專利名稱：一種用于三維感應測井實驗的模擬井裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于三維感應測井實驗的模擬井裝置。
背景技術(shù)：
目前， 一種新型測井的儀器在投入使用之前，大都會經(jīng)過理論研究、實 驗方法研究和樣機的研制、最后才到大批量的生產(chǎn)和投入使用這一流程。實 驗方法研究是非常關(guān)鍵的，既可用來驗證理論的正確性、方案的可行性，也 能根據(jù)實驗結(jié)果對儀器的一些參數(shù)設(shè)計提供指導，同時在儀器產(chǎn)業(yè)后也能提 供可靠的質(zhì)檢方法。
現(xiàn)在，國內(nèi)外感應儀器的試驗井大都建于地上，如圖l所示，溶液罐8 建于地面之上，井眼4位于溶液罐8中，測井的儀器5在井眼4中進行測井 工作。這種結(jié)構(gòu)測得的數(shù)據(jù)較為準確，這是由于在試驗井徑向上外界為空氣， 所以測井的儀器5在測井時不受徑向外界電環(huán)境影響，便于測量數(shù)據(jù)的準確 評估。但是這種設(shè)計方案也存在嚴重不足實驗室層高較高，造成制作成本 非常高；另外，外層水罐由于直接建在大氣中，需承受極大的溶液壓力，溶 液遭到破壞，存在很大危險隱患；最后，由于試驗時存在高空作業(yè)，操作安 全性較差。
還有一種方案是在地下建一大的溶液罐作為實驗井，如圖2所示。它在 徑向上可看成兩層模型，溶液層1和溶液罐8外的實際地層3，由于井外實 際地層3的電導率未知，且可能是非均勻性，同時井外的電導率可能會變化 (如下雨過后其濕度增加，電導率也可能增加)。為了發(fā)揮實驗井的作用， 能夠評價儀器5在一確定的模型下的響應與理論預估值是否一致，需提供一 個已知的確定性模型，也即需將溶液罐8外不確定性地層3的影響盡量減小。 我們通過數(shù)值仿真程序考察實際地層3對儀器5響應的影響，考察溶液罐8 半徑r多大時，外界的影響足夠小。井外界實際的地層3的電導率假設(shè)變化范圍為0.01 -0.1S/m,溶液罐8內(nèi)的電導率為0.5S/m左右，發(fā)射到接收線圈 的距離取39in。當?shù)貙?取不同的電導率時，響應變化很小則認為外界的影 響較小，考察響應的變化誤差隨溶液罐8的徑向半徑r變化情況。響應的變 化誤差error定義為:error=[f( 5 out = 0.1) - f( 5 out = 0.01)]/ f( 5 out = 0.1)， 其中f(5out-0.1)表示實際地層3電導率為0.1 S/m時的響應；f(5out-0.01) 表示實際地層3電導率為0.01 S/m時的響應。誤差 error隨溶液耀8半徑r 的變化關(guān)系如圖3所示，圖中zz曲線指的是z向的線圈發(fā)射、z向線圈接收 的響應誤差(即共軸線圈發(fā)射，共軸線圏接收)，圖中xx曲線指的是x向 的線圈發(fā)射、x向線圏接收的響應誤差(共面線圈發(fā)射，共面線圈接收)。
從圖3可以看出為了使地層3的影響不至于使仿真與測量的響應的變 化誤差超過5%，則需徑向深度即溶液罐8半徑不小于3.7m,如果線圏距增 大或溶液的電導率減小都可能造成所需的溶液罐8半徑增大。顯然建一個半 徑如此大，高度一般需要6m以上的溶液罐8所需成本是非常大的，而且在 實驗過程中還需要經(jīng)常更換溶液，或改變?nèi)芤旱碾妼?，溶液?半徑過大 會導致實驗成本增高，實驗周期增長，效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉、安全性高，且數(shù)據(jù)可靠 的感應儀器的試驗井。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于三維感應測井實驗的模擬井 裝置，包括溶液罐、溶液層、井眼和填充層；其中，
所述溶液罐設(shè)置在地層下；
所述溶液層為具有一定電導率的溶液，該溶液層填充在所述溶液罐中， 用于模擬井下環(huán)境；
所述井眼設(shè)置在所述溶液層內(nèi)，用于放置進行測井的儀器；
所述填充層設(shè)置在所述溶液罐和地層之間，用于降低所述地層對所述溶 液罐內(nèi);f莫擬環(huán)境的影響，所述填充層內(nèi)內(nèi)填充有具有一定電導率的液體。
進一步，所述液體是電導率為0.02 - 0.1 S/m的鹽溶液。
4進一步，所述填充層和地層之間還設(shè)置有防水層。 進一步，所述井眼的管壁為具有一定電導率的玻璃鋼。 進一步，所述溶液層為鹽溶液。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、 本發(fā)明采用填充層屏蔽地層對儀器測井的干擾，不但可以提高儀器 測井試驗的準確性，還能大大降低溶液罐的半徑，減少溶液層體積，從而降 低模擬井的制作成本。
2、 本發(fā)明中的防水層，可以使得本發(fā)明在進行測井試驗過程中可靠性 得到提高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明
圖1示出了建于地表的試驗井模型；
圖2示出了傳統(tǒng)建于地下的試驗井模型；
圖3示出了圖2所示試驗井中地層的影響誤差隨溶液罐半徑變化關(guān)系示 意圖4示出了本發(fā)明一種用于三維感應測井實驗的模擬井裝置結(jié)構(gòu)示意
圖5示出了本發(fā)明中各向異性層結(jié)構(gòu)示意圖6示出了本發(fā)明中不計入井眼及各向異性層時的簡化模型示意圖7示出了本發(fā)明中填充層電導率為0.02時地層的影響誤差與填充層 半徑變化關(guān)系示意圖8示出了本發(fā)明中填充層電導率為0.1時地層的影響誤差與填充層半 徑變化關(guān)系示意圖9示出了本發(fā)明第二種實施例結(jié)構(gòu)示意圖IO示出了本發(fā)明第三種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖4所示，本發(fā)明包括溶液罐8、溶液層1、井眼4和填充層2; 其中，
溶液罐8設(shè)置在地層3下；
溶液層1為具有一定電導率的溶液，該溶液層1填充在溶液罐8中，用 于模擬井下環(huán)境；
井眼4設(shè)置在溶液層1內(nèi)，用于放置進行測井的儀器5;
填充層2設(shè)置在溶液罐8和地層3之間，用于降低地層3對溶液罐8內(nèi) 模擬環(huán)境的影響，填充層內(nèi)2內(nèi)填充有具有一定電導率的液體。
為在盡量降低地層3對模擬環(huán)境影響的同時，盡量降低溶液罐8的半徑， 以降低成本，提高效率和減小試驗周期，本發(fā)明設(shè)計了填充層2。填充層2 內(nèi)填充具有一定電導率的液體。填充層2內(nèi)的填充物在本發(fā)明進行不同的才莫 擬試驗時無須更換，可以長期使用。只需要更換溶液罐8中的溶液即可。
填充層2內(nèi)填充的液體可以是鹽溶液，電導率可以取為0.02 - 0.1 S/m。 由于填充層2內(nèi)填充的液體可以長期^f吏用，所以填充層可以建的4交大，從而 可以提高本發(fā)明進行模擬的準確性。
填充層2和地層3之間還設(shè)置有防水層7。防水層7將填充層2與地層 3有效隔開，防止地層3的水份進入填充層2，從而避免改變填充層2的電 導率。防水層7的材料可以根據(jù)實際需要進行選擇，可以選擇塑料、橡膠以 及其他防水形式。
在溶液罐8內(nèi)還設(shè)置有用以實現(xiàn)宏觀各向異性的各向異性層6。各向異 性層6結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括均勾打孔的塑料板61、鹽溶液62及塑料支柱 63。
各向異性層6通過均勻打孔的塑料板61與鹽溶液62交替放置以實現(xiàn)宏 觀各向異性?？梢酝ㄟ^改變鹽溶液62的電導率來改變整體的電導率，通過 改變均勻打孔的塑料板61的孔隙度來改變各向異性系數(shù)。塑料板61相互之 間通過塑料支柱63來支撐。塑料板61的孔隙度通過孔的大小和疏密來控制，從而控制各向異性系數(shù)。這種控制各向異性系數(shù)實現(xiàn)較為簡單，而且成本較
低，具體可參見已申請的專利(申請?zhí)?00810222501.9)。
井眼4的管壁9為具有一定電導率的玻璃鋼。電導率可取0.05S/m,這 種結(jié)構(gòu)能夠有效地沖莫擬實際的井，特別對于共面線圈，井眼4的管壁9具有 一定電導率是非常必要的。井眼中根據(jù)測井的儀器5的實際需要，可以填充 具有一定電導率的液體。
溶液層1為鹽溶液。鹽溶液的電導率根據(jù)每種測井的儀器5不同可以進 行改變。填充層2內(nèi)填充的溶液也是鹽溶液，其目的是為了抵消地層3對溶 液層1的影響。填充層2鹽溶液抵消地層3影響后，溶液層1鹽溶液可以最 大限度的發(fā)揮作用，為測井儀器5提供測試數(shù)據(jù)。由于填充層2已經(jīng)抵消了 地層3的大部分影響，溶液層1的鹽溶液可以很少，也就是溶液罐8的半徑 可以較小，在對不同測井儀器5進行測試，需更換溶液層1鹽溶液時也非常 方便和經(jīng)濟。
由于地層3的電導率具有很強的不確定性，而填充層2的半徑始終是有 限的，所以地層3—對會對響應產(chǎn)生影響。針對圖4所示的實驗井，我們通 過仿真考察徑向填充層2半徑高于什么樣的數(shù)值時地層3電導率的變化才對 儀器5的響應影響小到可以忽略的程度，才能看成一確定性模型。在不考慮 井眼4和各向異性層6時，圖4所示的模擬井裝置可以等效成徑向上的分為 三層的模型，如圖6所示，第一層為溶液層l,第二層為填充層2，第三層 為實際的地層3。
令溶液層1的電導率5 , = 0.1S/m，溶液罐8的半徑為r產(chǎn)2.0m，填充層 2的電導率5^0.02S/m，填充層2的外半徑為r2?？疾斓谌龑訉嶋H地層3 電導率從53 = 0.05 - 0.02 S/m時，響應的相對變化量隨r2的關(guān)系。并定義此 相對變化量為誤差error，即
Error=[f( 5 3 = 0.05)-f( 5 3 = 0.02)]/f( 5 3 = 0.02)
上式中f( 5 3 = 0.05)為地層3取5 3 = 0.05S/m時的響應，f( 5 3 = 0.02)為 地層3取53 = 0.02時的響應。以地層3的電導率為0.02作為基準，由于地 層3的電導率不確定，當?shù)貙?取不同電導率時與取0.02時的誤差。仿真 的結(jié)果如圖7所示，從圖7中可以看出當填充層2的半徑大于6.5m時地層3的影響很小，誤差小于5%。
當填充層2的電導率52-0.1S/m時，其他參數(shù)不變，誤差隨r2的變化 關(guān)系如圖8所示，從圖8中可以看出當填充層2的半徑r2大于5.3m時地層 3的影響很小，誤差小于5%。顯然填充層2電導率越大，對激勵線圈產(chǎn)生 的場的衰減越大，也就是地層3的影響越小。
圖7、圖8中，zz曲線指的是z向的線圈發(fā)射、z向線圏接收的響應誤 差(即共軸線圈發(fā)射，共軸線圈接收)，圖中xx曲線指的是x向的線圈發(fā) 射、x向線圈接收的響應誤差(共面線圈發(fā)射，共面線圈接收)。
但是填充層2電導率也不能取過大，因為填充層2電導率越大，溶液層 1的對線圈響應的貢獻就越小，也就是填充層2取代地層3千擾測井的儀器 5工作效果，破壞溶液層1對測井的儀器5的影響。綜合來看，填充層2電 導率取0.02 0.1 S/m之間較為合適。
通過對本發(fā)明的試驗研究，能給我們的測井實驗提供已知的確定性模 型，便于我們實驗結(jié)果與理論仿真結(jié)果的對比，從而有利于我們對儀器5的 性能評估。
在圖4中的溶液灌8底部是緊鄰防水層7的，同樣的原理，我們也可以 在溶液灌8底部與實際地層3之間加一層填充層2，從而有利于減小溶液灌 8底部的地層3對儀器5響應的影響，結(jié)構(gòu)形式如圖9所示。
另外儀器的井眼4也可伸長至防水層7處，結(jié)構(gòu)如圖IO所示，這樣便 于儀器5上下移動的范圍更大。
綜上所述，本發(fā)明能有效減小溶液灌8的尺寸，能有效地節(jié)約建造成本 和提高實驗的效率。并能使地層3對儀器5響應的影響足夠小，為多分量感 應測井的儀器5實驗提供一個已知的確定性模型。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1、一種用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，其特征在于，包括溶液罐(8)、溶液層(1)、井眼(4)和填充層(2)；其中，所述溶液罐(8)設(shè)置在地層(3)下；所述溶液層(1)為具有一定電導率的溶液，該溶液層(1)填充在所述溶液罐(8)中，用于模擬井下環(huán)境；所述井眼(4)設(shè)置在所述溶液層(1)內(nèi)，用于放置進行測井的儀器(5)；所述填充層(2)設(shè)置在所述溶液罐(8)和地層(3)之間，用于降低所述地層(3)對所述溶液罐(8)內(nèi)模擬環(huán)境的影響，所述填充層內(nèi)(2)內(nèi)填充有具有一定電導率的液體。
2、 如權(quán)利要求1所述的用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，其特 征在于所述液體是電導率為0.02 - 0.1 S/m的鹽溶液。
3、 如權(quán)利要求1所述的用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，其特 征在于所述填充層(2)和地層(3)之間還設(shè)置有防水層(7)。
4、 如權(quán)利要求1所述的用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，其特 征在于所述井眼(4)的管壁(9)為具有一定電導率的玻璃鋼。
5、 如權(quán)利要求1所述的用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，其特 征在于所述溶液層(1 )為鹽溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于三維感應測井實驗的模擬井裝置，包括溶液罐、溶液層、井眼和填充層；其中，所述溶液罐設(shè)置在地層下；所述溶液層為具有一定電導率的溶液，該溶液層填充在所述溶液罐中，用于模擬井下環(huán)境；所述井眼設(shè)置在所述溶液層內(nèi)，用于放置進行測井的儀器；所述填充層設(shè)置在所述溶液罐和地層之間，用于降低所述地層對所述溶液罐內(nèi)模擬環(huán)境的影響，所述填充層內(nèi)內(nèi)填充有具有一定電導率的液體。本發(fā)明采用填充層屏蔽地層對儀器測井的干擾，不但可以提高儀器測井試驗的準確性，還能大大降低溶液罐的徑向深度，減少溶液層體積，從而降低模擬井的制作成本。
文檔編號G01V13/00GK101609170SQ20091008894
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者孫向陽, 李愛勇, 曦 羅, 馬明學 申請人:中國海洋石油總公司;中海油田服務(wù)股份有限公司