俄羅斯過套管電阻率測井技術(shù)應(yīng)用研究

李健，孫建孟，王正楷

（1.中海油服股份有限公司油田技術(shù)研究院，北京101149；2.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

俄羅斯過套管電阻率測井技術(shù)應(yīng)用研究

李健1，孫建孟2，王正楷2

（1.中海油服股份有限公司油田技術(shù)研究院，北京101149；2.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

介紹了過套管電阻率測井技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，對俄羅斯ECOS過套管電阻率測井儀應(yīng)用的關(guān)鍵問題進(jìn)行了討論。采用傳輸線解法、自適應(yīng)有限元等技術(shù)研究了ECOS過套管電阻率測井儀的數(shù)值測井響應(yīng)，對套管腐蝕、水泥環(huán)、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等環(huán)境因素進(jìn)行了系統(tǒng)的理論模擬。建立了相應(yīng)的校正圖版并進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，解釋精度提高5%～10%。針對ECOS過套管電阻率測井儀編寫了基于FORWARD平臺(tái)的預(yù)處理軟件，提高了與裸眼井測井資料結(jié)合進(jìn)行水淹層評價(jià)的效率。

過套管電阻率測井；自適應(yīng)有限元方法；校正圖版；傳輸線解法；預(yù)處理

0 引 言

過套管電阻率測井因與裸眼井電阻率測井匹配特性好、探測深度遠(yuǎn)大于核測井等方面的獨(dú)特優(yōu)勢，在油藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測、評價(jià)剩余油飽和度方面正在發(fā)揮越來越重要的作用。目前國內(nèi)大慶油田、遼河油田、中國石油集團(tuán)測井有限公司等單位相繼研制了自己的過套管電阻率測井儀器。1939年，原蘇聯(lián)L.M.Aplin［1］提出測量電流漏瀉方法，申請第1個(gè)專利，但原理只獲得地層相對電導(dǎo)率，不能測得絕對值；1948年，W.H.Stewart電測方法和儀器，美國專利US No.2 459 158提出另一種測量漏泄方法，但仍然存在缺陷未能實(shí)現(xiàn)；1988年，美國順磁公司試驗(yàn)成功第1臺(tái)樣機(jī)（TCRT）；1990年，Kaufman發(fā)表基于傳輸線方程的理論模型和測量理論，奠定了過套管電阻率測井的基礎(chǔ)［2－4］；2000年，Schlumberger公司（CHFR）商業(yè)使用；2003年，俄羅斯地球物理公司根據(jù)自己提出的模型，基于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)了樣機(jī)；2004年，Schlumberger公司推出第2代儀器（CHFR－Plus），正式投入商業(yè)使用；2005年，俄羅斯ECOS－31－7投入使用，中國多家單位購買了這種儀器；2009年，俄羅斯第2代儀器（INTECH－NEL問世，電極之間改為硬連接）；2011年，俄羅斯VANGUARD公司推出脈沖電流法多探測深度的過套管電阻率測井儀器（PERLW）；2011年，中國石油集團(tuán)測井有限公司等單位初步完成基于套管磁化的電磁法過套管電阻率測井儀器。

過套管電阻率測井正由側(cè)向測井原理向著感應(yīng)測井原理方向發(fā)展，由單探測深度向著多頻多探測深度的綜合方向發(fā)展。本文重點(diǎn)對過套管電阻率測井儀（ECOS）應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論。

1 ECOS過套管電阻率測井儀環(huán)境影響校正研究

過套管電阻率測井受井眼環(huán)境因素影響很大，特別是套管、水泥環(huán)、圍巖、K因子等因素的影響。尤建軍［5］等人（2005年）基于傳輸線模型分析了測量頻率等對CHFR測井響應(yīng)的影響；王偉［6］等人（2008年）基于傳輸線理論分析了水泥環(huán)等因素對CHFR測井響應(yīng)的影響；謝進(jìn)莊［7］等人（2008年）基于傳輸線方程分析了層厚等因素對ECOS測井響應(yīng)的影響。這些研究大都是基于傳輸線方程的理論方法，不能很好地解決套管連續(xù)異常造成的影響。為了提高過套管電阻率測井資料的應(yīng)用精度，本文首次采用基于面向目標(biāo)的自適應(yīng)有限元方法，結(jié)合俄羅斯ECOS儀器的測量原理，分別考察套管、水泥環(huán)、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等對測井資料的影響規(guī)律［8－12］，建立其校正圖版，對過套管電阻率測量結(jié)果進(jìn)行環(huán)境影響校正，并用實(shí)例驗(yàn)證該方法的合理性和正確性。

1.1 套管腐蝕影響和校正

套管腐蝕的影響主要發(fā)生在套管電阻的連接處附近1m范圍內(nèi)，異常套管在高電阻率對應(yīng)的地方使視電阻率增加，地層電阻的增加最大為8%；而在低電阻率對應(yīng)的地方使視電阻率減少，對地層電阻的減少最大為4%。中間套管存在異常時(shí)，異常長度越大，其套管電導(dǎo)率不均勻?qū)σ曤妼?dǎo)率影響越大，而套管不均勻電導(dǎo)率越大，對視電阻率的影響也就越大。

套管異常校正時(shí)，套管的電阻率異常分布，找出異常位置，在校正圖版中找到相應(yīng)的點(diǎn)，即可得到地層真實(shí)電阻率，或者是利用小波變換處理進(jìn)行校正。

1.2 水泥環(huán)影響和校正

在過套管井測量中，水泥環(huán)對過套管電阻率存在影響。當(dāng)水泥環(huán)的電阻率大于地層真實(shí)電阻率時(shí)，視電阻率增加，并且差異增大，影響增大。當(dāng)水泥環(huán)的電阻率小于地層真實(shí)電阻率時(shí)，水泥環(huán)的存在使視電阻率降低，但這種影響最大不會(huì)超過30%。圖1給出了水泥環(huán)厚度對視電阻率的影響。

圖1 水泥環(huán)厚度對電阻率影響圖版

水泥巖樣電阻率實(shí)驗(yàn)、薄片和壓汞毛細(xì)管壓力數(shù)據(jù)研究顯示，水泥中的孔隙主要為微孔隙，孔喉半徑小于1μm。由于存在大量充水微孔隙，使得視孔隙度較低，與地層水之間存在離子交換現(xiàn)象，對于一些老井，由于浸泡時(shí)間很長，使得實(shí)際水泥電阻率低于實(shí)驗(yàn)值。水泥環(huán)電阻率不能直接測量得到，可根據(jù)式（1）求取

對于水泥膠結(jié)不好的時(shí)候，則用模型（見圖2）計(jì)算等效電阻率，其中α1、α2分別對應(yīng)第Ⅰ、Ⅱ界面膠結(jié)程度的量，范圍在［0，2π］。膠結(jié)程度越差，取值越大，膠結(jié)好時(shí)該值取為0。等效水泥環(huán)電阻率結(jié)果主要受充填液厚度和膠結(jié)面處充填液體所占角度有關(guān)。圖3所示為第Ⅰ界面校正圖版，根據(jù)充填液厚度和膠結(jié)界面處充填液所占角度，即可得到水泥環(huán)的等效電阻率。

圖2 水泥環(huán)膠結(jié)不好時(shí)等效電阻率計(jì)算模型

由水泥環(huán)等效電阻率以及水泥環(huán)的有效厚度，便可根據(jù)圖版進(jìn)行地層電阻率校正。圖4是水泥環(huán)膠結(jié)不好時(shí)的校正圖版。以視電阻率／水泥環(huán)電阻率為橫坐標(biāo)，再根據(jù)水泥環(huán)厚度，便可得到地層真實(shí)電阻率。

1.3 圍巖影響及校正

目的層厚大于1.2m時(shí)，目的層不受圍巖影響，無需作圍巖校正。目的層在0.5～1.0m之間時(shí)需要作圍巖校正。目的層厚度大于圍巖厚度的時(shí)候，測量出的目的層的視電阻率會(huì)增大；而當(dāng)目的層電阻率小于圍巖電阻率的時(shí)候，測出的目的層視電阻率會(huì)稍微減小；目的層越薄時(shí)，視電阻率異常越明顯。進(jìn)行圍巖校正的時(shí)候，確定層厚、井徑，選擇不同的圍巖校正圖版，根據(jù)圍巖的電阻率和目的層視電阻率，便可得到最后的目的層電阻率。

1.4 變化K因子校正

由徑向地層介質(zhì)精確解法的理論推導(dǎo)，ρ為地層電阻率；R為金屬套管單位長度的電阻；r0為金屬套管的外徑；β＝2e－0.57721566。可得到K因子近似為

泥巖，在某一砂巖段利用圖版可以得到KB砂巖，利用公式得到任意砂巖處的K因子

1.5 其他影響因素校正

對金屬套管接箍、射孔、套管鞋等影響因素的校正，也基于自適應(yīng)有限元得出了相應(yīng)的校正圖版。

（1）接箍的電阻率為套管的10倍左右，接箍的影響主要發(fā)生在接箍的2個(gè)端點(diǎn)處，其影響范圍一般為1m左右，使得接箍對應(yīng)的位置視電阻率不同程度地增加，而相鄰套管處的視電阻率不同程度地降低，通常采用校正圖版和低通濾波的方式進(jìn)行處理。

（2）射孔使金屬套管的縱向電導(dǎo)和地層的橫向電阻同時(shí)發(fā)生變化，金屬套管的縱向電導(dǎo)由于橫截面的減少而發(fā)生稍微減少，而地層的橫向電阻也由于射孔（考慮孔眼中的地層水的電阻率為低阻）的存在而稍微減少。不過，射孔的存在對過套管電阻率的影響比較小，一般在3%范圍內(nèi)，可以不考慮其影響。但射孔的存在會(huì)造成金屬套管的腐蝕，可采用低通濾波的方法消除其影響。

（3）當(dāng)測量井段大于50m時(shí)，一般不需要考慮套管鞋的影響；當(dāng)測量井段小于50m時(shí)，套管鞋的存在會(huì)使過套管視電阻率值減小，需使用給出的校正圖版進(jìn)行校正。

2 ECOS過套管電阻率測井預(yù)處理軟件開發(fā)

ECOS過套管電阻率測井儀采用獨(dú)特的記錄方式，與通常的解釋處理軟件不匹配，需要在FORWARD平臺(tái)上加以預(yù)處理，主要包括數(shù)據(jù)選點(diǎn)、深度校正、曲線插值等。為了解決ECOS過套管電阻率測井儀自帶軟件處理時(shí)，數(shù)據(jù)量大、操作繁瑣、不具可視性等不足，開發(fā)了＊.dbf原始數(shù)據(jù)讀取模塊，并且可以顯示在測井道上。利用軟件“原始數(shù)據(jù)選點(diǎn)”模塊可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)選點(diǎn)，實(shí)時(shí)改變數(shù)據(jù)點(diǎn)的顯示狀態(tài)。如果多次測量值相近，還可以選擇多個(gè)點(diǎn)，取平均值作為該深度點(diǎn)的電阻率數(shù)值。

過套管電阻率測井離散數(shù)據(jù)選點(diǎn)插值后，以裸眼井測井資料為基準(zhǔn)，對曲線進(jìn)行深度校正。

進(jìn)行數(shù)據(jù)插值，軟件可以任意選擇插值程序，實(shí)時(shí)跟蹤插值效果，選擇適合所選數(shù)據(jù)體的插值方法。插值后將數(shù)據(jù)點(diǎn)寫入wis數(shù)據(jù)中，完成過套管電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)處理。

3 應(yīng)用實(shí)例

在編制的預(yù)處理軟件和環(huán)境影響校正軟件模塊的基礎(chǔ)上，在FORWARD平臺(tái)下編制了套后水淹層評價(jià)模塊，以A井為例進(jìn)行說明。

根據(jù)A井套管參數(shù)進(jìn)行水泥環(huán)影響因素校正（見圖7）。1 380～1 430m段是泥巖段，水泥環(huán)的電阻率比泥巖層段電阻率大，使視電阻率變大，水泥環(huán)校正使視電阻率變低；1 440～1 500m段是砂巖段，水泥環(huán)的電阻率比砂巖段電阻率小，使視電阻率變小，水泥環(huán)校正使視電阻率變高。K因子標(biāo)準(zhǔn)化研究，在應(yīng)用過套管電阻率測井資料時(shí)，進(jìn)行實(shí)用刻度，即根據(jù)裸眼井電阻率測井資料，選擇勘探開發(fā)過程中電阻率值穩(wěn)定的泥巖層或水層進(jìn)行K因子校正，校正效果見圖8。

圖9是A井過套管電阻率測井綜合解釋成果圖。圖9中24號(hào)層過套管電阻率下降明顯，電阻率從70Ω·m下降到20Ω·m，儲(chǔ)層為強(qiáng)水淹。利用斯倫貝謝資料計(jì)算的含水飽和度和裸眼井含水飽和度相比下降在20%以上，利用俄羅斯過套管電阻率計(jì)算的含水飽和度和裸眼井含水飽和度相比下降在30%以上，隨時(shí)間推移該層水淹程度加大，由圖9可見應(yīng)該考慮對該射孔段進(jìn)行封堵。

4 結(jié) 論

（1）在展望過套管電阻率測井技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了對過套管電阻率測井發(fā)展的看法。

（2）對俄羅斯ECOS過套管電阻率測井儀采用傳輸線解法、自適應(yīng)有限元等技術(shù)，系統(tǒng)考察了套管腐蝕、水泥環(huán)、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等環(huán)境因素的影響規(guī)律，建立了相應(yīng)的校正圖版并軟件實(shí)現(xiàn)，解釋精度提高5%～10%。

（3）針對ECOS過套管電阻率測井儀編寫了基于FORWARD平臺(tái)的預(yù)處理軟件，顯著提高了與裸眼井測井資料結(jié)合進(jìn)行水淹層評價(jià)的效率。這些成果對各油田推廣應(yīng)用過套管電阻率測井技術(shù)具有一定的參考價(jià)值。

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On Through Casing Resistivity Logging（ECOS）

LI Jian1，SUN Jianmeng2，WANG Zhengkai2
（1.Well－tech R＆D Institute，COSL，Beijing 101149，China；2.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266555，China）

Introduced are the history and research status of cased hole resistivity logging technology.Discussed are the key issues in ECOS application.Transmission－line model and HP method are used to simulate the logging response of ECOS，and obtained are the correction charts of the ECOS for various environmental factors such as the casing conditions，cement sheath，surrounding rocks，Kfactors，casing collars，perforations and etc.With all these corrections，the logging interpretation results accuracy goes up by 5%～10%.A special pre－processing program inserted into FORWARD software are developed，which shortens the time for log data interpretation of cased holes and open holes.And the water flooded layer evaluation efficiency is improved prominently.

through casing resistivity logging，HP method，correction chart，transmission－line model，pre－processing

P631.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2011－08－30 本文編輯 王小寧）

國家十二五重大專項(xiàng)（2011ZX05020－004）電阻率多維成像測井技術(shù)與裝備

張國艷，女，1979年生，碩士，從事三維感應(yīng)測井儀器方法研究和資料解釋工作。