高頻等參數(shù)感應(yīng)測井的井洞、井眼和侵入影響分析

仵 杰 靳 凡 孫 永 解茜草 李 強(qiáng) 張妙瑜

(西安石油大學(xué)光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室 陜西西安)

高頻等參數(shù)感應(yīng)測井的井洞、井眼和侵入影響分析

仵 杰 靳 凡 孫 永 解茜草 李 強(qiáng) 張妙瑜

(西安石油大學(xué)光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室 陜西西安)

針對高頻等參數(shù)感應(yīng)測井儀,分別計算分析了井洞、井眼和侵入對其測井響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)這些影響與傳統(tǒng)感應(yīng)和陣列感應(yīng)測井不一樣。文章計算給出了各種參數(shù)的影響特性,利用相位幾何因子理論解釋了井洞影響造成的測井曲線上沖和下沖異?，F(xiàn)象利用實際測井曲線的井洞影響分析驗證了井洞影響數(shù)值模擬的正確性。這些結(jié)果有助于高頻等參數(shù)感應(yīng)測井?dāng)?shù)據(jù)的解釋。

高頻等參數(shù)感應(yīng)測井;井洞;井眼;侵入影響

0 引 言

高頻等參數(shù)感應(yīng)測井儀器(VIKIZ)是俄羅斯的多探測深度電阻率測量儀器[1]。儀器設(shè)計思想不同于以幾何因子理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)感應(yīng)和陣列感應(yīng)測井儀器,而是以波動理論為基礎(chǔ),測量兩個接收線圈之間的相位差,然后再刻度為地層電阻率。測量結(jié)果不用進(jìn)行趨膚效應(yīng)、圍巖效應(yīng)和井眼影響校正,直接用于油氣評價,對現(xiàn)場測井解釋非常方便。VIKIZ與傳統(tǒng)雙感應(yīng)相比具有分層能力強(qiáng),徑向探測曲線多,可以識別地電阻率環(huán)帶油氣層等優(yōu)點[2、3]。自2000年在勝利油田測試并進(jìn)口第一支VIKIZ至今,中海油服、大慶油田和威爾羅根公司相繼引進(jìn)了該儀器。但是在不規(guī)則井眼中,發(fā)現(xiàn)井眼突變、有井洞時,5條探測深度曲線出現(xiàn)異常尖峰;在低阻泥漿大井眼中,即使是泥巖層,5條探測深度曲線仍然分離。本文將研究高頻等參數(shù)測井的井洞影響特征,同時分析井眼和侵入對VIKIZ測井響應(yīng)的影響。

1 VIKIZ的測量原理及井洞模型

高頻等參數(shù)感應(yīng)測井儀器VIKIZ的線圈系結(jié)構(gòu)由5個發(fā)射線圈(T1～T5)和6個接收線圈(R1～R6)組成。當(dāng)T1發(fā)射時,R1和R2接收,構(gòu)成子陣列1;T2發(fā)射時,R2和R3接收,構(gòu)成子陣列2,以此類推,共有5個3線圈系子陣列。每個子陣列對應(yīng)一種工作頻率,在保證距離差與間距比和頻率開方與距離積均為常數(shù)的條件下,5個子陣列的頻率從1到5分別為14 MHz、7MHz、3.5MHz、1.75MHz 和 0.875MHz。測量兩個接收線圈感應(yīng)電壓的相位差,通過均質(zhì)地層刻度表,將相位差轉(zhuǎn)換為視電阻率,一共有5條測量曲線。

假設(shè)井洞是旋轉(zhuǎn)對稱的,圖1是多個井洞模型,由井眼、井洞和地層組成。參數(shù)σm、σt、rh、rc和 hc分別是井眼泥漿電導(dǎo)率、地層電導(dǎo)率、井眼半徑、井洞的徑向深度和縱向?qū)挾?。?dāng)VIKIZ儀器沿井眼移動通過井洞時,第個子陣列的測量信號(相位差)與模型參數(shù)的關(guān)系可用函數(shù)表示為

圖1 井洞模型

式(1)表明,當(dāng)儀器參數(shù)給定時,影響測量響應(yīng)的參數(shù)分別是σm、rh、σt及井洞幾何參數(shù)rc和hc。

一般情況下,井洞影響除以上參數(shù)外,還與子陣列的發(fā)射與主接收線圈間距、兩個接收線圈之間的距離和工作頻率等因素有關(guān)。以下將通過模式匹配數(shù)值計算方法計算分析井洞幾何參數(shù)、泥漿和地層電導(dǎo)率變化時對各子陣列的影響,用相位幾何因子特性解釋井洞導(dǎo)致異常的原因,然后再分析井眼影響和侵入影響。

2 井洞影響分析

計算了6種縱向?qū)挾?hc,分別為0.3m、0.6m、1.0m、1.5m、2.0m和3.0m,為消除相互影響,取相鄰井洞間距為10.0m。7種泥漿電導(dǎo)率(0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 和 8.0S/m),地層電導(dǎo)率為 0.018S/m(56Ω·m),井眼半徑為0.136m。圖2給出了井洞半徑分別為0.15m、縱向?qū)挾?hc分別為0.6m、1.0 m、1.5m和3.0m時的相位差曲線。

通過均勻地層中事先計算好的相位差與地層電阻率關(guān)系,即均質(zhì)地層刻度表,可以轉(zhuǎn)換為電阻率曲線。由于相位差曲線直接反應(yīng)儀器特性,以下的分析中均指相位差曲線。

圖2 子陣列1的相位幾何因子

1)井洞縱向?qū)挾鹊挠绊?/p>

當(dāng)井洞縱向?qū)挾刃∮诘扔?.6m時,各陣列曲線表現(xiàn)為,從左到右,曲線上沖和下沖的尖峰。當(dāng)井洞縱向?qū)挾却笥?.0m時,子陣列1左邊邊界出現(xiàn)上沖的尖峰,中間有一平臺,表現(xiàn)假“層”特征,右邊邊界是下沖的尖峰。隨子陣列間距增加,峰值減小。這種井洞邊界出現(xiàn)尖峰現(xiàn)象與子陣列的主接收間距(源距)和兩個接收線圈之間的距離密切相關(guān)。當(dāng)源距小于井洞的縱向?qū)挾葧r,相位差曲線就會出現(xiàn)上下沖的尖峰,當(dāng)源距大于井洞縱向?qū)挾葧r,在井洞的兩邊出現(xiàn)尖峰,中間為井洞影響導(dǎo)致的假層。

2)井洞半徑變化的影響

同一種泥漿電導(dǎo)率,當(dāng)井洞半徑由0.15m變大到0.2m時,如果井洞縱向?qū)挾刃∮?.6m,子陣列1最高峰值變大,隨子陣列間距增大變化減小。如果井洞縱向?qū)挾刃∮?.0m,子陣列1左右邊界的尖峰相對中間變小,中間假“層”明顯,即井洞影響隨著井洞半徑的增大而增大。

3)泥漿電導(dǎo)率的影響

同一種井洞,如,hc=1.5m,rh=0.15m,泥漿電導(dǎo)率由小到大變化,相位差曲線的上下沖現(xiàn)象越來越大嚴(yán)重。當(dāng)泥漿電導(dǎo)率為5.0S/m時,下沖出現(xiàn)負(fù)值,假層的現(xiàn)象變得復(fù)雜,短子陣列最明顯。

4)井洞影響的原因分析

陣列感應(yīng)測井的井洞影響可以用感應(yīng)測井幾何因子理論解釋[5]。對于電磁波測井,有幅度和相位幾何因子[6],VIKIZ儀器的工作頻率與電磁波測井的頻率接近,可用相位幾何因子分析VIKIZ的井洞影響。圖3給出了子陣列1的二維幾何因子。

圖3 井洞半徑為0.15m時的相位曲線

從圖3知:幾何因子清楚描述井眼周圍地層對相位的影響情況,負(fù)值說明對相位差影響是負(fù)貢獻(xiàn)。當(dāng)正負(fù)峰完全在井眼中時,正負(fù)值相互抵消,不會產(chǎn)生異?，F(xiàn)象。當(dāng)井洞徑向半徑小于子陣列的負(fù)值半徑,井洞縱向?qū)挾却笥谪?fù)值縱向范圍2倍時,儀器從左向右移動,正峰先進(jìn)入井洞,相位突然增大。當(dāng)正峰離開井洞,負(fù)峰進(jìn)入井洞時,正負(fù)信息相加,負(fù)大于正,結(jié)果為負(fù),出現(xiàn)下沖尖峰。當(dāng)井洞縱向?qū)挾却笥趦x器主接收間距時,正負(fù)峰完全進(jìn)入井洞,貢獻(xiàn)為正,表現(xiàn)為假“層”現(xiàn)象。這就是短子陣列的響應(yīng)表現(xiàn)為假層以及邊界出現(xiàn)上下沖的原因。沿井軸方向異常出現(xiàn)位置與井洞縱向?qū)挾扔嘘P(guān)。當(dāng)幾何因子落到井洞的面積較小時,井洞影響小,可忽略不計。當(dāng)面該積較大時,井洞影響嚴(yán)重,產(chǎn)生異常響應(yīng)。

3 井眼影響

圖3的厚層同時顯示了井眼影響,隨井眼泥漿電導(dǎo)率增大,相位差并沒有增大,而是減小,尤其是子陣列1;泥漿電導(dǎo)率小于2S/m時,3條曲線之間為負(fù)差異特征,5.0S/m時變?yōu)檎町?。這種特征與陣列感應(yīng)的井眼影響不一樣,與均勻地層和直觀的想法不一致。我們計算了井徑、泥漿電導(dǎo)率和地層電導(dǎo)率變化時的響應(yīng),分析井眼影響特點。井徑為6in(1=25.4 mm)、8in、10in、12in,泥漿電導(dǎo)率為 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0S/m,地層電導(dǎo)率為 0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0S/m。

圖4是井徑為12in,固定地層電導(dǎo)率,泥漿電導(dǎo)率變化時的井眼響應(yīng)曲線,從圖知,當(dāng)?shù)貙与妼?dǎo)率=0.01S/m,泥漿電導(dǎo)率由小到大變化時,子陣列1有峰和谷。峰值附近(σm<2.5S/m),5條曲線是負(fù)差異特征。谷附近(σm>4S/m),5條曲線是正差異特征。當(dāng)σt=1.0S/m時,子陣列1和2均為單峰,在峰值附近,5條曲線是負(fù)差異特征。

圖4 井徑=12in不同地層電導(dǎo)率的相位差曲線

解釋:在均勻地層中,遠(yuǎn)接收線圈R2的相位角大于近接收線圈R1的相位角θ1,相位差θ2-θ1>0。具有一定的井眼大小時,θ2反映地層電導(dǎo)率,θ1反映井眼泥漿電導(dǎo)率。當(dāng)泥漿電導(dǎo)率逐漸增大時,θ1也逐漸變大,而θ2變化較小,在某個泥漿電導(dǎo)率,必定出現(xiàn)θ2-θ1<0,這就是圖4中5條探測深度曲線隨泥漿電導(dǎo)率變化從正差異變?yōu)樨?fù)差異的原因。同理可以解釋圖2(b)中子陣列1的相位差出現(xiàn)小于子陣列2的現(xiàn)象。

對于小于10in的井眼或者井眼泥漿電導(dǎo)率小于0.5S/m時,井眼泥漿電導(dǎo)率對子陣列1有一點影響,其它子陣列的影響可以忽略,因此在常規(guī)8in井眼或泥漿電導(dǎo)率小于0.5S/m時,測井響應(yīng)的井眼影響很小。

4 侵入影響

考察存在泥漿侵入對測井響應(yīng)的影響特征對利用不同探測深度曲線之間的關(guān)系進(jìn)行油氣評價具有十分重要的意義。取具有井眼、侵入和原狀地層的徑向三層模型,不考慮圍巖的影響。計算地層電導(dǎo)率和侵入深度變化時的相位差,分析其響應(yīng)特點。

1)地層電導(dǎo)率變化對相位的影響

圖5 地層電導(dǎo)率變化時的相位曲線

井徑為10in,泥漿電導(dǎo)率為3.33S/m,侵入電導(dǎo)率為0.2S/m,侵入深度為0.5m,地層電導(dǎo)率為0.01、0.02、0.05、0.1、0.5、1.0S/m,計算出的相位差隨地層電導(dǎo)率的變化關(guān)系如圖5所示。當(dāng)?shù)貙与妼?dǎo)率小于侵入電導(dǎo)率(0.2S/m)時,相位差曲線是負(fù)差異特征,除子陣列1和2,其余子陣列之間的分離程度變小。地層電導(dǎo)率大于侵入電導(dǎo)率時,子陣列2、3、4和5之間是正差異特征,且分離較大,但是子陣列1卻大于子陣列2,表現(xiàn)出存在低阻環(huán)帶的假象,這是測井解釋中用低阻環(huán)帶識別油層必須注意的問題。

2)侵入深度變化對相位的影響

低侵模型:井徑為10in,泥漿電導(dǎo)率為3.33S/m,侵入帶電導(dǎo)率為0.2S/m,地層電導(dǎo)率為0.01S/m,侵入半徑為0.2m～2.5m,計算結(jié)果如圖6(a)所示。侵入半徑小于0.75m,5個子陣列曲線是負(fù)差異特征;大于1.75m,5個子陣列均反應(yīng)侵入帶電導(dǎo)率。

高侵模型:井徑為10in,泥漿電導(dǎo)率為3.33S/m,侵入帶電導(dǎo)率為0.1S/m,地層電導(dǎo)率為1S/m,侵入半徑為0.2m～2.0m,計算結(jié)果如圖6(b)所示。侵入半徑小于0.75m,4個子陣列曲線是正差異特征,子陣列1與2相差很小;大于1.25m,5個子陣列均反應(yīng)侵入帶電導(dǎo)率。

圖6 侵入深度變化時的相位曲線

圖6 說明VIKIZ利用5條不同探測深度曲線之間的分離識別油氣有一定的適應(yīng)條件。對于圖6對應(yīng)的模型,適應(yīng)條件為侵入半徑小于0.75m,且低侵比高侵好。高侵時,要注意子陣列1的異常。

5 具體實例分析

圖7是井洞影響實例圖,圖7(a)和圖7(b)是某口井的一段井徑和實際測井相位差曲線(相位差大表示電阻率低),井眼泥漿電阻率為0.3(電導(dǎo)率3.33S/m)。由圖7(a)可以看出,井徑曲線在x22m-x23m和x28m-x30m兩處存在不同大小的井洞,井徑一般在0.26m左右,最大值達(dá)到0.5m。從圖7(b)知:1)井洞影響使相位差曲線出現(xiàn)下沖和上沖,與相位差的井洞影響相對應(yīng);2)在無井洞處,子陣列1與2接近,子陣列2與3和分離明顯,與井眼影響模擬結(jié)果一致;子陣列4和5基本重合,說明子陣列5讀到地層真電阻率;3)與侵入影響分析比較,侵入半徑小于0.4m。

圖7 井洞影響實例

6 結(jié) 論

高頻等參數(shù)5探測深度測井儀器VIKIZ受井洞、井眼和侵入影響具有一下特點:

1)井洞影響使5條電阻率測井曲線在井洞邊界出現(xiàn)下沖和上沖現(xiàn)象,數(shù)值大小與井洞尺寸、泥漿和地層電阻率、子陣列的主接收間距以及兩接收間距有關(guān),當(dāng)井洞寬度大于儀器主接收間距時,出現(xiàn)假層現(xiàn)象。

2)高頻等參數(shù)的5條測井響應(yīng)曲線中,只有子陣列1受井眼影響明顯。隨泥漿電導(dǎo)率增大,子陣列的相位差可能增大,也可能減小,甚至出現(xiàn)負(fù)值,具體由井徑、泥漿與地層電導(dǎo)率比值決定。

3)當(dāng)泥漿侵入半徑小于0.75m,可以用高頻等參數(shù)的子陣列2、3、4和5四條曲線間的分離程度識別油氣水特征。子陣列1受侵入的影響,可能接近甚至大于子陣列2的電阻率。

以上研究結(jié)論已用于實際測井?dāng)?shù)據(jù)解釋。

[1] Novosibirsk.VIKIZmethodforoilandgasboreholes[M].Branch“Geo”ofthePublishingHouseoftheSBRAS,2002,112

[2] 刑光龍,王現(xiàn)銀,劉曼芬.高頻等參數(shù)感應(yīng)測井的探測特性分析[J].測井技術(shù),2003,27(3)

[3] 丁 柱,張金莉,童茂松.高頻等參數(shù)感應(yīng)測井的探測特性分析[J].工程地球物理學(xué)報,2006,3(2)

[4] 仵 杰,龐巨豐,徐景碩.感應(yīng)測井幾何因子理論及其應(yīng)用研究[J].測井技術(shù),2001,25(6)

[5] ZhouQ,HillikerD.J.Norwood.GeometricFactorand AdaptiveDeconvolutionofMWD-PWRTOOLS[J].The LogAnalyst,1992

[6] 劉智涌.相位感應(yīng)測井儀器設(shè)計及其信號處理研究[D].成都:電子科技大學(xué),2003

P631.8+11

B

1004-9134(2010)02-0047-05

2009-07-24 編輯:高紅霞)

仵 杰,男,1965年生,教授,博士,現(xiàn)在西安石油大學(xué)主要從事電磁測井理論、數(shù)值模擬和陣列感應(yīng)信號處理方面的研究。郵編:710065