過(guò)套管電阻率測(cè)井刻度概述*

鄭 璐 張家田 嚴(yán)正國(guó)

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

過(guò)套管電阻率測(cè)井刻度概述*

鄭 璐 張家田 嚴(yán)正國(guó)

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

文章從測(cè)井儀器刻度定義出發(fā),根據(jù)過(guò)套管電阻率測(cè)井原理,提出了過(guò)套管電阻率測(cè)井刻度的意義及需要解決的主要問(wèn)題。綜合過(guò)套管電阻率測(cè)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(cè)井中的不均勻地層的性質(zhì),提出了具體的刻度方法。

過(guò)套管電阻率;刻度;不均勻地層

0 引 言

石油測(cè)井儀器是測(cè)井行業(yè)專用計(jì)量器具,測(cè)井行業(yè)中的“刻度”相當(dāng)于計(jì)量學(xué)中的“校準(zhǔn)”。測(cè)井儀器無(wú)論是在室內(nèi)檢查還是在井場(chǎng)使用前后,我們都必須對(duì)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(cè)井資料。

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

1 測(cè)井儀器刻度

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

測(cè)井儀器刻度是利用刻度裝置建立測(cè)井儀器的測(cè)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(guò)程。文中所稱的“刻度”,僅是專業(yè)習(xí)慣說(shuō)法;廣義來(lái)說(shuō)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(cè)井儀器刻度工作屬于計(jì)量工作范疇,為使石油測(cè)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(cè)井時(shí),獲得的測(cè)量值(例如,電阻率測(cè)井信號(hào)以毫伏為單位的測(cè)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(cè)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(lái)建立這種關(guān)系。確定測(cè)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(jí)別,以及井下儀器制造條件與測(cè)量精度指標(biāo)。

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

2 過(guò)套管電阻率測(cè)井刻度

在《中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)準(zhǔn)則》(SY/T 5880.1—1997)的《石油測(cè)井儀器刻度總則》中對(duì)電阻率測(cè)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(cè)井條件下,使儀器在均勻且各向同性的無(wú)限大介質(zhì)中測(cè)得的視電阻率值就等于該介質(zhì)的真電阻率,由此確定測(cè)量信號(hào)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(chǎng)所涉及的范圍內(nèi)有效,它僅與儀器特性有關(guān)。

2.1 過(guò)套管電阻率測(cè)井原理

過(guò)套管電阻率測(cè)井原理就是在套管內(nèi)通過(guò)測(cè)量套管上的電壓降從而達(dá)到測(cè)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(zhǎng)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(guò)套管地層電阻率測(cè)量原理圖

按照式(1),視電阻率除了與測(cè)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(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)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(guò)套管電阻率測(cè)井刻度筒設(shè)計(jì)

對(duì)于刻度筒的設(shè)計(jì),要求能夠模擬出過(guò)套管電阻率測(cè)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(guò)套管電阻率測(cè)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(guò)套管電阻率測(cè)井常見(jiàn)因素有:

(1)地層電阻率因素

常見(jiàn)地層電阻率在1Ω·m～1 000Ω·m之間,為了能模擬出常見(jiàn)的地層電阻率,刻度筒采取在套管外加陣列電阻的方法來(lái)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(lái)模擬不同的地層介質(zhì)條件。

(3)套管接箍和水泥環(huán)

對(duì)于測(cè)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(lái)模擬出實(shí)際中套管接箍和水泥環(huán)對(duì)電阻率測(cè)量的影響。

2.3 刻度方法

在均勻介質(zhì)中,對(duì)于電極系一定的儀器來(lái)說(shuō),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(cè)井儀器所處的環(huán)境較為復(fù)雜。對(duì)于過(guò)套管電阻率測(cè)井來(lái)說(shuō),其測(cè)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(duì)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(lái)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(cè)試,得出K值的圖板校準(zhǔn),然后由被刻度儀器進(jìn)行測(cè)試,得出測(cè)試圖板。對(duì)應(yīng)儀器測(cè)試圖板,經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)模擬不同的地層介質(zhì)情況,分別對(duì)刻度系統(tǒng)和刻度儀器進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果與刻度系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(cè)井儀器的刻度定義以及對(duì)于過(guò)套管電阻率測(cè)井刻度的主要問(wèn)題:儀器的K值。根據(jù)過(guò)套管電阻率測(cè)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(cè)井中遇到的非均勻介質(zhì),測(cè)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(duì)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(guó)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(cè)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(guó).過(guò)套管地層電阻率測(cè)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(cè)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(cè)井與檢測(cè)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(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)·