。ο
5.如權(quán)利要求2所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，所述側(cè)向電極環(huán)以該方位電極環(huán)為中心由里向外依次包括第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極。
6.如權(quán)利要求5所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，所述工作模式包括:工作模式0，所述主電極發(fā)出恒定電流，返回到各側(cè)向電極；工作模式1，第一側(cè)向電極為發(fā)射電極，第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式2，第一側(cè)向電極與第二側(cè)向電極為發(fā)射電極，第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式3，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極為發(fā)射電極，第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式4，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極為發(fā)射電極，第五側(cè)向電極及第六側(cè)向電極為聚焦電極；工作模式5，第一側(cè)向電極、第二側(cè)向電極、第三側(cè)向電極、第四側(cè)向電極、第五側(cè)向電極為發(fā)射電極，第六側(cè)向電極為聚焦電極；各工作模式下各發(fā)射電極保持電位相等，各聚焦電極保持電位相等。
7.如權(quán)利要求3所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，在所述步驟一中，對于不同的探測深度，分別測量各個方位電極與所述主電極之間的電位差，測量各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差，測量所述主電極與聚焦電極之間的電位差。
8.如權(quán)利要求7所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，在所述步驟二中，利用主電極與聚焦電極之間的電位差及各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差計算多個陣列側(cè)向曲線，在所述步驟三中，利用各個方位電極與主電極之間的電位差及各個方位電極與所述監(jiān)督電極之間的電位差計算多個方位側(cè)向曲線。
9.如權(quán)利要求7所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，當(dāng)所述主電極為發(fā)射電極，各對側(cè)向電極為聚焦電極時，利用各個方位電極與監(jiān)督電極之間的電位差及主電極的發(fā)射電流計算泥漿電阻率。
10.如權(quán)利要求2所述的井周介質(zhì)電阻率三維陣列成像測量方法，其特征在于，每一工作模式對應(yīng)一種不同的探測深度，在每一探測深度計算對應(yīng)的一條陣列側(cè)向曲線，在每一探測深度計算對應(yīng)的與所述方`位電極數(shù)量相同的方位側(cè)向曲線。
【文檔編號】E21B49/00GK103821506SQ201410076235
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】鄧少貴, 李栗, 李智強(qiáng), 范宜仁, 何緒全 申請人:中國石油大學(xué)(華東)