隨鉆測井中曲線異?，F(xiàn)象的解釋與解決方法

閆彪

（勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司定向井公司 山東東營 257000）

摘 要：在隨鉆測井過程中，因使用現(xiàn)有的LWD工具，特別是電磁波電阻率儀器，由于其固有的特性以及和周圍環(huán)境的影響，常常會(huì)導(dǎo)致各種曲線異?，F(xiàn)象發(fā)生，比如窗簾效應(yīng)、極化現(xiàn)象、尖刺現(xiàn)象等。本文就現(xiàn)場中發(fā)生的一系列現(xiàn)象作了合理化的解釋并給出了相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵詞：隨鉆測井；窗簾效應(yīng)；極化現(xiàn)象；尖刺現(xiàn)象

隨著定向技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井技術(shù)的不斷提升，電纜測井技術(shù)弊端突顯，隨鉆LWD測井工具的發(fā)展便開始日新月異。早在上世紀(jì)九十年代，國際三大油服公司如斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯就開始著手井下隨鉆工具的研發(fā)，如斯倫貝謝的ARCVision，GeoVision系列，哈里伯頓的FEWD EWR，EWR M5系列，貝克休斯的Ontrack系列等等，早期這些隨鉆測井使用的電磁波電阻率儀器基本從電纜測井的理論及原理延伸而來，因此目前國內(nèi)購買的隨鉆電磁波電阻率儀器都具有早期不可克服的缺點(diǎn)，如單邊發(fā)射，單向接收，不對稱結(jié)構(gòu)體等等，這些特性必然導(dǎo)致現(xiàn)場施工過程中出現(xiàn)一些列異?，F(xiàn)象，下面就這些現(xiàn)象一一進(jìn)行闡述。

一、異?，F(xiàn)象的表現(xiàn)形式

1 尖刺（Spike）現(xiàn)象

Spike現(xiàn)象是在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向過程中時(shí)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，比如哈里伯頓公司早期研發(fā)的EWR PHASE系列的隨鉆測井儀器，或是其他以電磁波為基礎(chǔ)的隨鉆測井儀器，在地質(zhì)導(dǎo)向過程中都存在該現(xiàn)象。雖然后來經(jīng)過技術(shù)革新后解決了該問題，但從本質(zhì)上講該現(xiàn)象必然是會(huì)發(fā)生在這種類型的儀器設(shè)備上。首先是該類型LWD本身的特殊性，如單向發(fā)射，目前我公司的EWR Phase4就屬于該種情況，4個(gè)發(fā)射極在儀器上方，2個(gè)接收級在儀器下方，而且發(fā)射頻率都屬于高頻率范圍，如1Mhz發(fā)射頻率對應(yīng)于深電阻率，2Mhz發(fā)射頻率分別對應(yīng)于中電阻率、淺電阻率及極淺電阻率，當(dāng)儀器穿行于不同屬性地層時(shí)，水平方向及垂直方向上的電阻率就會(huì)存在差別，這種差別直接影響到接收級接收到的幅值或相位移計(jì)算的結(jié)果，正因?yàn)榇嬖谶@種特殊性，所以在實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中，會(huì)出現(xiàn)Spike（尖刺）現(xiàn)象，如圖一所示。

2 極化角效應(yīng) [1] [2]

該效應(yīng)反映的是在井斜角>50°情況下，電阻率傳感器的發(fā)射極穿過了不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的一種效應(yīng)。從下圖所描述的LWD的結(jié)構(gòu)及特征可以看出，LWD的4個(gè)發(fā)射級全部分布在儀器上方，分別對應(yīng)4個(gè)不同探測深度的電阻率，LWD的2個(gè)接收級全部分布在儀器下方，對應(yīng)于近接收和遠(yuǎn)接收。從下圖可以看出，當(dāng)電阻率傳感器縱向上穿越好幾個(gè)層位時(shí)，其在水平方向測得的電阻率Rh與垂直方向所測得的電阻率Rv是不相同的，但如果是在同一個(gè)層內(nèi)的話，這兩者所測得值應(yīng)當(dāng)是相同的。下圖所反映的就是電阻率傳感器的發(fā)射極及接收級穿過了不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的極化效應(yīng)：

3 “佐羅”效應(yīng) [1] [2]

該現(xiàn)象是在電阻率傳感器的接收級穿過了2個(gè)不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的“佐羅”效應(yīng)現(xiàn)象，該效應(yīng)也是通常所講的邊界效應(yīng)，當(dāng)電阻率兩個(gè)接收級處于電阻對比較高兩個(gè)層位時(shí)，就必然會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，曲線上表現(xiàn)出來的特征就是在層邊界處產(chǎn)生兩個(gè)反向的尖峰極值，如圖五所示：

4 “窗簾”效應(yīng) [1] [2]

該現(xiàn)象主要發(fā)生在井眼不平滑的情況下，諸如使用常規(guī)馬達(dá)定向時(shí)進(jìn)行增斜或降斜施工操作而造成的井眼不平滑現(xiàn)象，在該情況下，當(dāng)LWD儀器，特別是電阻率傳感器穿過不平滑井眼段時(shí)，由于井眼的不規(guī)則，加之電阻率傳感器探測距離有限，而且探測的距離也不盡相同，所以當(dāng)電阻率傳感器經(jīng)過該不規(guī)則井段時(shí)就會(huì)產(chǎn)生像“窗簾”一樣效果的電阻率曲線，即起伏變化頻率較快，見圖六所示。

二、異?，F(xiàn)象解決方法

根據(jù)不同情況下產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，我們可以利用其對應(yīng)的特性來一一化解，具體方法如下：

1、平滑濾波處理方面

現(xiàn)場處理濾波時(shí)通常選用平方濾波法進(jìn)行差值處理，平滑間距選擇0.15米，窗長選擇0.3米，這種參數(shù)設(shè)置對于數(shù)據(jù)采集密度較大，不存在異?，F(xiàn)象發(fā)生的情況下較為實(shí)用，選擇該參數(shù)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象，但對于存在嚴(yán)重異?，F(xiàn)象發(fā)生，如Spike現(xiàn)象的井來講，使用該參數(shù)將使曲線看上去非常不平滑，存在嚴(yán)重的曲線震蕩現(xiàn)象，無法對比地層，因此需要重新調(diào)整平滑參數(shù)，但同時(shí)加大平滑窗長也有缺點(diǎn)，因?yàn)榇伴L增加后相應(yīng)的數(shù)據(jù)的失真度也就高了，對于極薄的地層對比來講非常不利。

2、選用不同頻率組合的LWD儀器

目前我公司使用的LWD儀器存在一定缺陷，對于某些地區(qū)的井來講，特別是巖性變化快、過渡性強(qiáng)的地層，無法從根本上消除這類異?，F(xiàn)象。因?yàn)椴粌H其發(fā)射頻率高而且頻率較為單一，僅1Mhz和2Mhz兩種，并且是單向發(fā)射單向接收，這樣勢必產(chǎn)生上述4種異?，F(xiàn)象。相對于電纜測井而言，利用感應(yīng)測井的低發(fā)射頻率（20Khz～200Khz），而且采用對稱互補(bǔ)式測井方式，這樣在很大程度上消除了此類異?，F(xiàn)象，目前哈里伯頓就采用EWR-M5電阻率傳感器來消除這種異?，F(xiàn)象，同樣斯倫貝謝也采用了ARC VISION多頻補(bǔ)償隨鉆測井儀器來解決此類現(xiàn)象。

3、選用對稱發(fā)射電磁波的LWD儀器

從電磁波傳播理論得知，電磁波在傳播過程中會(huì)受到傳輸電介質(zhì)影響，而且頻率越高，影響越大，之所以選擇頻率在100Khz～2Mkz之內(nèi)，是因?yàn)樵谠摬ǘ蝺?nèi)，電磁波的傳播受傳輸介質(zhì)的影響較小，電磁波經(jīng)發(fā)射極發(fā)射傳播到地層而后再到達(dá)接收級時(shí)的信號強(qiáng)度適中，而且較低的頻率會(huì)得到很好地效果，在接收級接收到的信號的強(qiáng)度也較高，這有利于我們測量地層物理參數(shù)；高于10Mhz的電磁波在地層中傳播時(shí)能量大部分被吸收，回到接收級的能量極小，這對于測量幅值或相位電阻率的儀器而言極為不利；而低于100Khz以下的電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)容易產(chǎn)生“渦流”效應(yīng)，也即在發(fā)射與接收級之間產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，這種電磁波無法穿過地層，從而也無從測量地層電屬性參數(shù)。因此當(dāng)選擇1Mhz以下100Khz以上的頻率時(shí)，諸如200、400Khz的電磁波，其探測深度更深，測量值也越準(zhǔn)確，而且受地層各向異性的限制也較小，加之對稱發(fā)射又起到電阻率補(bǔ)償作用，所以針對非均質(zhì)較強(qiáng)的地層，選擇低頻、對稱發(fā)射的LWD儀器可以消除地層非均質(zhì)帶來的不利影響。如使用公司目前的SL6000系統(tǒng)可以較好地解決該問題，因?yàn)镾L6000是對稱發(fā)射電磁波的電阻率儀器，該儀器起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑥亩沟们€看上去較為平滑。

4、優(yōu)化鉆具組合，平滑井眼軌跡

針對窗簾效應(yīng)現(xiàn)象，主要原因是井眼不平滑造成，因此處理這類現(xiàn)象時(shí)盡量考慮優(yōu)化鉆具組合，特別是井底BHA問題，因使用常規(guī)馬達(dá)鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常因調(diào)整井眼軌跡需要定向鉆進(jìn)處理，這樣勢必造成井眼的不規(guī)則，起伏變化頻率高，這種不平滑的井眼在進(jìn)行隨鉆測井時(shí)往往出現(xiàn)上述“窗簾”效應(yīng)，造成現(xiàn)場地質(zhì)師判斷地層困難。

5、使用電阻率邊界探測設(shè)備

目前國外三大油服公司為解決上述異?，F(xiàn)象，分別開發(fā)了對應(yīng)的技術(shù)，如斯倫貝謝的Periscope、Geosphere，哈里伯頓公司制造的ADR，貝克休斯公司生產(chǎn)的Azitrack等等，此類設(shè)備的特點(diǎn)即是探測范圍廣、探測深度大、探測的精度高，區(qū)分地層邊界具有明顯的優(yōu)勢，國內(nèi)目前在海上及部分區(qū)塊即是使用該技術(shù)解決此類問題。

三、結(jié)論

根據(jù)上述內(nèi)容分析可以得知，產(chǎn)生隨鉆測井異?，F(xiàn)象的原因有很多方面，既有地層本身因素的影響，諸如地層的非均質(zhì)性、各向異性等，也有LWD儀器本身因素，諸如發(fā)射頻率、對稱發(fā)射與否等等原因而造成的極化效應(yīng)、邊界效應(yīng)、“佐羅”效應(yīng)等異?，F(xiàn)象， 該現(xiàn)象的出現(xiàn)不利于現(xiàn)場地質(zhì)師對當(dāng)前出現(xiàn)的地層信息做出準(zhǔn)確的地層對比與評價(jià)，從而達(dá)不到應(yīng)有的地質(zhì)導(dǎo)向效果。為此我們在濾波方面做了調(diào)整，但是該方法并不能從本質(zhì)上解決此類異常問題，而且還有可能造成數(shù)據(jù)的失真，因此，要從根本上解決該問題需要使用新技術(shù)、新儀器，諸如多頻補(bǔ)償電阻率、低頻對稱雙邊發(fā)射電阻率傳感器等，這樣在地質(zhì)導(dǎo)向過程才能發(fā)揮儀器的真正作用，達(dá)到導(dǎo)向目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LWD Log Quality Control Guide v5.1 .1999。

[2] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LQA EWR P4 .1999。