引用本文
高建申, 孙建孟, 于其蛟, 崔利凯, 姜艳娇. 2016. 新型贴井壁式阵列方位侧向测井数值模拟与响应特性. 地球物理学报, 59(3): 1131-1142, doi: 10.6038/cjg20160333
GAO Jian-Shen, SUN Jian-Meng, YU Qi-Jiao, CUI Li-Kai, JIANG Yan-jiao. 2016. Numerical simulation of the new sidewall array azimuthal laterolog and response characteristics.
Chinese J. Geophys. (in Chinese), 59(3): 1131-1142, doi: 10.6038/cjg20160333
新型贴井壁式阵列方位侧向测井数值模拟与响应特性
高建申
1, 孙建孟
1, 于其蛟
2, 崔利凯
1, 姜艳娇
1
1. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 青岛 266580;
2. 中石化胜利石油工程有限公司测井公司, 山东 东营 257061
收稿日期: 2015-01-20 2015-06-16 收修定稿
基金项目: 国家自然科学基金(41574122)和国家科技重大专项(2011ZX05014-004-002H)联合资助.
作者简介: 高建申,1987年生,在读博士研究生,主要从事电法测井方法与应用等方面的研究.E-mail: gjs1109@126.com
摘要: 在现有侧向测井仪器基础上,提出了一种新型贴井壁式阵列方位侧向测井电极系,该仪器能提供径向和周向方位电阻率测量.该电极系采用贴井壁测量方式,提供5种径向探测深度.利用三维有限元方法模拟了阵列方位侧向测井电极系的井眼影响特性、径向探测特性、纵向分层能力、方位分辨能力,并模拟其对井周地层、水平井非对称泥浆侵入和倾斜地层的响应.在导电泥浆中最大探测深度为1.23 m,纵向分辨率为0.3 m,可以识别出0.1 m薄层,方位分辨率为20°.贴井壁测量时,纵向分辨率不受泥浆和围岩电阻率的影响,能够准确测量井周方位电阻率,较不贴井壁测量具有很大优势,同时利用12条方位电阻率曲线能够反映出水平井泥浆非对称侵入特性,倾斜地层倾角和倾斜方向.
关键词:
阵列方位侧向测井
贴井壁
方位电阻率
有限元方法
倾斜地层
Numerical simulation of the new sidewall array azimuthal laterolog and response characteristics
GAO Jian-Shen
1, SUN Jian-Meng
1, YU Qi-Jiao
2, CUI Li-Kai
1, JIANG Yan-jiao
1
1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;
2. Well Logging Company of Shengli Petroleum Engineering Co., LTD, SINOPEC, Shandong Dongying 257061, China
Abstract: Based on existing lateral logging instruments,a new sidewall array azimuthal laterolog sonde is proposed,which allows measurement of radial and azimuthal resistivity with five radial investigation depths. Using the three-dimensional finite element method,we simulate the effects of borehole, radial investigation characteristics,longitudinal layering ability and azimuthal resolution. Moreover, the responses of the sonde in resistivity measurement around the borehole, in the horizontal well with asymmetric mud invasion and in dipping strata are also simulated. The results show that the biggest investigation depth of this device can reach 1.23 m for conductive mud. This sonde can also recognize 0.1 m thin bed without mud invasion, with 0.3 m longitudinal resolution and 20åzimuthal resolution. The sidewall way can accurately measure the resistivity around the borehole, basically eliminates the effect of the borehole and surrounding rock on the longitudinal resolution and has more advantages than the non-contact device.The twelve azimuthal resistivity curves can also reflect the characteristics of asymmetric mud invasion in the horizontal well and dipping strata.
Key words:
Array azimuthal laterolog
Sidewall
Azimuthal resistivity
Finite element method
Dipping stratum
1 引言
侧向测井在盐水泥浆和高阻地层条件下发挥重要作用.双侧向测井(Suau et al.,1972)提供深、浅电阻率测量,探测深度达到1.5 m以上,但纵向分辨率较低,为0.6~0.8 m(Chen et al.,1998).随着油田勘探开发的不断深入,对薄层、薄互层和复杂地层的识别与评价至关重要(Forsyth et al.,1993).为提高纵向分辨率,朱军等(2007)、胡海涛等(2014)、童茂松和宋建华(2014)对传统双侧向进行了改进,纵向分辨率提高到0.2~0.4 m.为实现井 周不同方位电阻率测量,ARI(Azimuthal Resistivity Imager)(Davies et al.,1994)在双侧向A2屏蔽电极上安装方位电极阵列,保持双侧向测井基础上,提供井周方位探测,纵向分辨率为0.2 m,并有文献报道ARI的现场应用(Al-Waheed and Audah,1994).但由于不 贴井壁,ARI严重受到仪器偏心和较大尺寸井眼影响(黄继贞等,2000),测量得到的视电阻率与地层真电阻率相差很大(杨韡,2002). HALS(High Resolution Azimuthal Laterolog Sonde)(Smits et al.,1995)将方位电极阵列放置在电极系中心位置,采用软件聚焦方式代替硬件聚焦,缩短电极系长度,提高了纵向分辨率,但也降低了径向探测深度,而且方位电极没有实现方位聚焦效果,未见大规模应用(黄继贞等,2000).在ARI和HALS基础上,黄继贞等(2001)提出了一种方位侧向测井仪,采用了贴井壁的测量方式,提高了方位探测能力,径向探测深度较小,主要用于井周不同方位非均质地层电阻率测量.
为得到更加丰富的泥浆侵入信息和消除Groningen效应(Woodhouse,1978)影响,HRLA(High-Resolution Laterolog Array tool)(Smits et al.,1998),HDLL(High-Definition Lateral Log)(Itskovich et al.,1998),Multi Laterolog(Zhou et al.,2008;Li et al.,2013),HAL6505(High Resolution Array Laterolog Logging Tool)(贺飞等,2013)采用阵列化设计,增加电极数量,电流返回电极系自身,实现了多种不同径向深度探测模式,有效消除了Groningen效应,纵向分辨率提高到0.3 m,多篇文献报道了阵列侧向的应用情况(Hakvoort et al.,1998;Griffiths et al.,1999;Brambilla et al.,2013). 为了同时实现多种探测深度和方位测量,3D-LS(Yin et al.,2014)将方位电极阵列和屏蔽电极阵列结合,采用不贴井壁测量方式,提供径向阵列探测和方位探测,其纵向分辨率较低,测量方位地层真电阻率能力较差.
另外,多名学者利用有限元数值模拟方法(李大潜等,1980;Nam et al.,2009;潘克家等,2013)对现有的双侧向、方位侧向和阵列侧向测井仪器进行了数值模拟研究,分析了多种地层环境对侧向测井响应的影响(Faivre,1993;史謌,2004;朱军和冯琳伟,2007;邓少贵等,2006,2010a,2010b,2012; 邓少贵和李智强,2009; Nam et al.,2010;谭茂金等,2012).
因此,集多种径向探测深度、较高纵向分辨率和良好的方位探测特性于一体的侧向测井仪器有待研究发展.针对这一现状,本文提出了一种贴井壁式阵列方位侧向测井电极系AALS(Array Azimuthal Laterolog Sonde).利用有限元数值模拟方法分析了电极系的探测特性,尤其是方位探测在井周电阻率测量,水平井泥浆侵入和倾斜地层中的应用,为侧向测井仪器发展提供支持.
2 电极结构及测量原理
阵列方位侧向测井电极系结构如图 1所示.图 1a为电极系整体结构示意图,电极系中心位置为主 电极A0,表面均匀分布着12个方位电极A0i(i=1,…,12), 为加强方位聚焦效果,在每个方位电极内镶嵌方位监督电极Mazi(i=1,…,12).每个方位电极对应圆心角度为20°,绝缘部分对应角度为10°.在主电极A0两侧对称分布着6对屏蔽电极A1、A1′、A2、A2′、A3、A3′、A4、A4′、A5、A5′、A6和A6′.为了增加聚焦效果,在主电极A0两侧增加对称分布的4对监督电极,从M1、M1′到M4、M4′.为了减少井眼影响,提高方位的探测能力,将方位电极、方位监督电极及监督电极M1、M1′和M2、M2′安装在12 个极板上,利用推靠臂贴井壁测量.图 1b为单个极板电极分布图,极板中间位置为方位监督电极,向外为方位电极,监督电极M1、M1′和M2、M2′对称分布在两端.