电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置与流程

本发明涉及地球物理测井技术领域，特别是指一种电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置。

背景技术：

过套管电阻率测井可以解决套管井中的地层电阻率测量问题，新一代套管井测井技术的运用,特别是套管井电阻率测井仪的研制成功，为油气田的动态开发与监测提供了一种重要手段。促使套管井测井进入了“地层评价”的新的应用领域,这是套管井测井技术的重要进展。自从上个世纪90年代初Kaufman发表过套管井电阻率测井的测量方法及计算理论后，在过套管井电阻率仪器研制上都有了较大的突破，到本世纪初已初步进入了商用阶段。但商用的过套管电阻率测井仪器目前主要是Schlumberger公司的过套管电阻率测井仪器CHFR(Cased Hole Formation Resistivity)和俄罗斯的过套管电阻率测井仪器ЭКОС-31-7。与此同时我国也纷纷开展了仪器的研制和引进，中国石油集团测井有限公司技术中心及长城钻探工程公司测井公司都开展了过套管电阻率测井仪样机的研制。

但现在所有测井仪器和测量方法都无法消除由于电极测量环境及环境变化(由于电极接触不良,套管壁原油的存在,套管锈蚀等因素)所产生的影响，已成为现阶段在过套管井电阻率测井所遇到的一个难以解决的技术问题。然而，测量与模拟都已发现电极测量环境因素的变化对过套管井电阻率测量结果的影响是非常大的，即便是在同一测井井段，同时测量几次，测量结果往往会存在很大的差别，甚至会出现负异常。另一方面由于金属套管的高导电性，与电极测量环境因素所引起的电阻变化存在巨大的反差，再加之电极测量环境因素变化的随机性，对电极测量环境因素影响的定量测量及校正存在很大困难，上述现象测井专家早已意识到了，但是电极测量环境因素的变化对测量结果影响的检测与校正目前还尚未查到相关研究报道，还没有解决的办法，也没有校正的方法，认识也十分不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置，能够自动消除电极测量环境因素变化对测量结果的影响。

基于上述目的本发明提供电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法，包括步骤：

采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量；

根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率。

在本发明的一些实施例中，所述采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量包括：

供电电极A₁和A₂，测量时贴近套管内壁，向套管注入电流；B为回路电极,实际测量时的电流回流电极；C、N和E为测量电极，电极C、E的电位差Δ₁U_CE，N电极的电位U_N；二阶电位差Δ₂U_CE；电位差计V_c1、V_c2、V_N1、V_N2、V_E1、V_E2，用于测量电位；内阻R_c1、R_c2、R_N1、R_N2、R_E1、R_E2，双表头电位差计的内阻不同；微安表μA_c1、μA_c2、μA_N1、μA_N2、μA_E1、μA_E2用来测量各支路电流；供电电流为I。

在本发明的一些实施例中，所述采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量包括：

接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1；各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位；

然后，保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2；各电位差计与电流表读数满足：

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位；

最后，根据测量的数据，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解。

在本发明的一些实施例中，所述根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率包括：

利用上电极(或下电极)供电，然后利用电势计算地层视电阻率。

在本发明的一些实施例中，所述利用上电极或下电极供电，则根据公式计算获得地层视电阻率；其中，K＝L²R_co/4，R_co为套管单位长度对应的地层横向电阻，L为电极距，Δ₂U为二阶电位差，U(z)为z点电势。

在本发明的一些实施实例中，所述根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率包括：

采用上、下电极分别供电，然后分别计算上、下电极分别供电供时的电势计算地层视电阻率。

在本发明的一些实施例中，采用上、下供电电极A₁、A₂交替供电，由测量电极C、E、N测得电位U、一阶电位Δ₁U_CE、二阶电位Δ₂U_CE；

当上供电电极A₁供电时，设：为中心测量电极与套管接触点的电位；为与套管相接触的两个上部测量电极之间的初级电位差；为三个测量电极与套管接触点之间的二次电位差；为上供电电极A₁与套管接触点的电流，电极距L＝CE；则计算地层视电阻率的公式为：

其中，k为仪器系数(k＝L²R_co/4)。

另外，本发明还提供了一种电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井装置，包括：

电势测量单元，用于采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量；

地层视电阻率计算单元，用于根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率。

在本发明的一些实施例中，所述电势测量单元包括依次连接的电源接通模块、开关切换模块以及电势计算模块；

其中，电源接通模块接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1；各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位；

开关切换模块则保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2；各电位差计与电流表读数满足：

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位；

电势计算模块根据测量的数据，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解。

在本发明的一些实施例中，所述地层视电阻率计算单元包括并列存在的单电极计算模块和双电极计算模块；

其中，单电极计算模块利用上电极或下电极供电，然后利用电势U_C、U_N、U_E，根据公式计算获得地层视电阻率；其中，K＝L²R_co/4，R_co为套管单位长度对应的地层横向电阻，L为电极距，Δ₂U为二阶电位差，U(z)为z点电势；

或者双电极计算模块采用上、下供电电极A₁、A₂交替供电，由测量电极C、E、N测得电位U、一阶电位Δ₁U_CE、二阶电位Δ₂U_CE；当上供电电极A₁供电时，设：为中心测量电极与套管接触点的电位；为与套管相接触的两个上部测量电极之间的初级电位差；为三个测量电极与套管接触点之间的二次电位差；为上供电电极A₁与套管接触点的电流，电极距L＝CE；则地层视电阻率写为

其中，k为仪器系数(k＝L²R_co/4)。

从上面所述可以看出，本发明提供的电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置，可以自动消除仪器电极测量环境变化对测量结果所产生影响，在测量方法及装置上获得了新的突破，可有效地自动消除电极测量环境变化对测量结果的影响。

附图说明

图1为本发明实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井原理图；

图3为本发明一个可参考实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图；

图4为本发明另一个可参考实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图；

图5为本发明实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

作为本发明的实施例，参阅图1所示，为本发明实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图。其中，所述电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法包括：

步骤101，采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量。

其中，两内阻不同的两个电位差计就是采用双表头测量电极，利用双表头(内阻不同)的电表读数可以精确计算测量点金属套管壁的电势。从而，获得的测量点金属套管的电势为消除电极测量环境影响后的电极测量点金属套管壁的准确电位。

作为一个实施例，电极测量环境影响自动校正型过套管电阻率测井方法的原理图可以如图2所示，其中仪器尺寸为：A₁ 1.3C 0.5N 0.5E 1.3A₂(字母代表测量电极，电极间数字表示电极间距离，单位为米)。A₁和A₂为供电电极，测量时贴近套管内壁，向套管注入电流。B为回路电极,实际测量时的电流回流电极。C、N和E为测量电极，电极C、E的电位差Δ₁U_CE，N电极的电位U_N；二阶电位差Δ₂U_CE。在该原理图中，电位差计V_c1、V_c2、V_N1、V_N2、V_E1、V_E2，用于测量电位；内阻R_c1、R_c2、R_N1、R_N2、R_E1、R_E2，，双表头电位差计的内阻不同；微安表μA_c1、μA_c2、μA_N1、μA_N2、μA_E1、μA_E2用来测量各支路电流。供电电流为I。

在较佳地实施例中，在测量过程中若供电电极的供电电流不变，则套管电势分布就是确定的。首先接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1。优选地，各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

然后，保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2。优选地，将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置时，由于电表电阻相当大，对金属套管的电势分布几乎没有影响，所以各电位差计与电流表读数满足

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

最后，可以根据测量的数据，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解，获得消除电极测量环境影响后的电极测量点金属套管壁的准确电位。需要说明的是，开关1、2可以使用与非门开关实现。

步骤102，根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率。

作为实施例，所述电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的实施例中计算的地层视电阻率不受电极测量环境变化的影响,实现电极测量环境变化对测量结果影响的自动校正甚至消除，可以有效提高仪器的测量精度。较佳地实施例，视电阻率的测量可以为利用上电极(或下电极)供电，然后利用电势U_C、U_N、U_E计算地层视电阻率。也可以视电阻率的测量为采用上、下电极分别供电，然后分别计算上、下电极分别供电供时的电势U_C、U_N、U_E计算地层视电阻率。

在优选地实施例中，如果利用上电极(或下电极)供电，则利用电势U_C、U_N、U_E，根据公式(其中，K＝L²R_co/4，R_co为套管单位长度对应的地层横向电阻，L为电极距，Δ₂U为二阶电位差，U(z)为z点电势。)计算获得地层视电阻率。

如果采用上、下供电电极A₁、A₂交替供电，由测量电极C、E、N(N在中间)测得电位U、一阶电位Δ₁U_CE、二阶电位Δ₂U_CE。当上供电电极A₁供电时，设：为中心测量电极与套管接触点的电位；为与套管相接触的两个上部测量电极之间的初级电位差；为三个测量电极与套管接触点之间的二次电位差；为上供电电极A₁与套管接触点的电流，电极距L＝CE。之后，计算所述地层视电阻率的公式可以写为：

其中，k为仪器系数(k＝L²R_co/4)。

参阅如图3所示，为本发明一个可参考实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图，所述电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法包括：

步骤301，接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置。

步骤302，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1。

其中，各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

步骤303，保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置。

步骤304，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2。

其中，各电位差计与电流表读数满足

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

步骤305，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解。

步骤306，利用上电极(或下电极)供电，根据公式计算获得地层视电阻率。其中，K＝L²R_co/4，R_co为套管单位长度对应的地层横向电阻，L为电极距，Δ₂U为二阶电位差，U(z)为z点电势。

参阅如图4所示，为本发明另一个可参考实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的流程示意图，所述电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法包括：

步骤401，接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置。

步骤402，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1。

其中，各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

步骤403，保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置。

步骤404，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2。

其中，各电位差计与电流表读数满足

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

步骤405，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解。

步骤406，采用上、下供电电极A₁、A₂交替供电，由测量电极C、E、N(N在中间)测得电位U、一阶电位Δ₁U_CE、二阶电位Δ₂U_CE。

步骤407，当上供电电极A₁供电时，设：为中心测量电极与套管接触点的电位；为与套管相接触的两个上部测量电极之间的初级电位差；为三个测量电极与套管接触点之间的二次电位差；为上供电电极A₁与套管接触点的电流，电极距L＝CE。之后，计算所述地层视电阻率的公式可以写为：

其中，k为仪器系数(k＝L²R_co/4)。

还值得说明的是，如图5所示，为本发明实施例中电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井装置的结构示意图，包括电势测量单元501和地层视电阻率计算单元502。其中，电势测量单元501采用两内阻不同两个电位差计，通过交互供电模式实现两表电势测量。然后由地层视电阻率计算单元502根据获得的测量点金属套管的电势以及视电阻率的测量，计算地层视电阻率。

在一个较佳地实施例中，电势测量单元501可以包括依次连接的电源接通模块、开关切换模块以及电势计算模块。其中，电源接通模块可以接通电源，先将开关(k₁、k₂、k₃)合到1的位置，记录电位差计与电流表读数V_c1、V_N1、V_E1与I_c1、I_N1、I_E1。优选地，各电位差计与电流表读数满足：

I_c1R_C+V_C1＝U_C (1)

I_N1R_N+V_N1＝U_N (2)

I_E1R_E+V_E1＝U_E (3)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

开关切换模块则保持电源接通状态不变，再将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置，记录电位差计与电流表读数V_c2、V_N2、V_E2与I_c2、I_N2、I_E2。优选地，将开关(k₁、k₂、k₃)合到2的位置时，由于电表电阻相当大，对金属套管的电势分布几乎没有影响，所以各电位差计与电流表读数满足

I_c2R_C+V_C2＝U_C (4)

I_N2R_N+V_N2＝U_N (5)

I_E2R_E+V_E2＝U_E (6)

其中，R_C、R_N、R_E为电极测量环境等效电阻，U_C、U_N、U_E为电极测量点C、N、E金属套管壁的电位。

电势计算模块可以根据测量的数据，对(1)--(6)中的电势U_C、U_N、U_E求解，获得消除电极测量环境影响后的电极测量点金属套管壁的准确电位。

在另一个较佳地实施例中，地层视电阻率计算单元502可以包括并列存在的单电极计算模块和双电极计算模块。其中，单电极计算模块利用上电极(或下电极)供电，然后利用电势U_C、U_N、U_E计算地层视电阻率。进一步地，利用电势U_C、U_N、U_E，根据公式(其中，K＝L²R_co/4，R_co为套管单位长度对应的地层横向电阻，L为电极距，Δ₂U为二阶电位差，U(z)为z点电势。)计算获得地层视电阻率。

双电极计算模块采用上、下电极分别供电，然后分别计算上、下电极分别供电供时的电势U_C、U_N、U_E计算地层视电阻率。进一步地，采用上、下供电电极A₁、A₂交替供电，由测量电极C、E、N(N在中间)测得电位U、一阶电位Δ₁U_CE、二阶电位Δ₂U_CE。当上供电电极A₁供电时，设：为中心测量电极与套管接触点的电位；为与套管相接触的两个上部测量电极之间的初级电位差；为三个测量电极与套管接触点之间的二次电位差；为上供电电极A₁与套管接触点的电流，电极距L＝CE。则视电阻率可以写为

其中，k为仪器系数(k＝L²R_co/4)。

需要说明的是，在上面已经详细说明了电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法的整个过程，在此与电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井装置相同之处不再重复说明。

综上所述，本发明提供的一种电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置，创造性地通过交互供电模式进行测量，在测量方法上获得了突破；并且，利用双表头(内阻不同)的电表读数可以实现电极测量点金属套管壁电势及电极环境影响等效电阻的精确测量(计算)；而且，所测量(计算)的地层视电阻率不受电极测量环境变化的影响,实现电极测量环境变化对测量结果影响的自校正(消除)，可有效消除因电极测量环境所造成的测量结果不准或负异常现象,较大幅度地提高了仪器的测量精度；与此同时，测量时并不需要尽可能刮除套管壁原油或套管修饰等(苛刻的测量条件)的要求，只要能够导电就可以，大大降低了对测量条件的要求，给操作带来了极大的方便；从而，本发明具有广泛、重大的推广意义；最后，整个所述的电极测量影响自动校正型过套管电阻率测井方法和装置紧凑，易于控制。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的事，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。