側(cè)向測井與方位陣列測井儀

■ 姜黎明

測井園地

側(cè)向測井與方位陣列測井儀

■ 姜黎明

在油氣資源領(lǐng)域，測井被譽(yù)為地質(zhì)家的“眼鏡”，幫助地質(zhì)家回答油氣勘探開發(fā)中的6個基本問題，即：地下是否有油氣？有多少油氣？是否可開采？能開采多久？開采效率如何？下一口井應(yīng)該布在哪里？測井的應(yīng)用貫穿油氣勘探開發(fā)的全過程，成為石油工程技術(shù)服務(wù)的主干技術(shù)之一。針對巖石的電、聲、放射性、光等物理特性，發(fā)展了一項(xiàng)又一項(xiàng)測井技術(shù)，主要包括自然電位、自然伽馬、感應(yīng)、側(cè)向、聲波、密度、中子等常規(guī)測井技術(shù)系列。隨著勘探開發(fā)的逐步深入，面對頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等復(fù)雜儲層，陣列感應(yīng)、陣列側(cè)向、微電阻成像、超聲成像、多極子陣列聲波、核磁共振等成像測井技術(shù)系列成為主導(dǎo)。國外代表性公司有斯倫貝謝的MAXIS-500成像測井系統(tǒng)、貝克休斯的ECLIPS-5700成像測井系統(tǒng)、哈里伯頓的EXCELL-2000成像測井系統(tǒng)。國內(nèi)有中國石油測井的EILOG快速成像測井系統(tǒng)。

什么是側(cè)向測井

在上述諸多測井方法中，電法測井是確定地質(zhì)參數(shù)的重要手段之一。電法測井主要有感應(yīng)、側(cè)向兩大類，本文重點(diǎn)介紹一下側(cè)向測井的發(fā)展歷程。在高礦化度泥漿和高阻地層的井中，由普通電極系供電電極流出的電流，幾乎全部在井內(nèi)、低阻圍巖中流動，很少流入目的層。為了減小泥漿的分流作用和低阻圍巖的影響，提出了側(cè)向測井。

側(cè)向測井又叫聚焦式電法測井。它的電極系中除了主電極之外，上下各有一個屏蔽電極，從主電極和屏蔽電極流出同極性電流。由于電流極性相同，它們之間有相互排斥作用，主電極流出的電流被“擠壓”成近似垂直于井壁的盤狀流入地層。這就大大降低了井筒和低阻圍巖對視電阻率測量的影響。側(cè)向測井有起初的三側(cè)向、七側(cè)向發(fā)展為目前的雙側(cè)向、陣列側(cè)向、方位陣列側(cè)向。

方位陣列測井儀器研制成功

從20世紀(jì)90年代開始，感應(yīng)測井儀器有了重大進(jìn)展，推出了陣列感應(yīng)測井儀器，這促進(jìn)了側(cè)向測井儀器的進(jìn)步和更新。國內(nèi)外投入了大量的人力物力進(jìn)行研發(fā)。1998年，斯倫貝謝推出了高分辨率陣列側(cè)向測井儀器（HRLA），并設(shè)計(jì)出試驗(yàn)儀器用于現(xiàn)場測井，加快了陣列側(cè)向的實(shí)用進(jìn)程。隨后，中國石油集團(tuán)測井有限公司成功研制出了陣列側(cè)向測井儀器（HAL）。陣列側(cè)向測井儀通過改變屏蔽電極個數(shù)和返回電極位置的方式，采用軟硬結(jié)合聚焦處理等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的縱向高分辨率（0.3m）、5種徑向探測深度的地層電阻率測量。儀器提供5條地層電阻率曲線、徑向侵入二維剖面電阻率成像圖，可清晰描述地層徑向侵入特征，分析薄層和薄互層油氣特性，判斷油水層性質(zhì)，準(zhǔn)確識別油水界面。由于陣列側(cè)向不具備方向指示功能，因此在裂縫性等非均質(zhì)儲層中應(yīng)用受到限制。在井周不同方位地層非均質(zhì)性探測方面，目前的傾角測井儀、微電阻率成像測井儀等雖分層能力好，但探測深度極淺，無法測量較深處的地層的變化情況。

90年代中期，國外推出了兩種方位側(cè)向測井儀，斯倫貝謝的ARI和俄羅斯的АЭСБ-73，它們在詳細(xì)探測井周圍地層電阻率的變化和劃分薄層，特別是在認(rèn)識薄層、不均勻地層方面有了突破，同時也可用于裂縫評價和傾角計(jì)算。它們的主要缺點(diǎn)是方位電極不接觸井壁，方位電阻率測量的方位分辨率不高，徑向探測深度較淺，并且受井眼影響（如井眼大小、井眼不規(guī)則性和井眼泥漿）和儀器偏心影響大。為了解決傳統(tǒng)方位電阻率測井受井眼影響嚴(yán)重問題，提出了國際首創(chuàng)的貼井壁方位電阻率測量技術(shù)，一次下井可獲取0.1m縱向分辨率的36條電阻率曲線，能真實(shí)反映復(fù)雜地層井周6個方位6個深度的地層信息，通過二維和三維反演可以實(shí)現(xiàn)地層的三維精細(xì)成像，能夠在多維剖面上描述地層的非均質(zhì)性和各向異性。

圖1 方位陣列側(cè)向測井儀

方位陣列側(cè)向共有6種探測深度的工作模式，所有探測模式采用聚焦方式來實(shí)現(xiàn)，一次下井可獲取36條電阻率曲線。AL1～AL6探測模式均采用三側(cè)向工作方式，獲得不同探測深度的方法采取了改變屏流返回電極位置、屏流電極長度或使用監(jiān)控電極及調(diào)節(jié)其位置來實(shí)現(xiàn)。6種不同探測深度的測量具有相同的縱向分辨率，且分辨率較高。該儀器耐溫耐壓155℃/100 MPa，具備0.25m、0.35m、0.39m、0.45m、0.6 m、1.40m六種探測深度。機(jī)械上主要由電源短節(jié)、電極推靠器、上電極組、下電極組、連續(xù)測斜短節(jié)、方位極板、旋轉(zhuǎn)短節(jié)等組成，井下電路主要包括極板電路、數(shù)據(jù)采集控制處理電路、信號產(chǎn)生電路、測量放大電路、聚焦控制電路、井徑測量電路、輔助測量電路等。

現(xiàn)場試驗(yàn)

方位陣列側(cè)向測井儀（ALT）分別在后村4#標(biāo)準(zhǔn)井、慶陽席4井進(jìn)行了測井試驗(yàn)，對儀器的重復(fù)性、一致性進(jìn)行了分析。圖2給出了儀器在席4井的測量結(jié)果，從測量結(jié)果看，儀器各極板、各模式的一致性基本達(dá)標(biāo)。

中國石油集團(tuán)測井有限公司研制的ALT (Azimuth Laterolog Logging Tool)，已在長慶油田進(jìn)行多口井的現(xiàn)場測井試驗(yàn)，并取得合格資料。該成像儀器的推出，標(biāo)志著我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的方位側(cè)向成像測井技術(shù)已跨入國際先進(jìn)行列，提升國產(chǎn)高端測井裝備在國際市場的核心競爭力，將在復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)中發(fā)揮重要作用。

圖2 席4井ALT1#儀器重復(fù)測量效果圖（極板、模式）一致性對比