双频电阻率测井仪的研制及应用

陈清业

(中石化河南石油工程有限公司测井公司　河南　南阳　473132)



·开发设计·

双频电阻率测井仪的研制及应用

陈清业

(中石化河南石油工程有限公司测井公司河南南阳473132)

论述了双频电阻率测井仪器的研制及测井曲线在水淹油层解释中的应用。所测曲线在河南油田的应用表明，双频电阻率测井仪器有利于低电阻率油气藏的探测，能够精细地描述水淹油层内的剩余油分布情况，克服了电阻率测井解释油层水淹状况的技术障碍，为识别油水层及判断水淹程度提供了技术支持。

地层电阻率；双频电阻率测井；含油饱和度

0　引　言

电阻率测井在油气层评价方面始终是地球物理测井领域里的核心技术之一，其在油气评价及储量计算等诸多领域是其他测井技术所不及的。但是随着油田投入注水开发之后，由于地层电阻率受水淹程度等的影响而多变，使得常规电阻率测井通常只能测量井下地层电阻率值而不能测量地层相位差信息，因而影响了对地层含油饱和度的评价。双频电阻率测井仪器通过对地层的测试电压和电流信号的采集及检测，将检测的信号经数字化处理，获得地层复电阻率值信息，从而更好地对地层含油饱和度进行评价。

1　双频电阻率测井原理

图1　双频电阻率测量等效图

双频电阻率测井是我国拥有自主知识产权的地球物理测井方法，其理论起源于石油大学的岩石物理理论与实验研究成果，即油层具有频散现象，水层没有频散现象。双频电阻率测井的理论基础是将地层视为电阻与电容并联的等效电路。低频测量时由于容抗极大，其测量值可视为纯电阻；高频测量时容抗与阻抗并存。双频电阻率仪器是在原双侧向仪器的基础上研发而来的，但只保留原有双侧向仪器的深侧向通道，去掉浅侧向通道，加入高频通道，利用深侧向电极系，形成双频电阻率下井仪[1]。地层可视为电阻与电容并联，图1为地层双频电阻率测量等效图。

电阻率Rz的计算公式为：

(1)

式中，Rz为地层电阻率，K为电极系数，Ix为高频电流实部，Iy为高频电流虚部，Ux为电压值。

低频和原来双侧向仪器的深侧向频率一样，采用35 Hz频率不变，高频采用相对较高的频率8 928 Hz。由于双频电阻率是利用原来双侧向的深侧向通道，不需要浅侧向通道，所以去掉浅侧向相关通道，相应地加入高频功放电路，主监控高频通道，电压、电流检测高频通道。因此A1和A2电极短路，同时作为高、低频的屏流发射电极。工作原理框图如图2所示。

图2　双频电阻率测量原理框图

仪器工作时，低频、高频受控电流源通过A0发出主电流I0，高、低频通过两对屏蔽电极A1、A2和A1′、A2′发出与主电流I0同相的屏蔽电流，主监控回路自动调整，使高、低频在监督电极M1和M2及M1′和M2′之间电位相等。这时测量M2与参考电极间的电位差Ud，Ug，及主电流Id，Ig可求出低、高频电阻率值：

Rd=Kd×Ud/Id

(2)

Rg=Kg×Ug/Ig

(3)

式中，Ig是高频电流的模值；Ug是高频电压的实部。

(4)

式中，Ix为高频电流实部，Iy为高频电流虚部。

在公式(2)、(3)中，由于高、低频使用的电极系尺寸一样，都是利用深侧向电极系，因此低频和高频的电极系数Kd和Kg都是0.89。实际测井就是利用公式(2)、(3)测出低频和高频电阻率曲线，从而更好地对地层含油饱和度进行评价[2]。

2　双频电阻率仪器主要电路工作原理

2.1主监控电路

主监控电路由低频差分放大器、带通滤波器和高频差分放大器、带通滤波器和混合相加功率驱动电路三部分构成，其中低频差分放大器、带通滤波器与双侧向深侧向相应部分一样，这里不再赘述。

主监控高频部分由N2A(AD712)构成差分放大电路，N2B构成带通滤波器，以及N3(AD711)放大器组成。高频带通滤波器的Q值为6，带通滤波器中心频率为8 928 Hz。原理框图如图3所示。高低频混合电路及功率放大由N4构成。

图3　主监控电路原理框图

2.2电流测量电路

电流测量电路形式与电压测量电路类似，只是增加了电流电压转换部分。电流电压转换原理图如图4所示。

图4　电流电压转换等效电路图

电流电压等效转换的公式为：

(6)

(7)

电流测量电路由低频和高频两部分构成。电流测量电路由N1构成宽带放大器，N2构成低频带通滤波器和放大器，N5构成高频带通滤波器和放大器，高频带通滤波器中心频率为8 928 Hz，Q值为5。低频由于采用直流采集方式,因此采用了相敏检波及低通滤波器，相敏检波及低通滤波器由N3、N4构成。高频采用软件采集实虚部的方式，因此不需要相敏检波及低通滤波器。低频和高频通道的增益都是234。电流测量电路原理框图如图5所示。

电压测量电路与电流测量电路相似，这里不再叙述。

图5　电流测量电路原理框图

3　室内测试

双频电阻率侧井仪与SDZ-5000模拟箱配接室内测试数据见表1。仪器组合：长电极+遥测+双频电阻率+模拟箱+硬电极+硬电极+B电极。

从表1可以看出，利用模拟箱20、50 Ω·m档并联0.1 μF、0.2 μF电容，测量高频电流虚部IY线性较好，这与实验室测量的地层电容量与含油饱和度呈正线性关系相符合。

表1　室内测试数据

在20 Ω·m档：

△IY1=-502-(-380)=-122

△IY2=-380-(-258)=-122

在50Ω·m档：

△IY1=179-(849)=1028

△IY2=-1182-179=1003

说明仪器高频电流虚部IY线性较好，而高频电流虚部IY正是并联电容的反映，在测井过程中即为地层电容性的反映。水层无电容性，为纯阻性地层，油层有电容性，为阻容性地层。

4　现场测井资料

2014年12月，在SKD3000B地面系统上安装了双频电阻率地面测井程序，然后与双频电阻率测井仪进行配接，仪器经过内刻及模拟盒外刻检查，工作正常。

2014年12月至2015年1月,先后在下T5-3725X井、双K499X进行双频电阻率测井仪现场测井试验，根据RLLD、RLLS、RLLX、RLLY测井曲线分析，RLLD、RLLS在泥岩层基本重合，在油水层有较大差值，这是地层“频散现象”的反映，油层的频散现象是由于油层具有电容性而产生的，含油饱和度越高，地层容性越强，容抗越低，因此RLLS低于RLLD的数值。在水层无频散现象，RLLD、RLLS值基本重合。RLLY在油层也有相对明显高的显示，这是因地层具有电容性而引起虚部电流增大造成的，在泥岩、水层地层无电容性，其虚部电流基本为零，所以其虚部电阻率值很低[3]。从测井资料看仪器稳定性基本达到设计要求。

下T5-3715X井测井曲线如图6所示。在油层除了RLLD、RLLS电阻率相差较大外，RLLY电阻率也有相对明显高的显示，证明含油地层呈容性，与车间联试结果较为接近。

从综合解释图6可看出，2、3、4、5、6、7号层解释为强水淹层，但5号层下部RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值上部为13 Ω·m，下部为3 Ω·m，说明5号层上部地层未淹，下部地层水淹并且越向底部水淹越严重。6号层下部RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值上部为8 Ω·m，下部为3 Ω·m，可解释为物性较好的下部地层已淹而物性较差的上部地层尚未水淹。8、9号层解释为水层，RLLD、RLLS的值基本重合，RLLY的值为0 Ω·m。说明含油地层有较高的RLLD、RLLS差值及RLLY值较高。水层RLLD、RLLS值基本重合且RLLY值为零。同时5、6、7号层上部RLLD、RLLS差值比下部高，RLLY的值上部比下部高，说明上部呈电容特性更强，同时也具有更好的含油特性，这也符合水重油轻，在油水运移过程中油集中在地层上部的规律。

5　结　论

双频电阻率仪器在河南油田的应用表明，该仪器能精细地描述水淹油层内的剩余油分布情况，提高了对油层不同水淹级别的反映能力，克服了无法通过电阻率测井解释油层水淹状况的技术障碍。尤其是对受饱和水矿化度影响的电阻率较小的区块，更能获得价值较高的地层电阻率值及低频介电常数，通过地层电阻率值及低频介电常数，能够精确的描述水淹油层内的剩余油分布情况，对剩余油储量计算和油田的合理开发都有着重要意义。

图6　双频电阻率测井对强水淹层的显示图

[1] 中国电子科技集团公司第二十二研究所.SSDZ-1双频电阻率下井仪技术说明书[Z].2011.

[2] 胡澍.地球物理测井仪器[M].北京：石油工业出版社，1991：56-58.

[3] 陈序三,赵文杰,朱留方.复电阻率测井方法及其应用[J].测井技术，2001, 25(5) : 327-331.

Development and Application of Dual Resistivity Logging Tool

CHEN Qingye

(SinopecHenanEngineeringCompanyLimitedLoggingCompany,Nanyang,Henan473132,China)

The development of dual frequency resistivity logging instrument and the application of logging curves in watered out reservoir interpretation are discussed. The application of logging curves in Henan oilfield indicates that dual frequency resistivity logging instrument is helpful for detection of low resistivity reservoir and can accurately describe the remaining oil distribution in watered out reservoir, which overcomes the technical obstacles in interpreting the reservoir water flooding situation through resistivity logging and provides technical support for identifying oil and water reservoir and judging watered-out degree.

formation resistivity; dual frequency resistivity logging; oil saturation

陈清业，男，1967年生，高级工程师，1990年毕业于西南石油学院地球物理测井专业，目前在河南石油工程有限公司测井公司从事测井管理工作 。E-mail:sf301@126.com

P631.8+11

A

2096-0077(2016)04-0014-04

2015-11-08编辑：姜婷)