双侧向测井仪及其电极系、地层电阻率测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于石油勘探开发的测井装置，特别涉及一种双侧向测井仪及其 电极系、地层电阻率测量方法。
【背景技术】
[0002] 双侧向测井仪是在裸眼井中测量地层电阻率，研究地层侵入变化，估算含油饱和 度的主要仪器。传统的双侧向测井仪主要包括电极系、电子线路、绝缘短节，总长约7~10 米，深侧向探测深度约1~1. 5米，浅侧向探测深度约0. 2~0. 5米，纵向分辨率约为0. 6 米。传统双侧向测井仪在进行深侧向测井时，环状电极发射电流进入地层，柱状电极发射屏 蔽电流对主电流聚焦，在电子线路中需要有反馈回路调节屏蔽电流，控制监督电极处于等 电位。例如，中国专利CN1712995A公开了一种强聚焦双侧向测井仪，其结构组成主要包括 绝缘短节、电极系和电子线路部分组成，其中所述的电极系包括一个主电极，并以主电极为 中心，和相互对称的监督电极、屏蔽电极、辅助监督电极以及回路电极组成，该仪器保留了 常规双侧向探测深度最浅的标准模式，增加了具有双层屏蔽的浅侧向和三层屏蔽的深侧向 强聚焦模式。理论上，这种聚焦方式要求放大器具有无限大的增益，但在实际中，由于放大 器的增益是有限的，监督电极不是严格地等电位，并在测量结果中引入误差。这一误差在传 统双侧向测井中很小，但是在高分辨率双侧向测井中会很大。
[0003] 随着油气勘探开发的深入，薄互层等储层也逐渐成为勘探的重点，这就需要具有 高分辨率的测井仪，而传统的双侧向测井仪的分辨率一般为〇. 6m，不能满足勘探的需要，与 此同时，测井作业鼠洞长度短，大斜度井、水平井、鱼骨分支井等复杂井眼条件的作业量逐 年增加，传统双侧向测井仪器长度约7~10m，不利于井场施工作业和组合测井，在大斜度 井、水平井、鱼骨分支井等复杂井眼条件下遇卡几率大大增加。
[0004] 由中国电子科技集团公司第22研究所提出的申请号为201210233337的专利申请 公开了 一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法，该高分辨率方位电阻率侧向测井 仪主要由方位电极系和测量电子电路组成，所述电极系是由镶嵌在绝缘载体上的多个不同 宽度的侧向电极环以及方位电极环Μ 0组成，电极系中央为Μ 0，1 4个不同宽度的电极 环以Μ 0为对称轴，按照不同的间隔排列，各同名电极环用导线短接保持等电位，所述各同 名电极环、方位电极环、参考电极Ν以及回路Β各通过导线连接测量电路。虽然该高分辨率 方位电阻率测井仪及测井方法采用数字聚焦模式与硬聚焦模式，相比原来硬聚焦电路采集 量增多，测量精度大大提高，测量信息也更加丰富，但由于其采用各同名电极环用导线短接 的方式，依然没有解决在仪器中心形成的垂直电位梯度的影响，从而难以达到更高的测量 精度。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于软件 聚焦方式的高分辨率的双侧向测井仪、双侧向测井仪电极系以及电阻率测量方法。
[0006] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种双侧向测井仪电极系，包 括电极系和绝缘芯棒，所述电极系由设置在一个所述绝缘芯棒上的多个电极构成，并通过 导线与测量电路连接，其中 所述多个电极之间采用绝缘材料隔开，所述绝缘芯棒的中心为一根金属棒，所述金属 棒中心设置有贯通孔，所述金属棒与所述电极系之间绝缘，所述电极系包括： 设置于所述电极系的中间的主电极Α0、Α0' ； 发射屏蔽电流以对主电流进行聚焦的至少一对屏蔽电极A2、A2'和Α1、ΑΓ ; 测量电极电压的多对电压测量电极Α1*、Α1*'和MO、Μ0' ；以及 用于电压监控的至少一对电压监控电极M2、M2'和Ml、ΜΓ， 其中所述屏蔽电极A2，A2'短接，所述主电极Α0，Α0'短接，其它电极不短接。
[0007] 优选地，在上述双侧向测井仪电极系中，所述多对电压测量电极之中的一对电极 Μ0、Μ0'位于电极系中间，分别用来测量所述主电极Α0、Α0'的电压。
[0008] 优选地，在上述双侧向测井仪电极系中，所述多个电极从电极系的一端至另一端 依次排列为电极A2、电极A1*、电极A1、电极M2、电极Ml、电极A0、电极M0、电极M0'、电极 A0'、电极ΜΓ、电极M2'、电极ΑΓ、电极A1*'、电极A2'。
[0009] 本发明还提供一种双侧向测井仪，用于地层电阻率的测量，其具有上述的双侧向 测井仅电极系。
[0010] 另外，本发明还提供一种地层电阻率的测量方法，采用上述双侧向测井仪进行地 层电阻率测量，其特征在于，使上述双向测井仪工作在如下三种模式下： 在模式1中，输出模块输出的电流加载在电极Α1、ΑΓ和电极A2、A2'上，辅助监督电路 模块保持电极A1*与电极A2等电位，数据采集模块记录该模式下的电极M2、M2 '以及电极 Μ1、ΜΓ的电位，并记为、吃2,、,同时记录电极N的电位，记为！; 在模式2中，输出模块输出的电流加载在电极Α1，ΑΓ上，并且返回电极A2、A2'上，数 据采集模块记录该模式下的电极12、]\12'，电极組、]\11'的电位，并记为:;:_,、|||.:、|4、:1^ ，同时记录电极N电位，记为咬； 在模式3中，输出模块输出的电流加载在电极A0, A0'上，并且返回电极Α1、ΑΓ和电极 Α2、Α2'上，监督回路模块保持电极Α1*与电极Α2等电位，电极Α1*'与电极Α2'等电位，数 据采集模块记录该模式下电极Μ2、Μ2'，电极Μ1、ΜΓ，电极Μ0、Μ0'的电位，并记为 、繼、、_。、:謹I.:，同时记录电极Ν电位，记为G ;记录电极Α0、Α0'上的电流，记为 、:遍ιβ_。
[0011] 优选地，在上述地层电阻率测量方法中，利用所述模式1与所述模式3组合，可以 得到深侧向视电阻率：
其中，凝为深侧向仪器系数，
[0012] 优选地，在上述地层电阻率测量方法，利用所述模式2与所述模式3组合，可以得 到浅侧向视电阻率：
其中，&为浅侧向仪器系数，
[0013] 优选地，在上述地层电阻率测量方法，利用所述3种工作模式下采集的数据还可 以计算得到如下的高分辨率深、浅侧向视电阻率曲线：
其中，分别为高分辨率深、浅侧向仪器系数，
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点： 本发明解决了传统双侧向采用硬件聚焦方式，电路通过闭环实现主监控控制，受外围 环境影响大，聚焦效果偏差等问题，避免了硬聚焦中监督电极间剩余电位的影响，大幅度地 提高了纵向分辨率。同时，解决了仪器中心形成的垂直梯度，进一步增强了仪器的聚焦能 力，提高仪器的测量精度。
[0015] 另外，本发明可以同时获得2条标准深、浅电阻率曲线和2条高分辨率深、浅电阻 率曲线；高分辨率测井曲线能识别〇. lm的薄层，并且能测量得到0. 4m薄层的真实电阻率。
[0016] 再者，本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的设计方案可以有效缩短仪器长 度，提高仪器在复杂井眼环境下的适用性。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的结构示意图。
[0018] 图2A、图2B分别为本发明的高分辨率双侧向测井仪的模式1、模式3 ;图2C为采 用本发明的高分辨率双侧向测井仪合成得到的深侧向测井模式。
[0019] 图3A、图3B分别为本发明的高分辨率双侧向测井仪的模式2、模式3 ;图3C为采 用本发明的高分辨率双侧向测井仪合成得到的浅侧向测井模式。
【具体实施方式】
[0020] 传统的双侧向测井仪采用硬件聚焦方式，电路通过闭环实现主监控控制，受外围 环境影响大（温度变化，电源波动等），残余电压无法消除，聚焦效果偏差(逻辑双侧向主监 控放大倍数达到25000倍，接近电路设计的极限）。而本发明采用了软件聚焦方式。软件聚 焦是一种崭新的聚焦方式，它利用电场叠加原理，由两个非聚焦状态的电流合成为聚焦电 流，聚焦条件被无条件满足，故可防止硬件聚焦过程中监督电极间剩余电流的影响，从而成 为提高纵向分辨率的有效方法。
[0021] 本发明的高分辨率双侧向测井仪电极系的结构如图1所示，它主要由电极系、绝 缘芯棒两部分构成，电极系通过导线与测量电路连接，在整个系统中还包含有参考电极N (未图示)，回路电极B。另外，电极系是由设置在一绝缘芯棒上的14个电极构成，从电极系 的一端至另一端电极名称依次为 Α2、Α1*、Α1、Μ2、Μ1、Α0、Μ0、Μ0'、Α0'、ΜΓ、Μ2'、ΑΓ、Α1*'、 Α2'，并串装在一根绝缘芯棒上，电极之间采用绝缘材料隔开，且绝缘芯棒的中心为一根金 属棒，金属