陣列側向測井影響因素分析*

馬歡波，王建波

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部 河北 燕郊 065201)

·儀器設備與應用·

陣列側向測井影響因素分析*

馬歡波，王建波

(中海油田服務股份有限公司油田技術事業部 河北 燕郊 065201)

針對陣列側向測井儀器在測井時可能遇到的影響因素進行分析，為儀器作業測井曲線質量評價提供理論支持。使用有限元素法結合陣列側向測井儀工作原理，編寫了正演數值模擬軟件，使用該軟件分析了陣列側向測井儀器在測井時會受到井眼、侵入、圍巖等因素的影響。研究表明，探測深度淺的曲線MLR1受井眼影響因素最大；陣列側向測量的不同徑向探測深度的4條電阻率曲線在滲透層分開，能清晰描述地層侵入剖面；陣列側向測井儀器縱向分辨率很高，高于其他側向類測井儀器，能夠滿足薄層評價需求。通過這些影響因素分析，測井工程師和解釋人員可以很好地把握測井曲線質量。

陣列側向測井儀；正演響應；影響因素

0 引 言

隨著油氣藏勘探開發的深入，雙側向測井儀器采集的深、淺兩條電阻率曲線已經不能滿足復雜油氣評價需求，尤其不能對侵入剖面進行詳細描述。同時，雙側向測井儀分辨率低(0.6 m)，不能滿足薄層評價需求。為克服雙側向探測特性的不足，Schlumberger和Baker Atlas分別推出了自己的陣列側向測井儀器HRLA和RTeX[1，2]，陣列側向測井儀不僅具有較高的縱向分辨率，而且在徑向提供多種不探測深度的測量曲線，為地層侵入剖面的描述提供了更加詳細的信息。為打破國際大公司技術壟斷，滿足國內海洋測井需求，中海油田服務股份有限公司經過多年方法研究[3，4]和技術攻關，在2015年成功研制出具有自主知識產權的陣列側向測井儀器EALT(Elis Array Laterolog Tool)，該儀器技術性達到國際標準。前人做了很多陣列側向測井響應特性分析[5-7]，但是僅限于簡單地層模型分析，本文增加了復雜地層模型分析，填補了這一空白；采用有限元方法，研究了陣列側向測井儀器在測井時受到的井眼影響因素(井眼、侵入、圍巖等因素)，并使用復雜地層模型來驗證分析結果。

1 電極系結構及工作原理

圖1 電極系結構和電流分布示意圖

2 有限元方法數值模擬陣列側向測井響應

陣列側向測井的響應可歸納為穩流電場計算。陣列側向測井的電場問題可由微分方程描述。用u(x,y,z)表示電位，σ表示電導率，在直角坐標系(x,y,z)下，電位u滿足微分方程：

(1)

陣列側向測井儀電極系具有旋轉對稱特性，因此方程(1)可以寫為：

(2)

這樣就可以采用二維有限元素法模擬陣列側向測井儀器對地層的響應。有限元方法是求解數理邊值問題的一種技術，適合于復雜邊界形狀形成的幾何物體，并適合含有復雜邊界條件和復雜媒質的定解問題。

電磁場有限元求解的主要步驟：1)區域離散或子區域劃分；2)插值函數的選擇；3)單元矩陣建立和整體方程組合；4)整體方程組求解和處理。

使用有限元方法，編寫陣列側向正演仿真軟件，使用該軟件進行下文的陣列側向測井影響因素分析。

3 陣列側向測井影響因素分析

3.1 井眼影響

儀器在測井過程中都要受到井眼因素的影響。井眼影響因素主要包含兩個方面：井眼泥漿電阻率和井眼直徑大小。為了方便研究，地層模型建立為無限厚地層，不考慮其他的影響因素，分別研究井眼泥漿電阻率Rm和井眼大小dh的變化對陣列側向測井響應的影響。前人研究發現，測井響應探測深度最淺MLR1受井眼影響最大。圖2是井徑為8 in(1 in=25.4 mm)時，井眼影響因素變化時對陣列側向測井響應淺探測MLR1影響的數值仿真結果。圖中橫坐標為視電阻率與泥漿電阻率的比值MLR1/Rm，縱坐標表示井眼校正后電阻率與測量視電阻率的比值MLR1corr/MLR1，曲線的不同顏色分別代表不同井眼直徑(6～16 in)。圖2中，從紅色箭頭看，井徑固定時，視電阻率和泥漿電阻率的對比度越大，MLR1受井眼影響越大；從藍色箭頭看，MLR1/Rm固定時，井徑越大，MLR1受井眼影響越大。

圖2 井眼影響

3.2 侵入影響

測井儀器在滲透層作業時測井響應會受到泥漿侵入地層的影響而遠離地層真電阻率。圖3是仿真陣列側向測井響應隨侵入深度的變化規律，橫坐標表示侵入深度，縱坐標表示不同探測深度的視電阻率。計算時采用的地層模型為：井徑8 in，泥漿電阻率0.1 Ω·m，地層真電阻率為10 Ω·m，侵入帶電阻率為1 Ω·m。從圖3中可以看出，當沒有侵入或侵入較淺時，視電阻率等于地層真電阻率，隨著侵入增加，視電阻率逐漸減小，探測深度越淺受侵入影響越嚴重，視電阻率隨侵入的增加而減小的速度越快。

圖3 視電阻率隨侵入深度變化圖

圖4仿真了陣列側向測井儀器在“Oklahoma”地層有侵入時電阻率響應特征，“Oklahoma”地層模型，井徑8 in，泥漿電阻率1 Ω·m，真電阻率Rt范圍4～1 500 Ω·m，侵入帶電阻率Rxo范圍15～400 Ω·m，侵入深度Ri范圍9～20 in。如圖4所示，受侵入影響陣列側向不同探測深度的4條電阻率曲線在滲透層分開，探測深度最深的曲線MLR4受侵入影響最小，接近地層真電阻率，探測深度最淺的視電阻率受到侵入的影響最大，遠離地層真電阻率。當地層中有侵入時，陣列側向的四條電阻率呈“正差異”分開，電阻率曲線隨著探測深度增大而增大，MLR1

圖4 “Oklahoma”地層有侵入時電阻率響應特征

3.3 圍巖影響

電阻率儀器在進行測井時，高阻薄層由于受到上下低阻圍巖的分流用作而使實際測量電阻率低于地層真電阻率。假定井徑8 in，泥漿電阻率1 Ω·m，目的層電阻率Rt=10 Ω·m，目的層厚度依次為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.7、2.0 ft(1 ft=304.8 mm)，上下圍巖電阻率為1 Ω·m，無侵入，仿真結果如圖5所示。從上圖5可以看出，在目的層比較薄時，模擬的電阻率數據小于地層的真電阻率，受圍巖電阻率影響較大。隨著目的層的厚度增加，模擬的電阻率數據會逐漸接近地層真電阻率，受圍巖電阻影響逐漸減小。從圖中也可以看出，當地層厚度為1 ft時，仿真得到的視電阻率為5 Ω·m(地層真電阻率的一半)，我們可以認為此時的地層厚度為陣列側向測井儀器的縱向分辨率。

圖5 陣列側向薄互層仿真圖

同時也仿真了“Oklahoma”無侵入地層的測井響應，該地層模型特征復雜，電阻率范圍和地層厚度范圍都很全面，電阻率Rt從4～1 500 Ω·m，井徑8 in，泥漿電阻率1 Ω·m。圖6為在無鉆井液侵入地層時，不同模式下的電阻率響應基本不受圍巖的影響。受圍巖影響，層界面附近出現深淺電阻率分離。

圖6 “Oklahoma”地層無侵入時電阻率響應特征

4 結 論

本文使用有限元方法數值模擬陣列側向測井響應，從簡單地層和復雜地層兩方面研究儀器測井時受到的影響因素：井眼、侵入、圍巖等的響應規律和現象。研究結果表明：1)探測深度淺的曲線MLR1受井眼影響因素最大，如果想要得到更好的電阻率曲線，需要進行井眼校正。

2)陣列側向測量的不同徑向探測深度4條電阻率曲線，在滲透層分開，在低電阻率泥漿侵入井中能表現出很好的“正差異”，清晰描述地層侵入剖面。

3)陣列側向測井儀器縱向分辨率很高，分層能力達到1 ft，高于其他側向類測井儀器，能夠滿足薄層評價需求。

[1] SMITS J W，DUBOURG I. Improved Resistivity Interpretation Utilizing a New Array Iaterolog Tool and Associater Inversion Processing[C]//Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, SPE, 1998:831-844.

[2] MAURER H，ANTONOV Y. Advanced Processing For A New Array Laterolog Tool[C]//SPWLA 50th Annual Logging Symposium, 21-24 June, The Woodlands, Texas, 2009.

[3] 馬歡波，張志剛，劉耀偉.水平井中陣列側向測井偏心影響分析[J].工程地球物理學報，2014,11(6)：749-755.

[4] 張志剛，馬歡波，劉耀偉.陣列側向測井井眼影響分析[J].國外電子測量技術，2014,33(4)：25-30.

[5] 劉振華，胡 啟.陣列側向測井響應的計算及其特征[J].西安石油大學學報(自然科學版)，2002，17(1):53-57.

[6] 仵 杰，謝尉尉，解茜草.陣列側向測井儀器的正演分析[J].西安石油大學學報(自然科學版)，2008，23(1):73-80.

[7] 鄧少貴，徐悅偉，蔣建亮.傾斜井非均勻地層的陣列側向測井響應研究[J].測井技術，2010,34(2)：130-134.

Influence Factors Analysis of Array Lateral Logging

MA Huanbo, WANG Jianbo

(ChinaOilfieldServicesLimitedWelltech,Yanjiao,Hebei065201,China)

The influence factors of array lateral logging tool in well logging are analyzed, which can provide theoretical support for the quality evaluation of the logging curve. The forward numerical simulation software are coded using the finite element method combined array laterolog principle, then the influence factors such as the borehole, invasion and the surrounding rock of the array lateral logging tool in well logging are analyzed. The research result shows that the detection depth curve MLR1 is most affected by borehole effect factors; The four resistivity curves with different radial depths of array laterolog are separated in the penetration layer, which can give an clearly description of the invasion profile; Array laterolog tool has high vertical resolution, hierarchical ability to 1 ft, which is higher than the other lateral logging tool, can meet the demand of evaluation of thin layer. Through the analysis of these influencing factors, well logging engineers and interpreters can well grasp the quality of well logging curve.

elis array laterolog tool; forward response; influence factors

中國海洋石油總公司項目陣列側向測井儀工程化研究(編號：2011ZX05020-03YF2013-05)

馬歡波，女，1986年生，工程師，2011年畢業于西安石油大學測試計量技術及儀器專業，從事電法測井理論、方法及儀器開發等研究工作。E-mail:mahb6@cosl.com.cn

P631.8

A

2096-0077(2017)02-0078-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.02.018

2016-08-01 編輯：屈憶欣)