套管接箍對電阻率測井的影響

張駿

(中石油西部鉆探工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大學電子工程學院，陜西 西安 710065)

郭巖

(西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065)

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套管接箍對電阻率測井的影響

張駿

(中石油西部鉆探工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大學電子工程學院，陜西 西安 710065)

郭巖

(西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065)

過套管測井對于老井挖潛、剩余油探測和套后儲層評價有重要意義。研究了套管接箍對過套管電磁測井的影響及接箍磁導率對電磁信號穿透能力的影響。依據井筒結構的電磁響應模型，計算了套管接箍的厚度變化對感應電動勢影響，給出了套管接箍突然變厚和減薄時的感應電動勢響應特性，為感應式過套管電阻率測井的接箍校正提供了依據。

過套管；電磁測井；接箍；感應電動勢

過套管測井是近年來國內外研究老井挖潛、剩余油探測及套后儲層評價的熱點課題。聲波測井及核測井雖然可以實現過套管測井，但因探測距離有限，所獲取的信息及解決的問題與電磁測井有很大區別。就儲層含油氣飽和度評價而言，通過電磁測井獲取地層電阻率在目前仍然是必不可少的重要手段[1，2]。通過過套管電磁電阻率測井，可以對比不同開采階段儲層的變化情況，清楚地了解剩余油的儲藏狀況[3]。常規的電阻率測井，由于金屬套管屏蔽的影響，不能在金屬套管井中應用。針對套管井的電阻率測井，國內外均開發了依賴于電極推靠系統的測井儀器[4～6]，其基本思想是在套管上設置若干電極，迫使電流向地層流動，并在地面上布局接收電極，通過漏入地層的電流與電流之間關系確定地層電流電阻率。接觸式過套管電阻率測井多采用點測法，速度慢、信噪比低，絕大部分電流消耗在套管上。而電磁測井屬于非接觸式測量，不存在上述問題，但需要考慮套管的影響，其中套管接箍厚度會引起感應電動勢響應信號的突變，同時也對穿透能力帶來嚴重影響。為此，筆者首先分析了套管磁導率對信號穿透能力的影響，進而研究了接箍厚度對感應電動勢的影響。

1　磁導率對信號穿透能力的影響

目前，采用的套管多具有一定的磁導率，當電導率和角頻率一定時，磁導率是影響信號穿透能力的唯一因素。根據趨膚公式有：

(1)

式中：δ為趨膚深度，mm；ω為角頻率，rad/s；μ為磁導率，H/m；σ為電導率，S/m。

套管或接箍的穿透能力δc與真空情況下的穿透能力δ0之比為：

(2)

式中：μcr為套管相對磁導率，1。

圖1　套管相對磁導率對電磁信號穿透能力的影響

不同材料的套管相對磁導率一般小于1000，多數為幾百。由圖1可見，與真空相比，由于磁導率的影響，在最不利情況下，套管接箍處的信號穿透能力會衰減至真空信號穿透能力的3.16%；即使相對磁導率為常見的400，套管接箍處的信號穿透能力也會衰減到真空信號穿透能力的5%。因此，如果能夠將套管磁化[7]，使其達到磁飽和，則可使套管接箍處的信號穿透能力提高31.6倍；即使相對磁導率僅為50，也可提高10倍。

2　接箍的電磁響應

圖2為電磁探測系統的柱狀分層結構示意圖，包括井眼、套管與接箍組成的金屬管柱、地層共3層結構。

從麥克斯韋方程出發，考慮邊界條件后，可求得第j層的軸向磁場為[8]：

圖2　電磁探測系統的柱狀分層結構示意圖

BjK0(xjr)]cos(λz)dλ

(3)

考慮到接收線圈在井軸上，從而可得：

=-iωμj∮HzjdS

(4)式中：V(ω) 為頻率域的感應電動勢，V；Φ為磁通量，Wb；t為時間，s；SR為接收線圈的橫截面積，m2。

將式(4)中頻率域求解出來的感應電動勢轉換成時間域[9]：

(5)

式中：V(t)為時間域的感應電動勢，V；NR是接收線圈匝數，1；kn為G-S方法的濾波系數，1；λj是分離變量；ξ是積分變量；z0是磁偶極子的位置，m。

3　接箍厚度對接收信號的影響

對接收線圈上的瞬變電磁響應進行計算時，取I=5A，z=0.5m，r=0.035m；真空中的介電常數ε0=8.85×10-12F/m，σ1=1.0S/m，σ2=200000S/m，σ3=0.1S/m；μ2=μcrμ0(其中，μcr=100，真空中的磁導率μ0=4π×10-7H/m)；r1=0.062m，r2=0.07m，套管厚度Δr=0.0075m。

假設在井深22.5m處，腐蝕或損傷作用使套管厚度減少4mm(圖3)；此處加厚套管接箍，比正常接箍厚度增加3mm(圖4)。由圖3可知，接收線圈上的V(t)曲線均隨井深的增加呈現衰減規律變化，在套管接箍厚度突然變薄處，V(t)存在明顯異常，出現明顯抬升，說明套管厚度越薄，電磁波信號越容易穿過套管，接收線圈上的V(t)越強，衰減越慢。由圖4可知，接收線圈上的V(t)在套管接箍突然變厚處，V(t)出現明顯下降，說明套管厚度越厚，電磁波信號越難以穿過套管，接收線圈上的V(t)越小，衰減越快。

圖3　套管接箍變薄對感應電動勢的影響　　　　　　　　　　圖4　套管接箍變厚對感應電動勢的影響

4　結論

1)接箍的相對磁導率對電磁信號的穿透能力有很大影響，當相對磁導率為100～1000時，由于接箍的存在，電磁信號的穿透能力誤差為真空磁導率的10.0%～3.16%，磁導率越高，誤差越嚴重。

2)套管接箍厚度對響應信號有非常明顯的影響，厚度增加，響應信號幅度減小，反之亦然。計算結果表明，當套管厚度減小4mm時，采集到的感應電動勢會出現突然增加的情況，感應電動勢增加51.3%；反之，當套管接箍厚度比正常接箍厚度增加3mm時，采集到的感應電動勢會出現突然減小的情況，感應電動勢減小46.7%。

[1]程希，金平陽，丑紀輝，等.油藏動態監測新手段[J] .石油儀器，2014,(1)：80～83，86，101.

[2]王棟，張洪洋，申小虎.剩余油飽和度測井技術現狀及展望[J] .化工管理，2014,(7)： 102.

[3]Askry S，Farag S.Cased hole resistively measurements optimize management of mature waterflood in Indonesia[A].Transactions of the SPWLA 43rdAnnual Logging Symposium[C]. Houston，2002-06-02～05.

[4]Starcher M，Mut D，Fontanarosa M，et al. Next generation waterflood surveillance：Behind casing resistivity measurement successfully applied in the A3-A6 waterflood Elk Hills Field， Kern County，California[J].SPE76730，2002.

[5]Béguin P， Benimeli D， Boyd A，et al. Recent progress on formation resistivity measurement through casing[A]. SPWLA 41stAnnual Longing Symposium[C].Texas，2000-06-17～20.

[6]謝榮華，劉繼生，巢華慶，等. 俄羅斯測井技術在大慶油田的應用和發展[J]. 測井技術，2003，7(2)：89～94.

[7]任志平，黨瑞榮.套管磁化與過套管介質識別[J]. 儀器儀表學報，2009，30(9)：1813～1817.

[8]宋汐瑾，黨瑞榮，董昭.套管井電磁測井技術及套管影響規律研究[J]. 測井技術，2010，4(2)：143～145.

[9] Davies B，Martin B L．Numerical inversion of Laplace transform：asurvey and comparison of method[J]. J Compt Phys，1979，33(1)：1～32.

[編輯]龔丹

2016-07-30

陜西省科技攻關項目(2016GY-17)。

張駿(1962-)，男，高級工程師，長期從事石油工程技術、管理工作， zhangjun009@cnpc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)26-0033-03

[引著格式]張駿，王登岳，宋汐瑾，等.套管接箍對電阻率測井的影響[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(26):33～35.