側向測井與方位陣列測井儀

■ 姜黎明

測井園地

側向測井與方位陣列測井儀

■ 姜黎明

在油氣資源領域，測井被譽為地質家的“眼鏡”，幫助地質家回答油氣勘探開發中的6個基本問題，即：地下是否有油氣？有多少油氣？是否可開采？能開采多久？開采效率如何？下一口井應該布在哪里？測井的應用貫穿油氣勘探開發的全過程，成為石油工程技術服務的主干技術之一。針對巖石的電、聲、放射性、光等物理特性，發展了一項又一項測井技術，主要包括自然電位、自然伽馬、感應、側向、聲波、密度、中子等常規測井技術系列。隨著勘探開發的逐步深入，面對頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等復雜儲層，陣列感應、陣列側向、微電阻成像、超聲成像、多極子陣列聲波、核磁共振等成像測井技術系列成為主導。國外代表性公司有斯倫貝謝的MAXIS-500成像測井系統、貝克休斯的ECLIPS-5700成像測井系統、哈里伯頓的EXCELL-2000成像測井系統。國內有中國石油測井的EILOG快速成像測井系統。

什么是側向測井

在上述諸多測井方法中，電法測井是確定地質參數的重要手段之一。電法測井主要有感應、側向兩大類，本文重點介紹一下側向測井的發展歷程。在高礦化度泥漿和高阻地層的井中，由普通電極系供電電極流出的電流，幾乎全部在井內、低阻圍巖中流動，很少流入目的層。為了減小泥漿的分流作用和低阻圍巖的影響，提出了側向測井。

側向測井又叫聚焦式電法測井。它的電極系中除了主電極之外，上下各有一個屏蔽電極，從主電極和屏蔽電極流出同極性電流。由于電流極性相同，它們之間有相互排斥作用，主電極流出的電流被“擠壓”成近似垂直于井壁的盤狀流入地層。這就大大降低了井筒和低阻圍巖對視電阻率測量的影響。側向測井有起初的三側向、七側向發展為目前的雙側向、陣列側向、方位陣列側向。

方位陣列測井儀器研制成功

從20世紀90年代開始，感應測井儀器有了重大進展，推出了陣列感應測井儀器，這促進了側向測井儀器的進步和更新。國內外投入了大量的人力物力進行研發。1998年，斯倫貝謝推出了高分辨率陣列側向測井儀器（HRLA），并設計出試驗儀器用于現場測井，加快了陣列側向的實用進程。隨后，中國石油集團測井有限公司成功研制出了陣列側向測井儀器（HAL）。陣列側向測井儀通過改變屏蔽電極個數和返回電極位置的方式，采用軟硬結合聚焦處理等先進技術，實現統一的縱向高分辨率（0.3m）、5種徑向探測深度的地層電阻率測量。儀器提供5條地層電阻率曲線、徑向侵入二維剖面電阻率成像圖，可清晰描述地層徑向侵入特征，分析薄層和薄互層油氣特性，判斷油水層性質，準確識別油水界面。由于陣列側向不具備方向指示功能，因此在裂縫性等非均質儲層中應用受到限制。在井周不同方位地層非均質性探測方面，目前的傾角測井儀、微電阻率成像測井儀等雖分層能力好，但探測深度極淺，無法測量較深處的地層的變化情況。

90年代中期，國外推出了兩種方位側向測井儀，斯倫貝謝的ARI和俄羅斯的АЭСБ-73，它們在詳細探測井周圍地層電阻率的變化和劃分薄層，特別是在認識薄層、不均勻地層方面有了突破，同時也可用于裂縫評價和傾角計算。它們的主要缺點是方位電極不接觸井壁，方位電阻率測量的方位分辨率不高，徑向探測深度較淺，并且受井眼影響（如井眼大小、井眼不規則性和井眼泥漿）和儀器偏心影響大。為了解決傳統方位電阻率測井受井眼影響嚴重問題，提出了國際首創的貼井壁方位電阻率測量技術，一次下井可獲取0.1m縱向分辨率的36條電阻率曲線，能真實反映復雜地層井周6個方位6個深度的地層信息，通過二維和三維反演可以實現地層的三維精細成像，能夠在多維剖面上描述地層的非均質性和各向異性。

圖1 方位陣列側向測井儀

方位陣列側向共有6種探測深度的工作模式，所有探測模式采用聚焦方式來實現，一次下井可獲取36條電阻率曲線。AL1～AL6探測模式均采用三側向工作方式，獲得不同探測深度的方法采取了改變屏流返回電極位置、屏流電極長度或使用監控電極及調節其位置來實現。6種不同探測深度的測量具有相同的縱向分辨率，且分辨率較高。該儀器耐溫耐壓155℃/100 MPa，具備0.25m、0.35m、0.39m、0.45m、0.6 m、1.40m六種探測深度。機械上主要由電源短節、電極推靠器、上電極組、下電極組、連續測斜短節、方位極板、旋轉短節等組成，井下電路主要包括極板電路、數據采集控制處理電路、信號產生電路、測量放大電路、聚焦控制電路、井徑測量電路、輔助測量電路等。

現場試驗

方位陣列側向測井儀（ALT）分別在后村4#標準井、慶陽席4井進行了測井試驗，對儀器的重復性、一致性進行了分析。圖2給出了儀器在席4井的測量結果，從測量結果看，儀器各極板、各模式的一致性基本達標。

中國石油集團測井有限公司研制的ALT (Azimuth Laterolog Logging Tool)，已在長慶油田進行多口井的現場測井試驗，并取得合格資料。該成像儀器的推出，標志著我國擁有自主知識產權的方位側向成像測井技術已跨入國際先進行列，提升國產高端測井裝備在國際市場的核心競爭力，將在復雜油氣藏勘探開發中發揮重要作用。

圖2 席4井ALT1#儀器重復測量效果圖（極板、模式）一致性對比