PeriScope15方位定向电阻率测量仪结构及原理的简单分析

Per i S c o p e 1 5方位定向电阻率测量仪结构及原理的简单分析
作者：苏士波赵峥
从伊拉克哈法亚枠项目启动至2019年11月底已经有一年多的时间了，咱们渤钻定向井公司已经完成了10口井的施工，无论是普通的定向井还是难度较大的侧钻井、水平井，我们都优质、快速、安全的按照甲方要求完钻，尤其是HF003-N006井的侧钻和HF001-N002H井的防碰，都是在斯伦贝谢公司施工失败或者觉得难度太大而不敢施工的情况下，由咱们的队伍最终完成的，因此，渤钻定向井的施工技术水平现在已经得到了甲方的充分肯定和赞扬，相比之下，甲方对号称"国际一流"的斯伦贝谢公司的施工水平却实在是不敢恭维，但是，对于一些重点的水平井却还是“不情愿"的交给斯伦贝谢公司施工，这是为什么呢？除了其公司公关得力之外，最主要的还是斯伦贝谢公司拥有一项秘密武器一Peri Scope 15,我们称之为方位定向电阻率测量仪，到底P e r i S copel 5是个什么东西，让甲方对它情有独钟，从而对咱们的FEWD不以为然，甚至弃而不用？？笔者通过查阅多方资料，终于对PeriScopel5有了一个基本的了解，现在总结一下，让大家也有所了解。

根据地质分析，实际地层结构并不具备地质特性各向均匀的完整性，而是存在着很多不同的裂缝带。

只有在没有裂缝带的相对完整的区域内，才表现为各向同性，因而可以看作地质特性近似的层。

实际的地层结构可以简化为无数个排列无序的层状结构,而储"层是具有某些特定条件的特殊储集层。

随钻测量的目的，就是指导钻井工具，使之准确钻到储杆区。

传统的随钻电磁波电阻率仪器能够识别径向地层的电导率变化，但不能识别
方位变化，而且对直井的各向异性也不敏感。

为了进行定向测量和获得电阻率各向异性，必须对传统的电磁波电阻率测井仪器进行改进。

最适宜的方法是直接将传统的电阻率发射一接收天线系中的一个或多个天线倾斜安装，使发射和接收线圈之间形成一个不为9 0的角度。

测量时，两个接
收线圈同时工作，每个线圈都有自己的灵敏范围，在两个线圈之间的灵敏范围交叠的区间，灵敏度增强，因而可实现定向测量；同时利用这个角度，也可以分别计算两个相互垂直方向上的水平电阻率Rh、垂直电阻率R v和储集层的倾角，实现各向异性识别。

P e r i S copel 5就是具有定向测量和电阻率各向异性测量能力的随钻电磁波电阻率测量仪器，下面就简单的介绍下它的结构和原理:
1 •结构特点
基本结构
PeriScopel5的核心是一个多频多源距电流环天线线圈系，图1所示的是该仪器的天线系结构简图。

组成如下：
R1 PeriScope 15 茨將It 收天躺81
怖强示天辎醸方向）
①一对放置在仪器两端与仪器轴成4 5度夹角的接收天线R 3 和R
4 ,另一对接收天线R 1和R 2放置在R 3和R 4之间，其磁矩
方向与仪器轴一致。

②R 3和R 4之间有5个发射天线（T1— T 5 ）,其磁矩方向与
仪器轴一致，还有一个发射天线T6的磁矩方向与仪器轴垂直。

③R4的井斜角为4 5度，方位角为9 0度，T 6的井斜角为9 0
度，方位角为4 5度，其余为0度。

④发射天线T1-T 5与接收天线R1、R2共同构成标准A R C电磁
波电阻率仪器。

1.2挂接位置
与PeriScopel5挂接使用的通常有GVR、E S c o pe、TeleScope、Xceed、Impulse等工具短节，如图2所示，PeriScopel 5距钻头4 9 f t
(14・9 4 m),主要提供边界层的方向走势及距离、环空压力、自然伽和电阻率测量等信息。

TeleScope EcoScope PeriScope 15 GVR Xceed 675
图2 PeriScope 15在LWD仪器串中的挂接位置
和常规的随钻电磁波电阻率测量仪器相比，PeriScope
1 5可实现定向测量、横向测量和纵向测量。

定向测量为补偿方式，含有4个源距，分别为9 6 i n ( 2・4 4m)、8 4 i n (
2 ・13m)、
3
4 i n ( 0. 86m)和2 2 i n ( 0・
5 6m)，含有3个发射频率，分别为2MHz、400kHz和100kHz;横向测量为非补偿方式，含有两个源距，3个发射频率；纵向测量为非补偿方式，1个等效源距, 两个发射频率。

仪器的探测深度、纵向分辨率、电阻率探测范围等与A R C系列仪器一致,且不受钻井液类型影响。

2:主要功能与特色
PeriScopel5的主要功能可分为：实时方位成像、实时地质导向，实时地质层模型和实时地质层评价且所有的测量数据可存储于大容量井下内存中，待仪器从井眼中取出后回放。

回放数据较实时数据精确。

2・1实时方位成像
常规的随钻电磁波电阻率测量仪器，无论是对称排列的天线系还是非对称排列的天线系，所提供的测量数据只是一系列曲线，且这些曲线不具备方位相关性，对方位变化不敏感;其所测地层的电阻率曲线需在特定的解释软件下才具有直观性，因而也不方便钻井现场的使用。

PeriScopel 5仪器解决了上述问题，它具有实时的3 6 0度全方位成像功能，所提供的二维图像不但能实时显示井眼到边界的距离，还能够显示边界位置及方向
（图3 ）
图3 PeriScope 15的边界探瀝、方位识别及成像对廉
图3所示为边界探测、方位识别以及测量数据成像后与其他测量仪器的对照。

图3左上图显示,边界距测量仪器达1 5 f t ( 4・5
7m)时(B点)，进入仪器的探测范围，储集层到井眼距离、储集层趋势等参数便会在仪器上显示出来;对于已经钻人的储集层，储集层的厚度、井眼到上下围岩的距离以及上下围岩的方向都可实时显示，如图3右上图所示;图3下图为PeriScopel5 成像解释数据，通过与P e r i S copel 5挂接的自然伽马仪、井眼卡钳以及常规电阻率仪器测量对比，可以看出，PeriSc ope 1 5测量数据的精度已经达到了构造及地层可视化程
度。

2・2实时地质导向
位于PeriScopel5测量仪器两端与仪器轴成4 5度夹角的接收天线R3、R 4和磁矩方向与仪器轴垂直的发射天线T 6 ,构成多频电流环天线阵列，实现地质导向探测。

源距分别为7 4 i n( 1.
88m)和44 i n ( 1・12m),发射频率为4 0 0 k H z禾口100 kHz ,可同时进行单、双频不对称发射，采用相位移和幅度比法，提供定向测量、纵向测量和横向测量。

地质导向的目的，就是在钻井过程中，及时判断钻遇地层的性质，提前避免高倾角储集层、断层、裂缝层、各向异性层等复杂地层所带来的影响，保证钻井的顺利高效。

图4所示的是P e r i ・Scopel 5地质导向原理，当仪 器在储集
层中钻进时，对于任意一个测量点A ，仪器都要计算该点 的上下边界，当边界距离小于15 f t ( 4・57m )时，进入边 界判定程序，同时监测储集层的倾角变化趋势。

从A 点到B 点，储 集层剧烈上倾，仪器从B 点向上调整，并使整个井眼轨迹保持在储 集层中;在B 点到C 点，储集层剧烈下斜，由于测量及时，计算准 确，B 点至C 点的钻进轨迹也保持在储集层中。

纵观A 点到C 点的 整个井眼轨迹，可以看出，整个井眼剖面都在储集层中，可获得最 大泄杆面积，并且轨迹曲线变化舒缓、平滑，有利于钻井施工，保 持井眼稳定。

除上述特点之外PeriScopel5还具有实时地层模型 和实时储集层评
价的功能，大家知道，由于探测深度不够，或者定 向能力不够，大多数LWD 电阻率测量仪器都不能探测到井眼上方 或下方距杆层的边界距离，传统的地质导向或者依赖于邻井、实验
B (I)
Cl 图4 PeriScope 15地质导向原理
• ・
井、导眼井,或者依赖于实时成像技术，其前提条件都是假定测量 地层为层状结构，然而在多数情况下，这种假设是不能成立的，尤 其是当钻井的水平段距离长达几千米的时候，而P e r i S c o p e15的最大优势是在实时测量过程中，能够同时获得测量地层的 水平电阻率R h 垂直电阻率R v ,和储集层倾角。

（如下图）
l>enScope 15买时储集层评价与解祥
当电磁波电阻率的轴向与地层平面为非垂直关系时，由于岩石存在 各向异性，采用相位移法算得的电阻率值（R &）所受到的影响与 采用幅度衰减法算得的电阻率值（RA ）所受到的影响是不同的。

因 而采用常规电磁波电阻率测量，直接从天线上感应的电压中无法计 算获得Rh 、Rv 和倾角结果，而Pe r i Scopel 5的定向探 测能力在电阻率对比度为50/1、信号阀值为0.03dB 的情况下，甚至 达到了21ft （ 6.4m ）,因而可以对超薄储集层做出精细的描述。

3总结
PeriScopel 5是杆工业第一个深探测、定向电磁波 LWD 成像测井
PM. SH)I
Wl
Rh
SN*
一
J □16GD IXX) 1710 1780
1KJO Mil JG 水 软®) I860 19W
仪器，因其在****1业中的重要作用，该仪器获得了美国《Hart's E&P》杂志评选的2019年度杆工程技术创新特别奖。

该仪器以多个间距和多个频率进行定向电磁波测量，能探测距钻头15英尺处流体界面和地层的变化，具有360度测量和成像能力。

测量结果被实时传送到决策中心，以完成实时构造解释。

即便在薄层、侧向非均质性严重的地层中，利用PeriScopel 5仍能使井眼在地层中精准定位，使整个水平井段位于储层的最佳位置，并使产量最大。

通过降低建井成本、避免侧钻、钻遇更多储量、达到更高产量，使一些最初似乎不经济的储量得到经济开采。

因该技术可以连续地提供井眼周围界面的深部图像，从而大大降低了构造和地层特性解释的不确定性，因此可以得到更精确的储层模型、更准确的储量估算、优化未来的钻井计划。

可以提高产量及采收率；开发以前被认为不经济的边际杆杆层；减少产水量；钻更少的井来达到生产目标；避免钻井事故；更精确地预测储量。

据了解，国内在常规随钻电磁波电阻率仪器研发及数据解释方面，已经积累了相当的经验，为低频多阵列多分量感应测量方法与仪器硏制创造了条件。

如果这些仪器硏制成功并投入生产应用，将极大地改变我国在随钻地层评价与地质导向钻井中主要依靠引用国外随钻电阻率测井技术这一被动局面，目前的困难仍然在反演方法、加工工艺、元器件选配等方面，数据遥传也是制约该仪器研发进展的一个关键因素。