雙頻電阻率測井儀的研制及應用

陳清業

(中石化河南石油工程有限公司測井公司　河南　南陽　473132)

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·開發設計·

雙頻電阻率測井儀的研制及應用

陳清業

(中石化河南石油工程有限公司測井公司河南南陽473132)

論述了雙頻電阻率測井儀器的研制及測井曲線在水淹油層解釋中的應用。所測曲線在河南油田的應用表明，雙頻電阻率測井儀器有利于低電阻率油氣藏的探測，能夠精細地描述水淹油層內的剩余油分布情況，克服了電阻率測井解釋油層水淹狀況的技術障礙，為識別油水層及判斷水淹程度提供了技術支持。

地層電阻率；雙頻電阻率測井；含油飽和度

0　引　言

電阻率測井在油氣層評價方面始終是地球物理測井領域里的核心技術之一，其在油氣評價及儲量計算等諸多領域是其他測井技術所不及的。但是隨著油田投入注水開發之后，由于地層電阻率受水淹程度等的影響而多變，使得常規電阻率測井通常只能測量井下地層電阻率值而不能測量地層相位差信息，因而影響了對地層含油飽和度的評價。雙頻電阻率測井儀器通過對地層的測試電壓和電流信號的采集及檢測，將檢測的信號經數字化處理，獲得地層復電阻率值信息，從而更好地對地層含油飽和度進行評價。

1　雙頻電阻率測井原理

圖1　雙頻電阻率測量等效圖

雙頻電阻率測井是我國擁有自主知識產權的地球物理測井方法，其理論起源于石油大學的巖石物理理論與實驗研究成果，即油層具有頻散現象，水層沒有頻散現象。雙頻電阻率測井的理論基礎是將地層視為電阻與電容并聯的等效電路。低頻測量時由于容抗極大，其測量值可視為純電阻；高頻測量時容抗與阻抗并存。雙頻電阻率儀器是在原雙側向儀器的基礎上研發而來的，但只保留原有雙側向儀器的深側向通道，去掉淺側向通道，加入高頻通道，利用深側向電極系，形成雙頻電阻率下井儀[1]。地層可視為電阻與電容并聯，圖1為地層雙頻電阻率測量等效圖。

電阻率Rz的計算公式為：

(1)

式中，Rz為地層電阻率，K為電極系數，Ix為高頻電流實部，Iy為高頻電流虛部，Ux為電壓值。

低頻和原來雙側向儀器的深側向頻率一樣，采用35 Hz頻率不變，高頻采用相對較高的頻率8 928 Hz。由于雙頻電阻率是利用原來雙側向的深側向通道，不需要淺側向通道，所以去掉淺側向相關通道，相應地加入高頻功放電路，主監控高頻通道，電壓、電流檢測高頻通道。因此A1和A2電極短路，同時作為高、低頻的屏流發射電極。工作原理框圖如圖2所示。

圖2　雙頻電阻率測量原理框圖

儀器工作時，低頻、高頻受控電流源通過A0發出主電流I0，高、低頻通過兩對屏蔽電極A1、A2和A1′、A2′發出與主電流I0同相的屏蔽電流，主監控回路自動調整，使高、低頻在監督電極M1和M2及M1′和M2′之間電位相等。這時測量M2與參考電極間的電位差Ud，Ug，及主電流Id，Ig可求出低、高頻電阻率值：

Rd=Kd×Ud/Id

(2)

Rg=Kg×Ug/Ig

(3)

式中，Ig是高頻電流的模值；Ug是高頻電壓的實部。

(4)

式中，Ix為高頻電流實部，Iy為高頻電流虛部。

在公式(2)、(3)中，由于高、低頻使用的電極系尺寸一樣，都是利用深側向電極系，因此低頻和高頻的電極系數Kd和Kg都是0.89。實際測井就是利用公式(2)、(3)測出低頻和高頻電阻率曲線，從而更好地對地層含油飽和度進行評價[2]。

2　雙頻電阻率儀器主要電路工作原理

2.1主監控電路

主監控電路由低頻差分放大器、帶通濾波器和高頻差分放大器、帶通濾波器和混合相加功率驅動電路三部分構成，其中低頻差分放大器、帶通濾波器與雙側向深側向相應部分一樣，這里不再贅述。

主監控高頻部分由N2A(AD712)構成差分放大電路，N2B構成帶通濾波器，以及N3(AD711)放大器組成。高頻帶通濾波器的Q值為6，帶通濾波器中心頻率為8 928 Hz。原理框圖如圖3所示。高低頻混合電路及功率放大由N4構成。

圖3　主監控電路原理框圖

2.2電流測量電路

電流測量電路形式與電壓測量電路類似，只是增加了電流電壓轉換部分。電流電壓轉換原理圖如圖4所示。

圖4　電流電壓轉換等效電路圖

電流電壓等效轉換的公式為：

(6)

(7)

電流測量電路由低頻和高頻兩部分構成。電流測量電路由N1構成寬帶放大器，N2構成低頻帶通濾波器和放大器，N5構成高頻帶通濾波器和放大器，高頻帶通濾波器中心頻率為8 928 Hz，Q值為5。低頻由于采用直流采集方式,因此采用了相敏檢波及低通濾波器，相敏檢波及低通濾波器由N3、N4構成。高頻采用軟件采集實虛部的方式，因此不需要相敏檢波及低通濾波器。低頻和高頻通道的增益都是234。電流測量電路原理框圖如圖5所示。

電壓測量電路與電流測量電路相似，這里不再敘述。

圖5　電流測量電路原理框圖

3　室內測試

雙頻電阻率側井儀與SDZ-5000模擬箱配接室內測試數據見表1。儀器組合：長電極+遙測+雙頻電阻率+模擬箱+硬電極+硬電極+B電極。

從表1可以看出，利用模擬箱20、50 Ω·m檔并聯0.1 μF、0.2 μF電容，測量高頻電流虛部IY線性較好，這與實驗室測量的地層電容量與含油飽和度呈正線性關系相符合。

表1　室內測試數據

在20 Ω·m檔：

△IY1=-502-(-380)=-122

△IY2=-380-(-258)=-122

在50Ω·m檔：

△IY1=179-(849)=1028

△IY2=-1182-179=1003

說明儀器高頻電流虛部IY線性較好，而高頻電流虛部IY正是并聯電容的反映，在測井過程中即為地層電容性的反映。水層無電容性，為純阻性地層，油層有電容性，為阻容性地層。

4　現場測井資料

2014年12月，在SKD3000B地面系統上安裝了雙頻電阻率地面測井程序，然后與雙頻電阻率測井儀進行配接，儀器經過內刻及模擬盒外刻檢查，工作正常。

2014年12月至2015年1月,先后在下T5-3725X井、雙K499X進行雙頻電阻率測井儀現場測井試驗，根據RLLD、RLLS、RLLX、RLLY測井曲線分析，RLLD、RLLS在泥巖層基本重合，在油水層有較大差值，這是地層“頻散現象”的反映，油層的頻散現象是由于油層具有電容性而產生的，含油飽和度越高，地層容性越強，容抗越低，因此RLLS低于RLLD的數值。在水層無頻散現象，RLLD、RLLS值基本重合。RLLY在油層也有相對明顯高的顯示，這是因地層具有電容性而引起虛部電流增大造成的，在泥巖、水層地層無電容性，其虛部電流基本為零，所以其虛部電阻率值很低[3]。從測井資料看儀器穩定性基本達到設計要求。

下T5-3715X井測井曲線如圖6所示。在油層除了RLLD、RLLS電阻率相差較大外，RLLY電阻率也有相對明顯高的顯示，證明含油地層呈容性，與車間聯試結果較為接近。

從綜合解釋圖6可看出，2、3、4、5、6、7號層解釋為強水淹層，但5號層下部RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值上部為13 Ω·m，下部為3 Ω·m，說明5號層上部地層未淹，下部地層水淹并且越向底部水淹越嚴重。6號層下部RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值上部為8 Ω·m，下部為3 Ω·m，可解釋為物性較好的下部地層已淹而物性較差的上部地層尚未水淹。8、9號層解釋為水層，RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值為0 Ω·m。說明含油地層有較高的RLLD、RLLS差值及RLLY值較高。水層RLLD、RLLS值基本重合且RLLY值為零。同時5、6、7號層上部RLLD、RLLS差值比下部高，RLLY的值上部比下部高，說明上部呈電容特性更強，同時也具有更好的含油特性，這也符合水重油輕，在油水運移過程中油集中在地層上部的規律。

5　結　論

雙頻電阻率儀器在河南油田的應用表明，該儀器能精細地描述水淹油層內的剩余油分布情況，提高了對油層不同水淹級別的反映能力，克服了無法通過電阻率測井解釋油層水淹狀況的技術障礙。尤其是對受飽和水礦化度影響的電阻率較小的區塊，更能獲得價值較高的地層電阻率值及低頻介電常數，通過地層電阻率值及低頻介電常數，能夠精確的描述水淹油層內的剩余油分布情況，對剩余油儲量計算和油田的合理開發都有著重要意義。

圖6　雙頻電阻率測井對強水淹層的顯示圖

[1] 中國電子科技集團公司第二十二研究所.SSDZ-1雙頻電阻率下井儀技術說明書[Z].2011.

[2] 胡澍.地球物理測井儀器[M].北京：石油工業出版社，1991：56-58.

[3] 陳序三,趙文杰,朱留方.復電阻率測井方法及其應用[J].測井技術，2001, 25(5) : 327-331.

Development and Application of Dual Resistivity Logging Tool

CHEN Qingye

(SinopecHenanEngineeringCompanyLimitedLoggingCompany,Nanyang,Henan473132,China)

The development of dual frequency resistivity logging instrument and the application of logging curves in watered out reservoir interpretation are discussed. The application of logging curves in Henan oilfield indicates that dual frequency resistivity logging instrument is helpful for detection of low resistivity reservoir and can accurately describe the remaining oil distribution in watered out reservoir, which overcomes the technical obstacles in interpreting the reservoir water flooding situation through resistivity logging and provides technical support for identifying oil and water reservoir and judging watered-out degree.

formation resistivity; dual frequency resistivity logging; oil saturation

陳清業，男，1967年生，高級工程師，1990年畢業于西南石油學院地球物理測井專業，目前在河南石油工程有限公司測井公司從事測井管理工作 。E-mail:sf301@126.com

P631.8+11

A

2096-0077(2016)04-0014-04

2015-11-08編輯：姜婷)