雙側(cè)向測(cè)井儀及其電極系、地層電阻率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于石油勘探開(kāi)發(fā)的測(cè)井裝置，特別涉及一種雙側(cè)向測(cè)井儀及其 電極系、地層電阻率測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙側(cè)向測(cè)井儀是在裸眼井中測(cè)量地層電阻率，研究地層侵入變化，估算含油飽和 度的主要儀器。傳統(tǒng)的雙側(cè)向測(cè)井儀主要包括電極系、電子線路、絕緣短節(jié)，總長(zhǎng)約7~10 米，深側(cè)向探測(cè)深度約1~1. 5米，淺側(cè)向探測(cè)深度約0. 2~0. 5米，縱向分辨率約為0. 6 米。傳統(tǒng)雙側(cè)向測(cè)井儀在進(jìn)行深側(cè)向測(cè)井時(shí)，環(huán)狀電極發(fā)射電流進(jìn)入地層，柱狀電極發(fā)射屏 蔽電流對(duì)主電流聚焦，在電子線路中需要有反饋回路調(diào)節(jié)屏蔽電流，控制監(jiān)督電極處于等 電位。例如，中國(guó)專利CN1712995A公開(kāi)了一種強(qiáng)聚焦雙側(cè)向測(cè)井儀，其結(jié)構(gòu)組成主要包括 絕緣短節(jié)、電極系和電子線路部分組成，其中所述的電極系包括一個(gè)主電極，并以主電極為 中心，和相互對(duì)稱的監(jiān)督電極、屏蔽電極、輔助監(jiān)督電極以及回路電極組成，該儀器保留了 常規(guī)雙側(cè)向探測(cè)深度最淺的標(biāo)準(zhǔn)模式，增加了具有雙層屏蔽的淺側(cè)向和三層屏蔽的深側(cè)向 強(qiáng)聚焦模式。理論上，這種聚焦方式要求放大器具有無(wú)限大的增益，但在實(shí)際中，由于放大 器的增益是有限的，監(jiān)督電極不是嚴(yán)格地等電位，并在測(cè)量結(jié)果中引入誤差。這一誤差在傳 統(tǒng)雙側(cè)向測(cè)井中很小，但是在高分辨率雙側(cè)向測(cè)井中會(huì)很大。
[0003] 隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的深入，薄互層等儲(chǔ)層也逐漸成為勘探的重點(diǎn)，這就需要具有 高分辨率的測(cè)井儀，而傳統(tǒng)的雙側(cè)向測(cè)井儀的分辨率一般為〇. 6m，不能滿足勘探的需要，與 此同時(shí)，測(cè)井作業(yè)鼠洞長(zhǎng)度短，大斜度井、水平井、魚(yú)骨分支井等復(fù)雜井眼條件的作業(yè)量逐 年增加，傳統(tǒng)雙側(cè)向測(cè)井儀器長(zhǎng)度約7~10m，不利于井場(chǎng)施工作業(yè)和組合測(cè)井，在大斜度 井、水平井、魚(yú)骨分支井等復(fù)雜井眼條件下遇卡幾率大大增加。
[0004] 由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第22研究所提出的申請(qǐng)?zhí)枮?01210233337的專利申請(qǐng) 公開(kāi)了 一種高分辨率方位電阻率側(cè)向測(cè)井儀及測(cè)井方法，該高分辨率方位電阻率側(cè)向測(cè)井 儀主要由方位電極系和測(cè)量電子電路組成，所述電極系是由鑲嵌在絕緣載體上的多個(gè)不同 寬度的側(cè)向電極環(huán)以及方位電極環(huán)Μ 0組成，電極系中央為Μ 0，1 4個(gè)不同寬度的電極 環(huán)以Μ 0為對(duì)稱軸，按照不同的間隔排列，各同名電極環(huán)用導(dǎo)線短接保持等電位，所述各同 名電極環(huán)、方位電極環(huán)、參考電極Ν以及回路Β各通過(guò)導(dǎo)線連接測(cè)量電路。雖然該高分辨率 方位電阻率測(cè)井儀及測(cè)井方法采用數(shù)字聚焦模式與硬聚焦模式，相比原來(lái)硬聚焦電路采集 量增多，測(cè)量精度大大提高，測(cè)量信息也更加豐富，但由于其采用各同名電極環(huán)用導(dǎo)線短接 的方式，依然沒(méi)有解決在儀器中心形成的垂直電位梯度的影響，從而難以達(dá)到更高的測(cè)量 精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于軟件 聚焦方式的高分辨率的雙側(cè)向測(cè)井儀、雙側(cè)向測(cè)井儀電極系以及電阻率測(cè)量方法。
[0006] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙側(cè)向測(cè)井儀電極系，包 括電極系和絕緣芯棒，所述電極系由設(shè)置在一個(gè)所述絕緣芯棒上的多個(gè)電極構(gòu)成，并通過(guò) 導(dǎo)線與測(cè)量電路連接，其中 所述多個(gè)電極之間采用絕緣材料隔開(kāi)，所述絕緣芯棒的中心為一根金屬棒，所述金屬 棒中心設(shè)置有貫通孔，所述金屬棒與所述電極系之間絕緣，所述電極系包括： 設(shè)置于所述電極系的中間的主電極Α0、Α0' ； 發(fā)射屏蔽電流以對(duì)主電流進(jìn)行聚焦的至少一對(duì)屏蔽電極A2、A2'和Α1、ΑΓ ; 測(cè)量電極電壓的多對(duì)電壓測(cè)量電極Α1*、Α1*'和MO、Μ0' ；以及 用于電壓監(jiān)控的至少一對(duì)電壓監(jiān)控電極M2、M2'和Ml、ΜΓ， 其中所述屏蔽電極A2，A2'短接，所述主電極Α0，Α0'短接，其它電極不短接。
[0007] 優(yōu)選地，在上述雙側(cè)向測(cè)井儀電極系中，所述多對(duì)電壓測(cè)量電極之中的一對(duì)電極 Μ0、Μ0'位于電極系中間，分別用來(lái)測(cè)量所述主電極Α0、Α0'的電壓。
[0008] 優(yōu)選地，在上述雙側(cè)向測(cè)井儀電極系中，所述多個(gè)電極從電極系的一端至另一端 依次排列為電極A2、電極A1*、電極A1、電極M2、電極Ml、電極A0、電極M0、電極M0'、電極 A0'、電極ΜΓ、電極M2'、電極ΑΓ、電極A1*'、電極A2'。
[0009] 本發(fā)明還提供一種雙側(cè)向測(cè)井儀，用于地層電阻率的測(cè)量，其具有上述的雙側(cè)向 測(cè)井僅電極系。
[0010] 另外，本發(fā)明還提供一種地層電阻率的測(cè)量方法，采用上述雙側(cè)向測(cè)井儀進(jìn)行地 層電阻率測(cè)量，其特征在于，使上述雙向測(cè)井儀工作在如下三種模式下： 在模式1中，輸出模塊輸出的電流加載在電極Α1、ΑΓ和電極A2、A2'上，輔助監(jiān)督電路 模塊保持電極A1*與電極A2等電位，數(shù)據(jù)采集模塊記錄該模式下的電極M2、M2 '以及電極 Μ1、ΜΓ的電位，并記為、吃2,、,同時(shí)記錄電極N的電位，記為！; 在模式2中，輸出模塊輸出的電流加載在電極Α1，ΑΓ上，并且返回電極A2、A2'上，數(shù) 據(jù)采集模塊記錄該模式下的電極12、]\12'，電極組、]\11'的電位，并記為:;:_,、|||.:、|4、:1^ ，同時(shí)記錄電極N電位，記為咬； 在模式3中，輸出模塊輸出的電流加載在電極A0, A0'上，并且返回電極Α1、ΑΓ和電極 Α2、Α2'上，監(jiān)督回路模塊保持電極Α1*與電極Α2等電位，電極Α1*'與電極Α2'等電位，數(shù) 據(jù)采集模塊記錄該模式下電極Μ2、Μ2'，電極Μ1、ΜΓ，電極Μ0、Μ0'的電位，并記為 、繼、、_。、:謹(jǐn)I.:，同時(shí)記錄電極Ν電位，記為G ;記錄電極Α0、Α0'上的電流，記為 、:遍ιβ_。
[0011] 優(yōu)選地，在上述地層電阻率測(cè)量方法中，利用所述模式1與所述模式3組合，可以 得到深側(cè)向視電阻率：
其中，凝為深側(cè)向儀器系數(shù)，
[0012] 優(yōu)選地，在上述地層電阻率測(cè)量方法，利用所述模式2與所述模式3組合，可以得 到淺側(cè)向視電阻率：
其中，&為淺側(cè)向儀器系數(shù)，
[0013] 優(yōu)選地，在上述地層電阻率測(cè)量方法，利用所述3種工作模式下采集的數(shù)據(jù)還可 以計(jì)算得到如下的高分辨率深、淺側(cè)向視電阻率曲線：
其中，分別為高分辨率深、淺側(cè)向儀器系數(shù)，

[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明解決了傳統(tǒng)雙側(cè)向采用硬件聚焦方式，電路通過(guò)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)主監(jiān)控控制，受外圍 環(huán)境影響大，聚焦效果偏差等問(wèn)題，避免了硬聚焦中監(jiān)督電極間剩余電位的影響，大幅度地 提高了縱向分辨率。同時(shí)，解決了儀器中心形成的垂直梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)了儀器的聚焦能 力，提高儀器的測(cè)量精度。
[0015] 另外，本發(fā)明可以同時(shí)獲得2條標(biāo)準(zhǔn)深、淺電阻率曲線和2條高分辨率深、淺電阻 率曲線；高分辨率測(cè)井曲線能識(shí)別〇. lm的薄層，并且能測(cè)量得到0. 4m薄層的真實(shí)電阻率。
[0016] 再者，本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀電極系的設(shè)計(jì)方案可以有效縮短儀器長(zhǎng) 度，提高儀器在復(fù)雜井眼環(huán)境下的適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀電極系的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2A、圖2B分別為本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的模式1、模式3 ;圖2C為采 用本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀合成得到的深側(cè)向測(cè)井模式。
[0019] 圖3A、圖3B分別為本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀的模式2、模式3 ;圖3C為采 用本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀合成得到的淺側(cè)向測(cè)井模式。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 傳統(tǒng)的雙側(cè)向測(cè)井儀采用硬件聚焦方式，電路通過(guò)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)主監(jiān)控控制，受外圍 環(huán)境影響大（溫度變化，電源波動(dòng)等），殘余電壓無(wú)法消除，聚焦效果偏差(邏輯雙側(cè)向主監(jiān) 控放大倍數(shù)達(dá)到25000倍，接近電路設(shè)計(jì)的極限）。而本發(fā)明采用了軟件聚焦方式。軟件聚 焦是一種嶄新的聚焦方式，它利用電場(chǎng)疊加原理，由兩個(gè)非聚焦?fàn)顟B(tài)的電流合成為聚焦電 流，聚焦條件被無(wú)條件滿足，故可防止硬件聚焦過(guò)程中監(jiān)督電極間剩余電流的影響，從而成 為提高縱向分辨率的有效方法。
[0021] 本發(fā)明的高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀電極系的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由電極系、絕 緣芯棒兩部分構(gòu)成，電極系通過(guò)導(dǎo)線與測(cè)量電路連接，在整個(gè)系統(tǒng)中還包含有參考電極N (未圖示)，回路電極B。另外，電極系是由設(shè)置在一絕緣芯棒上的14個(gè)電極構(gòu)成，從電極系 的一端至另一端電極名稱依次為 Α2、Α1*、Α1、Μ2、Μ1、Α0、Μ0、Μ0'、Α0'、ΜΓ、Μ2'、ΑΓ、Α1*'、 Α2'，并串裝在一根絕緣芯棒上，電極之間采用絕緣材料隔開(kāi)，且絕緣芯棒的中心為一根金 屬棒，金屬