过套管电阻率

《测井新方法》第6讲：过套管电阻率测井张元中资源与信息学院测井研究中心[e-mail]主要内容1、过套管电阻率发展历程2、CHFR原理、仪器与应用3、EKOS原理、仪器与应用1、过套管电阻率发展历程1939年原苏联L.M.Alpin提出了“在套管井中进行电测的方法”，提出一种测量漏泄电流的方法，但限于以下缺陷未能实现：（1）不能确定套管厚度和套管电导率的变化对测量结果的影响。（2）电极距选择不当，与理想的电极距差别很大，对结果产生重大影响。（3）原理上看只获得地层相对电导率，不能测得绝对值。Alpin没认识到：为了消除电场畸变对电压测量结果得影响，电流电极与测量电极之间必须保持一定距离。1、过套管电阻率发展历程1948年W.H.Stewart“电测方法和仪器”，提出另一种测量漏泄方法，但仍存在以下缺陷未能实现：（1）电流电极－接收电极和各接收电极之间得距离选择不当，对测量结果产生很大影响。1、过套管电阻率发展历程（2）不能确定出套管厚度和套管电导率的变化对测量结果的影响，所以也无法校正影响。（3）在该方案中，每段套管的电流是分别测量，放大器增益、套管电阻率、电源不稳会影响测量结果，每次测量精度不同。（4）漏泄电流小，不可能测量漏泄电流。1、过套管电阻率发展历程1986年PML公司开始研制仪器。1993年Vail等正式发表研究成果，1997年BakerAtlas买PML产权。1999-2000年SLB提供商用仪器。Kaufman于1990年前后在科罗拉多矿业学院，先后研制出第一、第二代样机，均为点测，第二代为10秒/点。1994年Kaufman等人后提出了传输线方程简化模型和曲面积分方程模型，为该方法的研究奠定了基础。1、过套管电阻率发展历程1999年SLB推出第一代的CHFR仪器。2001年SLB推出第二代CHFR_Plus，测速提高了1倍。该仪器在大庆、冀东、吉林、新疆、华北等油田进行了测井。测试结果表明，该方法在解决套管井中的油层动态监测问题方面发挥着重要作用。1939年前苏联L.M.Alpin”套管井中测量漏电流方法”1947年美国Ennis”在套管井中划分地层的方法和仪器”1949年STEWART”电测方法和仪器”1949、1952、1956多种方案提出1972年六个电极和两步测量法的测井1984美国能源署支持PML公司研究测井技术方法1990年Kaufman基于传输线方程理论和测量理论1991年Vail“测量仪器的移动和不同套管电阻补偿”1993-1998年测井仪器相关理论完善Kaufman电极系卡什科-雷赫林斯基电极系2000年阿特拉斯TCRT2000年斯伦贝谢CHFR2002年斯伦贝谢CHFR-PLUS地层电阻率计算方法2002年EKOS目前主要的过套管电阻率测量仪器Schlumberger公司CHFR：CasedHoleFormationResistivitytool；CHFR-Plus：2002年推出的第二代仪器；CHFR-Slim：2004年推出的第三代仪器（2.125in）。1、过套管电阻率发展历程目前主要的过套管电阻率测量仪器BakerAtlas公司TCR:ThroughCasingResistivitytool俄罗斯：EKOS1、过套管电阻率发展历程套管井电阻率测量的主要目的油藏动态监测：通过时间推移测井，跟踪流体饱和度的变化，监测生产和注水过程中的流体界面位置，调整开发方案，延长油田开采寿命。1、过套管电阻率发展历程1、过套管电阻率发展历程套管井电阻率测量的主要目的剩余油分布监测：对剩余油的分布评价与监测，开采剩余油、提高采收率。补偿裸眼井测井：在因扩径或塌方而未完成裸眼井测量的井中获得地层电阻率；确定漏失的油层：发现老井中漏掉的有价值的油气层。2、CHFR的原理、仪器与应用套管本身即是一个巨大的导体，在套管中外加电流时大部分电流会沿着套管流动。有一小部分泄漏地层中去。过套管电阻率测井就是测量由套管漏失进地层的漏失电流的电压差和电流强度，利用欧姆定律进行计算地层电阻率:IUKRΔU:漏失地层中的电压；I:漏失地层中的电流强度；K:由测井仪器的几何形状决定的系数。金属套管注入总电流泄漏电流ILI(Z+dZ)Z+dZ泄漏电流套管电流I(Z)I(Z)ZIL=I1-I2被测量地层BI2I1V井眼轴线回路电极ZVRaKI过套管电阻率测井方法原理与电流分布TelemetryElectronicsInsulatingjointTopcurrentelectrodeArmsectionHydraulicsBottomcurrentelectrode0.0m13.0mCHFR过套管电阻率测井是一种侧向测井。测量部分由上下电流电极、四组测量电极组成，每组测量电极有三个相距180°的电极，每两组相邻电极相距2英尺（60cm）。TelemetryElectronicsInsulatingjointTopcurrentelectrodeArmsectionHydraulicsBottomcurrentelectrode0.0m13.0m每三组相邻电极完成一个深度点测。每次点测可以测量两个相距2英尺（60cm）深度点数据。2、CHFR的原理、仪器与应用第一步通过顶部电流电极向套管施加低频交流电流，大部分电流通过套管上下传递最后到达地面；很少一部分从套管漏失到地层，其通过的路径与裸眼侧向测井类似。2、CHFR的原理、仪器与应用仪器每次测量使用三组相邻电极，每两组电极间电压降之和即是泄漏到地层中的电流造成的电压降和套管上电压降之和。2、CHFR的原理、仪器与应用第二步称为校准阶段，其电流回路同样开始于电流发射端，但电流沿套管向下流动到测井仪底部电极。泄漏到地层中的电流可以忽略，因为电流不需要通过地层完成回路。2、CHFR的原理、仪器与应用使用测量阶段测量电极测量的电压降即可求出套管的电阻率。如套管电阻率已知，就可求得套管臂厚，并对其腐蚀情况进行检查。2、CHFR的原理、仪器与应用完成两步测量后，按右图公式计算出泄漏到地层的电流△I，再按下面公式就可计算出地层电阻率。Rt=K×Vds/△IVds：测点到地面的电压降，△I：地层电流；K：仪器因子。ABCRVRVBCBCABABI应用单独程序进行精确的测量：直流电流从底部电流电极发射，沿着和测量地层电流同样的路径返回地面。测量底部电流电极与地面另一个参考电极两端的电压。改变发射电流极性，正极和负极各测量一次，以减少极化和漂移这样的系统误差。ABCRVRVBCBCABABI2、CHFR的原理、仪器与应用Step1Step2ABCRVRVBCBCABABIABCRVRVBCBCABABI2、CHFR的原理、仪器与应用过套管电阻率测井对井况的要求测井井段为单层套管；固井质量良好；套管无严重变形，腐蚀等；套管内壁清洗后基本无各种污垢；电阻率范围在1～100欧姆米。2、CHFR的原理、仪器与应用CHFR的主要指标：套管电阻率：一般2×10-7Ωm；泄漏到地层电流与总电流之比△I∕I在10-3～10-5；地层电流在毫安级、套管电阻在微欧姆级、测量电压在纳伏级。仪器长43ft(13.1m)；直径3.375in(8.57cm)；2、CHFR的原理、仪器与应用CHFR的主要指标套管外径范围4.5-9.625in(11.43-24.45cm)；最大温度320℉(150℃)；最大压力15000psi(103Mpa)；点测时间约２分钟；电阻率范围1-100Ωm；垂直分辨率1.2m，探测深度2-10m，测量精度±10%。2、CHFR的原理、仪器与应用CHFR的主要应用新井或老井下套管后电阻率测量；储层监测；漏失油气层确定；剩余油饱和度确定；不能进行裸眼测井井眼中的补救测井；裸眼井无法测量时的初次评价。2、CHFR的原理、仪器与应用3、EKOS的原理、仪器与应用3、EKOS的原理、仪器与应用EKOS测井系统由地面、井下仪两部分组成。地面部分又细分为：供电和控制器、套管供电电源、电流变换器。在供电和控制器中有遥测系统的地面部分、电子电路井下部分和液压传动装置泵的电源。3、EKOS的原理、仪器与应用EKOS测井系统由地面、井下仪两部分组成。套管供电电源是一个大功率电源，可以提供10A以内的稳定电流。电流变换器可以保证改变给定频率电流的极性。井下仪器是由上部和下部供电电极、三个探测电极一个电位电极、遥测系统、液压控制系统和加重组成，电极之间采用钢缆软连接而成。3、EKOS的原理、仪器与应用3、EKOS的原理、仪器与应用测量要求及方式：EKOS测井不需要刮削套管壁来清洁锈蚀、结垢，不需要洗净井内脏物、刮蜡和热水洗井或酸洗；只要仪器可以到井底就可以测量。测量过程分为上供电测量和下供电测量2次测量。3、EKOS的原理、仪器与应用探测深度：EKOS仪器的探测深度也定义为在无限厚地层中的某一点，在该点处内介质对整个测量信号的贡献为50%。通过数值模拟确定仪器的探测深度在2m间变化，具体受地层参数的影响。3、EKOS的原理、仪器与应用分辨率和测量范围：理论上仪器的分辨率和测量电极间距有关。电极间距为0.5m，理论上的分辨率也为1m。仪器测量的下限为1Ω·m，上限为300Ω·m。3、EKOS的原理、仪器与应用测井速度：EKOS测井仪测量信号幅度变化非常小，并且电极在套管中运动产生的噪声信号远大于测量信号，EKOS测井必须静止测井。静止时间包括井下深度校准及液压推靠2～5min；EKOS测井仪的测井速度约为15～37m/h。3、EKOS的原理、仪器与应用测量要求：不需要刮削套管壁来清洁锈蚀、结垢等，不需要洗净井内脏物、刮蜡和热水洗井，不需要酸洗；只要仪器可以下到井底。3、EKOS的原理、仪器与应用遥测系统液压系统上供电电极测量电极下供电电极测量系统I回路电极ΔUIVKR3、EKOS的原理、仪器与应用EKOS的优势：电极间采用钢缆软连接使电极在不规则的套管中也能使探头同套管紧贴，增加测量成功率。独特的探针电极，在液压推靠的压力下扎透套管的污垢层，使电极系与套管接触电阻小于0.1Ω，确保在不需要刮削套管壁来清洁锈蚀、结垢，不需要洗净井内脏物、刮蜡和热水洗井，不需要酸洗的情况下完成测量，极大的降低了测井成本。3、EKOS的原理、仪器与应用EKOS的优势：仪器具有完善的质量监控系统。可以在车间进行刻度，在出车前就可以检查仪器的状态。具有实时测井监控软件，在测井过程中如果测井数据有疑问时，可及时调用反映各电极系与套管接触的波形图来对测井质量进行控制。3、EKOS的原理、仪器与应用过套管电阻率测量方式EKOS过套管电阻率测量方式是上下两个供电电极A1、A2轮流供电，做两次测量；在一次测量时会获取数千组数据具有上千次采样，经过数据误差处理后可以获得更精确测量数据。3、EKOS的原理、仪器与应用1.电极之间采用钢缆软连接使电极在不规则的套管中也能使探头同套管紧贴，增加测量成功率。CHFREKOS3、EKOS的原理、仪器与应用2.独特的探针电极，在液压推靠的压力下扎透套管的污垢层，使电极系与套管接触电阻小于0.1Ω，确保在不清洗井的情况下完成测量，极大的降低了测井成本。3、EKOS的原理、仪器与应用过套管电阻率测井的主要应用：确定潜力油层：对老油田，由于技术发展水平或疏忽、漏判、错判的油层，或多年开采重新饱和的油层。油藏监测：在不同的时间跟踪饱和度的变化，监测生产和注水井中的流体界面位置。水淹层识别：地层被淡水注入水水淹后地层电阻率将降低。高风险井地层电阻率测井。剩余油分布研究等。3、EKOS的原理、仪器与应用