过套管地层电阻率测井技术综述
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基金项目 : 中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金资助
第一作者简介 : 吴银川 ,男 ,1978 年生 ,助教 ,2001 年毕业于西安石油大学电子仪器及测量技术专业 , 现就读于西安石油大学电子工程学院测试计 量技术及仪器专业 ( 硕士研究生) 。邮编 :710065
・2 ・
石 油 仪 器 PETROL EUM INSTRUMENTS 2006 年 10 月
Δz 为 C 和 E 电极距 这里 K = kΔz 为仪器系数 , 离的二分之一 。套管电阻测量模式 ( 刻度模式) 和电流 泄露测量模式 ( 测量模式) 在同一点测量 ,即静态测量 。 为了消除误差直接利用差分放大测出电压 : Δ U = U 1 - U 2 ,Δ U = U′ 1 - U′ 2 这样式 ( 5) 可变化为 : ρa = KQA ΔU′ - 1 U1 U′ 1 U′ Δ U′ 1/ I n 其中 A = 1 。 U 1/ I m U′ ΔU
Baker Atlas 。1998 年阿特拉斯开始油田测试 , 测试结
2 过套管电阻率测井原理
[3 ]
简单地说 ,过套管电阻率测井原理就是在套管内 通过测量套管上的电压降 从而达到测量地层电阻率 目的 。测量原理如图 1 所 示 。如果有电流被注入套 管 ,大部分电流会沿套管向 上或向下流动 , 只有一小部 分的电流泄露到周围地层 。 如果我们能估计在Δz 长度 图1 测量原理图 范围 内 泄 露 电 流 的 大 小 Δ I ,这样可以计算出地层的视电阻率 ,公式如下 : ρa = k ・ Δz 0 ( 1) ΔI 为了求出地层电阻率 ,因此要求有三种测量模式 , 分别测量三个数值 。 2. 1 全电阻测量模式 全电阻测量模式如图 2 所 示 。在 全 电 阻 测 量 模 式 ( 阻抗测量模式) 中 ,从电 极 A 注入电流 I 0 , 从地面 的回路电极 B 返回 , 这时 测量 J 相对应参考电极 G 的电位 U 0 , hx 时测量部分 套管和地层的总电阻为 :
Q = U0 I0 U
果和裸眼井感应测试的结果比较 , 在一定地层范围内 曲线吻合得较好 。2000 年阿特拉斯 (Baker Atlas ) 研制 出现场测试样机 TCRT ( Through Casing Resistivity T ool ) 过套管电阻率测井仪。随后阿特拉斯不断完善 TCRT 仪器。 同时 1995 年斯伦贝谢 ( Schlumberger ) 在评价 PML 技术的基础上继续开发过套管地层电阻率测井仪器 CHFR ( Cased Hole Formation Resitivity ) 。1998 年设计 为双信道的第二代试验样机投入现场试验 。并很快在 全球开展 CHFR 测量服务 。2000 年斯伦贝谢公司推 广 CHFR 仪器 ,同年在我国申请三项专利 。2002 年该 公司又推出 CHFR - PLUS , 对第一代仪器做了改进 。 目前 CHFR 测量服务已经覆盖我国 。2002 年国内部 分油田利用斯伦贝谢公司的过套管地层电阻率测井 ( CHFR) 仪器进行了 37 口井的测量 [ 2 ] , 取得了比较明 显的地质应用效果 ,但是使用费用相当昂贵 。 我国对这项技术一直处于理论研究阶段 , 至今还 没有个人或单位进行实质的研究开发 。1996 年江汉 石油学院申请了总公司青年基金项目并立项 。1996 年西安石油大学发表了关于采用纯电阻网络法模拟过 套管电阻率测井方法的文章 , 并完成对相关资料的调 研工作 。1997 年北京石油大学和江苏油田进行了简 易物理模型试验 ,在测井技术上发表文章 。1998 年原 江汉测井研究所 ( 现 CPL 技术中心 ) 开展了部分调研 工作 ,2005 年 CNPC 基础项目开始立项研究 。因此我 国该项技术急需研究开发 。目前西安石油大学正在对 这项技术进行基础研究 。
流的差值就为泄露到地层 的电流 ,即为 : ΔI =
U1 U2 R1 R2
( 4)
套管电压可以被估计 为 QI m , 将式 ( 3 ) 、 式 ( 4) 代 入式 ( 1 ) , 可以得出视电阻 率为 : 图4 泄露电流测量模式
Im U 1 U2 I n U′ U′ 1 2
-1
ρa = KQ
( 5)
1 过套管测井技术的发展历史
20 世纪 30 年代 , 国外已开始研究过套管地层电
阻率测井技术 。1939 年 ,前苏联的 Alpin 发表 “在套管 井中进行电测的方法” 的研究成果并获得苏联专利 。 Alpin 提出在套管内通过三个电极来测量差分电压从 而估计泄露到地层的电流 ,计算出地层电阻率 ,达到测 井的目的 。这种方法最终未能实现主要有以下两个原 因[2 ] : ( 1 ) 由 于 套 管 的 电 阻 率 很 低 , 其 典 型 值 为 2× 10 - 7 Ω・ m ,因此在合适的电极距范围内 , 差分电压 的大小是很微弱的 ,在高电阻地层时电压信号更微弱 。 例如 1 A 的电流在套管内产生几纳伏的差分电压信
0 引 言
地层电阻率是评价储层含烃量必不可少的要素 。 地层电阻率主要取决于所含的液体 。含导电盐水的地 层电阻率要比充满烃类的低得多 , 因而电阻率的测量 对于定位烃类矿层具有不可替代的工程价值[ 1 ] 。传统 的电阻率测量是在裸眼井中进行 , 如果油井下过金属 套管后 ,由于金属套管的电阻率与地层电阻率相比是 极微小的 ( 地层的电阻率在 1 Ω・ m ～ 1 000 Ω・ m , 而金 - 7 属套管的电阻率的典型值为 2 × 10 Ω・ m ) 。因此 ,传 统的电阻率测井仪器无法实现对地层电阻率的测量 , 有必要发展过套管地层电阻率测井仪器 。该仪器通过 测量套管上的微小的电压降 , 达到测量地层电阻率的 目的 。
来 。1990 年在美国地球物理学报 ( Geophysics ) 发表题 为 “套管井眼中的电场” 以及 1991 年 Vail 申请的美国 专利“在套管中电子测量仪器的移动以及电阻不同套 管的补偿” 成为这项技术发展的转折点 。这两篇文章 提出了关于测量时的理论和实际方面应注意的问题 , 包括由套管不完整引起畸变的消除和校正 。1993 年 阿特拉斯 (Baker Atlas) 和天然气研究所 GRI 一起研究 过套管电阻率测井技术具体实现问题 。这个时候新的 计算方法相继出现 , 由于传统的算法模型不能处理电 阻率相比 ( 地层电阻率与套管电阻率相比) 为 108 数量 级 ,1994 年 Tabarovsky 等人将其研究成果发表 , 这个 研究成果帮助人们更好地理解过套管地层电阻率的物 理模型以及影响这种测量的所有因素 。1995 年 1 月 阿特拉斯 ( West Atlas) 和 PML 签定专利使用权转让协 定 ,又重新获得天然气研究所 GRI 的支持 。1997 年阿 特拉斯 ( West Atlas ) 收 购 PML 测 井 公 司 , 并 改 名 为
( 2)
图2 全电阻测量模式
2. 2 套管电阻测量模式 套管电阻测量模式 ( 刻
度模式) 如图 3 所示 。测量 电极 C 和 D 以及 D 和 E 间 电阻 。在这种测量模式下 , 从 A 极注入电流 I n , 回路 电极在 F 极 。此时极间泄 露到地层的电流可以被忽 略 , 这时测量 C 和 D 间的 图3 套管电阻测量模式 电压 U′ 1 ,D 和 E 间的电压 U′ 2 ,计算出极间套管的电阻分别为 :
2006 年 第 20 卷 第 5 期 吴银川等 : 过套管地层电阻率测井技术综述
・3 ・
E 间的电流为 U 2/ R 2 , 两电
动 ,套管内部以及地层内的电场几乎消失 ,因此此时没 有泄漏电流 。在趋肤效应严重时 , 套管内部的电压以 及电 压 差 的 测 量 无 法 估 计 地 层 的 电 阻 率 [ 4 ] 。通 过 Tabarovsky 等人对不同的频率研究表明 , 工作频率的 选择有以下原则 [ 5 ] : ( 1) 电位测量模式 ( 全电阻测量模 式) 频率在 1 Hz 左右耦合的影响很严重 , 这时电位测 量必须很低 。CHFR 在电位测量是用直流 , 分别测量 两次 。( 2) 刻度模式 ( 套管电阻测量模式 ) 套管趋肤深 度δ c / 套管厚度 Δ a 大于等于 1 ,就可以满足小于 10 % 的误差精度 。依此选择频率的大小 。( 3) 测量模式 ( 电 流泄露测量模式) 套管趋肤深度 δ c / 套管厚度Δ a 大于 等于 2 ,就可以满足小于 10 %的误差精度 。 总之 ,测量模式的频率比刻度模式的低 ,电位模式 的频率最低 ,套管的电参数对频率的选择有很大影响 。
号 。对纳伏级信号的测量必须利用低噪声放大器 , 然 而低噪声放大器直到 20 世纪 80 年代后期才被研制出 来 。因此 ,当时是无法测量的 。当时也有人提出通过 增大电流的方法来使电压信号变大 , 但由于测井电缆 的限制 ,电流不能太大 , 一般在 6 A 左右 。 ( 2 ) 井内套 管的不完整性 ,如腐蚀 、 变形 、 接箍 , 射孔等 , 后来人们 发现套管的不完整性影响电压信号 1 ～ 2 个数量级 。 但是人们仍然继续地研究着这项技术 。1947 年 Ennis 等人的 “在套管井中划分地层的方法和仪器” 获得美国 专利 ;1948 年 Stewart 的 “电测方法和仪器” 获得美国 专利 ;1949 年 、 1952 年和 1956 年美国又陆续公布了三 项有关套管井电阻率测井的美国专利 。各个专利所提 出的方案存在着一定的缺陷 , 又受到当时技术水平的 限制 ,最终均未实现 。 20 世纪 80 年代末 90 年代初 , 由于低噪声放大器 的出现 ,过套管电阻率测井技术的研究进入了一个新 的阶段 。1984 在美国能源署 DOE ( The US. Depart2 ment of Energy) 支持下 PML ( Para Magnetic Logging) 测 井公司开始研究过套管测井技术的方法 。1986 年左 右 ,PML 测井公司在美国芝加哥天然气研究所 GRI ( Gas Research Institute ) 、 美国能源署 DOE 和几家石油 公司的支持下开始研制过套管地层电阻率测井仪 。 1988 年第一台测井样机研制成功 。1989 年 2 月开始 在油田进行测试 ,获得初步成功 。同年 ,Kaufman ( 来自 美国 科 罗 拉 多 州 采 矿 学 校 地 球 物 理 系 ) 申 请 了 美 国专利 , 之后国外共有 27 项专利在此基础上发展起
2006 年 第 20 卷 第5期
石 油 仪 器 PETROL EUM INSTRUMENTS
・1 ・
・ 专论与综述・
过套管地层电阻率测井技术综述
吴银川 张家田 严正国
( 西安石油大学电子工程学院 陕西 西安)
来自百度文库
摘 要 : 过套管地层电阻率测井技术 ,在开发测井中 ,进行油藏动态监测 ,剩余油分布监测 ,具有较强的实用价值 ,由 于其方便性 ,在生产中得到广泛应用 。文章对过套管地层电阻率测井的发展历史 、 测量原理 、 激励信号的选择 、 信号特 点、 关键技术以及非均匀性对过套管地层电阻率测井的影响进行了系统的描述 。 关 键 词 : 过套管测井 ; 测量原理 ; 信号选择 ; 测量影响 中图法分类号 : P631. 8 + 11 文献标识码 : A 文章编号 : 100429134 ( 2006) 0520001205
R1 = U′ U′ 1 2 , R2 = In In
( 3)
2. 3 泄露电流测量模式 电流泄露测量模式 ( 测量模式) 如图 4 所示 。电流
I m 从电极 A 注入 ,回路电极在 B 极 。通过测量 C 和 D
间的电压 U 1 ,D 和 E 间的电压 U 2 来估计泄露到地层 的电流 。计算套管上 C 和 D 间的电流为 U 1/ R 1 ,D 和
第一作者简介 : 吴银川 ,男 ,1978 年生 ,助教 ,2001 年毕业于西安石油大学电子仪器及测量技术专业 , 现就读于西安石油大学电子工程学院测试计 量技术及仪器专业 ( 硕士研究生) 。邮编 :710065
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石 油 仪 器 PETROL EUM INSTRUMENTS 2006 年 10 月
Δz 为 C 和 E 电极距 这里 K = kΔz 为仪器系数 , 离的二分之一 。套管电阻测量模式 ( 刻度模式) 和电流 泄露测量模式 ( 测量模式) 在同一点测量 ,即静态测量 。 为了消除误差直接利用差分放大测出电压 : Δ U = U 1 - U 2 ,Δ U = U′ 1 - U′ 2 这样式 ( 5) 可变化为 : ρa = KQA ΔU′ - 1 U1 U′ 1 U′ Δ U′ 1/ I n 其中 A = 1 。 U 1/ I m U′ ΔU
Baker Atlas 。1998 年阿特拉斯开始油田测试 , 测试结
2 过套管电阻率测井原理
[3 ]
简单地说 ,过套管电阻率测井原理就是在套管内 通过测量套管上的电压降 从而达到测量地层电阻率 目的 。测量原理如图 1 所 示 。如果有电流被注入套 管 ,大部分电流会沿套管向 上或向下流动 , 只有一小部 分的电流泄露到周围地层 。 如果我们能估计在Δz 长度 图1 测量原理图 范围 内 泄 露 电 流 的 大 小 Δ I ,这样可以计算出地层的视电阻率 ,公式如下 : ρa = k ・ Δz 0 ( 1) ΔI 为了求出地层电阻率 ,因此要求有三种测量模式 , 分别测量三个数值 。 2. 1 全电阻测量模式 全电阻测量模式如图 2 所 示 。在 全 电 阻 测 量 模 式 ( 阻抗测量模式) 中 ,从电 极 A 注入电流 I 0 , 从地面 的回路电极 B 返回 , 这时 测量 J 相对应参考电极 G 的电位 U 0 , hx 时测量部分 套管和地层的总电阻为 :
Q = U0 I0 U
果和裸眼井感应测试的结果比较 , 在一定地层范围内 曲线吻合得较好 。2000 年阿特拉斯 (Baker Atlas ) 研制 出现场测试样机 TCRT ( Through Casing Resistivity T ool ) 过套管电阻率测井仪。随后阿特拉斯不断完善 TCRT 仪器。 同时 1995 年斯伦贝谢 ( Schlumberger ) 在评价 PML 技术的基础上继续开发过套管地层电阻率测井仪器 CHFR ( Cased Hole Formation Resitivity ) 。1998 年设计 为双信道的第二代试验样机投入现场试验 。并很快在 全球开展 CHFR 测量服务 。2000 年斯伦贝谢公司推 广 CHFR 仪器 ,同年在我国申请三项专利 。2002 年该 公司又推出 CHFR - PLUS , 对第一代仪器做了改进 。 目前 CHFR 测量服务已经覆盖我国 。2002 年国内部 分油田利用斯伦贝谢公司的过套管地层电阻率测井 ( CHFR) 仪器进行了 37 口井的测量 [ 2 ] , 取得了比较明 显的地质应用效果 ,但是使用费用相当昂贵 。 我国对这项技术一直处于理论研究阶段 , 至今还 没有个人或单位进行实质的研究开发 。1996 年江汉 石油学院申请了总公司青年基金项目并立项 。1996 年西安石油大学发表了关于采用纯电阻网络法模拟过 套管电阻率测井方法的文章 , 并完成对相关资料的调 研工作 。1997 年北京石油大学和江苏油田进行了简 易物理模型试验 ,在测井技术上发表文章 。1998 年原 江汉测井研究所 ( 现 CPL 技术中心 ) 开展了部分调研 工作 ,2005 年 CNPC 基础项目开始立项研究 。因此我 国该项技术急需研究开发 。目前西安石油大学正在对 这项技术进行基础研究 。
流的差值就为泄露到地层 的电流 ,即为 : ΔI =
U1 U2 R1 R2
( 4)
套管电压可以被估计 为 QI m , 将式 ( 3 ) 、 式 ( 4) 代 入式 ( 1 ) , 可以得出视电阻 率为 : 图4 泄露电流测量模式
Im U 1 U2 I n U′ U′ 1 2
-1
ρa = KQ
( 5)
1 过套管测井技术的发展历史
20 世纪 30 年代 , 国外已开始研究过套管地层电
阻率测井技术 。1939 年 ,前苏联的 Alpin 发表 “在套管 井中进行电测的方法” 的研究成果并获得苏联专利 。 Alpin 提出在套管内通过三个电极来测量差分电压从 而估计泄露到地层的电流 ,计算出地层电阻率 ,达到测 井的目的 。这种方法最终未能实现主要有以下两个原 因[2 ] : ( 1 ) 由 于 套 管 的 电 阻 率 很 低 , 其 典 型 值 为 2× 10 - 7 Ω・ m ,因此在合适的电极距范围内 , 差分电压 的大小是很微弱的 ,在高电阻地层时电压信号更微弱 。 例如 1 A 的电流在套管内产生几纳伏的差分电压信
0 引 言
地层电阻率是评价储层含烃量必不可少的要素 。 地层电阻率主要取决于所含的液体 。含导电盐水的地 层电阻率要比充满烃类的低得多 , 因而电阻率的测量 对于定位烃类矿层具有不可替代的工程价值[ 1 ] 。传统 的电阻率测量是在裸眼井中进行 , 如果油井下过金属 套管后 ,由于金属套管的电阻率与地层电阻率相比是 极微小的 ( 地层的电阻率在 1 Ω・ m ～ 1 000 Ω・ m , 而金 - 7 属套管的电阻率的典型值为 2 × 10 Ω・ m ) 。因此 ,传 统的电阻率测井仪器无法实现对地层电阻率的测量 , 有必要发展过套管地层电阻率测井仪器 。该仪器通过 测量套管上的微小的电压降 , 达到测量地层电阻率的 目的 。
来 。1990 年在美国地球物理学报 ( Geophysics ) 发表题 为 “套管井眼中的电场” 以及 1991 年 Vail 申请的美国 专利“在套管中电子测量仪器的移动以及电阻不同套 管的补偿” 成为这项技术发展的转折点 。这两篇文章 提出了关于测量时的理论和实际方面应注意的问题 , 包括由套管不完整引起畸变的消除和校正 。1993 年 阿特拉斯 (Baker Atlas) 和天然气研究所 GRI 一起研究 过套管电阻率测井技术具体实现问题 。这个时候新的 计算方法相继出现 , 由于传统的算法模型不能处理电 阻率相比 ( 地层电阻率与套管电阻率相比) 为 108 数量 级 ,1994 年 Tabarovsky 等人将其研究成果发表 , 这个 研究成果帮助人们更好地理解过套管地层电阻率的物 理模型以及影响这种测量的所有因素 。1995 年 1 月 阿特拉斯 ( West Atlas) 和 PML 签定专利使用权转让协 定 ,又重新获得天然气研究所 GRI 的支持 。1997 年阿 特拉斯 ( West Atlas ) 收 购 PML 测 井 公 司 , 并 改 名 为
( 2)
图2 全电阻测量模式
2. 2 套管电阻测量模式 套管电阻测量模式 ( 刻
度模式) 如图 3 所示 。测量 电极 C 和 D 以及 D 和 E 间 电阻 。在这种测量模式下 , 从 A 极注入电流 I n , 回路 电极在 F 极 。此时极间泄 露到地层的电流可以被忽 略 , 这时测量 C 和 D 间的 图3 套管电阻测量模式 电压 U′ 1 ,D 和 E 间的电压 U′ 2 ,计算出极间套管的电阻分别为 :
2006 年 第 20 卷 第 5 期 吴银川等 : 过套管地层电阻率测井技术综述
・3 ・
E 间的电流为 U 2/ R 2 , 两电
动 ,套管内部以及地层内的电场几乎消失 ,因此此时没 有泄漏电流 。在趋肤效应严重时 , 套管内部的电压以 及电 压 差 的 测 量 无 法 估 计 地 层 的 电 阻 率 [ 4 ] 。通 过 Tabarovsky 等人对不同的频率研究表明 , 工作频率的 选择有以下原则 [ 5 ] : ( 1) 电位测量模式 ( 全电阻测量模 式) 频率在 1 Hz 左右耦合的影响很严重 , 这时电位测 量必须很低 。CHFR 在电位测量是用直流 , 分别测量 两次 。( 2) 刻度模式 ( 套管电阻测量模式 ) 套管趋肤深 度δ c / 套管厚度 Δ a 大于等于 1 ,就可以满足小于 10 % 的误差精度 。依此选择频率的大小 。( 3) 测量模式 ( 电 流泄露测量模式) 套管趋肤深度 δ c / 套管厚度Δ a 大于 等于 2 ,就可以满足小于 10 %的误差精度 。 总之 ,测量模式的频率比刻度模式的低 ,电位模式 的频率最低 ,套管的电参数对频率的选择有很大影响 。
号 。对纳伏级信号的测量必须利用低噪声放大器 , 然 而低噪声放大器直到 20 世纪 80 年代后期才被研制出 来 。因此 ,当时是无法测量的 。当时也有人提出通过 增大电流的方法来使电压信号变大 , 但由于测井电缆 的限制 ,电流不能太大 , 一般在 6 A 左右 。 ( 2 ) 井内套 管的不完整性 ,如腐蚀 、 变形 、 接箍 , 射孔等 , 后来人们 发现套管的不完整性影响电压信号 1 ～ 2 个数量级 。 但是人们仍然继续地研究着这项技术 。1947 年 Ennis 等人的 “在套管井中划分地层的方法和仪器” 获得美国 专利 ;1948 年 Stewart 的 “电测方法和仪器” 获得美国 专利 ;1949 年 、 1952 年和 1956 年美国又陆续公布了三 项有关套管井电阻率测井的美国专利 。各个专利所提 出的方案存在着一定的缺陷 , 又受到当时技术水平的 限制 ,最终均未实现 。 20 世纪 80 年代末 90 年代初 , 由于低噪声放大器 的出现 ,过套管电阻率测井技术的研究进入了一个新 的阶段 。1984 在美国能源署 DOE ( The US. Depart2 ment of Energy) 支持下 PML ( Para Magnetic Logging) 测 井公司开始研究过套管测井技术的方法 。1986 年左 右 ,PML 测井公司在美国芝加哥天然气研究所 GRI ( Gas Research Institute ) 、 美国能源署 DOE 和几家石油 公司的支持下开始研制过套管地层电阻率测井仪 。 1988 年第一台测井样机研制成功 。1989 年 2 月开始 在油田进行测试 ,获得初步成功 。同年 ,Kaufman ( 来自 美国 科 罗 拉 多 州 采 矿 学 校 地 球 物 理 系 ) 申 请 了 美 国专利 , 之后国外共有 27 项专利在此基础上发展起
2006 年 第 20 卷 第5期
石 油 仪 器 PETROL EUM INSTRUMENTS
・1 ・
・ 专论与综述・
过套管地层电阻率测井技术综述
吴银川 张家田 严正国
( 西安石油大学电子工程学院 陕西 西安)
来自百度文库
摘 要 : 过套管地层电阻率测井技术 ,在开发测井中 ,进行油藏动态监测 ,剩余油分布监测 ,具有较强的实用价值 ,由 于其方便性 ,在生产中得到广泛应用 。文章对过套管地层电阻率测井的发展历史 、 测量原理 、 激励信号的选择 、 信号特 点、 关键技术以及非均匀性对过套管地层电阻率测井的影响进行了系统的描述 。 关 键 词 : 过套管测井 ; 测量原理 ; 信号选择 ; 测量影响 中图法分类号 : P631. 8 + 11 文献标识码 : A 文章编号 : 100429134 ( 2006) 0520001205
R1 = U′ U′ 1 2 , R2 = In In
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2. 3 泄露电流测量模式 电流泄露测量模式 ( 测量模式) 如图 4 所示 。电流
I m 从电极 A 注入 ,回路电极在 B 极 。通过测量 C 和 D
间的电压 U 1 ,D 和 E 间的电压 U 2 来估计泄露到地层 的电流 。计算套管上 C 和 D 间的电流为 U 1/ R 1 ,D 和