高分辨率静自然电位测井仪的制作方法

文档序号:6107847阅读:219来源:国知局
专利名称:高分辨率静自然电位测井仪的制作方法
技术领域
发明领域本实用新型涉及一种测试仪器,特别是指一种石油地质勘探测井井下仪器,即高分辨率静自然电位测井仪。
背景技术
一般来说,在石油钻井过程中所使用的钻井泥浆都是水基泥浆,所以对于水基泥浆石油钻井来说,井内自然电位SP产生的原因主要有两个因地层水电阻率Rw和钻井泥浆产生的泥浆滤液电阻率Rmf的不同,引起离子的扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用,产生扩散吸附电位;因地层压力与泥浆柱压力不同时,在砂岩地层与泥浆接触的部分会发生过滤作用,产生过滤电位。
目前,石油地质勘探中自然电位SP测井仪的测量原理如图1所示图1中,1--泥岩地层;2--充满泥浆的裸眼井;3--测井凯装电缆;4--砂岩地层;5--测井地面仪器;6--测量电极;7--地面参考电极。
在已完钻的裸眼井2内放置一个测量电极6并通过测井凯装电缆3连接至地面测井仪器(5)上,地面放置一个参考电极(7)并通过导线与地面测井仪器(5)连接。当测量电极(6)沿井筒移动时,测井地面仪器即可记录下一条随井筒深度变化的自然电位SP曲线(如图2中(3)所示)。
实践证明,油井的自然电位主要是扩散吸附电位,只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下,才考虑过滤电位的影响。
在裸眼井中,自然电位SP产生的机理如图2所示。在图2中1--泥岩地层;2--充满泥浆的裸眼井;3--自然电位SP测井曲线图;4--砂岩地层;5--非渗透性致密岩性地层。
参见图2,当地层被钻穿后,钻井泥浆充满井筒内(2),泥浆滤液和孔隙中的地层水直接接触。由于在一般的情况下,泥浆滤液的电阻率Rmf大于地层水的电阻率Rw(钻井泥浆滤液的矿化度Cmf小于地层水的矿化度Cw),并假定泥浆滤液和地层水所含的盐类都为氯化钠NaCl,所以a.在砂岩储集层(4),氯离子Cl-和钠离子Na+从矿化度较高的储集层一侧向矿化度低的井筒泥浆一侧进行扩散。由于氯离子C1-的迁移速率比钠离子Na+快,所以当扩散达到平衡时,在该层段的井筒内所聚集的带负电荷氯离子Cl-比带正电荷的钠离子Na+多,从而在井眼和储集层之间形成的负电位差为Ej,Ej被称作扩散电位。Ej的大小与地层水的电阻率Rw和泥浆滤液的电阻率Rmf有关,即Ej=Kj×lgRmfRw---(1)]]>Kj=11.6 (在25℃时)b.在泥岩地层(1),由于泥岩中所含的粘土矿物对带负电的氯离子Cl-有非常强的吸附能力,所以氯离子Cl-无法进行迁移,只有带正电的钠离子Na+可以迁移到井筒内,从而在井眼和泥岩地层之间形成正电位差Em,Em被称作吸附电位。Em的大小与地层水电阻率Rw和泥浆滤液的电阻率Rmf有关,即Em=Km×lgRmfRw---(2)]]>Km=59.1(在25℃时)c.在非渗透性致密岩性地层(5),由于致密层没有孔隙不含地层水,不会有扩散现象发生,所以在井筒内也不会产生电位差。
我们将负电位Ej与正电位Em的和称作静自然电位SSP,即SSP=Ej+Em=Kj×lgRmfRw+Km×lgRmfRw]]>SSP=K×lgRmfRw---(3)]]>或SSP=K×lgCwCmf]]>其中SSP---静自然电位K---静自然电位系数,在25℃时,K=70.7Rmf---泥浆滤液电阻率Rw---地层水电阻率Cmf---泥浆滤液矿化度Cw---地层水矿化度由于静自然电位SSP的大小与地层水电阻率Rw和泥浆滤液电阻率Rmf有关,而泥浆滤液电阻率Rmf是已知的,所以可以用静自然电位SSP来求取地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw。而地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw是评价储集层含油饱和度不可缺少的一个十分重要的参数。
现有自然电位SP测量技术的缺陷现有自然电位SP测量原理如图3-1、图3-2所示,1--泥岩地层;2--井筒内泥浆;3--泥浆滤液冲洗带;4--砂岩原状地层。
其测量值SP的大小可用如下方程表示SP=Rm×Isp=SSP×RmRm+Rsh+Rxo+Rt---(4)]]>其中Rm----井筒内泥浆等效电阻Rsh---泥岩等效电阻Rxo---储集层冲洗带等效电阻Rt---储集层原状地层等效电阻SSP---静自然电位SP---自然电位Isp---自然电流从(4)式中可以看出,当静自然电位SSP、泥岩地层(1)等效电阻Rsh和井筒内泥浆(2)等效电阻Rm一定时,自然电位SP的幅值主要受储集层的冲洗带(3)等效电阻Rxo和原状地层(4)等效电阻Rt大小的影响。而Rxo和Rt的大小与该储集层的电阻率和层厚有关。当储集层的厚度一定时,Rxo和Rt随着储集层电阻率的增大而增大,而自然电位SP的幅值则随着Rxo和Rt增大而减小;当储集层电阻率一定时,Rxo和Rt会随着储集层厚度的减小而增大,从而导致自然电位SP的幅值减小。
所以,现有自然电位SP测井在储集层段的测量值并不等于静自然电位SSP,它受井筒直径、泥浆电阻率、储集层电阻率和厚度的影响很大,特别是当储集层的厚度变薄时(小于1米),现有自然电位SP测井曲线幅度会变得非常小甚至没有任何反应(参见图7)。所以,现有自然电位SP测井曲线不能直接用于定量计算地层水电阻率Rw,到目前为止,也没有任何一种其他的测井仪器能够进行直接准确地测量地层水电阻率Rw。

发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高分辨率静自然电位测井仪,它可解决长期以来没有任何一种测井仪器可以直接测量地层水电阻率Rw的难题,特别是,对于厚度大于0.3米的纯储集层,本实用新型所测资料可以直接用于计算地层水电阻率Rw。
从方程(4)可以看出,如果Rm>>Rsh+Rxo+Rt则有RmRm+Rsh+Rxo+Rt≈1---(5)]]>SP≈SSP要使(5)式成立,就必须增大泥浆等效电阻Rm。为了增大泥浆等效电阻Rm,就必然要求泥浆的电阻率非常高,而水基泥浆一般是由钠、钙、镁基膨润土和各种泥浆专用化学制剂加水调合而成,所以水基泥浆的电阻率通常都比较小,无法满足使(5)式成立的要求。因此想要依靠增大泥浆电阻率使得(5)式成立的做法在实际工程上是难以做到的。
在本实用新型中设计了一种全新的电极系,它是利用电场叠加的原理来实现SSP的测量,并对泥浆的电阻率没有特殊的要求。
本实用新型的技术方案是一种高分辨率静自然电位测井仪,它包括有静自然电位SSP电极系、测量电路,其特征在于所述的电极系是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的9个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A2、A1、M2、M1、M0、M1’、M2’、A1’、A2’;其中,M1、M1’;M2、M2’;A1、A1’;A2、A2’为同名电极并用导线短接;M0为静自然电位测量电极;M2、M2’、M1、M1’为一对监督电极;A2、A2’、A1、A1’为一对屏蔽电极;电极N置于远处;各同名电极、电极M0和电极N通过导线与测量电路相连接。
本实用新型的另一技术方案是一种高分辨率静自然电位测井仪,它包括有静自然电位SSP电极系、测量电路,其特征在于所述的电极系是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的7个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A1、M2、M1、M0、M1’、M2’、A1’;其中,M1、M1’;M2、M2’;A1、A1’为同名电极并用导线短接;M0为静自然电位测量电极;M2、M2’、M1、M1’为一对监督电极;A1、A1’为一对屏蔽电极;A2为回路电极;电极A2和电极N置于远处;各同名电极、电极M0、电极A2和电极N通过导线与测量电路相连接。
其中,所述的测量电路电路由运算放大器电路、运算放大器电路、信号运算放大器电路、多路开关和A/D模数转换电路、单片计算机以及D/A数模转换电路组成,其特征在于单片计算机是根据ΔVm的大小向屏蔽电极和回路电极之间提供电流,使得ΔVm趋近于零;并在ΔVm趋近于零时计算地层的静自然电位的数值。
本实用新型的基本工作原理是当测井仪通过测井铠装电缆下放到充满水基泥浆的井筒后,沿井筒内流动的自然电流Isp在流经电极M1、M2间的区域时,电极M1、M2之间便会产生电位差ΔVm,此时测量电路根据ΔVm的大小输出一个合适的电流信号Ip加到电极A1、A2上并在井筒内产生一个与自然电流Isp极性相反、大小相等的电流,使得电极M1、M2之间的电位差ΔVm趋近于零,即电极M1、M2等电位。当电极M1、M2的电位相等时,只要电极M1、M2的间距选得合适,在M1、M2之间井段的区域内就不会再有电流流过,相当于该区域内的等效电阻Rm为无穷大,即Rm>>Rsh+Rxo+RtRmRm+Rsh+Rxo+Rt≈1]]>
此时电极M0与电极N之间的电位差为SP=Rm×Isp=SSP×RmRm+Rsh+Rxo+Rt≈SSP]]>通过这种方法可测量到静自然电位SSP即当电极M1、M2之间的电位差ΔVm趋近于零时,电极M0与电极N之间的电位差即为静自然电位SSP。
根据公式(6)(7)可计算出地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw。
Rw=10-SSPK×Rmf---(6)]]>或Cw=10SSPK×Cmf---(7)]]>式中K----静自然电位系数,在25℃时,K=70.7本实用新型的优点在于本实用新型解决了长期以来没有任何一种测井仪器可以直接测量地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw的难题。由于本实用新型具有高分辨率的性能,可为描述薄储集层的含油特性提供有价值的测井资料。


图1是现有自然电位SP测量方法示意图;图2是自然电位产生的原理示意图;图3-1、图3-2是现有自然电位SP测量原理的示意图;图4是本实用新型高分辨率静自然电位SSP测井仪实施例1的原理框图;图5是本实用新型高分辨率静自然电位SSP测井仪实施例2的原理框图;图6是本实用新型所测资料计算出的地层水矿化度Cw与实验室通过岩芯分析得到的地层水矿化度对比图;图7是本实用新型在实际裸眼井中的测井曲线资料与传统自然电位SP测井及其它测井方法的曲线资料的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1本实用新型高分辨率静自然电位SSP测井仪实施例1的原理框图,如图4所示。在图4中电极系部分10包括电极M0(11)、电极M1(12)、电极M1’(12’)、电极M2(13)、电极M2’(13’)、电极A1(14)、电极A1’(14’)、电极A2(15)、电极A2’(15’)、电极N(16)。
本实用新型由静自然电位SSP电极系10、测量电路20组成。所述的电极系10是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的9个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A2(15)、A1(14)、M2(13)、M1(12)、M0(11)、M1’(12’)、M2’(13’)、A1’(14’)、A2’(15’)。其中,M1(12)、M1’(12’);M2(13)、M2’(13’);A1(14)、A1’(14’);A2(15)、A2’(15’)为同名电极并用导线短接;M0(11)为静自然电位测量电极;M2(13)、M2’(13’)、M1(12)、M1’(12’)为一对监督电极;A2(15)、A2’(15’)、A1(14)、A1’(14’)为一对屏蔽电极;电极N(16)置于远处;各同名电极、电极M0(11)和电极N(16)通过导线与测量电路相连接。
测量电路实现的功能是在地层中建立一个电场同时测量电场中各电极之间的电位差,并通过单片计算机计算来得到地层的静自然电位的数值。所述的测量电路20由以下电路构成运算放大器电路21;运算放大器电路22;信号运算放大器电路23;多路开关和A/D模数转换电路24;单片计算机25;D/A数模转换电路26。单片计算机25是根据ΔVm的大小向屏蔽电极和回路电极之间提供电流,使得ΔVm趋近于零;并在ΔVm趋近于零时计算地层的静自然电位的数值。
各电路的功能描述如下运算放大器电路22放大电极M0(11)、N(16)上的电位差信号;运算放大器电路23放大电极M1(12)、M2(13)上的电位差信号;多路开关和A/D模数转换电路24完成模拟信号/数字信号的转换;单片计算机25完成对仪器进行系统控制和对测量数据的处理;D/A数模转换电路完成数字信号/模拟信号的转换;运算放大器电路21向电极A1(14)、A2(15)提供聚焦电流Ip。
本实用新型的工作原理单片计算机25控制D/A转换电路26产生一聚焦电流Ip信号,该信号经运算放大器电路21放大后输出至电极系的电极A1、A2上,便在井筒内建立一电场,此电场与井筒内自然电位建立的电场叠加,在电极M0和N之间及M1和M2之间产生的电位差VM0及ΔVM也是两电场的叠加;VM0和ΔVM信号经运算放大器电路22、23分别放大后再由多路开关和A/D转换电路24转换为数字信号送至单片计算机中;单片计算机根据ΔVM信号的大小调整D/A转换电路输出信号Ip的大小,使得ΔVM/VM0≤0.0001。当ΔVM满足ΔVM/VM0≤0.0001要求后,在电极M0和N上测量到的信号VM0的数值,即为静自然电位SSP的近似数值。单片计算机将静自然电位SSP测量值通过测井专用的数据传输仪器27及测井专用铠装电缆传输至测井专用的测井地面仪器(28)中进行记录。
通过公式(6)或(7)可计算得到地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw。
Rw=10-SSPK×Rmf---(6)]]>或Cw=10SSPK×Cmf---(7)]]>式中K----静自然电位系数,在25℃时,K=70.7SSP----静自然电位Rmf----泥浆滤液电阻率实施例2本实用新型高分辨率静自然电位SSP测井仪实施例2的原理框图,如图5所示。在图5中电极系部分10包括电极M0(11)、电极M1(12)、电极M1’(12’)、电极M2(13)、电极M2’(13’)、电极A1(14)、电极A1’(14’)、电极A2(15)、电极N(16)。
本实用新型由静自然电位SSP电极系10和测量电路20。所述的电极系10是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的7个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A1(14)、M2(13)、M1(12)、M0(11)、M1’(12’)、M2’(13’)、A1’(14’)。其中,M1(12)、M1’(12’);M2(13)、M2’(13’);A1(14)、A1’(14’)为同名电极并用导线短接;M0(11)为静自然电位测量电极;M2(13)、M2’(13’)、M1(12)、M1’(12’)为一对监督电极;A1(14)、A1’(14’)为一对屏蔽电极;A2(15)为回路电极;电极A2(15)和电极N(16)置于远处;各同名电极、电极M0(11)、电极A2(15)和电极N(16)通过导线与测量电路相连接。
测量电路20与实施例1相同,故不再赘述。
实施例1和实施例2中的两种电极系的区别在于A2(15)电极既可以作为一对同名电极A2(15)、A2’(15’)对称置于电极系主体的两端(参见图4),也可作为单一的一个电极A2(15)置于电极系主体之外(参见图5),这两种电极系配合测量电路20都可实现本发明的目的。
本实用新型在完钻的裸眼井中进行了测井,得到的测井曲线资料参见图6和图7。
图6是本实用新型所测资料计算出的地层水矿化度Cw与实验室通过岩芯分析得到的地层水矿化度对比图。在图6中Cw--用SSP曲线计算出的地层水矿化度,横直线表示实验室分析的地层水矿化度;SP--自然电位测井曲线;SSP--高分辨率静自然电位测井曲线;RMG--微梯度测井曲线;RMN--微电位测井曲线。
图7是在同一口裸眼井中本实用新型所测的曲线资料与传统自然电位SP测井及其它测井方法的曲线资料的对比图。在图7中CAL--井径测井曲线;GR--自然伽玛测井曲线;AC--声速测井曲线;RMG--微梯度测井曲线;RMN--微电位测井曲线;SP--自然电位测井曲线;SSP--高分辨率静自然电位测井曲线;MSFL--微球形聚焦测井曲线;LL3D--高分辨率深侧向测井曲线;LL3S--高分辨率浅侧向测井曲线。
通过上述两口井的测井曲线资料,可以得到以下结论1、由图6中(1)(2)(3)处可以看到,在纯砂岩地层,利用本发明所测资料计算出的地层水矿化度Cw与实验室通过岩芯分析得到的地层水矿化度相符。说明本实用新型解决了长期以来没有任何一种测井仪器可以直接测量地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw的难题。
2、本实用新型所测资料的分辨率与微电位、微梯度测井曲线的分辨率相当。参见图7。例如在图7中(1)处,该地层的厚度约为0.3米,本发明所测曲线有明显的反映,而传统SP曲线在该层几乎没有反映。这说明本实用新型所测曲线的分辨率已经达到了本发明的要求。
3、对于含泥质较重的储集层,利用本实用新型所测资料计算地层水电阻率Rw或地层水矿化度Cw时,要进行必要的泥质校正。
通过图6、图7所示的实测测井曲线资料说明上述实施方案实现了本实用新型的目的。
权利要求1.一种高分辨率静自然电位测井仪,它包括有静自然电位SSP电极系(10)和测量电路(20),其特征在于所述的电极系(10)是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的9个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A2(15)、A1(14)、M2(13)、M1(12)、M0(11)、M1’(12’)、M2’(13’)、A1’(14’)、A2’(15’);其中,M1(12)和M1’(12’);M2(13)和M2’(13’);A1(14)和A1’(14’);A2(15)和A2’(15’)为同名电极并用导线短接;M0(11)为静自然电位测量电极;M2(13)、M2’(13’)和M1(12)、M1’(12’)为一对监督电极;A2(15)、A2’(15’)和A1(14)、A1’(14’)为一对屏蔽电极;电极N(16)置于远处;各同名电极、电极M0(11)和电极N(16)通过导线与测量电路相连接。
2.一种高分辨率静自然电位测井仪,它包括有静自然电位SSP电极系(10)、测量电路(20),其特征在于所述的电极系(10)是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的7个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A1(14)、M2(13)、M1(12)、M0(11)、M1’(12’)、M2’(13’)、A1’(14’);其中,M1(12)和M1’(12’);M2(13)和M2’(13’);A1(14)和A1’(14’)为同名电极并用导线短接;M0(11)为静自然电位测量电极;M2(13)、M2’(13’)和M1(12)、M1’(12’)为一对监督电极;A1(14)、A1’(14’)为屏蔽电极;A2(15)为回路电极;电极A2(15)和电极N(16)置于远处;各同名电极、电极M0(11)、电极A2(15)和电极N(16)通过导线与测量电路相连接。
3.根据权利要求1或2所述的高分辨率静自然电位测井仪,所述的测量电路(20),它由运算放大器电路(21)、运算放大器电路(22)、信号运算放大器电路(23)、多路开关和A/D模数转换电路(24)、单片计算机(25)以及D/A数模转换电路(26)组成,其特征在于单片计算机(25)是根据电极M1、M2之间产生的电位差ΔVm的大小向屏蔽电极和回路电极之间提供电流,使得ΔVm趋近于零;并在ΔVm趋近于零时计算地层的静自然电位的数值。
4.根据权利要求1或2所述的高分辨率静自然电位测井仪,其特征在于它包括运算放大器电路(21)的输入端与D/A数模转换电路(26)相连接,输出端与电极A1(14)和电极A2(15)相连接;运算放大器电路(22)的输入端与电极M0(11)和电极N(16)相连接,输出端与多路开关和A/D模数转换电路(24)相连接;信号运算放大器电路(23)的输入端与电极M1(12)和电极M2(13)相连接,输出端与多路开关和A/D模数转换电路(24)相连接;多路开关和A/D模数转换电路(24)的输出端与单片计算机(25)相连接。
专利摘要一种高分辨率静自然电位测井仪,它包括有静自然电位SSP电极系和测量电路。电极系是由镶嵌在一绝缘棒上的对称排列的9个电极环构成电极系主体,其由上至下的排列次序为A2、A1、M2、M1、M0、M1'、M2'、A1'、A2';其中,M1、M1';M2、M2';A1、A1';A2、A2'为同名电极并用导线短接;M0为静自然电位测量电极;电极N置于远处;各同名电极、电极M0和电极N通过导线与测量电路相连接。测量电路电路根据ΔVm的大小向A1电极和A2电极之间提供电流,使得ΔVm趋近于零;并在ΔVm趋近于零时计算地层的静自然电位的数值。本实用新型具有高分辨率的性能,可为描述薄储集层的特性提供可靠数据资料。
文档编号G01V3/08GK2911178SQ20052012873
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者聂国柱 申请人:聂国柱
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