雙側向測井儀及其電極系、地層電阻率測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于石油勘探開發的測井裝置，特別涉及一種雙側向測井儀及其 電極系、地層電阻率測量方法。
【背景技術】
[0002] 雙側向測井儀是在裸眼井中測量地層電阻率，研究地層侵入變化，估算含油飽和 度的主要儀器。傳統的雙側向測井儀主要包括電極系、電子線路、絕緣短節，總長約7~10 米，深側向探測深度約1~1. 5米，淺側向探測深度約0. 2~0. 5米，縱向分辨率約為0. 6 米。傳統雙側向測井儀在進行深側向測井時，環狀電極發射電流進入地層，柱狀電極發射屏 蔽電流對主電流聚焦，在電子線路中需要有反饋回路調節屏蔽電流，控制監督電極處于等 電位。例如，中國專利CN1712995A公開了一種強聚焦雙側向測井儀，其結構組成主要包括 絕緣短節、電極系和電子線路部分組成，其中所述的電極系包括一個主電極，并以主電極為 中心，和相互對稱的監督電極、屏蔽電極、輔助監督電極以及回路電極組成，該儀器保留了 常規雙側向探測深度最淺的標準模式，增加了具有雙層屏蔽的淺側向和三層屏蔽的深側向 強聚焦模式。理論上，這種聚焦方式要求放大器具有無限大的增益，但在實際中，由于放大 器的增益是有限的，監督電極不是嚴格地等電位，并在測量結果中引入誤差。這一誤差在傳 統雙側向測井中很小，但是在高分辨率雙側向測井中會很大。
[0003] 隨著油氣勘探開發的深入，薄互層等儲層也逐漸成為勘探的重點，這就需要具有 高分辨率的測井儀，而傳統的雙側向測井儀的分辨率一般為〇. 6m，不能滿足勘探的需要，與 此同時，測井作業鼠洞長度短，大斜度井、水平井、魚骨分支井等復雜井眼條件的作業量逐 年增加，傳統雙側向測井儀器長度約7~10m，不利于井場施工作業和組合測井，在大斜度 井、水平井、魚骨分支井等復雜井眼條件下遇卡幾率大大增加。
[0004] 由中國電子科技集團公司第22研究所提出的申請號為201210233337的專利申請 公開了 一種高分辨率方位電阻率側向測井儀及測井方法，該高分辨率方位電阻率側向測井 儀主要由方位電極系和測量電子電路組成，所述電極系是由鑲嵌在絕緣載體上的多個不同 寬度的側向電極環以及方位電極環Μ 0組成，電極系中央為Μ 0，1 4個不同寬度的電極 環以Μ 0為對稱軸，按照不同的間隔排列，各同名電極環用導線短接保持等電位，所述各同 名電極環、方位電極環、參考電極Ν以及回路Β各通過導線連接測量電路。雖然該高分辨率 方位電阻率測井儀及測井方法采用數字聚焦模式與硬聚焦模式，相比原來硬聚焦電路采集 量增多，測量精度大大提高，測量信息也更加豐富，但由于其采用各同名電極環用導線短接 的方式，依然沒有解決在儀器中心形成的垂直電位梯度的影響，從而難以達到更高的測量 精度。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種基于軟件 聚焦方式的高分辨率的雙側向測井儀、雙側向測井儀電極系以及電阻率測量方法。
[0006] 為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種雙側向測井儀電極系，包 括電極系和絕緣芯棒，所述電極系由設置在一個所述絕緣芯棒上的多個電極構成，并通過 導線與測量電路連接，其中 所述多個電極之間采用絕緣材料隔開，所述絕緣芯棒的中心為一根金屬棒，所述金屬 棒中心設置有貫通孔，所述金屬棒與所述電極系之間絕緣，所述電極系包括： 設置于所述電極系的中間的主電極Α0、Α0' ； 發射屏蔽電流以對主電流進行聚焦的至少一對屏蔽電極A2、A2'和Α1、ΑΓ ; 測量電極電壓的多對電壓測量電極Α1*、Α1*'和MO、Μ0' ；以及 用于電壓監控的至少一對電壓監控電極M2、M2'和Ml、ΜΓ， 其中所述屏蔽電極A2，A2'短接，所述主電極Α0，Α0'短接，其它電極不短接。
[0007] 優選地，在上述雙側向測井儀電極系中，所述多對電壓測量電極之中的一對電極 Μ0、Μ0'位于電極系中間，分別用來測量所述主電極Α0、Α0'的電壓。
[0008] 優選地，在上述雙側向測井儀電極系中，所述多個電極從電極系的一端至另一端 依次排列為電極A2、電極A1*、電極A1、電極M2、電極Ml、電極A0、電極M0、電極M0'、電極 A0'、電極ΜΓ、電極M2'、電極ΑΓ、電極A1*'、電極A2'。
[0009] 本發明還提供一種雙側向測井儀，用于地層電阻率的測量，其具有上述的雙側向 測井僅電極系。
[0010] 另外，本發明還提供一種地層電阻率的測量方法，采用上述雙側向測井儀進行地 層電阻率測量，其特征在于，使上述雙向測井儀工作在如下三種模式下： 在模式1中，輸出模塊輸出的電流加載在電極Α1、ΑΓ和電極A2、A2'上，輔助監督電路 模塊保持電極A1*與電極A2等電位，數據采集模塊記錄該模式下的電極M2、M2 '以及電極 Μ1、ΜΓ的電位，并記為、吃2,、,同時記錄電極N的電位，記為！; 在模式2中，輸出模塊輸出的電流加載在電極Α1，ΑΓ上，并且返回電極A2、A2'上，數 據采集模塊記錄該模式下的電極12、]\12'，電極組、]\11'的電位，并記為:;:_,、|||.:、|4、:1^ ，同時記錄電極N電位，記為咬； 在模式3中，輸出模塊輸出的電流加載在電極A0, A0'上，并且返回電極Α1、ΑΓ和電極 Α2、Α2'上，監督回路模塊保持電極Α1*與電極Α2等電位，電極Α1*'與電極Α2'等電位，數 據采集模塊記錄該模式下電極Μ2、Μ2'，電極Μ1、ΜΓ，電極Μ0、Μ0'的電位，并記為 、繼、、_。、:謹I.:，同時記錄電極Ν電位，記為G ;記錄電極Α0、Α0'上的電流，記為 、:遍ιβ_。
[0011] 優選地，在上述地層電阻率測量方法中，利用所述模式1與所述模式3組合，可以 得到深側向視電阻率：
其中，凝為深側向儀器系數，
[0012] 優選地，在上述地層電阻率測量方法，利用所述模式2與所述模式3組合，可以得 到淺側向視電阻率：
其中，&為淺側向儀器系數，
[0013] 優選地，在上述地層電阻率測量方法，利用所述3種工作模式下采集的數據還可 以計算得到如下的高分辨率深、淺側向視電阻率曲線：
其中，分別為高分辨率深、淺側向儀器系數，
[0014] 與現有技術相比，本發明具有以下優點： 本發明解決了傳統雙側向采用硬件聚焦方式，電路通過閉環實現主監控控制，受外圍 環境影響大，聚焦效果偏差等問題，避免了硬聚焦中監督電極間剩余電位的影響，大幅度地 提高了縱向分辨率。同時，解決了儀器中心形成的垂直梯度，進一步增強了儀器的聚焦能 力，提高儀器的測量精度。
[0015] 另外，本發明可以同時獲得2條標準深、淺電阻率曲線和2條高分辨率深、淺電阻 率曲線；高分辨率測井曲線能識別〇. lm的薄層，并且能測量得到0. 4m薄層的真實電阻率。
[0016] 再者，本發明的高分辨率雙側向測井儀電極系的設計方案可以有效縮短儀器長 度，提高儀器在復雜井眼環境下的適用性。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的高分辨率雙側向測井儀電極系的結構示意圖。
[0018] 圖2A、圖2B分別為本發明的高分辨率雙側向測井儀的模式1、模式3 ;圖2C為采 用本發明的高分辨率雙側向測井儀合成得到的深側向測井模式。
[0019] 圖3A、圖3B分別為本發明的高分辨率雙側向測井儀的模式2、模式3 ;圖3C為采 用本發明的高分辨率雙側向測井儀合成得到的淺側向測井模式。
【具體實施方式】
[0020] 傳統的雙側向測井儀采用硬件聚焦方式，電路通過閉環實現主監控控制，受外圍 環境影響大（溫度變化，電源波動等），殘余電壓無法消除，聚焦效果偏差(邏輯雙側向主監 控放大倍數達到25000倍，接近電路設計的極限）。而本發明采用了軟件聚焦方式。軟件聚 焦是一種嶄新的聚焦方式，它利用電場疊加原理，由兩個非聚焦狀態的電流合成為聚焦電 流，聚焦條件被無條件滿足，故可防止硬件聚焦過程中監督電極間剩余電流的影響，從而成 為提高縱向分辨率的有效方法。
[0021] 本發明的高分辨率雙側向測井儀電極系的結構如圖1所示，它主要由電極系、絕 緣芯棒兩部分構成，電極系通過導線與測量電路連接，在整個系統中還包含有參考電極N (未圖示)，回路電極B。另外，電極系是由設置在一絕緣芯棒上的14個電極構成，從電極系 的一端至另一端電極名稱依次為 Α2、Α1*、Α1、Μ2、Μ1、Α0、Μ0、Μ0'、Α0'、ΜΓ、Μ2'、ΑΓ、Α1*'、 Α2'，并串裝在一根絕緣芯棒上，電極之間采用絕緣材料隔開，且絕緣芯棒的中心為一根金 屬棒，金屬