变线源电阻率连续测量方法与流程

本发明涉及电法勘探技术领域。

背景技术：

传统的充电法测量技术的一次场基础理论、测量方法和相应的数学模型的现状如下：

俄罗斯地球物理学家：对“井—地建场激电法”进行了全面的研究。它将一个发射电极布设在井口附近,另一个分两次布于研究目标的上方和下方,向地下扫频发射交变的方波电流，地面(偶极)接收与发射频率变化有关的电位差和相位值信号。实践表明：获得的目标层电导率、电阻率、极化相位和极化相位差等参数,能准确确定油藏的边界范围及不同区块的含油性差异。

东方地球物理公司：引进了俄罗斯的整套方法技术和软件。在消化吸收的基础上，在部分油田进行了技术服务，取得了较好效果。由于要求一个发射电极在井中移动(容易造成井壁坍塌事故)、成本高等原因，未规模推广应用。

西南石油大学(张天伦教授)：提出了“地—井工作方式的三极梯度法”寻找小块油气藏的测量方法，所谓“地－井工作方式的三极梯度法”,它是把一个供电电极布设井口附近的地面上，而将另一供电电极布置设在“无穷远”处(约为井深的5-10倍)，两个测量电极保持固定极距在井中逐点移动,测量电阻率值。该方法可根据油气藏的高阻特性，采用梯度异常分析，探测油气藏方位及边界。

该方法要求两个测量电极在裸眼井中移动(容易造成井壁坍塌事故)，应用范围受到了很大限制。

大港油田研究院：从80年代初就开展了“电位法井间监测技术”的研究工作。该方法是利用被测井和周围另外一口井套管作为发射电极,地面布置测量电极，测量施工过程中的电位梯度变化来解释推断油井压裂裂缝方位及长度、注水井注水推进方向和波及前沿、调剖效果评价、蒸汽驱蒸汽扩散方向和波及范围等参数。目前，已应用近1000井次，收到了很好效果。

该方法是把两井套管作为发射电极，测量参数只能反映平面问题，不能进行纵向多层段解释。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种变线源电阻率连续测量方法，以解决因在井孔中，移动发射电极或接收电极造成的井壁坍塌等隐患，实现井孔周围测点纵向电阻率的连续测量,即得到电阻率剖面曲线等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

变线源电阻率连续测量方法，将钻孔中不断加长的钻具或钻孔中的导线作为一个发射电极，随着该电极的不断加长，充电导体从上到下也在不断的增大，增加的充电导体的电阻率不是一个常数，这样在地面M、N测量点连续测量其电位差的变化，就会得到充电体在不同深度上的电阻率值，即纵向电阻率曲线，从而解决了充电体在纵向上的非均质性描述。

所述测量方法的具体实施步骤：

(1)确定发射电极A的位置，并实时测量A电极的接地电阻，小于3Ω时，方可进行供电测量；

(2)确定发射电极B的位置，发射电极B可以是一个接地点、固定长度的金属导线或长度不断变化的钻具；

(3)根据测量任务要求，布置M、N、P等多个地面测点，并布设好测点到接收机的信号传输线；

(4)钻具深度记录仪与电位差测量仪统一校准时钟；

(5)发射电极A不断加长(记录每时刻的深度值)，待接地电阻小于3Ω后，接收机就开始连续测量M、N、P等多个测点的电位差，即每时刻的电位差值；

(6)将每时刻记录的深度值与每时刻测量记录的电位差值进行匹配，得到不同深度的电位差值；

(7)应用本测量方法的一次场反演公式(1、2)计算，求出钻具到达不同深度时的充电体(地层)电阻率值，即：

t₁时刻，测得的电位差为在供电电流和装置参数均已知的情况下，就可反演出ρ₁；

同样，t₂时刻，测得的电位差为在供电电流和装置参数均已知的情况下，就可反演出ρ₁₂。

(1)和(2)式中：

r_AM—测点M与A极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_AN—测点N与A极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_BM—测点M与B极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_BN—测点N与B极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

h₁—t₁时刻钻具到达的深度(m)，钻具深度录井仪得到；

h₂—t₂时刻钻具到达的深度(m)，钻具深度录井仪得到；

I—供电电流强度(A)，发射机显示该数据；

ρ₁—h₁层介质的电阻率(Ω.m)，应用(1)反演得到；

ρ₁₂—h₁和h₂层介质的电阻率综合值(Ω.m),应用(2)反演得到。

(8)利用层状介质电阻率并联公式，求出每个小层的电阻率值；

(3)式是两层介质电阻率求解公式，式中ρ₁₂是钻具穿过第一层到达第二层介质界面时的电阻率值(它是ρ₁、ρ₂的综合值)，在已知第一层介质厚度h₁、第二层的厚度介质h₂；第一层介质电阻率ρ₁，应用上式就可求出第二层的电阻率ρ₂；

(4)式是三层介质电阻率求解公式，式中ρ₁₂₃是钻具穿过第一层、第二层到达第三层介质界面时的电阻率值(ρ₁、ρ₂、ρ₃的综合值)，在已知第一层介质厚度h₁、第二层的厚度介质h₂和第三层介质h₃；第一层和第二层介质电阻率ρ₁₂时，应用上式就可求出第三层的电阻率ρ₃

h₁、h₂、h₃：第一层、第二层、第三层的厚度；

ρ₁、ρ₂、ρ₃：第一层、第二层、第三层的电阻率值；

ρ₁₂：第一层、第二层的电阻率值综合值；

ρ₁₂₃：第一层、第二层、第三层的电阻率值综合值。

实际上(3)式是一个递推公式，即钻具到达某个位置时，用上段介质的电阻率综合值、上段介质的厚度值和下段介质的厚度值就可求出下段介质的电阻率值。

(9)以求出每个小层的电阻率值为横坐标，以深度值为纵坐标做图，就得到了该测点的纵向电阻率曲线。

本发明的优点与效果：

本发明在完成方法理论研究的基础上，开展了5次现场测试工作，即在不同方向的新老井点、断层、岩性变化带等区域共实施191个测试点。通过将测量点电阻率曲线与新、老井常规测井电阻率曲线对比，1.5m以上砂岩储层吻合率达到95.8％。

与常规测井曲线相比，变线源电阻率连续测量技术能够利用井间的电阻率变化识别储层与连通性变化，而测井曲线仅能反映本井周围的储层厚度，对于井间储层连通性的分布范围难以确定；与地震资料相比，受地震资料分辨率低的影响，厚度低于5m的薄砂层难以识别，该技术可识别厚度5m以下的薄砂层分布，横向探测距离已达到700m。

附图说明

图1是本发明原理示意图。

图2是本发明实施例的井身结构图。

图3是本发明实施例的测点地面投影图。

图4是本发明实施例的1000～1080m测量曲线图。

图5是本发明实施例的1405～1480m测量曲线图。

图6是本发明实施例的1410～1485m测量曲线图。

图7是本发明实施例井的264°方向的剖面图。

图8是本发明实施例井的264°方向砂体图。

图9是本发明实施例的井84°方向的剖面图。

图10是本发明实施例的井84°方向的砂体图。

图11是本发明实施例的井264°方向的砂体边界图。

具体实施方式

本发明的变线源电阻率连续测量方法，是将钻孔中不断加长的钻具或钻孔中的导线作为一个发射电极，随着该电极的不断加长，充电导体从上到下也在不断的增大，增加的充电导体的电阻率不是一个常数，这样在地面M、N测量点连续测量其电位差的变化，就会得到充电体在不同深度上的电阻率值，即纵向电阻率曲线，从而解决了充电体在纵向上的非均质性描述。

本发明创新性提出将钻孔(或钻孔中的导线)中不断加长的钻具作为一个发射电极，随着该电极的不断加长，充电导体从上到下也在不断的增大(增加的充电导体基本上不是均质，即电阻率不是一个常数)，将电流发射由传统的点源发展为连续变化的线源，这样在地面M、N测量点连续测量其电位差的变化，就会得到充电体在不同深度上的电阻率值(纵向电阻率曲线)，从而解决了充电体在纵向上的非均质性描述。

参见图1、2所示。图1、2中编号说明：

1.1、A是长度不断变化的钻具，它作为一个发射电极(发明点)；

1.2、B是A周围的一个接地点，它作为另外一个发射电极(可以是一个接地点、固定长度的金属导线或长度不断变化的钻具)，图中是固定长度的金属导线；

1.3、接收机，测量电位差信号的测量仪；

1.4、发射机，向地下充电的动力源；

1.5、M为地面上的测量点；

1.6、N为地面上的测量点；

1.7、P为地面上的测量点；

1.8、地层1，电阻率ρ₁，厚度h₁；

1.9、地层2，电阻率ρ₂，厚度h₂；

2.1、井口；

2.2、表层套管；

2.3、技术套管。

本发明的技术方案和实施步骤：

(1)确定发射电极A(A周围有金属导电的钻孔)的位置，并实时测量A电极的接地电阻，小于3Ω时，方可进行供电测量；

(2)确定发射电极B的位置，发射电极B可以是一个接地点、固定长度的金属导线或长度不断变化的钻具；

(3)根据测量任务要求，布置M、N、P等多个地面测点，并布设好测点到接收机的信号传输线；

(4)钻具深度记录仪与电位差测量仪统一校准时钟；

(5)发射电极A不断加长(记录每时刻的深度值)，待接地电阻小于3Ω后，接收机就开始连续测量M、N、P等多个测点的电位差(即每时刻的电位差值)；

(6)将每时刻记录的深度值与每时刻测量记录的电位差值进行匹配，得到不同深度的电位差值；

(7)应用本测量方法的一次场反演公式(1、2)计算，求出钻具到达不同深度时的充电体(地层)电阻率值，即：

t₁时刻，测得的电位差为在供电电流和装置参数均已知的情况下，就可反演出ρ₁。

同样，t₂时刻，测得的电位差为在供电电流和装置参数均已知的情况下，就可反演出ρ₁₂。

(1)和(2)式中：

r_AM—测点M与A极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_AN—测点N与A极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_BM—测点M与B极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

r_BN—测点N与B极之间的距离(m)，GPS测量仪测量得到；

h₁—t₁时刻钻具到达的深度(m)，钻具深度录井仪得到；

h₂—t₂时刻钻具到达的深度(m)，钻具深度录井仪得到；

I—供电电流强度(A)，发射机显示该数据；

ρ₁—h₁层介质的电阻率((Ω.m)，应用(1)反演得到；

ρ₁₂—h₁和h₂层介质的电阻率综合值(Ω.m),应用(2)反演得到。

(8)利用层状介质电阻率并联公式，求出每个小层的电阻率值；

(3)式是两层介质电阻率求解公式，式中ρ₁₂是钻具穿过第一层到达第二层介质界面时的电阻率值(它是ρ₁、ρ₂的综合值)，在已知第一层介质厚度h₁、第二层的厚度介质h₂；第一层介质电阻率ρ₁，应用上式就可求出第二层的电阻率ρ₂；

(4)式是三层介质电阻率求解公式，式中ρ₁₂₃是钻具穿过第一层、第二层到达第三层介质界面时的电阻率值(ρ₁、ρ₂、ρ₃的综合值)，在已知第一层介质厚度h₁、第二层的厚度介质h₂和第三层介质h₃；第一层和第二层介质电阻率ρ₁₂时，应用上式就可求出第三层的电阻率ρ₃

h₁、h₂、h₃：第一层、第二层、第三层的厚度；

ρ₁、ρ₂、ρ₃：第一层、第二层、第三层的电阻率值；

ρ₁₂：第一层、第二层的电阻率值综合值；

ρ₁₂₃：第一层、第二层、第三层的电阻率值综合值。

实际上(3)式是一个递推公式，即钻具到达某个位置时，用上段介质的电阻率综合值、上段介质的厚度值和下段介质的厚度值就可求出下段介质的电阻率值。

(9)以求出每个小层的电阻率值为横坐标，以深度值为纵坐标做图，就得到了该测点的纵向电阻率曲线。

本发明的适用条件：

(1)在所要测量的“目的层”上段，没有低阻覆盖层；

(2)层间介质电阻率差异要求在2倍以上。

举例说明某井的测量实例：

第一阶段，该井的井身结构参见图3所示。

图3中编号说明：

3.1、井口；

3.2、84°方向测点；

3.3、219°方向测点；

3.4、264°方向测点。

该井底在地面投影点为中心布置三条侧线，共19个测点(参见图3)。

第一条侧线(264°方向)布置7个测点，与井口距离依次为35m、55m、75m、95m、115m、135m、155m；

第二条侧线(219°方向)布置6个测点，与井口距离依次为20m、50m、70m、90m、108m、208m；

第三条侧线(84°方向)布置6个测点，与井口距离依次为137m、157m、177m、544m、564m、584m；

布置测量电极19个、测量线8000m、测量电缆40m、A井供电线1100m、B井供电线(港2-23井)供电线600m；

第二阶段，测试准备：调试仪器进行初始场电位差测试，录取初始场电位差数据240个。

第三阶段，测试施工：录取异常场电位差数据32960个；

第四阶段，回收测量电极19个、测量线8000m、测量电缆40m、A井供电线1100m、B井供电线600m。

本实施例的井测试成果

(1)随钻电阻率曲线与测井曲线对比

图4～图6分别是该井84°方向测线(1000～1080m和1405～1480m深度)、264°方向测线(1410～1485m深度)，在不同点距的随钻测量成果。

图中4～图6中的编号说明：

4.1、井(1000～1080m)自然电位曲线；

4.2、井(1000～1080m)电阻率曲线；

4.3、84°方向147m处测得的纵向电阻率曲线；

4.4、84°方向167m处测得的纵向电阻率曲线；

4.5、84°方向554m处测得的纵向电阻率曲线；

4.6、84°方向574m处测得的纵向电阻率曲线。

5.1、井(1405～1480m)自然电位曲线；

5.2、井(1405～1480m)电阻率曲线；

5.3、84°方向147m处测得的纵向电阻率曲线；

5.4、84°方向167m处测得的纵向电阻率曲线；

5.5、84°方向554m处测得的纵向电阻率曲线；

5.6、84°方向574m处测得的纵向电阻率曲线。

6.1、港1-68井(1410～1485m)自然电位曲线；

6.2、港1-68井(1410～1485m)电阻率曲线；

6.3、264°方向45m处测得的纵向电阻率曲线；

6.4、264°方向65m处测得的纵向电阻率曲线；

6.5、264°方向85m处测得的纵向电阻率曲线；

6.6、264°方向105m处测得的纵向电阻率曲线；

6.7、264°方向125m处测得的纵向电阻率曲线；

6.8、264°方向145m处测得的纵向电阻率曲线。

可以看出：随钻电阻率测量曲线与测井视电阻率曲线吻合率达到100％。

(2)储层连通性评价

图7～图8是该井264°方向的剖面图和砂体图。

图7～图8的编号说明：

7.1、井(1410～1485m)自然电位曲线；

7.2、井(1410～1485m)电阻率曲线；

7.3、264°方向45m处测得的纵向电阻率曲线；

7.4、264°方向65m处测得的纵向电阻率曲线；

7.5、264°方向85m处测得的纵向电阻率曲线；

7.6、264°方向105m处测得的纵向电阻率曲线；

7.7、264°方向125m处测得的纵向电阻率曲线；

7.8、264°方向145m处测得的纵向电阻率曲线；

7.9、264°方向NmⅢ5在85m处的油砂体。

8.1、井孔钻具；

8.2、264°方向的NmⅢ5油砂体；

8.3、264°方向45m处测点位置；

8.4、264°方向65m处测点位置。

从图7～图8可以看出：该井和264°方向6个测量点，NmIII5小层从264°-45m处起砂体变差，到264°-85m处基本尖灭，与随钻测量电阻率曲线吻合。

图9～图10是该井84°方向的剖面图和砂体图。

图9～图10中的编号说明:

9.1、井(1000～1700m)自然电位曲线；

9.2、井(1000～1700m)电阻率曲线；

9.3、84°方向147m处测得的纵向电阻率曲线；

9.4、84°方向167m处测得的纵向电阻率曲线；

9.5、84°方向554m处测得的纵向电阻率曲线；

9.6、84°方向574m处测得的纵向电阻率曲线；

9.7、84°方向的NmⅢ5油砂体。

10.1、井孔钻具；

10.2、84°方向的NmⅢ5油砂体；

10.3、84°方向147m处测点位置；

10.4、84°方向167m处测点位置；

10.5、84°方向554m处测点位置。

从图9～图10可以看出：从左至右依次是该井和84°方向4个测量点，NmIII5小层在84°-554m处尖灭，与随钻测量曲线吻合。

(3)砂体界面识别

图11是该井264°方向的砂体边界图。

图11的编号说明：

11.1、264°方向测量后增加的油砂体，面积为0.0548Km²；

11.2、测量前的NmⅢ5油砂体；

11.3、井口位置。

从图11可以看出：随钻测量在构造图上刻画出的砂体边界，与老边界对比，在264°方向多出了用虚线框标示的部分，也就是说随钻测量确定的岩性界面比地震研究所确定的界面明显扩大，新增面积0.0548k㎡、增储5.29万吨。考虑地震分辨率影响，认为随钻测量结果与实际砂体分布有很好的吻合精度。