高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的影響因素分析

鈕 宏,趙養(yǎng)真,區(qū)廣宇

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司技術(shù)中心,陜西西安710021)

0 引 言

組合測(cè)井中,由于高分辨率雙側(cè)向的測(cè)量原理和電極系結(jié)構(gòu)的特性,要獲得良好的測(cè)量效果,不僅需要其自身保持正常的工作狀態(tài),還需要防止來(lái)自外部的影響和干擾。同時(shí),對(duì)其電壓測(cè)量參考點(diǎn)N電極的放置、以及同串組合中其他測(cè)井儀器的使用方法也有一定的規(guī)范要求,從而有效地排除一切可能影響測(cè)井效果的因素,獲得準(zhǔn)確的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

根據(jù)近年來(lái)在儀修技術(shù)服務(wù)中所遇到的有關(guān)高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的問(wèn)題和現(xiàn)象,以及所采取解決方法,進(jìn)行概要?dú)w總與分析探討,為野外測(cè)井小隊(duì)的操作和儀修人員提供參考。

1 電極系特點(diǎn)和基本測(cè)量原理簡(jiǎn)述

高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的電極系上分別設(shè)有A0、A0′主電極;M2、M2′主監(jiān)控電極;A1、A1′淺屏流電極;A1＊、A1＊′輔監(jiān)控電極;A2、A2′深屏流電極各1對(duì),它們以另一端主監(jiān)控電極M1為中心,依次對(duì)稱(chēng)排列分布于電極系上(見(jiàn)圖1)。

測(cè)井時(shí),由DSP程控器產(chǎn)生控制命令,控制儀器工作狀態(tài)和屏流源產(chǎn)生35 Hz深屏流與280 Hz淺屏流。淺屏流由電極A1(A1′)、A0(A0′)發(fā)向地層,由電極 A2(A2′)返回。同時(shí),深屏流由電極A1、A2(A1′、A2′)、A0(A0′)發(fā)向地層,由B電極(電纜魚(yú)雷處)返回。當(dāng)深屏流在A1與A2之間的電位不相等時(shí),在A2與A1＊間形成的電位差ΔVA,被輔監(jiān)控器放大并用來(lái)調(diào)節(jié)A1的電位,迫使A1與A2形成等電位,以增強(qiáng)深側(cè)向的聚焦效果。同時(shí),當(dāng)深、淺屏流在電極M1與M2(M2′)之間的電位不相等時(shí),所形成的電位差ΔV會(huì)被主監(jiān)控器分別進(jìn)行放大,用以調(diào)節(jié)主電極A0(A0′)的電位,使ΔV趨于0,形成聚焦電場(chǎng),迫使由A0(A0′)發(fā)出的主電流呈圓盤(pán)狀進(jìn)入地層深處再返回B。

DSP根據(jù)Vd、Vs、Id、Is的實(shí)時(shí)測(cè)值范圍,產(chǎn)生相應(yīng)的功控信號(hào),調(diào)節(jié)深、淺屏流,從而形成井下閉環(huán)測(cè)量控制,并且可按照地面指令,控制儀器的內(nèi)刻、外刻、測(cè)井3種工作狀態(tài),以及控制 KN開(kāi)關(guān)進(jìn)行地面N或井下N電極的設(shè)置選擇。

圖1 高分辨率雙側(cè)向原理框圖

2 主要現(xiàn)象與解決方法

2.1 偶然出現(xiàn)測(cè)值混亂現(xiàn)象

在組合配車(chē)或測(cè)井過(guò)程中,雙側(cè)向的工作電壓、電流正常,卻偶然出現(xiàn)深、淺側(cè)向測(cè)量值混亂的現(xiàn)象,用內(nèi)刻檔自檢仍然如此,在重新供電后,儀器的工作狀態(tài)又恢復(fù)了正常。

影響因素:經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)證,這種現(xiàn)象主要是原先的DSP數(shù)據(jù)采集控制電路中的單片機(jī)電路匹配及抗干擾能力較差所致。當(dāng)電路中的地線(xiàn)(公共點(diǎn))受到意外干擾,或者測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻繁劇烈波動(dòng)時(shí),單片機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理反應(yīng)易進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)。

解決方法:對(duì)原DSP數(shù)據(jù)采集程控電路(簡(jiǎn)稱(chēng)為DSP程控板)進(jìn)行重點(diǎn)改進(jìn),用型號(hào)TMS320LF2407APGES 控 制 器 和 型 號(hào)EPM7256AETI100-7邏輯譯碼器電路,分別取代了原板的 PIC17C756A單片機(jī)處理器、PIC16C761/ J W邏輯譯碼器電路,增加了64 kB×16 bit的高速靜態(tài)RAM、三態(tài)緩沖器74HC244、仿真口J TAG等外擴(kuò)和適配電路,不僅保證了系統(tǒng)全速可靠地運(yùn)行,顯著改善了系統(tǒng)的抗干擾性能,還可對(duì)DSP控制程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和修改。在新的A/D采集轉(zhuǎn)換電路中,除仍保持對(duì)Vd、Vs、Id、Is、VGND等5道測(cè)量信號(hào)采集外,還增加了對(duì)500 mV參考電壓、+12 V電源電壓和0～150℃控制板的溫度等3道信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,為地面窗口提供實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(目前該項(xiàng)功能已在EIlog-06雙側(cè)向中啟用)。新程控板不僅有效地解決了雙側(cè)向測(cè)井中的死循環(huán)和跳尖現(xiàn)象,也顯著提升了可靠性和抗高溫性能,在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。由于新DSP程控板與原程控板輸入、輸出信號(hào)、引線(xiàn)及插接方式完全一致,互換方便,因此自2008年6月份開(kāi)始,原控制板已陸續(xù)被取代。

2.2 深側(cè)向在高電阻率層測(cè)值偏低或出現(xiàn)負(fù)差異

采用井下N電極的方式或連接硬電極棒測(cè)井時(shí),在低電阻率泥漿高電阻率地層井段出現(xiàn)深側(cè)向測(cè)值明顯降低、甚至出現(xiàn)負(fù)差異的現(xiàn)象。

影響因素:井下N電極不利于中高電阻率地層低電阻率泥漿條件測(cè)井;深側(cè)向回流電極B與雙側(cè)向A2電極之間的間距不夠,或者B電極與井下儀器外殼之間的絕緣不良,也會(huì)引起深側(cè)向的測(cè)值偏低的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高分辨率雙側(cè)向在測(cè)井時(shí),將電壓測(cè)量參考點(diǎn)N電極設(shè)置于地面或井下,雖然對(duì)于淺側(cè)向的測(cè)值無(wú)明顯影響,但是采用井下N電極測(cè)井方式,將有可能引起深側(cè)向測(cè)值變低、雙軌甚至出現(xiàn)負(fù)差異的現(xiàn)象,特別是在高阻層與低阻泥漿的測(cè)量井段,其現(xiàn)象較為明顯。主電極A0、深、淺屏流電極A1、A2及回流B以及井下N電極之間的大致間距見(jiàn)圖2。

圖2 各相關(guān)電極的大約間距示意圖

在測(cè)井過(guò)程中,由淺屏流電極A1和主流電極A0發(fā)出的淺屏、主流的回流電極都是A2,對(duì)于電壓測(cè)量參考點(diǎn)N電極而言,無(wú)論是設(shè)在地面或是井下,N與A0、A1的間距都遠(yuǎn)大于A0與A2的間距,所以在淺側(cè)向回路中,N電極的電位幾乎不受泥漿分流的影響,因此對(duì)其測(cè)值影響甚微。然而在深側(cè)向的探測(cè)回路中,分別由A1、A2和A0發(fā)出的深屏、主流的回流電極則是井下電纜外皮終端魚(yú)雷B電極。井下N電極位于B的下端約5.5 m處,在測(cè)井過(guò)程中,當(dāng)A2進(jìn)入高電阻率層后,較低電阻率的井筒泥漿對(duì)深屏流 IA和深主流 Id的分流增大,由于N較B距離A0更近一些,泥漿的分流將先經(jīng)井下N至B,會(huì)使N電極處的電位VN升高,出現(xiàn)VN>0增大的情況。

例如,在8 in＊＊非法定計(jì)量單位,1 in=25.4 mm,下同井徑、泥漿電阻率 Rm分別為0.2、0.6Ω·m和1.2Ω·m的條件下,地層電阻率Rt從10Ω·m到5 kΩ·m時(shí),有關(guān)井眼泥漿分流對(duì)井下N與M2電位影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在泥漿電阻率 Rm相同的情況下,VN隨著地層電阻率Rt增高而增大,就會(huì)造成原本為Vd=VM2-VN≈VM2(取VN=0)的計(jì)算值因VN的增大而減小,進(jìn)而使由公式 Rd=Kd(Vd/Id)計(jì)算出的深側(cè)向視電阻率Rd測(cè)值降低(式中,Kd為深側(cè)向的儀器常數(shù))。特別是當(dāng)泥漿電阻率 Rm= 0.2Ω·m時(shí),在Rt=10Ω·m與Rt=5 kΩ·m的地層中,VN/VM2比值由1.1%上升至8.6%。由此可見(jiàn),在高電阻率層、低電阻率泥漿的測(cè)量井段,井下N電極會(huì)造成Rd明顯降低的現(xiàn)象。而采用地面N電極的方式測(cè)井時(shí),由于地面N電極與主電極A0之間的距離無(wú)窮遠(yuǎn),N電極處的電位VN不受井筒泥漿分流的影響而始終保持VN=0,因此可有效避免井筒泥漿分流而造成的上述現(xiàn)象。

圖3 8 in井徑泥漿分流對(duì)井下N的VN/VM2影響趨勢(shì)

同樣,如果深側(cè)向回流電極B與雙側(cè)向A2電極之間的間距不夠,或者B電極與井下儀器外殼之間的絕緣不良,都將會(huì)造成深屏流的實(shí)際回路縮短,聚焦效果降低,泥漿和沖洗帶的分流增大、主電流的探測(cè)深度減小,也會(huì)出現(xiàn)深側(cè)向測(cè)值降低的現(xiàn)象。如果使用的是井下N電極方式,其情況會(huì)愈加嚴(yán)重。

解決方法:①測(cè)井時(shí),特別是使用硬電極棒做為雙側(cè)向的加長(zhǎng)電極時(shí),應(yīng)確?；亓麟姌OB與主電極A0之間有足夠的間距(參考間距一般約為≥45 m),并且應(yīng)正確選用地面N電極的測(cè)井方式。②檢查B電極與組合測(cè)井儀外殼之間絕緣是否良好。③應(yīng)保證加長(zhǎng)電極或硬電極棒、雙側(cè)向頂部的絕緣短節(jié)的絕緣性良好。④在裝配雙側(cè)向電子儀時(shí),應(yīng)確保其骨架下端的A1＊彈片與外殼接觸良好,使深側(cè)向工作時(shí)電極A1、A2具有良好的等電位調(diào)節(jié)效應(yīng),從而達(dá)到良好的深側(cè)向屏流聚焦效果。

2.3 使用地面N電極測(cè)井時(shí)測(cè)值混亂現(xiàn)象

使用地面N電極無(wú)法正常測(cè)井、測(cè)值混亂異常。但使用井下 N電極或內(nèi)刻檢時(shí),儀器工作正常。

影響因素:地面N電極回路與地表接觸不良或被外部漏電干擾。地面N電極作為雙側(cè)向測(cè)井時(shí)的一個(gè)電壓測(cè)量參考點(diǎn),必須與大地保持良好的接觸,形成一個(gè)良好的閉合回路,才能達(dá)到良好的測(cè)井效果。地面模擬測(cè)試證明,在配接7 000 m模擬電纜盒的條件下,當(dāng)N電極與地面接觸電阻 RN>120Ω以后,深、淺側(cè)向的測(cè)量值 Rd、Rs隨著 RN的增大開(kāi)始出現(xiàn)正差異,即 Rd>Rs>標(biāo)稱(chēng)值。尤其是在模擬5Ω·m以下的低電阻率地層時(shí),Rd增大的趨勢(shì)更為明顯。因此,在地表干旱嚴(yán)重或地表下有非導(dǎo)電地質(zhì)層的地區(qū)進(jìn)行測(cè)井時(shí),都可能會(huì)造成地面N電極回路導(dǎo)通不良或虛地現(xiàn)象。同樣,當(dāng)?shù)孛鍺電極回路受到外部漏電干擾時(shí),也將出現(xiàn)測(cè)值異常的現(xiàn)象,影響測(cè)井質(zhì)量。

解決方法:①應(yīng)盡可能選擇比較潮濕的地方,或采用深埋注水方法來(lái)改善地面N電極棒與地表的良好接觸。切勿將其放置在具有防滲漏絕緣層的泥漿池中。②檢測(cè)馬籠頭的2號(hào)纜芯至地面供電面板的9號(hào)插孔與N電極棒構(gòu)成的地面N回路的導(dǎo)通性是否良好。③在確保無(wú)漏電干擾N電極回路的前提下,N電極棒的埋放點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)房。④在地表干旱嚴(yán)重或有非導(dǎo)電地質(zhì)層的地區(qū),如采用地面N電極無(wú)法正常測(cè)井時(shí),可參考將地面系統(tǒng)供電面板的9號(hào)與10號(hào)輸出插孔短接,以形成地面N電極回路與地面纜皮連接的方式測(cè)井。有關(guān)測(cè)試證明,該種連接方法的測(cè)量效果要優(yōu)于采用井下N電極的方式測(cè)井。

2.4 組合測(cè)井中深側(cè)向易受干擾現(xiàn)象

高分辨率雙側(cè)向在與微球或其它帶推靠器的測(cè)井儀組合測(cè)井時(shí),深側(cè)向易受干擾。例如:深側(cè)向曲線(xiàn)明顯偏低、不穩(wěn)定或時(shí)有異常波動(dòng)。

影響因素與排查處理:該問(wèn)題較為復(fù)雜,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析和排查處理。如果排除了雙側(cè)向自身問(wèn)題,或地面系統(tǒng)、井場(chǎng)漏電干擾到了雙側(cè)向N電極的因素后,那么這種現(xiàn)象大多是由于在組合測(cè)井時(shí)與其同串測(cè)井儀中的推靠器供電電源波動(dòng)較大干擾到了雙側(cè)向的N電極回路;儀器或井徑電路與外殼、10號(hào)纜芯之間有漏電現(xiàn)象;硬加長(zhǎng)電極棒或絕緣短節(jié)絕緣不良等。

當(dāng)雙側(cè)向的回流電極B回路受到干擾時(shí),會(huì)引起深屏流和深主流 Id發(fā)生異常變化。當(dāng)電壓測(cè)量參考點(diǎn)N回路受到干擾時(shí),會(huì)因VN≠0或有波動(dòng)而使Vd發(fā)生變化。上述幾種因素都對(duì)深側(cè)向的干擾尤為敏感。遇到實(shí)際情況,要根據(jù)具體問(wèn)題逐一進(jìn)行分析排查解決。還應(yīng)注意,在雙側(cè)向和微球等帶推靠器的測(cè)井儀都參與的組合測(cè)井中,雙側(cè)向的地面N電極回路與推靠馬達(dá)電源共享2號(hào)纜芯。2號(hào)纜芯的分配由微球電路中繼電器開(kāi)關(guān)的狀態(tài)來(lái)控制。因此,一定要準(zhǔn)確使用操作指令及其操作順序,從而保證組合儀器處在正常的工作狀態(tài)中。

3 測(cè)井實(shí)例

高分辨率雙側(cè)向與CLS5700的1239雙側(cè)向在唐海某探井的1段測(cè)井資料對(duì)比效果見(jiàn)圖4。其中, RLLd,C2、RLLs,C2與 Rd57、Rs57分別為高分辨率和CLS5700雙側(cè)向的深、淺測(cè)井曲線(xiàn)。

EIlog測(cè)井組合儀為:加長(zhǎng)電極馬籠頭+三參數(shù)+遙傳/伽馬+微球(加鉸鏈)+絕緣短節(jié)+雙側(cè)向(加扶正器)+聲波。N電極設(shè)于地面。

圖4 高分辨率雙側(cè)向?qū)崪y(cè)效果

由測(cè)井對(duì)比資料和曲線(xiàn)圖4可以驗(yàn)證,在井眼環(huán)境相同的組合測(cè)井中,高分辨率雙側(cè)向不僅與CLS5700雙側(cè)向的測(cè)井曲線(xiàn)整體復(fù)合良好,并且在井深1 167、1 177 m上下等多處的測(cè)量井段,具有較明顯的薄層分辨優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 論

由于高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的測(cè)量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在組合測(cè)井中,其相關(guān)電極從地面至井下,幾乎貫穿于每支組合測(cè)井儀,如果使用不當(dāng)或被干擾,就可能會(huì)影響到正常的測(cè)量效果。通過(guò)對(duì)測(cè)量中出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象的分析處理,證明這些影響因素是完全可以避免和克服的。通過(guò)測(cè)井實(shí)例對(duì)比,也證明了只要措施得當(dāng)有效、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,就能夠消除影響因素,獲得滿(mǎn)意的測(cè)量效果。

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