俄羅斯過套管電阻率測井技術應用研究

李健，孫建孟，王正楷

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

俄羅斯過套管電阻率測井技術應用研究

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研究院，北京101149；2.中國石油大學地球科學與技術學院，山東青島266555）

介紹了過套管電阻率測井技術的發展歷史和研究現狀，對俄羅斯ECOS過套管電阻率測井儀應用的關鍵問題進行了討論。采用傳輸線解法、自適應有限元等技術研究了ECOS過套管電阻率測井儀的數值測井響應，對套管腐蝕、水泥環、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等環境因素進行了系統的理論模擬。建立了相應的校正圖版并進行軟件實現，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平臺的預處理軟件，提高了與裸眼井測井資料結合進行水淹層評價的效率。

過套管電阻率測井；自適應有限元方法；校正圖版；傳輸線解法；預處理

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、探測深度遠大于核測井等方面的獨特優勢，在油藏動態監測、評價剩余油飽和度方面正在發揮越來越重要的作用。目前國內大慶油田、遼河油田、中國石油集團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L.M.Aplin［1］提出測量電流漏瀉方法，申請第1個專利，但原理只獲得地層相對電導率，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現；1988年，美國順磁公司試驗成功第1臺樣機（TCRT）；1990年，Kaufman發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［2－4］；2000年，Schlumberger公司（CHFR）商業使用；2003年，俄羅斯地球物理公司根據自己提出的模型，基于液壓系統設計了樣機；2004年，Schlumberger公司推出第2代儀器（CHFR－Plus），正式投入商業使用；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向測井原理向著感應測井原理方向發展，由單探測深度向著多頻多探測深度的綜合方向發展。本文重點對過套管電阻率測井儀（ECOS）應用的關鍵技術進行討論。

1 ECOS過套管電阻率測井儀環境影響校正研究

過套管電阻率測井受井眼環境因素影響很大，特別是套管、水泥環、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測井響應的影響；王偉［6］等人（2008年）基于傳輸線理論分析了水泥環等因素對CHFR測井響應的影響；謝進莊［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異常造成的影響。為了提高過套管電阻率測井資料的應用精度，本文首次采用基于面向目標的自適應有限元方法，結合俄羅斯ECOS儀器的測量原理，分別考察套管、水泥環、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等對測井資料的影響規律［8－12］，建立其校正圖版，對過套管電阻率測量結果進行環境影響校正，并用實例驗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生在套管電阻的連接處附近1m范圍內，異常套管在高電阻率對應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，異常長度越大，其套管電導率不均勻對視電導率影響越大，而套管不均勻電導率越大，對視電阻率的影響也就越大。

套管異常校正時，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的點，即可得到地層真實電阻率，或者是利用小波變換處理進行校正。

1.2 水泥環影響和校正

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

圖1 水泥環厚度對電阻率影響圖版

水泥巖樣電阻率實驗、薄片和壓汞毛細管壓力數據研究顯示，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象，對于一些老井，由于浸泡時間很長，使得實際水泥電阻率低于實驗值。水泥環電阻率不能直接測量得到，可根據式（1）求取

對于水泥膠結不好的時候，則用模型（見圖2）計算等效電阻率，其中α1、α2分別對應第Ⅰ、Ⅱ界面膠結程度的量，范圍在［0，2π］。膠結程度越差，取值越大，膠結好時該值取為0。等效水泥環電阻率結果主要受充填液厚度和膠結面處充填液體所占角度有關。圖3所示為第Ⅰ界面校正圖版，根據充填液厚度和膠結界面處充填液所占角度，即可得到水泥環的等效電阻率。

圖2 水泥環膠結不好時等效電阻率計算模型

由水泥環等效電阻率以及水泥環的有效厚度，便可根據圖版進行地層電阻率校正。圖4是水泥環膠結不好時的校正圖版。以視電阻率／水泥環電阻率為橫坐標，再根據水泥環厚度，便可得到地層真實電阻率。

1.3 圍巖影響及校正

目的層厚大于1.2m時，目的層不受圍巖影響，無需作圍巖校正。目的層在0.5～1.0m之間時需要作圍巖校正。目的層厚度大于圍巖厚度的時候，測量出的目的層的視電阻率會增大；而當目的層電阻率小于圍巖電阻率的時候，測出的目的層視電阻率會稍微減??；目的層越薄時，視電阻率異常越明顯。進行圍巖校正的時候，確定層厚、井徑，選擇不同的圍巖校正圖版，根據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

由徑向地層介質精確解法的理論推導，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?？傻玫終因子近似為

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，也基于自適應有限元得出了相應的校正圖版。

（1）接箍的電阻率為套管的10倍左右，接箍的影響主要發生在接箍的2個端點處，其影響范圍一般為1m左右，使得接箍對應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行處理。

（2）射孔使金屬套管的縱向電導和地層的橫向電阻同時發生變化，金屬套管的縱向電導由于橫截面的減少而發生稍微減少，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，可以不考慮其影響。但射孔的存在會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）當測量井段大于50m時，一般不需要考慮套管鞋的影響；當測量井段小于50m時，套管鞋的存在會使過套管視電阻率值減小，需使用給出的校正圖版進行校正。

2 ECOS過套管電阻率測井預處理軟件開發

ECOS過套管電阻率測井儀采用獨特的記錄方式，與通常的解釋處理軟件不匹配，需要在FORWARD平臺上加以預處理，主要包括數據選點、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，數據量大、操作繁瑣、不具可視性等不足，開發了＊.dbf原始數據讀取模塊，并且可以顯示在測井道上。利用軟件“原始數據選點”模塊可以實時動態選點，實時改變數據點的顯示狀態。如果多次測量值相近，還可以選擇多個點，取平均值作為該深度點的電阻率數值。

過套管電阻率測井離散數據選點插值后，以裸眼井測井資料為基準，對曲線進行深度校正。

進行數據插值，軟件可以任意選擇插值程序，實時跟蹤插值效果，選擇適合所選數據體的插值方法。插值后將數據點寫入wis數據中，完成過套管電阻率測井數據預處理。

3 應用實例

在編制的預處理軟件和環境影響校正軟件模塊的基礎上，在FORWARD平臺下編制了套后水淹層評價模塊，以A井為例進行說明。

根據A井套管參數進行水泥環影響因素校正（見圖7）。1 380～1 430m段是泥巖段，水泥環的電阻率比泥巖層段電阻率大，使視電阻率變大，水泥環校正使視電阻率變低；1 440～1 500m段是砂巖段，水泥環的電阻率比砂巖段電阻率小，使視電阻率變小，水泥環校正使視電阻率變高。K因子標準化研究，在應用過套管電阻率測井資料時，進行實用刻度，即根據裸眼井電阻率測井資料，選擇勘探開發過程中電阻率值穩定的泥巖層或水層進行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號層過套管電阻率下降明顯，電阻率從70Ω·m下降到20Ω·m，儲層為強水淹。利用斯倫貝謝資料計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，隨時間推移該層水淹程度加大，由圖9可見應該考慮對該射孔段進行封堵。

4 結 論

（1）在展望過套管電阻率測井技術現狀的基礎上，提出了對過套管電阻率測井發展的看法。

（2）對俄羅斯ECOS過套管電阻率測井儀采用傳輸線解法、自適應有限元等技術，系統考察了套管腐蝕、水泥環、圍巖、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等環境因素的影響規律，建立了相應的校正圖版并軟件實現，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平臺的預處理軟件，顯著提高了與裸眼井測井資料結合進行水淹層評價的效率。這些成果對各油田推廣應用過套管電阻率測井技術具有一定的參考價值。

［1］ Alpin L M.The Method of the Electric Logging in the Borehole with Casing：U.S.S.R.Patent，56026［P］.1939.

［2］ Kaufman A A.Conductivity Determination in Formation Having a Cased Well：U.S.Patent，4796168［P］.1989.

［3］ Kaufman A A.The Electrical Field in a Borehole with a Casing［J］.Geophysics，1990，55（1）：29－38.

［4］ Kaufman A A，Wightman W E.A Transmission－line Model for Electrical Logging Through Casing［J］.Geophysics，1993，58（12）：1739－1747.

［5］ 尤建軍，張超謨，陳詳，等.CHFR測井原理及影響因素研究［J］.地球物理學進展，2005，20（3）：780－784.

［6］ 王偉，龐巨豐，許思勇，等.套管井電阻率方法及其影響因素分析［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2008，23（2）：40－43.

［7］ 謝進莊，楊景海，劉福平，等.過套管地層電阻率曲線環境影響校正方法研究［J］.地球物理學進展，2010，25（1）：258－265.

［8］ 劉福平，高杰，孫寶佃，等.實際井眼條件下過套管電阻率測井響應的傳輸線方程的正演算法［J］.地球物理學報，2007，50（6）：1905－1913.

［9］ 高杰，劉福平，包德州，等.非均勻套管井中的過套管電阻率測井響應［J］.地球物理學報，2008，51（4）：1255－1261.

［10］高杰，劉福平，包德州，等.過套管電阻率測井數值研究［J］.中國科學：D輯：地球科學，2008，38：186－190.

［11］劉勝建.過套管電阻率測井在墾東六斷塊油藏動態監測中的應用［J］.測井技術，2003，27（2）：162－165.

［12］洪有密.測井原理與綜合解釋［M］.東營：中國石油大學出版社，1993.

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 文獻標識碼：A

2011－08－30 本文編輯 王小寧）

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

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