随钻电阻率地层边界响应特征分析及应用

随钻电阻率地层边界响应特征分析及应用

李勇华;杨锦舟;杨震;孙晨皓;余福春

【摘要】针对大斜度井、水平井随钻电阻率测井过程中随钻电阻率受地层界面影响大、极化效应明显的问题，从电磁场基本理论出发，建立了层状地层模型，利用数值模拟方法模拟了随钻电阻率测井仪以水平姿态穿过不同电阻率地层界面时的响应特征，分析了地层界面附近随钻电阻率测井仪的响应规律，总结了极化效应的产生前提和影响因素。结果表明，随钻电阻率测井仪的线圈距越大、工作频率越高，极化效应越显著，相位差电阻率与幅度比电阻率相比受极化效应的影响更明显。以永X断块A井为例，介绍了随钻电阻率地层边界响应特征在地质导向钻井中的应用情况。研究结果表明，在地质模型较为确定的情况下，可以利用随钻电阻率曲线的极化现象判断地层界面，进行地质导向。%During resistivity logging w hile drilling (resistivity LWD ) in highly deviated or horizontal wells ,the resistivity is significantly affected by the formation interface and dramatic polarization effects can occur .According to the fundamental theory of electromagnetic fields ,a model for layered formations was

established ,and numerical simulations were used to simulate the response when the resistivity LWD tool was horizontally penetrating the interface among formations with different resistivity .In this way ,the response patterns of the resistivity LWD tool were analyzed and the preconditions and influencing factors of polarization effects were summarized .The results show that more significant polarization effect will be shown under larger coil spacing and higher working frequency of the tool .Comparing the amplitude differ‐ence resistivity ,phase difference resistivity is more

susceptible to polarization effects .Taking Well A in Yong‐X Fault Block as an example ,the applications of formation interface response characteristics from re‐sistivity LWD tool were presented .It was indicated that polarization effects of resistivity LWD logs can be used to identify formation interfaces at given specific geological models to facilitate geosteering .

【期刊名称】《石油钻探技术》

【年(卷),期】2016(044)006

【总页数】6页(P111-116)

【关键词】随钻电磁波;界面响应;极化效应;界面预测;地质模型

【作者】李勇华;杨锦舟;杨震;孙晨皓;余福春

【作者单位】中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017;

中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017;中石化胜利石

油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017;澳大利亚新南威尔士大学石

油工程学院，悉尼 2052;中石化胜利石油工程有限公司塔里木分公司，新疆库尔勒841600

【正文语种】中文

【中图分类】P631.811

随着油田勘探开发程度的提高以及生产的需要，大斜度井、水平井越来越多[1-2]。在大斜度井、水平井测井过程中，随钻电磁波电阻率响应受地层界面影响非常大，极化效应明显，这与常规感应测井仪器有很大不同[3]。极化效应在实际电阻率测

井资料中的表现主要有2点:界面处响应曲线出现明显的极化角[4-5]和界面附近不同频率或不同线圈距的电阻率曲线互相分离。利用极化效应可以判断和预测钻头在已知地质模型中的位置，及时调整井眼轨迹，从而进行地质导向[6-9]。实际随钻测井过程中发现，在某些大斜度井或水平井中，电阻率曲线并没有出现极化角，给地质导向带来一定不利影响。为此，笔者从基本电磁场理论出发，对层状地层模型中的随钻电阻率测井仪响应进行了模拟，分析了地层界面附近随钻电阻率测井仪的响应规律，总结了极化效应的产生前提和影响因素，并结合实际随钻电阻率测井资料和常规电测井资料分析了极化效应对不同随钻电磁波电阻率曲线的影响，为更好地将其应用于地质导向和地层评价提供了理论依据。

对于层状各向异性地层模型(见图1，图中的μm，σm和εm分别表示m层的地层磁导率、电导率和介电常数)，可以将随钻电阻率测井仪的天线简化为磁偶极子[10-13]，忽略地层的层状各向异性，可以应用并矢格林函数表示任意方向磁偶极子的电磁场z向的分量：

φ

式中：Ez为z向的电场强度，V/m；Hz为z向的磁场强度，A/m；ω为工作频率，rad/m；μ为磁导率，H/m；i为虚数单位；λ为积分变量；r为磁场点径向距离，m；Mh和Mv分别为水平磁矩和垂直磁矩，A·m2；φ为方位角，rad；Jn(·)为n阶Bessel函数；kzv和kzh分别为纵向波数和径向波数，；σv和σh分别为垂直电导率和水平电导率，S/m。

根据麦克斯韦方程组可以得到电磁场的切向分量(Er，Eθ)、(Hr，Hθ)与z向分量的关系:

根据式(1)—式(4)可以求得层状地层模型中的电磁场分布。由于层状地层的层状界面存在反射和透射，因此可将地层中的电磁波表示为入射波、反射波和透射波的叠加。