模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置及其构建方法与流程

本申请涉及地质勘探技术领域，尤其是涉及一种模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置及其构建方法。

背景技术：

阵列侧向电阻率测井可同时提供多条不同探测深度的电阻率测井响应曲线。由于阵列侧向电阻率测井的纵向分辨率高，径向探测信息丰富，从而可以提供较为丰富的地层电阻率信息，为精确反演地层参数提供了可靠的资料。不同岩性叠置、地层存在各向异性及相对井斜角变化等因素，都会对阵列侧向电阻率测井响应造成很大的影响。

目前，对于各向异性地层中阵列侧向测井响应的研究，一般是基于数值模拟的研究。然而，数值模拟有其局限性。如果可以将数值模拟与物理实验模拟相结合，则有利于获得更全面更客观的研究结果。然而，目前缺少可用于模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的物理实验模拟装置。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置及其构建方法，以用于各向异性地层中阵列侧向测井响应的研究。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，包括：

实验池，用于容纳可变电阻溶液；

置于所述实验池内的卧式各向异性地层模型，其包括多个间隔排列的固体介质立板，以及夹在所述固体介质立板之间的可变电阻溶液；

至少一个模拟井筒，其形成于所述卧式各向异性地层模型的边界上；

小型化阵列侧向测井仪器，其设置于所述模拟井筒内，用于对所述卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述模拟井筒为半圆形凹槽，所述小型化阵列侧向测井仪器的下半部分浸没于所述可变电阻溶液内。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述模拟井筒开设于所述卧式各向异性地层模型的边界中心上，所述固体介质立板的高度与所述实验池内的可变电阻溶液的液面高度相同。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述卧式各向异性地层模型的多个边界的中心上开设有模拟井筒，且每个模拟井筒与所述卧式各向异性地层模型之间的夹角不同。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述卧式各向异性地层模型中固体介质立板与可变电阻率溶液的厚度之和，与所述小型化阵列侧向测井仪器的纵向分辨率相匹配。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述卧式各向异性地层模型的各向异性系数根据以下公式确定：

式中，λ为卧式各向异性地层模型的各向异性系数；rv为卧式各向异性地层模型的垂直电阻率；rh为卧式各向异性地层模型的水平电阻率；r1为可变电阻率溶液的电阻率；h1为单个可变电阻率溶液的厚度；r2为固体介质立板的电阻率；h2为单个固体介质立板的厚度。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，包括：

驱动装置，用于驱动所述化阵列侧向测井仪器沿所述模拟井筒的轴向移动。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置，所述驱动装置，包括：

支架；

安装于所述支架上的轨道装置，其包括轨道及可沿所述轨道线性滑动的滑块，所述滑块用于吊载所述小型化阵列侧向测井仪器；

安装于所述支架上的步进电机，用于驱动所述滑块。

另一方面，本申请实施例还提供了一种模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置的构建方法，包括：

根据各向异性地层截断边界对小型化阵列侧向测井仪器产生的电场分布的影响模拟结果，确定实验池的尺寸参数；

在所述向异性地层实验池内置入卧式各向异性地层模型；所述卧式各向异性地层模型包括多个间隔排列的固体介质立板，以及夹在所述固体介质立板之间的可变电阻溶液；

调整可变电阻率溶液与固体介质立板的厚度比，以获取指定的各向异性系数；

在所述卧式各向异性地层模型的边界上形成模拟井筒；

将小型化阵列侧向测井仪置于所述模拟井筒内，以对所述卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置的构建方法，所述模拟井筒为半圆形凹槽，所述小型化阵列侧向测井仪器的下半部分浸没于所述可变电阻溶液内。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置包括用于容纳可变电阻溶液的实验池；置于实验池内的卧式各向异性地层模型，其包括多个间隔排列的固体介质立板，以及夹在所述固体介质立板之间的可变电阻溶液；至少一个模拟井筒，其形成于卧式各向异性地层模型的边界上；以及小型化阵列侧向测井仪器，其设置于模拟井筒内，用于对卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟。通过这种物理模拟装置可实现对卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟，从而满足了模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的实体物理实验的需求，可用于各向异性地层中阵列侧向测井响应的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置的结构示意图；

图2为本申请一实施例中模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置的构建方法的流程图；

图3为本申请一实施例中阵列侧向测井的伪几何因子曲线图(阵列侧向测井仪器缩小比例1/6)；

图4为本申请一实施例中阵列侧向视电阻率随层厚变化图；

图5为本申请一实施例中阵列侧向电阻率随溶液与固体介质厚度比的变化图；

图6为本申请一实施例中阵列侧向各向异性随溶液与固体介质厚度比变化图；

图7为本申请一实施例中阵列侧向直井实验值与数值模拟结果对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施例等。

而且，为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置可以包括实验池、至少一个模拟井筒和小型化阵列侧向测井仪器。其中，实验池可用于容纳可变电阻溶液。卧式各向异性地层模型可置于实验池内。该卧式各向异性地层模型可以包括多个间隔排列的固体介质立板，以及夹在固体介质立板之间的可变电阻溶液。模拟井筒可形成于卧式各向异性地层模型的边界上。小型化阵列侧向测井仪器设置于模拟井筒内，其可用于对卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟。由此可见，本申请实施例提供的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置实现了对卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟，从而满足了模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的实体物理实验的需求。

参考图1所示，在本申请一示例性实施例中，模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置中的实验池可以为一个长方体形(图中未画出)，固体介质立板31和可变电阻溶液32可配合的置于长方体形的实验池内。其中，固体介质立板31之间可相互平行且等间隔。

为便于实现测井模拟，模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置还可以包括驱动装置，以用于驱动所述化阵列侧向测井仪器沿所述模拟井筒的轴向移动。参考图1所示，在本申请一示例性实施例中，驱动装置可包括支架2，安装于所述支架2上的轨道装置(图中未示出)，以及安装于所述支架上的步进电机1。其中，该轨道装置可以包括轨道及可沿所述轨道线性滑动的滑块，所述滑块可用于吊载所述小型化阵列侧向测井仪器4；步进电机1可用于驱动所述滑块，进而同步带动所述小型化阵列侧向测井仪器4沿所述轨道线性滑动。所述支架2的高度可调，以便于升降小型化阵列侧向测井仪器4。

在本申请一实施例中，所述模拟井筒为半圆形凹槽(例如图1所示)；相应的，所述小型化阵列侧向测井仪器的下半部分可浸没于所述可变电阻溶液内，使得所述小型化阵列侧向测井仪器的一半(即下半部)在地层模型中，另一半(即上半部)在非导电介质中，如此，这种卧式半空间结构设计，不仅方便测量和维护，还可以节省一半的各向异性地层模型。

在本申请一实施例中，所述模拟井筒可开设于所述卧式各向异性地层模型的边界中心上，所述固体介质立板的高度与所述实验池内的可变电阻溶液的液面高度相同。此外，所述卧式各向异性地层模型的多个边界(或每个边界)的中心上开均设有模拟井筒，且每个模拟井筒与所述卧式各向异性地层模型之间的夹角可均不相同，从而不仅可以实现不同场景(例如直井、斜井等)下的阵列侧向电阻率测井，而且可以大大提高材料利用率和实验模型制作效率。其中，材料利用率可以是全空间材料利用率的8倍。

在本申请一实施例中，根据需要，所述卧式各向异性地层模型可以为卧式薄互层宏观各向异性地层。此外，所述卧式各向异性地层模型中固体介质立板与可变电阻率溶液的厚度之和，与所述小型化阵列侧向测井仪器的纵向分辨率相匹配，以便于所述小型化阵列侧向测井仪器的纵向探测范围可以覆盖所述卧式各向异性地层模型的高度。

由于卧式各向异性地层模型位于实验池中的，实验池的大小要选择合理。若实验池尺寸偏小，位于实验池内的卧式各向异性地层模型就会偏小，从而容易导致卧式各向异性地层模型的纵向和径向截断边界会改变小型化阵列侧向测井仪器产生的电场分布，进而可能会对实验结果产生严重的影响；而实验池尺寸偏大虽然不会出现上述问题，但是会浪费材料和增加成本。因此，如何选择实验池的尺寸参数是一个很重要的问题。在一示例性实施例中，参考图3所示，

在本申请一实施例中，实验池的尺寸参数可以根据各向异性地层截断边界对小型化阵列侧向测井仪器产生的电场分布的影响模拟结果来确定。这里的影响模拟结果实质仿真模拟结果。若地层模型的径向半径足够大，此时，地层模型的纵向和径向截断边界均不改变小型化阵列侧向测井仪器电场的分布，通过不断改变地层模型的径向半径大小，最终可优化出在不改变小型化阵列侧向测井仪器电场的分布的前提下的地层模型最小径向半径。结合该最小径向半径和小型化阵列侧向测井仪器的长度可以确定实验池的长宽高。例如在一示例性实施例中，图3中示出了一小型化阵列侧向测井仪器的伪几何因子。小型化阵列侧向测井仪器的伪几何因子数值模拟结果，可以反映小型化阵列侧向测井仪器的径向探测深度，即可以用来确定实验池的宽度跟高度。因此，基于图3所示的伪几何因子数值模拟结果，实验池高度和宽度可以分别为0.8m和1.6m。在一示例性实施例中，如图4所示，根据小型化阵列侧向测井仪器的响应随层厚变化关系曲线，当地层模型厚度增大到10m/6后，视电阻率变化趋于稳定，因此，地层模型的最优厚度(即实验池最优长度)可以为10m/6。

在本申请一实施例中，所述卧式各向异性地层模型的各向异性系数根据需要可调整，从而可以实现不同各向异性系数条件下的阵列侧向电阻率测井模拟。其中，各向异性系数可根据以下公式确定：

式中，λ为卧式各向异性地层模型的各向异性系数；rv为卧式各向异性地层模型的垂直电阻率；rh为卧式各向异性地层模型的水平电阻率；r1为可变电阻率溶液的电阻率；h1为可变电阻率溶液的厚度；r2为固体介质立板的电阻率；h2为固体介质立板的厚度。

由此可见，通过改变可变电阻率溶液与固体介质立板的厚度比，就可以调整卧式各向异性地层模型的各向异性系数(例如图6所示)。实际上，由于在实验池内，固体介质立板的厚度与可变电阻率溶液的厚度是此消彼长的关系，通过改变固体介质立板的厚度即可以调整卧式各向异性地层模型的各向异性系数。可以看出，本申请实施例的卧式各向异性地层模型的结构不仅成本低，而且可以灵活改变地层各向异性系数。

此外，通过改变可变电阻率溶液与固体介质立板的厚度比还会改变各向异性地层模型的径向电阻率和轴向电阻率(例如图5所示)。

在本申请一实施例中，根据需要，所述小型化阵列侧向测井仪器可以为常规阵列侧向测井仪器原先尺寸的1/6；相应的，该小型化阵列侧向测井仪器的伪几何因子可如图3所示此外，根据需要，所述可变电阻溶液例如可以为导电水溶液等。

参考图2所示，上述模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置的构建方法可包括以下步骤：

s201、根据各向异性地层截断边界对小型化阵列侧向测井仪器产生的电场分布的影响模拟结果，确定实验池的尺寸参数。

s202、在所述向异性地层实验池内置入卧式各向异性地层模型；所述卧式各向异性地层模型包括多个间隔排列的固体介质立板，以及夹在所述固体介质立板之间的可变电阻溶液。

s203、调整可变电阻率溶液与固体介质立板的厚度比，以获取指定的各向异性系数。

s204、在所述卧式各向异性地层模型的边界上形成模拟井筒。

s205、将小型化阵列侧向测井仪置于所述模拟井筒内，以对所述卧式各向异性地层模型进行阵列侧向电阻率测井模拟。

在本申请一示例性实施例中，图7中示出了基于本申请实施例获得实际的物理实验测量结果(图7中左侧部分)与数值模拟结果(图7中右侧部分)的对比，通过对比，证明基于本申请实施例获得实际的物理实验测量结果的可靠性。

由此可见，本申请实施例的模拟各向异性地层阵列侧向测井响应的装置可最大限度的减小实验模型占地面积以及提高材料重复利用率，可灵活调节测量模型的电阻率各向异性，并且便于实验测量及实验装置维护检修，从而为各向异性地层阵列侧向测井响应的实体物理模拟实验提拱了方法和平台。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的方法、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种方法、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的方法、装置或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。