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1、咸水泥浆井中的阵列感应测井井眼影响特性分析杰1骏1解茜草1徐小倩1谢尉尉1杨建梅2刘勇3仵张(1.光电油气测井与检测教育部重点实验室(西安石油大学)陕西西安)(2.中国石油集团测井有限公司技术中心陕西西安)(3.中国石油集团测井有限公司长庆事业部陕西高陵)摘要:针对滩海地区的泥浆电导率远高于地层电导率的特点,建立考虑偏心、井径、泥浆电导率和地层电导率的井眼模型,采用三维有限元法计算阵列感应测井仪器HDIL的响应误差。结果表明:随井径、泥浆电阻率和偏心增大,各个阵列受到的井眼环境的影响逐渐变大,尤其是短阵列0、1和2;在大井
2、眼、高泥浆电导率条件下,井眼影响误差出现非线性变化。实际测井数据比较说明了计算结果的有效性。关键词:阵列感应测井;咸水泥浆;井眼影响;泥浆电导率;地层电导率中图法分类号:P631.8文献标识码:B文章编号:100429134(2008)0220054204不同探测深度曲线。趋肤效应利用多频率信息进行校正,可不考虑井眼影响。井眼校正是阵列感应信号处理的关键之一,它使用了一定井眼模型下预先建立的井眼影响数据库。目前的井眼影响模型如图1所引言0随着石油勘探的进一步深入,在滩海地区的钻井逐渐增多。滩海地区由于受地理位置所限,一般采
3、用高矿化度泥浆,同时由于岩性细、束缚水含量高,这样就形成了该地区的低电阻油气层特征,泥浆电阻率远远低于区域地层水电阻率1,造成利用常规测井资料识别油气层的困难,因此需要借助阵列感应测井等成像资料。但是,目前的阵列感应主要适用于淡水泥浆和油基泥浆,相关的解释处理软件及所有的相关研究都是针对淡水泥浆和油基泥浆做的。在咸水泥浆井中,阵列感应测井受井眼影响严重,必须开发相应的数值计算技术,研究仪器响应特性。本文根据三维有限元数值计算技术,针对咸水泥浆特点建立咸水泥浆环境下的各种地层模型,研究了阵列感应测井仪器HDIL在咸水泥浆井眼
4、中的响应特性。示2,考虑井径、仪器偏心、井眼泥浆电阻率和地层电阻率4个因素,不考虑围岩和侵入影响,偏心的大小由偏心块决定。图1中给出了阵列感应测井的3线圈系示意图,T、B和R分别为发射线圈、屏蔽线圈和主接收线圈。发射线圈的交变电流在井眼周围导电地层中产生交变电磁场,其大小与地层电导率有关,通过测量阵列感应测井井眼影响模型的建立阵列感应测井仪器HDIL的线圈系探头由一个发射和7个主接收线圈系组成。发射线圈发射包含8个频率信号(10k、30k、50k、70k、90k、110k、130k和150kHz)的合成信号,7个接收线圈接
5、收所有频率信号。测量信号依次进行趋肤效应校正、井眼校正、真分辨率合成和分辨率匹配,最后提供3种分辨率的6条1图1仪器偏心响应计算模型第一作者简介:仵杰,男,1965年生,教授,1989年毕业于西北工业大学自动控制系陀螺与惯性导航专业,获硕士学位,1997年获西安交通大学电磁场与微波技术专业博士学位,现为西安石油大学仪器系主任,从事教学与电磁测井理论、数值模拟和阵列感应信号处理方面的研究。邮编:710065根据任意时变电磁场的Maxwell方程组,可以推率确定时,随泥浆电导率增大,仪器响应误差逐渐增大,其中短阵列的误差比较大
6、,长阵列的误差比较小,说明泥浆电导率对阵列感应测井的短阵列响应影响比较严重,对长阵列的响应影响比较小。8in井眼时,子阵列0和1影响较大,且随泥浆电导率增大近似线性增加(图2(a))。16in井眼时,子阵列0、1、2和3的影响严重,随泥浆电导率增大非线性增加(图2(b)和图2(c))。导出感应测井中电场强度应满足E的方程3为v2E+k2(σ)Ev·E=0=-jωμJ(1)式(1)中,k2=iωμσ,k为波数,ω为仪器工作角频率,μ为磁导率,σ为与空间位置有关的地层电导率,J为发射线圈的电流密度。经过坐标变换,可以得到柱坐标
7、系中电场强度E的表达式229Eφ+9Eφ919(rEφ)1+k2(σ)Eφ9rr9r9z2r29φ2jωμJφ(2)=-根据式(2),可建立关于电场强度的泛函极值问题,通过三维有限元求解方法,计算出空间任何位置上的电场强度,然后再计算接收线圈上接收的电动势,最后利用视电导率计算公式计算出视电导率4。在具体处理时,划分网格数量及网格分布、刚度阵形成、代数方程求解、程序设计等均必须认真考虑。实际计算结果分析根据以上思想可编写有限元数值计算程序5计算不同井眼直径、不同地层电导率、不同泥浆电导率,以及仪器在井眼不同偏心状态下的仪器
8、响应,并减去均匀地层的响应值,得到井眼影响大小。仪器的偏心距(d)可以用偏心块的大小(Stand-off)表示,二者之间的关系可以表示为:d=(Dh-dt)/2-Ds,其中dt为仪器直径,Ds表示Stand-off,取值范围为0.5in(1in=25.4mm)-MAX,Stand-off为MAX时表示仪
