[發明專利]一種過金屬套管磁聲電阻率成像測井方法和裝置

有效

• 申請號: 201210393678.1
• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102865071A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉國強;劉宇;李艷紅;夏慧;夏正武;李士強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/002
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種石油勘探領域中測量井周電阻率分布的方法，特別涉及金屬套管井的井周地層電阻率成像測井方法。

技術背景

石油勘探測井被稱為“石油工業的眼睛”，借助測井技術，石油地質學家和石油開發工程師能夠了解井筒周圍地層的孔隙度、滲透率和含油氣飽和度等重要信息。

為了實現油田的穩產和高產，各個油田都面臨著有效的金屬套管井中的剩余油評價和流體動態檢測這一難題。金屬套管的電阻率通常是被測試地層電阻率的10⁷～10¹⁰倍，磁滲透率是被測試地層磁滲透率的10～200倍，金屬套管與地層在電磁屬性上的巨大反差，造成金屬套管井中電阻率測井和裸眼井中電阻率測井在物理上存在著巨大的差異：金屬套管本身就是一個巨大的導電電極。在嘗試通過金屬套管把電流傳導到地層中去時，由于電流會沿著電阻率最小的路徑完成電流回路，導致在低電阻率的金屬套管和地層之間，大部分電流會沿套管流動而僅有非常微弱的地層漏失電流；另一方面，井眼周圍的電流泄漏發生在整個套管長度上，每米長度上的泄漏量非常少。上述事實導致過金屬套管電阻率測量難度遠遠高于在裸眼井中測量地層電阻率，各種有效的裸眼井電阻率測量方法在金屬套管井中不再適用。

前蘇聯在上世紀三十年代末最早提出了“過鋼套管測地層電阻率”的設想，希望能夠基于電法測井原理透過金屬套管測量地層的電阻率，從而實現對金屬套管井中油層剩余油飽和度評價。國際上幾大測井服務公司在上世紀末先后基于該思想開發出各自的過套管電阻率測井儀。過金屬套管電阻率測井在理論上較為簡單，主要是基于傳輸線理論，通過測定通過金屬套管泄漏到鄰近地層中的電流來獲取套管外地層的電阻率。由于微弱的地層電磁信號會被巨大的套管信號屏蔽掉，這給過金屬套管電阻率測井的實現帶來諸多困難，包括納伏級微弱信號的檢測、各種干擾信號對微弱有效信號的影響、后期資料處理和解釋困難等等。上述困難造成現有過金屬套管電阻率測井儀器的使用效果不盡如人意，主要體現在測量誤差較大、地層電阻率有效測量范圍受限、測量效果受地層水礦化度影響嚴重（在地層水礦化度低于5KPPM的情況下不宜使用）、垂直分辨率和測量精度不理想、水泥環對地層電阻率測量結果的影響較大、測井資料解釋方法不成熟等方面。

盡管電法、聲波這兩大類測井技術已經非常成熟，可是單一的電法成像或聲波成像還不能很好地實現過金屬套管的電阻率成像，現有的套管井剩余油評價技術不能滿足測井工程的要求和油田開發的現實需要。

發明內容

本發明的目的是克服現有過金屬套管電阻率測井方法的缺點，提出一種高空間分辨率的過金屬套管地層電阻率成像測井方法。

本發明主要針對金屬套管井的地層電阻率測量過程中，金屬套管對于所發射和接收電磁信號的巨大屏蔽作用，提出一種新的套管井電阻率成像測井方法——過金屬套管磁聲電阻率成像測井方法。

本發明測井方法利用布置在井中的磁體在井周地層產生靜磁場，利用井中的聚焦超聲發射探頭激發井周地層目標區域按一定頻率的振動，在超聲激勵和已知靜磁場共同作用下產生洛倫茲力，在地層中形成電流場。測量該電流場的電壓信號，同時測量超聲回波信號確定質點振動速度，進一步重建獲得地層電阻率分布。

本發明方法根據以下建立的電壓信號與電阻率的非線性關系，重建地層的電阻率圖像。

重建過程包括五個步驟：

1、利用互易定理建立實際測量過程與假想過程物理量的對應關系

（1）實際測量過程為：在超聲激勵和靜磁場共同作用聚焦區中，質點振動速度為Ve_r，靜磁場為-Be_z，所述的靜磁場由磁體系統產生，其對應的磁感應強度B是已知的，質點振動速度V是通過超聲回波測定的。測量線圈測量到的電壓信號為U，e_r和e_z分別為圓柱坐標系下r和z方向的單位矢量。

（2）假想過程為：去除超聲激勵和靜磁場，將實際測量過程中的測量線圈，改為激勵線圈，并通入單位電流，設此時在聚焦區的電流密度的φ分量為J，聚焦區很小，則根據互易定理有：

U＝∫_s-Je_φ·(Ve_r×Be_z)ds????（1）

這里e_φ為直角坐標系下φ方向的單位矢量。

2、根據測得的電壓重建聚焦區內假想過程的電流密度的φ分量；

實際上聚焦區面積S很小，可以假定聚焦區內質點振動速度、靜磁場、電流密度均勻，則根據公式（1），有