側(cè)向電阻率測井

截至2011年12月23日，在諸如油氣勘測、煤層氣、在頁巖地層中俘獲的頁巖氣、采煤等鉆井行業(yè)的隨鉆測量領(lǐng)域中，通常采用地層電阻率來形成地層剖面圖和確定儲層的含油飽和度、煤體結(jié)構(gòu)的含氣量及礦物斷層，因此地層電阻率是測井解釋評價(jià)油氣、煤、礦產(chǎn)儲藏的主要依據(jù)?，F(xiàn)在已知的隨鉆電阻率測井技術(shù)包括隨鉆側(cè)向電阻率測井、隨鉆電磁波傳播電阻率測井和隨鉆感應(yīng)電阻率測井。

隨鉆側(cè)向電阻率測井裝置的工作原理主要是由供電電極提供電流，在井眼周圍地層中形成電場，測量地層中電場的分布，得出地層電阻率。隨鉆側(cè)向電阻率測井裝置將鉆頭本身作為電極，也可以應(yīng)用環(huán)狀電極和靠近鉆頭的3個(gè)紐扣電極進(jìn)行電阻率測量。在采用鉆頭作為電極的情況下，在泥漿侵入或井眼可能損壞之前，隨鉆側(cè)向電阻率測井裝置就可以測量5~10厘米薄層的電阻率。而如果采用3個(gè)鈕扣電極陣列，則可進(jìn)行高分辨率的側(cè)向電阻率測量，可減少圍巖的影響，甚至在鹽水泥漿或高電阻率地層中也可以提供地層真電阻率響應(yīng)。此外，如果應(yīng)用環(huán)狀電極，則可獲得井眼周圍360度范圍的電阻率信息。

然而，隨鉆側(cè)向電阻率測井裝置存在如下缺點(diǎn)：因?yàn)閭?cè)向電阻率測井屬于直流電法測井，首先要有一個(gè)供電電極將直流電流導(dǎo)入地層，然后用一個(gè)測量電極測出井內(nèi)某點(diǎn)的電位，所以只有當(dāng)井內(nèi)有導(dǎo)電泥漿提供電流通道時(shí)才能使用這種側(cè)向電阻率測井方法。然而在實(shí)際鉆井作業(yè)過程中，例如在石油鉆井過程中，有時(shí)為了獲取地層原始含油飽和度信息，需要采用油基泥漿鉆井，甚至采用空氣鉆井，而在這種條件下，則不能使用直流電法測井，即隨鉆側(cè)向電阻率測井方法在這些情況下變得不再適用。

隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置采用多線圈系設(shè)計(jì)，傳播頻率為1~8兆赫茲，線圈系基于鉆鋌本體結(jié)構(gòu)，將線圈系纏繞在鉆鋌上，通過測量不同源距接收線圈間幅度比或相位差，然后再換算為地層視電阻率，測得相移淺電阻率和衰減深電阻率。在理想情況下，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的縱向分辨率由兩接收線圈的間距決定，多探測深度的測量數(shù)據(jù)可以用來解釋侵入狀況，通常認(rèn)為相位電阻率的探測深度較淺，衰減電阻率具有較大的探測深度。

公開號為CN101609169A、題為“一種提高電磁波電阻率測量精度和擴(kuò)展其測量范圍的方法”的參考文獻(xiàn)公開了通過對發(fā)射天線和接收天線之間互感電動勢進(jìn)行計(jì)算，消除了互感電動勢的幅度衰減—電阻率轉(zhuǎn)換圖和相位差-電阻率轉(zhuǎn)換圖中與地層電阻率無關(guān)的互感電動勢、電路零信號、天線系統(tǒng)基值信號，計(jì)算獲得相位差及幅度衰減對地層電阻率的轉(zhuǎn)換。

此外，發(fā)表于中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)的文獻(xiàn)“傾斜線圈隨鉆電磁波電阻率測量儀器基本原理極其在地質(zhì)導(dǎo)向中的應(yīng)用”采用各向異性水平層狀介質(zhì)的磁偶極源并矢green函數(shù)計(jì)算傾斜線圈隨鉆電磁波電阻率測量儀器的響應(yīng)，分析井眼相對傾角和接收線圈傾斜角對接收信號幅度比和相位差的影響，以及傳統(tǒng)儀器和新型儀器在垂直于儀器軸方向的響應(yīng)曲線角峰的性質(zhì)，從而更早地預(yù)測到地層邊界的存在。

截至2011年12月23日，盡管相關(guān)的各種隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置能夠測得不同探測深度的電阻率，但各種隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置存在如下缺點(diǎn)：首先，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置采用的信號頻率太高，由于電磁波的傳播效應(yīng)，所以其探測深度有限。其次，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的測量結(jié)果會受到地質(zhì)因素的影響，尤其是圍巖的影響，因?yàn)檠b置的測量結(jié)果并不僅限于接收線圈之間的地層區(qū)域，而且與發(fā)射線圈到接收線圈之間的整個(gè)地層參數(shù)有關(guān)，甚至于發(fā)射線圈周圍一個(gè)較小區(qū)域內(nèi)的地層也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以該測井裝置的縱向分辨率在很大程度上依賴于整個(gè)裝置所處地層的電阻率。第三，由于隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的線圈系是纏繞在鉆鋌表面的，所以其制作工藝非常復(fù)雜，而且在使用過程中線圈系極容易受到磨損而損壞，并且當(dāng)井眼尺寸變化時(shí)，需要重新繞制線圈，維修檢測較為復(fù)雜，維護(hù)成本高。此外，與隨鉆側(cè)向電阻率測井裝置類似，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置也不能工作在油基泥漿中。

隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)在發(fā)射線圈中施加幅度和頻率恒定的交流電時(shí)，在該線圈的周圍地層中感應(yīng)出渦流，渦流本身又會形成二次交變電磁場，在二次交變電磁場作應(yīng)下，接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢大小與地層電導(dǎo)率有關(guān)，通過測量感應(yīng)電動勢即可得到地層電阻率。

截至2011年12月23日，隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置的線圈系采用一個(gè)發(fā)射線圈和兩個(gè)接收線圈，所述兩個(gè)接收線圈中的一個(gè)為主接收線圈，另一個(gè)為補(bǔ)償線圈，線圈系置于鉆鋌側(cè)面帶有反射層的V形槽內(nèi)，測井響應(yīng)對V形槽正面區(qū)域地層的電阻率變化敏感，因此具有定向測量的特點(diǎn)。隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置由電池供電，在電池頂部裝有一個(gè)公扣連接頭，該公扣連接頭可與隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置底部的母扣連接頭相接，用于向隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同一個(gè)傳感器短節(jié)可適用于不同尺寸井眼的要求。

這種隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置的優(yōu)點(diǎn)是：其信號頻率為20千赫茲，大大低于高頻裝置的頻率，因此不易被地層吸收，探測深度深，測量范圍較大，可達(dá)到0.1-1000歐姆米，而且其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，一個(gè)傳感器短節(jié)可適用于不同尺寸井眼的需要，維修檢測簡單，且適用不同類型的鉆井液。

然而，這種隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置還存在如下缺點(diǎn)：由于該裝置采用由一個(gè)發(fā)射線圈和兩個(gè)接收線圈組成的、具有單一固定探測深度的線圈系，所以該測井裝置只能提供一個(gè)徑向探測深度的地層電阻率，不能用于解釋復(fù)雜侵入剖面和劃分滲透層。此外，對于滲透層而言，泥漿侵入使其電阻率在徑向上發(fā)生變化，由于在同一深度點(diǎn)只能得到一個(gè)徑向探測深度的電阻率值，因此隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置不能用來解釋地層侵入狀況，無法確定地層受泥漿侵入的情況和儲層滲透性，不利于油氣層解釋，從而無法用來準(zhǔn)確測量地層真電阻率。另外，對于不同類型的泥漿侵入以及不同徑向探測深度的電阻率而言，其油氣水層特征是不同的，根據(jù)多條不同探測深度電阻率曲線受泥漿侵入影響程度的不同、以及在油氣水層中所表現(xiàn)出來的差異特征可以識別油氣，所以多深度電阻率測量對于隨鉆測井裝置來說是非常重要的，然而截至2011年12月23日，這種隨鉆感應(yīng)電阻率測井裝置卻無法達(dá)到這個(gè)要求，因?yàn)樗木€圈系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)固定，每一種線圈系只能提供一種深度的電阻率，要得到不同探測深度的電阻率，就得用不同的線圈系進(jìn)行多次測量，由此導(dǎo)致這種隨鉆感應(yīng)電阻率測井方式在鉆井工程實(shí)際應(yīng)用中是很難實(shí)現(xiàn)的。

綜上所述，無論是上述哪種隨鉆電阻率測井裝置，其都存在諸多缺陷，并且，上述各種隨鉆電阻率測井裝置都只致力于徑向探測深度的方法研究和計(jì)算，而并未提及或涉及到前向探測深度。然而，隨著各類隨鉆電阻率測井裝置的發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量的不斷增多，發(fā)射頻率降低，前向深度探測對于鉆井工程而言變得越來越重要，因此，截至2011年12月23日，在鉆井測井領(lǐng)域中對于隨鉆前向探測方法的需求變得愈來愈迫切。