隨鉆測井中曲線異常現象的解釋與解決方法

閆彪

（勝利石油管理局鉆井工程技術公司定向井公司 山東東營 257000）

摘 要：在隨鉆測井過程中，因使用現有的LWD工具，特別是電磁波電阻率儀器，由于其固有的特性以及和周圍環境的影響，常常會導致各種曲線異常現象發生，比如窗簾效應、極化現象、尖刺現象等。本文就現場中發生的一系列現象作了合理化的解釋并給出了相應的解決方法。

關鍵詞：隨鉆測井；窗簾效應；極化現象；尖刺現象

隨著定向技術的不斷發展，鉆井技術的不斷提升，電纜測井技術弊端突顯，隨鉆LWD測井工具的發展便開始日新月異。早在上世紀九十年代，國際三大油服公司如斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯就開始著手井下隨鉆工具的研發，如斯倫貝謝的ARCVision，GeoVision系列，哈里伯頓的FEWD EWR，EWR M5系列，貝克休斯的Ontrack系列等等，早期這些隨鉆測井使用的電磁波電阻率儀器基本從電纜測井的理論及原理延伸而來，因此目前國內購買的隨鉆電磁波電阻率儀器都具有早期不可克服的缺點，如單邊發射，單向接收，不對稱結構體等等，這些特性必然導致現場施工過程中出現一些列異常現象，下面就這些現象一一進行闡述。

一、異常現象的表現形式

1 尖刺（Spike）現象

Spike現象是在隨鉆地質導向過程中時常發生的一種現象，比如哈里伯頓公司早期研發的EWR PHASE系列的隨鉆測井儀器，或是其他以電磁波為基礎的隨鉆測井儀器，在地質導向過程中都存在該現象。雖然后來經過技術革新后解決了該問題，但從本質上講該現象必然是會發生在這種類型的儀器設備上。首先是該類型LWD本身的特殊性，如單向發射，目前我公司的EWR Phase4就屬于該種情況，4個發射極在儀器上方，2個接收級在儀器下方，而且發射頻率都屬于高頻率范圍，如1Mhz發射頻率對應于深電阻率，2Mhz發射頻率分別對應于中電阻率、淺電阻率及極淺電阻率，當儀器穿行于不同屬性地層時，水平方向及垂直方向上的電阻率就會存在差別，這種差別直接影響到接收級接收到的幅值或相位移計算的結果，正因為存在這種特殊性，所以在實時監測過程中，會出現Spike（尖刺）現象，如圖一所示。

2 極化角效應 [1] [2]

該效應反映的是在井斜角>50°情況下，電阻率傳感器的發射極穿過了不同巖性的地層時導致的一種效應。從下圖所描述的LWD的結構及特征可以看出，LWD的4個發射級全部分布在儀器上方，分別對應4個不同探測深度的電阻率，LWD的2個接收級全部分布在儀器下方，對應于近接收和遠接收。從下圖可以看出，當電阻率傳感器縱向上穿越好幾個層位時，其在水平方向測得的電阻率Rh與垂直方向所測得的電阻率Rv是不相同的，但如果是在同一個層內的話，這兩者所測得值應當是相同的。下圖所反映的就是電阻率傳感器的發射極及接收級穿過了不同巖性的地層時導致的極化效應：

3 “佐羅”效應 [1] [2]

該現象是在電阻率傳感器的接收級穿過了2個不同巖性的地層時導致的“佐羅”效應現象，該效應也是通常所講的邊界效應，當電阻率兩個接收級處于電阻對比較高兩個層位時，就必然會發生這種現象，曲線上表現出來的特征就是在層邊界處產生兩個反向的尖峰極值，如圖五所示：

4 “窗簾”效應 [1] [2]

該現象主要發生在井眼不平滑的情況下，諸如使用常規馬達定向時進行增斜或降斜施工操作而造成的井眼不平滑現象，在該情況下，當LWD儀器，特別是電阻率傳感器穿過不平滑井眼段時，由于井眼的不規則，加之電阻率傳感器探測距離有限，而且探測的距離也不盡相同，所以當電阻率傳感器經過該不規則井段時就會產生像“窗簾”一樣效果的電阻率曲線，即起伏變化頻率較快，見圖六所示。

二、異常現象解決方法

根據不同情況下產生的異常現象，我們可以利用其對應的特性來一一化解，具體方法如下：

1、平滑濾波處理方面

現場處理濾波時通常選用平方濾波法進行差值處理，平滑間距選擇0.15米，窗長選擇0.3米，這種參數設置對于數據采集密度較大，不存在異常現象發生的情況下較為實用，選擇該參數不會發生數據失真現象，但對于存在嚴重異常現象發生，如Spike現象的井來講，使用該參數將使曲線看上去非常不平滑，存在嚴重的曲線震蕩現象，無法對比地層，因此需要重新調整平滑參數，但同時加大平滑窗長也有缺點，因為窗長增加后相應的數據的失真度也就高了，對于極薄的地層對比來講非常不利。

2、選用不同頻率組合的LWD儀器

目前我公司使用的LWD儀器存在一定缺陷，對于某些地區的井來講，特別是巖性變化快、過渡性強的地層，無法從根本上消除這類異常現象。因為不僅其發射頻率高而且頻率較為單一，僅1Mhz和2Mhz兩種，并且是單向發射單向接收，這樣勢必產生上述4種異常現象。相對于電纜測井而言，利用感應測井的低發射頻率（20Khz～200Khz），而且采用對稱互補式測井方式，這樣在很大程度上消除了此類異常現象，目前哈里伯頓就采用EWR-M5電阻率傳感器來消除這種異常現象，同樣斯倫貝謝也采用了ARC VISION多頻補償隨鉆測井儀器來解決此類現象。

3、選用對稱發射電磁波的LWD儀器

從電磁波傳播理論得知，電磁波在傳播過程中會受到傳輸電介質影響，而且頻率越高，影響越大，之所以選擇頻率在100Khz～2Mkz之內，是因為在該波段內，電磁波的傳播受傳輸介質的影響較小，電磁波經發射極發射傳播到地層而后再到達接收級時的信號強度適中，而且較低的頻率會得到很好地效果，在接收級接收到的信號的強度也較高，這有利于我們測量地層物理參數；高于10Mhz的電磁波在地層中傳播時能量大部分被吸收，回到接收級的能量極小，這對于測量幅值或相位電阻率的儀器而言極為不利；而低于100Khz以下的電磁波在介質中傳播時容易產生“渦流”效應，也即在發射與接收級之間產生“短路”現象，這種電磁波無法穿過地層，從而也無從測量地層電屬性參數。因此當選擇1Mhz以下100Khz以上的頻率時，諸如200、400Khz的電磁波，其探測深度更深，測量值也越準確，而且受地層各向異性的限制也較小，加之對稱發射又起到電阻率補償作用，所以針對非均質較強的地層，選擇低頻、對稱發射的LWD儀器可以消除地層非均質帶來的不利影響。如使用公司目前的SL6000系統可以較好地解決該問題，因為SL6000是對稱發射電磁波的電阻率儀器，該儀器起到一個補償的作用，從而使得曲線看上去較為平滑。

4、優化鉆具組合，平滑井眼軌跡

針對窗簾效應現象，主要原因是井眼不平滑造成，因此處理這類現象時盡量考慮優化鉆具組合，特別是井底BHA問題，因使用常規馬達鉆進時，經常因調整井眼軌跡需要定向鉆進處理，這樣勢必造成井眼的不規則，起伏變化頻率高，這種不平滑的井眼在進行隨鉆測井時往往出現上述“窗簾”效應，造成現場地質師判斷地層困難。

5、使用電阻率邊界探測設備

目前國外三大油服公司為解決上述異常現象，分別開發了對應的技術，如斯倫貝謝的Periscope、Geosphere，哈里伯頓公司制造的ADR，貝克休斯公司生產的Azitrack等等，此類設備的特點即是探測范圍廣、探測深度大、探測的精度高，區分地層邊界具有明顯的優勢，國內目前在海上及部分區塊即是使用該技術解決此類問題。

三、結論

根據上述內容分析可以得知，產生隨鉆測井異常現象的原因有很多方面，既有地層本身因素的影響，諸如地層的非均質性、各向異性等，也有LWD儀器本身因素，諸如發射頻率、對稱發射與否等等原因而造成的極化效應、邊界效應、“佐羅”效應等異常現象， 該現象的出現不利于現場地質師對當前出現的地層信息做出準確的地層對比與評價，從而達不到應有的地質導向效果。為此我們在濾波方面做了調整，但是該方法并不能從本質上解決此類異常問題，而且還有可能造成數據的失真，因此，要從根本上解決該問題需要使用新技術、新儀器，諸如多頻補償電阻率、低頻對稱雙邊發射電阻率傳感器等，這樣在地質導向過程才能發揮儀器的真正作用，達到導向目的。

參考文獻：

[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LWD Log Quality Control Guide v5.1 .1999。

[2] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LQA EWR P4 .1999。