一種過套管電阻率模擬測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電阻率模擬測量方法，尤其涉及一種基于霍爾效應(yīng)的過套管電阻率模 擬測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)80年代，隨著低噪聲放大器的出現(xiàn)，1988年P(guān)ML測井公司生產(chǎn)的第一臺測 井樣機(jī)研制成功。隨后，全世界范圍內(nèi)相繼出現(xiàn)了多個關(guān)于過套管電阻率的專利。斯倫貝 謝公司先后跟新了幾代測量儀器，應(yīng)用于我國老井剩余油評價以及油藏飽和度動態(tài)監(jiān)測方 面。
[0003] 國外商業(yè)化的過套管電阻率測井儀器都是基于1939年前蘇聯(lián)專家Alpin提出在 金屬套管內(nèi)用三個電極測量差分電壓進(jìn)而估計泄露到地層的電流，以此來計算地層電阻率 的研究成果。過套管電阻率測井儀器采用頻率很低的交流信號，一般頻率選擇在〇. 01~ 10. 0Hz之間。由于金屬套管的電阻率要比井眼流體電阻率低得多，所以大部分電流在金屬 套管中流動，但是，仍然有一小部分電流通過金屬套管進(jìn)入地層。如果能夠檢測到儀器測量 電極與地面回路電極之間的電位差，并且能夠檢測流入地層的電流，則可以得到地層的電 阻率信息急需在理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)該相技術(shù)的研發(fā)。該方法受到影響因素較多，測量 結(jié)果不準(zhǔn)確，影響對地層真實電阻率的判斷。當(dāng)?shù)貙与娮杪屎艿蜁r，測量電極的電位很低， 儀器測量精度受限，當(dāng)?shù)貙与娮杪屎芨邥r，雖然測量電極電位較大，容易測量，但是，由于漏 入地層的電流會更小，二階電位差明顯變小，測量精度同樣會受到影響。
[0004] CHFR過套管電阻率測井：CHFR過套管電阻率測井是一種側(cè)向測井，測量部分由上 下電流電極、四組測量電極組成，每組測量電極有三個相距180度的電極，每兩組相鄰電極 相距2英尺。每三組相鄰電極完成一個深度點(diǎn)測，每次點(diǎn)測可以測量兩個相距2英尺深度 點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0005] 第一步通過頂部電流電極向套管施加低頻交流電流，大部分電流通過套管上下傳 遞最后到達(dá)地面；很少一部分從套管漏失到地層，其通過的路徑與裸眼井側(cè)向測井類似。儀 器每次測量使用三組相鄰電極，每兩組電極間電壓降之和即是泄漏到地層中的電流造成的 電壓降和套管上電壓降之和。第二步稱為校準(zhǔn)階段，其電流回路同樣開始于電流發(fā)射端，但 電流沿套管向下流動到測井儀底部電極。泄漏到地層中的電流可以忽略，因為電流不需要 通過地層完成回路。
[0006] 使用測量階段測量電極測量的電壓即可求出套管的電阻率。如果套管電阻率已 知，就可求得套管臂厚，并對其腐蝕情況進(jìn)行檢查。完成兩步測量后，按照Rt = KXVds/ A I，就可計算出地層電阻率。其中Vds :測點(diǎn)到地面的電壓降；△ I :地層電流；K :儀器因 子。
[0007] EK0S過套管電阻率測井：EK0S測井系統(tǒng)由地面、井下儀兩部分組成。地面部分又 細(xì)分為：供電和控制器、套管供電電源、電流變換器。在供電和控制器中有遙測系統(tǒng)的地面 部分、電子電路井下部分和液壓傳動裝置栗的電源。套管供電電源是一個大功率的電源，可 以提供10A以內(nèi)的穩(wěn)定電流。電流變換器可以保證改變給定頻率電流的極性。井下儀器 是由上部和下部供電電極、三個探測電極一個電位電極、遙測系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和加重組 成，電極之間采用鋼纜軟連接而成。EC0S測井不需要刮削套管臂來清潔銹蝕、結(jié)垢，不需要 洗凈井內(nèi)贓物、刮蠟和熱水洗井或酸洗；只要儀器可以到井底就可以測量。測量過程分為上 供電測量和下供電測量2次測量。EK0S儀器的探測深度也定義為在無限厚地層中的某一 點(diǎn)，在該點(diǎn)出內(nèi)介質(zhì)對整個測量信號的貢獻(xiàn)為50%。通過數(shù)值模擬確定儀器的探測深度在 2m間變化，具體受地層參數(shù)的影響。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)的測井信號為毫伏級別，套管測量頻率、測量電極距、水泥環(huán)、套管非均 質(zhì)性等會使信號發(fā)生嚴(yán)重的畸變。當(dāng)?shù)貙与娮杪屎艿蜁r，測量電極的電位很低，儀器測量精 度受限，當(dāng)?shù)貙与娮杪屎芨邥r，雖然測量電極電位較大，容易測量，但是，由于漏入地層的電 流會更小，二階電位差明顯變小，測量精度同樣會受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明是為了解決上述不足，提供了一種過套管電阻率模擬測量方法。
[0010] 本發(fā)明的上述目的通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種過套管電阻率模擬測量方 法，包括以下步驟：
[0011] (1)準(zhǔn)備模擬測量裝置：在膠結(jié)好水泥的套管中設(shè)置一個環(huán)形的強(qiáng)磁鐵，該磁鐵 在垂直于電流的方向會產(chǎn)生一個磁場，并將套管置于水槽中，通過改變水槽中水的礦化度 達(dá)到模擬套管外不同電阻率地層測量的目的；
[0012] ⑵測量：首先測量套管外為空氣條件下的電壓信號，然后按照礦化度由低到高 的順序，逐漸加入一定量NaCl，依次測量不同礦化度條件下的電壓響應(yīng)信號；根據(jù)霍爾效 應(yīng)，當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個附加電場，從而 在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差；該電場產(chǎn)生的電流稱之為霍爾電流，相應(yīng)的電壓稱之為霍爾電 壓；
[0013] (3)通過在地面設(shè)置的回路電極，測量步驟⑵所產(chǎn)生的霍爾電流和電壓值，根據(jù) 公式：
[0015] 可得到該地層的是電阻率；其中V為我們所測量的霍爾電壓，I為霍爾電流，K為 儀器系數(shù)。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明的測量方法將過套管電阻率的測量與霍 爾效應(yīng)結(jié)合起來，通過在套管中垂直于電流的方向加磁場，記錄地層中由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的 霍爾電壓和電流，再計算出地層的視電阻率；原理簡單，電流信號較好，測量精度較高。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中模擬測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳述。
[0019] -種過套管電阻率模擬測量方法，包括以下步驟：
[0020] (1)準(zhǔn)備模擬測量裝置：如圖1所示，在膠結(jié)好水泥4的套管1中設(shè)置一個環(huán)形的 強(qiáng)磁2鐵，該磁鐵2在垂直于電流的方向會產(chǎn)生一個磁場，并將套管1置于水槽3中，通過 改變水槽3中水5的礦化度達(dá)到模擬套管外不同電阻率地層測量的目的；
[0021] (2)測量：首先測量套管外為空氣條件下的電壓信號，然后按照礦化度由低到高 的順序，逐漸加入一定量NaCl，依次測量不同礦化度條件下的電壓響應(yīng)信號；根據(jù)霍爾效 應(yīng)，當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個附加電場，從而 在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差；該電場產(chǎn)生的電流稱之為霍爾電流，相應(yīng)的電壓稱之為霍爾電 壓；
[0022] (3)通過在地面設(shè)置的回路電極，測量步驟⑵所產(chǎn)生的霍爾電流和電壓值，根據(jù) 公式：
[0024] 可得到該地層的是電阻率；其中V為我們所測量的霍爾電壓，I為霍爾電流，K為 儀器系數(shù)。
[0025] 根據(jù)實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在控制其他變量的條件下，電壓隨電流的增大而增大，且 趨勢為線性變化；當(dāng)電流垂直于外磁場通過強(qiáng)磁鐵時，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一 附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，符合霍爾效應(yīng)。而在模擬實驗中，隨著套管外地 層電阻率變化（鹽水礦化度變化），相同濃度下電壓變化幅度一致，信號變化規(guī)律為，管外 地層電阻率越大，電壓越大。由試驗數(shù)據(jù)得出，這種方法確實可行，測量信號隨地層電阻率 變化。
[0026] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及實施例內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的 技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種過套管電阻率模擬測量方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 準(zhǔn)備模擬測量裝置：在膠結(jié)好水泥的套管中設(shè)置一個環(huán)形的強(qiáng)磁鐵，該磁鐵在垂 直于電流的方向會產(chǎn)生一個磁場，并將套管置于水槽中，通過改變水槽中水的礦化度達(dá)到 模擬套管外不同電阻率地層測量的目的； (2) 測量：首先測量套管外為空氣條件下的電壓信號，然后按照礦化度由低到高的順 序，逐漸加入一定量NaCl，依次測量不同礦化度條件下的電壓響應(yīng)信號；根據(jù)霍爾效應(yīng)，當(dāng) 電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個附加電場，從而在導(dǎo) 體的兩端產(chǎn)生電勢差；該電場產(chǎn)生的電流稱之為霍爾電流，相應(yīng)的電壓稱之為霍爾電壓； (3) 計算：通過在地面設(shè)置的回路電極，測量步驟⑵所產(chǎn)生的霍爾電流和電壓值，根 據(jù)公式：可得到該地層的視電阻率；其中V為我們所測量的霍爾電壓，I為霍爾電流，K為儀器 系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種過套管電阻率模擬測量方法，包括以下步驟：(1)準(zhǔn)備模擬測量裝置：在膠結(jié)好水泥的套管中設(shè)置一個環(huán)形的強(qiáng)磁鐵；(2)測量：首先測量套管外為空氣條件下的電壓信號，然后按照礦化度由低到高的順序，逐漸加入一定量NaCl，依次測量不同礦化度條件下的電壓響應(yīng)信號；(3)計算：通過在地面設(shè)置的回路電極，測量步驟(2)所產(chǎn)生的霍爾電流和電壓值，根據(jù)公式計算可得到該地層的視電阻率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：將過套管電阻率的測量與霍爾效應(yīng)結(jié)合起來，通過在套管中垂直于電流的方向加磁場，記錄地層中由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的霍爾電壓和電流，再計算出地層的視電阻率；原理簡單，電流信號較好，測量精度較高。
【IPC分類】E21B49/00
【公開號】CN105275463
【申請?zhí)枴緾N201510815547
【發(fā)明人】陳科貴, 黃長兵, 孫嘉戌
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月20日