激發極化測井的合成聚焦方法
2023-10-04 17:40:39 1
專利名稱：激發極化測井的合成聚焦方法
技術領域：
本發明涉及石油地質勘探和金屬礦藏勘測的測井技術，特別是一種可以用於深測和淺測的激發極化測井的合成聚焦方法。
背景技術：
激發極化測井方法是目前使用的較為成熟的電測井技術，其原理是在被測井內施加一個恆定外電場，記錄供電和斷電後的電位，進而計算出地層電導率等參數。國內、外現有的激發極化測井方法只有單電場非聚焦方法，首先給砂泥巖地層施加一恆定外電場，使之產生極化場，亦即產生偶電層形變和局部濃度變化，當外加電場斷去後，由於離子的擴散作用，離子濃度梯度將逐漸消失，即二次場逐漸衰減，恢復到原來的自然狀態。
如果所測量的無源系統是線性的，且不考慮電動效應影響，供電時的ΔU(t)曲線與U2(t)衰減曲線是對應一致，這樣，極化電位U2＝UP-U1，極化率=U2UP=UP-U1UP100%.]]>針對測井的實際情況(含有井眼，圍巖，侵入帶等)，只要在求解拉普拉斯方程式時，所給的地電條件和解題的邊界條件也相同，則就可以用等效電阻率代替電阻率，從而由一次場表達式便直接得到極化總場的表達式，視等效電阻率a*=a1-a,]]>視極化率a=a*-aa*.]]>以上測量方法易受井眼、圍巖和侵入帶的影響，解析度和測量精度不高，探測深度僅為0.6-0.8米，分層能力僅為1米，從而限制了實際應用範圍。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以用於深測和淺測，減小井眼、圍巖和侵入帶對激發極化測井的影響，提高分層能力和測量精度的激發極化測井的合成聚焦方法。
本發明的目的是這樣實現的本發明電極系嵌於一個圓柱形的絕緣棒上，為主電極A0、兩對監督電極M1、M1′和M2、M2′、兩對屏蔽電極A1、A1′和A2、A2′，以主電極為中心，每對電極相對主電極對稱地排列，並且每對電極之間相互短路，B為供電迴路電極，N為測量迴路電極；將測井分為兩個分場，兩次測量，第一個分場由主電極A0發射恆定電流I0，而屏蔽電極A1、A1′和A2、A2′不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M1′和M2、M2′上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；第二個分場由屏蔽電極A1、A1′和A2、A2′發射恆定電流I1，而主電極A0不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M1′和M2、M2′上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；擬合二次分場電位衰減曲線，獲得其二次電位振幅，將二次分場電位等效到分場激發極化電位上，獲得分場供電時的激發極化電位曲線，再通過電場迭加和利用監督電極電位聚焦條件，合成極化總場電位，得到聚焦後的一次電位、激發極化總場電位和二次電位衰減曲線，也可得到聚焦後的電阻率和極化率測井曲線。
本發明的目的還可以這樣實現可將測井分為三個或三個以上的分場，測量後擬合。
將主電極A0、屏蔽電極A1、和屏蔽電極A2作為三個分場單獨供電，測量監督電極和供電電極上的分場電位。
本發明有效地減小井眼、圍巖和侵入帶對測井影響、提高分層能力和測量精度，探測深度可達2.4米，分層能力高可達0.5米。該方法使得聚焦激發極化測井得以實現，為高含水期的剩餘油分布以及厚層細分提供更多更重要的測井信息。
圖1為本發明電極系示意圖；圖2為供電時的充電曲線與斷電後的二次電位衰減曲線圖。
發明實施例下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
本發明電極系共有九個環狀電極，嵌於一個圓柱形的絕緣棒上。主電極為A0，M1、M1′和M2、M2′為兩對監督電極，兩對屏蔽電極為A1、A1′和A2、A2′，以主電極為中心，將每一對電極相對A0電極對稱地排列，並且每對電極之間相互短路。B為供電迴路電極，N為測量迴路電極。
本發明的目的是這樣實現的無論是深測還是淺測，均將激發極化測井分為兩個分場或多個分場，單獨供電並測量分場電位。第一個分場由主電極A0發射恆定電流I0，而屏蔽電極A1、A1′和A2、A2′不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M1′和M2、M2′上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；第二個分場只有屏蔽電極發射恆定電流I1，而主電極A0不發射電流，記錄其相應的監督電極上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線。擬合分場二次電位衰減曲線，獲得其二次電位振幅。將分場二次電位等效到分場激發極化電位上，可獲得分場供電時的激發極化電位曲線，再利用電場迭加原理和監督電極等電位聚焦合成條件，合成極化總場電位，便可以得到聚焦後的一次電位、激發極化總場電位和二次電位衰減曲線，也可得到聚焦後的電阻率和極化率測井曲線。從而使聚焦激發極化測井得以實現。
在供電過程中，由於巖礦石在恆定外電場作用下，發生離子極化，形成極化場。如果所研究的無源系統是線性的，且不考慮電動效應影響，則供電時的充電曲線與斷電後的二次電位衰減曲線是對應一致的，亦即可以將斷電後的二次電位衰減曲線(或稱為放電曲線)對應等效為供電時的激發極化電位曲線(或稱為充電曲線)。
由於主電極和屏蔽電極發出的都是恆定電流，在穩定情況下，其在地層中產生的場為準靜態場。對於穩定電流所形成的電場，一次場和激發極化總場的微分方程、交界麵條件以及邊界條件，它們都是關於未知函數u及其導數的線性表達式，即在此考慮的是線性的微分方程和線性的邊界條件，從而滿足電場迭加原理。極化總場的合成電位等於各個電極單獨供電時產生的分場極化電位的線性疊加。
UPT為分場極化電位，意指UPT0(M1)、UPT0(M2)、UPT1(M1)、UPT1(M2)，URT為分場一次電位，U2T(t)為斷電後的分場二次電位衰減曲線，意指U2T0(M1，t)、U2T0(M2，t)、U2T1(M1，t)、U2T1(M2，t)。如圖所示，首先給砂泥巖地層施加一恆定外電場，使之產生極化場，亦即產生偶電層形變和局部濃度變化，當外加電場斷去後，由於離子的擴散作用，離子濃度梯度將逐漸消失，即二次場逐漸衰減，恢復到原來的狀態。
本發明的最佳實施方案是將所有對稱電極均短路，深測時將A1和A2短路作為屏蔽電極，B為供電迴路電極；淺測時將A1作為屏蔽電極，A2為供電迴路電極。另一種供電方式中，也可以將主電極A0、屏蔽電極A1、和屏蔽電極A2作為三個分場單獨供電，測量監督電極和供電電極上的分場電位，利用與上述相同的方法合成聚焦。本發明的最佳實施方案與三個分場合成效果相同，但減少了測量次數，提高了測量效率。
本發明的兩個分場合成方法實施方案為第一個分場由主電極A0發射恆定電流I0，而屏蔽電極不發射電流，記錄其相應的監督電極M1和M2上的分場激發極化電位UPT0(M1)、UPT0(M2)和斷電後的二次電位衰減曲線U2T0(M1，t)、U2T0(M2，t)；第二個分場只有屏蔽電極(A1和A2短路)發射恆定電流I1，而主電極A0不發射電流，記錄其相應的監督電極M1和M2上的分場激發極化電位UPT1(M1)、UPT1(M2)和斷電後的二次電位衰減曲線U2T1(M1，t)、U2T1(M2，t)。擬合二次電位衰減曲線U2T0(M1，t)、U2T0(M2，t)，U2T1(M1，t)、U2T1(M2，t)，獲得其二次電位振幅U2T0(M1)、U2T0(M2)，U2T1(M1)、U2T1(M2)。
將分場斷電後的二次電位衰減曲線(或稱為放電曲線)對應等效為分場供電時的激發極化電位曲線(或稱為充電曲線)UPT0(M1，t)＝UPT0(M1)-U2T0(M1，t) (1)UPT0(M2，t)＝UPT0(M2)-U2T0(M2，t) (2)UPT1(M1，t)＝UPT1(M1)-U2T1(M1，t) (3)UPT1(M2，t)＝UPT1(M2)-U2T1(M2，t) (4)由分場極化電位和斷電後的二次電位振幅可得到無極化時的分場一次(純電阻效應)電位URT0(M1)＝UPT0(M1)-U2T0(M1) (5)URT0(M2)＝UPT0(M2)-U2T0(M2) (6)
URT1(M1)＝UPT1(M1)-U2T1(M1) (7)URT1(M2)＝UPT1(M2)-U2T1(M2) (8)根據電場迭加原理，一次電位合成公式為URT(M1)＝URT0(M1)+C1URT1(M1) (9)URT(M2)＝URT0(M2)+C1URT1(M2) (10)等電位聚焦條件為URT(M1)＝URT(M2) (11)可得一次場合成係數和聚焦電位為C1=URT0(M1)-URT0(M2)URT1(M2)-URT1(M1)----(12)]]>URT＝URT(M1)＝URT(M2) (13)由分場極化電位合成公式UPT(M1)＝UPT0(M1)+C2UPT1(M1) (14)UPT(M2)＝UPT0(M2)+C2UPT1(M2) (15)及等電位聚焦條件UPT(M1)＝UPT(M2) (16)可得極化總場合成係數和聚焦電位C2=UPT0(M1)-UPT0(M2)UPT1(M2)-UPT1(M1)----(17)]]>UPT＝UPT(M1)＝UPT(M2) (18)由分場瞬時極化電位合成公式UPT(M1，t)＝UPT0(M1，t)+Ci*UPT1(M1，t) (19)UPT(M2，t)＝UPT0(M2，t)+Ci*UPT1(M2，t) (20)及等電位聚焦條件
UPT(M1，t)＝UPT(M2，t) (21)可得極化總場瞬時合成係數和聚焦電位Ci=UPT0(M1,t)-UPT0(M2,t)UPT1(M2,t)-UPT1(M1,t)----(22)]]>UPT(t)＝UPT(M1，t)＝UPT(M2，t) (23)從而得到合成聚焦後的電阻率為Rt＝K*URT/IA0(24)K為儀器係數。
合成聚焦後的二次電位振幅及其衰減曲線為U2T＝UPT-URT(25)U2T(t)＝UPT-UPT(t) (26)合成聚焦後的極化率振幅及其衰減曲線為η2T＝U2T*100/UPT(27)η2T(t)＝U2T(t)*100/UPT(28)本發明的三個分場合成方法實施方案為第一個分場由主電極A0發射恆定電流I0，而屏蔽電極不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M2和A1、A2上的分場激發極化電位UPT0(M1)、UPT0(M2)、UPT0(A1)、UPT0(A2)和斷電後的二次電位衰減曲線U2T0(M1，t)、U2T0(M2，t)、U2T0(A1，t)、U2T0(A2，t)；第二個分場只有屏蔽電極A1發射恆定電流I1，而主電極A0和屏蔽電極A2不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M2和A1、A2上的分場激發極化電位UPT1(M1)、UPT1(M2)、UPT1(A1)、UPT1(A2)和斷電後的二次電位衰減曲線U2T1(M1，t)、U2T1(M2，t)、U2T1(A1，t)、U2T1(A2，t)；第三個分場只有屏蔽電極A2發射恆定電流I2，而主電極A0和屏蔽電極A1不發射電流，記錄其相應的監督電極M1、M2和A1、A2上的分場激發極化電位UPT2(M1)、UPT2(M2)、UPT2(A1)、UPT2(A2)和斷電後的二次電位衰減曲線U2T2(M1，t)、U2T2(M2，t)、U2T2(A1，t)、U2T2(A2，t)；擬合二次電位衰減曲線U2T0(M1，t)、U2T0(M2，t)、U2T0(A1，t)、U2T0(A2，t)、U2T1(M1，t)、U2T1(M2，t)、U2T1(A1，t)、U2T1(A2，t)、U2T2(M1，t)、U2T2(M2，t)、U2T2(A1，t)、U2T2(A2，t)，獲得其二次電位振幅U2T0(M1)、U2T0(M2)、U2T0(A1)、U2T0(A2)、U2T1(M1)、U2T1(M2)、U2T1(A1)、U2T1(A2)、U2T2(M1)、U2T2(M2)、U2T2(A1)、U2T2(A2)。
將分場斷電後的二次電位衰減曲線(或稱為放電曲線)對應等效為分場供電時的激發極化電位曲線(或稱為充電曲線)
由分場極化電位和斷電後的二次電位振幅可得到無極化時的分場一次(純電阻效應)電位 根據電場迭加原理，一次電位合成公式為URT(M1)＝URT0(M1)+D1URT1(M1)+D2URT2(M1) (31)URT(M2)＝URT0(M2)+D1URT1(M2)+D2URT2(M2) (32)URT(A1)＝URT0(A1)+D1URT1(A1)+D2URT2(A1) (33)URT(A2)＝URT0(A2)+D1URT1(A2)+D2URT2(A2) (34)等電位聚焦條件為URT(M1)＝URT(M2) (35)URT(A1)＝URT(A2) (36)
由電位合成公式和等電位聚焦條件可得一次場合成係數D1、D2和聚焦電位。由分場極化電位合成公式UPT(M1)＝UPT0(M1)+D3UPT1(M1)+D4UPT2(M1) (37)UPT(M2)＝UPT0(M2)+D3UPT1(M2)+D4UPT2(M2) (38)UPT(A1)＝UPT0(A1)+D3UPT1(A1)+D4UPT2(A1) (39)UPT(A2)＝UPT0(A2)+D3UPT1(A2)+D4UPT2(A2) (40)及等電位聚焦條件UPT(M1)＝UPT(M2) (41)UPT(A1)＝UPT(A2) (42)可得極化總場合成係數D3、D4和聚焦電位由分場瞬時極化電位合成公式UPT(M1，t)＝UPT0(M1，t)+Di1*UPT1(M1，t)+Di2*UPT2(M1，t) (43)UPT(M2，t)＝UPT0(M2，t)+Di1*UPT1(M2，t)+Di2*UPT2(M2，2) (44)及等電位聚焦條件UPT(M1，t)＝UPT(M2，t)(45)UPT(A1，t)＝UPT(A2，t)(46)可得極化總場瞬時合成係數Di1、Di2和聚焦電位。
同理可得到合成聚焦後的電阻率為Rt＝K*URT/IA0K為儀器係數。
合成聚焦後的二次電位振幅及其衰減曲線為U2T＝UPT-URT
U2T(t)＝UPT-UPT(t)合成聚焦後的極化率振幅及其衰減曲線為η2T＝U2T*100/UPTη2T(t)＝U2T(t)*100/UPT依實施例1和2類推，本發明可以有n對屏蔽電極(......An、An′)，可分n次測量，形成多個分場，多組參數擬合。
權利要求
1.一種激發極化測井的合成聚焦方法，包括供電迴路電極(B)和測量迴路電極(N)的電極系，電極系嵌於一個圓柱形的絕緣棒上，為主電極(A0)、兩對監督電極(M1、M1′和M2、M2′)、兩對屏蔽電極(A1、A1′和A2、A2′)，以主電極為中心，每對電極相對主電極對稱地排列，並且每對電極之間相互短路，其特徵在於將測井分為兩個分場，兩次測量，第一個分場由主電極(A0)發射恆定電流(I0)，而屏蔽電極(A1、A1′和A2、A2′)不發射電流，記錄其相應的監督電極(M1、M1′和M2、M2′)上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；第二個分場由屏蔽電極(A1、A1′和A2、A2′)發射恆定電流(I1)，而主電極(A0)不發射電流，記錄其相應的監督電極(M1、M1′和M2、M2′)上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；擬合二次分場電位衰減曲線，獲得其二次電位振幅，將二次分場電位等效到分場激發極化電位上，獲得分場供電時的激發極化電位曲線，再迭加電場和監督電極電位聚焦，合成極化總場電位，得到聚焦後的一次電位、激發極化總場電位和二次電位衰減曲線，也可得到聚焦後的電阻率和極化率測井曲線。
2.如權利要求1所述的一種激發極化測井的合成聚焦方法，其特徵在於可由兩個以上的屏蔽電極(A1、A1′、A2、A2′、......An、An′)分別(n)多次發射恆定電流(In)，將測井分為三個或(n)多個以上的分場，分別測量後擬合。
3.如權利要求1所述的一種激發極化測井的合成聚焦方法，其特徵在於淺測時可將屏蔽電極(A2、A2′)分別作為兩個分場的供電迴路電極。
全文摘要
一種激發極化測井的合成聚焦方法，將測井分為兩個分場，第一分場由主電極發射恆定電流，屏蔽電極不發射電流，記錄其相應的監督電極上的分場激發極化電位和斷電後的二次電位衰減曲線；第二個分場由屏蔽電極發射恆定電流，而主電極不發射電流，擬合二次分場電位衰減曲線，獲得二次電位振幅，將二次分場電位等效到分場激發極化電位上，獲得分場供電時的激發極化電位曲線，再迭加電場和監督電極電位聚焦，合成極化總場電位，得到聚焦後的一次電位、激發極化總場電位和二次電位衰減曲線。本發明可有效減小井眼、圍巖和侵入帶對測井影響、提高測量精度，探測深度可達2.4米，分層達0.5米，為高含水期的剩餘油分布以及厚層細分提供重要的測井信息。
文檔編號G01V3/26GK1580819SQ0315350
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月15日 優先權日2003年8月15日
發明者曾花秀, 陳鵬, 王敬農, 孫寶佃, 何三宇, 方榮貴, 章海寧, 餘衛東, 王成龍 申請人:中國石油天然氣集團公司