童茂松，張加舉，丁 柱

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司大慶分公司 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

近年來(lái)，由于大規(guī)模的勘探開(kāi)發(fā)和強(qiáng)注強(qiáng)采，國(guó)內(nèi)各大油田已近入高含水開(kāi)發(fā)后期，儲(chǔ)層平面、層間、層內(nèi)非均質(zhì)性嚴(yán)重，剩余油分布呈現(xiàn)“薄、散、小、差、低”的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了油田的開(kāi)發(fā)效果和效益，油田穩(wěn)產(chǎn)壓力急劇增大。為了保障油田穩(wěn)產(chǎn)，需要將區(qū)域內(nèi)剩余油精細(xì)描述與剩余油精細(xì)挖潛相結(jié)合，以大慶長(zhǎng)垣油田為例，其開(kāi)發(fā)對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)向薄差層與厚層的薄差部位，薄差層挖潛、厚層細(xì)分及成為穩(wěn)產(chǎn)的重要接替手段，提高水淹層解釋精度以滿足油藏精細(xì)描述和射孔方案編制要求成為生產(chǎn)急需[1-4]。

現(xiàn)有常規(guī)測(cè)井系列的縱向分辨率并不匹配，范圍為0.2～0.9 m，為了獲得薄層參數(shù)，需要進(jìn)行高分辨率處理，但是也由此帶來(lái)不必要的誤差，因此需要開(kāi)發(fā)統(tǒng)一分辨率的測(cè)井系列，直接測(cè)量0.2 m薄層參數(shù)。雙側(cè)向測(cè)井儀器作為常規(guī)主力儀器[5]，測(cè)量地層深淺電阻率，為含油飽和度評(píng)價(jià)提供重要的參數(shù)[6-8]，其縱向分辨率為0.6～0.9 m，需要重新設(shè)計(jì)儀器，提高縱向分辨率到0.2 m，理論上是可以實(shí)現(xiàn)的[9-13]，但是存在三個(gè)難題：一是雙側(cè)向測(cè)井儀器的縱向分辨率和探測(cè)深度一直是一對(duì)矛盾，難以兼顧[14]；二是在聚焦控制上，由于信號(hào)幅度小，硬聚焦控制難度大；三是電極系數(shù)值模擬針對(duì)的是測(cè)井方法，主要考察電極系特征，并未考慮實(shí)際儀器實(shí)現(xiàn)難度，需要考察信號(hào)測(cè)量精度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，尤其對(duì)于數(shù)字聚焦方法。

本文采用數(shù)值模擬方法優(yōu)化雙側(cè)向電極系，在保障探測(cè)深度的前提下，實(shí)現(xiàn)0.2 m縱向分辨率的目標(biāo)；采用數(shù)字聚焦方式實(shí)現(xiàn)雙側(cè)向電阻率測(cè)量，以解決硬聚焦難以控制的難題；結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)和電路仿真技術(shù)，得到測(cè)量信號(hào)的幅度，為儀器設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵參數(shù)。

1 數(shù)字聚焦

根據(jù)數(shù)字聚焦電場(chǎng)疊加原理，0.2 m分辨率深側(cè)向的工作方式可以分解為三個(gè)不同頻率的獨(dú)立模式：

模式1：如圖1(a)所示，電流通過(guò)電極A1和A2發(fā)射，由處于儀器上方一定遠(yuǎn)處的B電極接收，主電極A0不發(fā)射電流，且保證屏蔽電極A1和A2之間針對(duì)模式1的頻率等電位。

模式2：如圖1(b)所示，電極A1向A2電極發(fā)射電流，主電極A0不發(fā)射電流。

圖1 0.2 m高分辨率雙側(cè)向數(shù)字聚焦供電模式

模式3：如圖1(c)所示，主電極A0向電極A1和A2發(fā)射電流，且保證A1和A2之間針對(duì)模式3的頻率等電位。

深側(cè)向聚焦由模式1和模式3組合實(shí)現(xiàn)，淺側(cè)向聚焦由模式2和模式3組合實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算得到深側(cè)向電阻率(RHLLD)、淺側(cè)向電阻率(RHLLs)，公式為：

(1)

(2)

式中：

Kd——深側(cè)向電極常數(shù)；

Ks——淺側(cè)向電極常數(shù)；

2 信號(hào)幅度仿真

采用數(shù)值模擬與電路仿真相結(jié)合進(jìn)行信號(hào)幅度仿真，二者是一個(gè)交互過(guò)程：以保障探測(cè)深度、縱向分辨率達(dá)到0.2 m為目標(biāo)，設(shè)計(jì)電極系；通過(guò)電路仿真對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行分析，以便考慮儀器的理論設(shè)計(jì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可行性，最終得到可實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)化電極系，同時(shí)能夠?yàn)閮x器調(diào)試裝置提供參數(shù)，以便對(duì)儀器進(jìn)行刻度，也可以檢驗(yàn)儀器在不同地層條件下測(cè)井效果。

圖2所示為0.2 m高分辨率雙側(cè)向仿真框圖，主要由電阻網(wǎng)絡(luò)、電極系、信號(hào)發(fā)射單元和信號(hào)測(cè)量單元構(gòu)成。

圖2 0.2 m高分辨率雙側(cè)向仿真框圖

電阻網(wǎng)絡(luò)是仿真的核心單元，由數(shù)值模擬得到。0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器在井下工作時(shí)時(shí)，電極系和地層之間的分布電阻可以用電極系上各電極之間的集中參數(shù)互阻和電極到無(wú)限遠(yuǎn)處的電阻構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)等價(jià)，從測(cè)量效果來(lái)看儀器對(duì)電阻網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)完全等同于儀器對(duì)地層響應(yīng)[15]。0.2 m高分辨率雙側(cè)向電極系是由7個(gè)電極組成的，電阻網(wǎng)絡(luò)由28個(gè)電阻組成。通過(guò)數(shù)值模擬，得到不同電極系在不同地層條件下的電阻網(wǎng)絡(luò)。

電路部分包括信號(hào)發(fā)射單元與信號(hào)測(cè)量供電，由電路仿真軟件實(shí)現(xiàn)。

改變目的層電阻率及層厚、圍巖電阻率、鉆井液電阻率、井眼半徑、侵入帶半徑及電阻率等參數(shù)時(shí)，地層電阻網(wǎng)絡(luò)是不同的，由此將不同的電阻網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)電阻值輸入到仿真系統(tǒng)中，可以得到不同條件下0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)量信號(hào)的幅度。

3 結(jié)果與討論

3.1 探測(cè)深度與縱向分辨率

通過(guò)數(shù)值模擬得到了0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器電極系，其徑向幾何因子圖版如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)是侵入帶半徑，縱坐標(biāo)是幾何因子，由圖3可見(jiàn)深淺側(cè)向電阻率的探測(cè)深度分別達(dá)到1.45 m和0.46 m。

圖3 0.2 m高分辨率雙側(cè)向徑向幾何因子圖版

層厚響應(yīng)分析表明，設(shè)計(jì)的電極系對(duì)孤立的0.2 m薄層以及厚度為0.2 m的薄互層，其響應(yīng)幅度均達(dá)到50%以上，說(shuō)明其縱向分辨率能夠達(dá)到0.2 m。

3.2 信號(hào)幅度仿真結(jié)果

通過(guò)數(shù)值模擬地層電阻網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算條件：8 in井眼，鉆井液電阻率Rm為0.1·m，無(wú)侵地層，層厚為無(wú)限厚，改變地層電阻率(5種)，得到不同條件下的電阻網(wǎng)絡(luò)，仿真得到相應(yīng)的信號(hào)幅度，結(jié)果見(jiàn)表1，為三個(gè)模式下的信號(hào)幅度，為設(shè)定的三個(gè)模式供電電流。

表1 不同地層電阻率條件下測(cè)量信號(hào)幅度

由表1可以看出，三個(gè)模式下的電位差信號(hào)都非常低，尤其是模式1和模式2，在高阻地層情況下，達(dá)到微伏級(jí)，例如對(duì)于2 000·m地層，模式1監(jiān)督電極電位差信號(hào)幅度為27.7V，模式2監(jiān)督電極電位差信號(hào)低至14V，說(shuō)明由于雙側(cè)向縱向分辨率提高，測(cè)量信號(hào)的幅度急劇降低，如果信號(hào)幅度測(cè)量精度不夠，在數(shù)字聚焦時(shí)電阻率計(jì)算誤差增加，這就要求電路設(shè)計(jì)上要充分考慮測(cè)量精度。

3.3 儀器實(shí)現(xiàn)

通過(guò)以上結(jié)果分析，0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器不僅受井眼影響大，而且信號(hào)幅度低，尤其是在高阻地層中，因此在儀器設(shè)計(jì)上考慮以下因素：

1)盡量增加三個(gè)模式的發(fā)射電流，以提高信號(hào)幅度；

2)井下采用數(shù)字濾波，提高測(cè)量精度與測(cè)井速度；

3)儀器集成泥漿電阻率測(cè)量單元，實(shí)時(shí)得到泥漿電阻率；

4)與井徑測(cè)井儀器組合測(cè)井，地面數(shù)據(jù)處理中實(shí)時(shí)井徑校正。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)井儀器研發(fā)成功后，在大慶油田進(jìn)行了10口井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，大慶油田具有典型的薄層以及薄互層，對(duì)于該儀器的評(píng)價(jià)非常有利。

圖4所示為T(mén)a××井的對(duì)比測(cè)井曲線圖(繪圖比例1:100)，圖中所示曲線說(shuō)明：微球(MSFL，第一道)、井徑(CAL，第一道)、常規(guī)深淺雙側(cè)向電阻率(LLD、LLS，第二道)、0.2 m高分辨率雙側(cè)向電阻率(LLD-0.2 m、LLS-0.2 m，第三道)、微電極(RMN、RMG，第五道)，其中微球、微電極測(cè)井曲線的分辨率已經(jīng)達(dá)到0.2 m。第六道為深度道。

圖4 Ta井對(duì)比曲線圖

由圖4可以看出，與常規(guī)雙側(cè)向電阻率測(cè)井曲線(LLD、LLS)相比，0.2 m高分辨率雙側(cè)向測(cè)井曲線(LLD-0.2、LLS-0.2 m)的縱向分辨率有明顯提高，與微球、微電極測(cè)井曲線有非常好的對(duì)應(yīng)性。在1 075.5～1 076.0 m的厚度為0.5 m的滲透層，微球、微電極測(cè)井曲線顯示該層由兩個(gè)薄層組成，常規(guī)雙側(cè)向并不能區(qū)分，而0.2 m高分辨率雙側(cè)向明顯具有兩個(gè)層顯示，且深淺電阻率差異也表示了滲透性，在1 082.9、1 083.8、1 087.2 m等深度，該儀器同樣顯示與微球、微電極一致的薄層分辨能力；在1 077～1 082 m深度范圍內(nèi)，微球、微電極測(cè)井曲線顯示有多個(gè)薄層，常規(guī)雙側(cè)向測(cè)井曲線非常光滑，而0.2 m高分辨率雙側(cè)向的響應(yīng)與微球、微電極非常一致。從圖中還可以看出，由于縱向分辨率的提高，設(shè)計(jì)的高分辨率測(cè)井儀器的薄層電阻率幅度也有明顯提高，更接近于真值。

以上分析說(shuō)明該儀器的縱向分辨率達(dá)到了0.2 m，通過(guò)數(shù)值模擬與電路仿真相結(jié)合，形成的高分辨率測(cè)井儀器達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。該儀器已經(jīng)在大慶油田和吉林油田測(cè)井300多口，與其他0.2 m高分辨率測(cè)井系列配套，為薄層分析、儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算、厚度劃分提供了準(zhǔn)確的資料，水淹層解釋精度較常規(guī)系列提高了10個(gè)百分點(diǎn)以上。

4 結(jié) 論

1)高分辨率雙側(cè)向縱向分辨率達(dá)到0.2 m，深淺側(cè)向的探測(cè)深度分別為1.45 m和0.46 m。

2)高分辨率雙側(cè)向在提高分辨率的同時(shí)，極大地降低了測(cè)量信號(hào)的幅度。在高阻層(2 000 Ω·m)情況下，信號(hào)低至微伏級(jí)。

3)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，0.2 m雙側(cè)向測(cè)井儀器響應(yīng)與微球、微電極一致，在薄層和薄互層電阻率較常規(guī)雙側(cè)向電阻率有提高。

4)數(shù)值聚焦與電路仿真相結(jié)合，有助于側(cè)向類測(cè)井儀器開(kāi)發(fā)。