模拟地层条件的复电阻率自动测量系统研制

复电阻率测井技术是非常有应用前景的新技术,但是缺乏定量研究基础,其主要原因是没有高精度实验系统.研制了模拟地层条件下的复电阻率自动测量系统.模拟地层条件下的高温高压复电阻率测量系统由岩心夹持器、驱替系统、温度控制系统、饱和度计量系统、复电阻率测量装置和控制系统等组成.系统能够连续测量驱替条件下的岩心的复电阻率;解决了测量系统的压力精度和稳定性;研制了岩心含水饱和度测量装置,且全部测量和控制由计算机完成.对实际岩心测试结果表明,该实验系统具有较高的复电阻率测量精度和含水饱和度计量精度,满足了实验需要,对于研究含水泥质砂岩的复电阻率具有非常重要的作用,同时该系统还能够用于驱替条件下的电阻率测试.     

岩心电阻率快速无触点测量

测量电阻率是描述储集层特性的主要方法。电阻率与孔隙度、孔隙类型和孔隙中的流体(即油、水或气)有关，完全饱和的沉积物，其电阻率的变化反映出孔隙度和组构的变化，而孔隙流体的变化可能是主要的。传统的岩心电阻率测量方法采用与岩样直接电接触的方法。虽然这种电流法已经成功地用于岩样测量，但无触点电阻率测量能够得到整个岩心的连续测量记录，它能够给出对典型岩心进行实验室电测量的一个工作流程。我们利用实验室试验来证明，非接触式(即无触点)电阻率测量方法可给出10mm级分辨率的全直径岩心和分离岩心的电阻率测量。无触点电阻率测量法在低感应地层使用时，需要高灵敏度线圈对以所要求的分辨率给出电阻率测量值。我们用两对收发线圈共四线圈结构使测量稳定。其中一对线圈用于控制局部环境变化影响，局部环境变化可能是相当大的，要把它在信号源处从测量中排除。把无触点电阻率测量方法和单个传统的电流电阻率测量方法相比，无触点电阻率测量值与岩样的电阻率倒数(即电导率)成正比。本文根据理论和实际测量结果讨论了探测深度，给出了该方法对各种人造孔隙结构的工艺响应曲线。我们说明无触点电阻率测量方法的岩心快速电成像的潜力，并给出倾斜地层的全直径岩心成像。这种成像以10mm的分辨率展示。所以，该方法可用于探查岩心内部不同深度的情况，看是否和理论预测一致。     

线圈法大岩心电参数测量系统

为了实验研究明显各向异性岩心(如含裂缝或砂砾岩心)的电学特性,线圈法电测井方法及其传感器,在实验室内建立了大直径岩心电参数测量系统.系统采用线圈作为发射和接收器,放入中央挖孔的大直径岩心中,通过测量交变电磁场在岩心中的幅度和相位变化来取得岩心电导率.该系统解决了微弱信号的检测、线圈系的优选、直耦信号消除及系统标定等问题,实现了多种不同频率的测量.     

岩石阻容频散特性及其与流体饱和度关系研究

讨论砂岩和灰岩岩心电阻率、电容率参数与岩石含水饱和度之间的关系。对砂岩和灰岩岩心样品进行高压(30 MPa)真空(-0.092 MPa)驱替饱和,使岩心样品饱和某一矿化度的盐溶液,测量这些岩心电阻率和电容率参数。对所测量的数据分析发现,在4Hz~5 MHz的频率范围内,每种岩性电阻率和电容率均随频率的增加而减小,但在同等条件下,电容率随频率的变化幅度更明显,其频散度更大。不同的频率段,岩心电阻率和电容率参数频散度不同,低频段(小于100kHz)频散度大,在高频段(大于100kHz)频散度小。根据岩性电阻率和电容率参数,建立了一种新型的岩石含水饱和度的计算方法。相比于传统岩电实验,利用该方法计算饱和度不需要测量岩石的胶结指数、饱和度增大系数、地层因数等Archie公式的相关参数。通过岩心的电容率可以直接计算岩石含水饱和度,可减少多个不同参数实验测量带来的误差。     

电极法复电阻率测井研究

电极法复电阻率测井技术是以岩石复电阻率频散特性为理论依据,从岩石物理性质的理论和实验研究的基础上发展起来的一种新型电测井方法,该方法能同时检测岩石电阻率、低频介电常数和频率响应特性.电极法复电阻率测井的实现是在双侧向仪器的基础上增加一个频率大约为10kHz的高频通道,并检测其复电阻率模值.其测井资料的解释用岩心实验建立的复电阻率频散模型作为正演模型,对测量到的低频实部电阻率和高频模值电阻率进行反演求出地层的含油气指示参数,从而评价地层的含油气特性.应用该方法进行了现场测井和资料处理,结果表明其方法具有可行性.     

多路高精度相位检测技术研究

复电阻率相位检测技术是目前复电阻率测井技术发展的方向.实验研究表明,复电阻率的相位变化与岩心的饱和度有很好的线性关系,但变化范围只有1°～4°,因此要求相位检测的精度要低于1%.应用CPLD技术实现了微小相位信号的高精度检测,应用数字可编程器件实现了100MHz频率下的相位检测.详细介绍了检测系统的组成和测量方法,并给出了软件模拟和硬件测试结果.实验结果表明,4.5 kHz频率时测量系统能够达到相对误差0.8%的精度要求,能够满足复电阻率相位检测要求的精度.     

带驱替线圈法全直径岩心电参数测量系统

为了解决岩石物理试验中用电极法测量小岩心电参数精度小和不能真实全面反映地层实际信息的问题,目前常用的解决方法是线圈法测量全直径岩心。设计了带驱替全直径岩心电参数测量系统,通过改变岩心夹持器的结构,将发射和接收线圈置于岩心的两侧,利用电磁波传播原理测量岩心电参数。此外,该系统中加上了温度控制单元、压力控制单元等,不仅可以解决传统线圈法全直径岩心测量系统中由于岩心中空不能完成驱替试验改变岩心含水饱和度的弊端,还可以模拟地层的高温高压环境,来测量岩心的电参数,测量的数据更能真实反映地下岩石的性质。     

聚合物驱岩石复电阻率频散特性

为了探索复电阻率测井的可行性,利用模拟岩心所处地层条件下的不同矿化度地层水对岩心样品进行完全饱和,油驱水至束缚水,再进行聚合物驱.实验过程中仪器采用宽频带扫频测量,不断改变测量频率,记录不同频率下岩心复电阻率的实部数值、虚部数值;分析孔隙流体性质及含量变化和测量频率变化对泥质砂岩频散特性的影响.实验结果表明,含油饱和度相同、低频时复电阻率实部、模值受溶液矿化度的影响,而虚部几乎不受矿化度的影响.当注入水与原始地层水电阻率比值小于2.2时,复电阻率模值、模的差值、虚部与含水饱和度有着很好的函数关系,可用来评价含油性.     

玛湖地区二叠系含沸石砂砾岩岩石物理实验

新疆准噶尔盆地玛湖地区二叠系广泛发育沸石含量较高的砂砾岩储层,该类储层中沸石赋存状态复杂,分布不均匀且具有较强水敏性,样品制备成柱塞岩心比较困难,且含沸石储层的电、声、核等测井响应特征不明确,给储层评价造成困难。通过对碎样及柱塞岩心进行常规物性、电阻率、核磁共振、全岩X衍射、自然伽马能谱、声学和力学等岩石物理实验,并以矿物组分为依托进行沸石与各项岩石物理参数之间的关系分析。研究了实验室条件下沸石的岩石物理响应特征,如低密度、低自然伽马、高电阻率等。在研究区内,根据沸石含量的不同,确定出干样状态下不同的T₂几何平均值。在计算有效孔隙度时,把该对应弛豫时间之前的核磁共振信号校正掉,形成一套含沸石砂砾岩核磁共振孔隙度测量实验室校正方法。     

利用岩屑对储层水敏性评价的可行性研究

储层水敏性评价的常规方法是进行岩心流动实验,但无法提供合适的岩心样本进行岩心流动实验时,利用核磁共振测试技术可以直接对岩屑岩石孔隙中的含氢流体进行探测,测量信号的大小与被测样品中流体的含氢质子数成正比,而与岩石样品的外形体积无关。通过对同等条件下的岩屑和岩心进行核磁共振法水敏性评价对比,两者的分析结果基本一致,表明利用岩屑对储层水敏性进行评价是可行的。     

模拟地层高温高压条件的岩样复电阻测量系统

电阻率测量广泛地应用于实际测井和实验室研究中，以确定孔隙度和含水饱和度。介绍了自行研制的在模拟地层的高温高压条件下测量岩样电阻的实验装置，该装置与阻抗分析仪及微机组成了高温下岩样民阻的动态测量系统。该系统能快速、准确地自动测量，存储数据，不仅能用于常规的实验室电阻率测量，还可以用地模拟不淹过程的实验室驱替测量，对油田岩样的实测结果表明，该系统达到了设计要求。     

基于正交天线的随钻方位电磁波电阻率成像响应特征模拟

随钻方位电磁波仪器由于具备地层方位分辨性及较大的边界探测深度在地质导向中应用广泛。在常规电磁波电阻率接收天线附近增加横向天线,组成一个正交接收天线,分别接收不同分量电磁场信号。将不同分量、不同线圈距电磁场信号进行归一化组合,利用数值模拟对不同地层模型以及井眼轨迹的成像特征和规律进行模拟分析。数值模拟结果表明,不同分量、不同线圈距的电磁场分量组合可以合成方位电磁波电阻率,方位电磁波电阻率探测深度主要由横向天线测量的定向电动势信号决定。方位电磁波电阻率成像受地层电阻率对比度、相对井斜角以及地层厚度影响,可以准确直观地反应出井眼与地层的相对位置关系以及地层电阻率各向异性。通过对基于正交天线的方位电磁波电阻率成像方法模拟,可以更好地解释横向电阻率变化并指导地质导向应用。     

高分辨率复电阻率测井仪器设计及现场试验

在特定的频段,泥质砂岩的复电阻率存在明显的频散现象,这种频散与地层含油饱和度的关系密切,是目前复电阻率测井的基础.根据实验研究和理论结果,研制了复电阻率测井仪器,仪器频率为35 Hz和8.5 kHz,采用聚焦工作方式,电极系采用三侧向电极系,测量2个频率下的电阻率.现场实验表明2个频率下的复电阻率基线稳定,测量准确,分辨率达到0.4 m,能够满足大庆油田薄层水淹层的测井要求.资料分析表明,低频电阻率与高频电阻率的比值能够较好地反映地层含油饱和度.     

复电阻率测井技术及其在大庆油田的应用

在特定的频段，泥质砂岩的复电阻率存在明显的频散现象，这种频散与地层含油饱和度的关系密切，这是目前复电阻率测井的基础。根据实验研究和理论研究结果，研制出了复电阻率测井仪器，该仪器基线稳定，测量准确，分辨率达到0.4 m，能够满足大庆油田薄层水淹层的测井要求。利用该测井仪器，在大庆油田进行了复电阻率测井应用，测井资料分析表明，低频电阻率与高频电阻率的比值能够较好地反映地层含油饱和度。     

随钻超深电磁波仪器探测深度及响应特征模拟

研究不同天线组合的边界探测深度是研发随钻超深电磁波仪器的基础工作。采用数值模拟方法,研究了轴向天线、水平天线和倾斜天线3种接收天线的探测深度和响应特征,结果发现:随钻超深电磁波仪器的探测深度与线圈距、工作频率及地层电阻率对比度相关;不同电磁场分量对地层界面响应特征不同,超深探测轴向接收天线测电阻率比常规电磁波更容易受邻层影响;采用水平接收天线时,天线距越小,工作频率越大,定向电动势信号幅度越大;采用倾斜接收天线时,天线距越大,工作频率越大,相对定向信号幅度越大。对于随钻超深电磁波仪器,采用水平接收天线时天线距要小,采用倾斜接收天线时天线距要大;多个频率和天线距的组合可以增大随钻超深电磁波仪器的探测深度和对地层电阻率的适应性;通过降低工作频率、增大天线距,可使随钻超深电磁波仪器的探测深度达到20.00～30.00 m。研究认为,该探测深度能弥合地震和测井之间的差距,使随钻油藏描述成为可能。      

随钻方位电磁波电阻率测井仪分段组合线圈系设计

针对现有随钻方位电磁波电阻率测井仪地层层界面检测灵敏度较弱且层界面探测深度较浅的问题,设计了分段组合线圈系,并采用理论分析和仿真试验的方法,对不同线圈系的测量响应进行数值模拟计算,分析了层界面位置和距离变化对分段组合线圈系测量响应的影响规律。数值模拟结果表明,分段组合线圈系的感应电动势信号幅值明显高于现有线圈系的感应电动势信号幅值,其层界面探测深度约为1.70 m,优于现有线圈系的层界面探测深度。研究表明,分段组合线圈系可提高测井仪器的地层层界面检测灵敏度和层界面的探测深度,这可为随钻方位电磁波电阻率测井仪器的研制提供理论支持。      

随钻方位电磁波仪器测量精度对电阻率及界面预测影响分析

随钻方位电磁波测量仪利用幅度比和相位差转换得到地层电阻率信息,联合定向电动势测量信号反演来预测和判断界面,因此必须明确测量精度与电阻率及界面距离的关系。从电阻率转换及界面距离反演原理出发,模拟计算和分析接收天线测量精度在不同地层条件下对电阻率和界面距离的影响。模拟结果表明,在电阻率比较高的地层中,接收天线测量精度对幅度电阻率和相位电阻率影响较大;定向电动势幅度与界面距离呈近似对数线性关系,仪器离界面距离越远,界面两侧电导率差越小,仪器工作频率越低,测量精度对界面距离反演结果的影响越大。研究结果可以为评估测量结果的准确度和降低地层评价与地质导向应用风险提供理论依据。      

斜井中地质导向电磁波测量数值模拟分析

定向井开采借助于定向随钻电磁波测量仪器准确划分已钻地层、预测待钻进地层、实时控制钻头沿期望轨迹钻进,大大提高了油气采收率。为此,研究了斜井中地质导向随钻测量仪器的响应特性。结果表明：①由定向响应信号的正、负可判断围岩与目的层的相对位置。②为减小或消除地层倾角和地层各向异性对定向响应的影响,应该采用对称布置线圈对进行测量;把两对单发、单收线圈对的定向测量结果叠加在一起,在接近地层边界时只对相对倾角敏感,在距地层界面较远时,定向响应信号受各向异性和相对倾角影响较小,定向响应曲线简单。③数值仿真了地层相对倾角小于20°时的定向测量响应,认为当目的层厚度不超过6m时,地质导向信号对低井斜角探测具有很好的灵敏性,这种方法弥补了井眼成像的不足,具有较高的测量精度,并且极具实时性。