專利名稱：一種高分辨率自然電位測井方法及測井儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及油田進行測井作業時所使用的一種方法以及為實施這一方法而專門設計的測井儀器，尤其是涉及一種具有較高分辨率的自然電位測井方法及測井儀器。
背景技術：
自然電位測井是最早用于地層評價的測井方法之一，至今仍是劃分巖性、評價儲集層、確定地層水礦化度的重要手段，是完井測井的必測項目。石油鉆井過程中，使用的泥漿一般為水基泥漿，由于地層水電阻率與鉆井泥漿電阻率不同，引起離子擴散作用和巖石顆粒對離子的吸附作用，產生擴散吸附電位。實驗表明，純泥巖的擴散吸附電位系數是59mv，純砂巖地層的擴散吸附電位系數是-11.6mv。因此根據自然電位曲線，可以判斷巖性和計算地層水礦化度。常規的自然電位測井方法采用地面電極作為參考電極，利用記錄儀記錄井下連續移動的測量電極相對于地面參考電極之間的電位變化，從而得到自然電位曲線。采用該方法獲得自然電位曲線的缺點是這種測量方法由于采用地面電極作為參考電極，不可避免的要受到井場電場的干擾以及電纜傳輸的干擾，使信噪比降低，從而導致對薄油層的分辨率降低；此外。由于采用地面作為參考電極，電位要經過圍巖和復雜的地層與地面電極之間形成回路，因此受到鄰近圍巖的影響，使信號幅度降低。
發明內容
為了解決常規自然電位測井方法采用地面電極作為參考電極導致分辨率低、信號幅度受圍巖影響大、測量易受井場電磁場干擾等問題，本發明提供一種高分辨率自然電位測井方法以及為實施該方法而專門設計的一種測井儀器，該方法實施后，具有分辨率高、信號幅度穩定、測量不易受井場電磁場干擾等特點。
本發明的技術方案是該種高分辨率自然電位測井方法，其主要步驟為選擇距離待測地層點最近的泥巖作為參考電極，測量待測地層點與此參考電極之間的電位差，將此電位差記錄下來上傳至地面測井數據記錄儀，得到自然電位曲線。
如何選擇距離待測地層點最近的泥巖，需要借助于專門設計的測井儀器，這種測井儀器包括儀器外殼、儀器骨架、尾帽以及電源變壓器。該儀器的核心部分如下在所述儀器外殼內包含有一個31芯接頭、一塊采集電路及控制電路板，在儀器外殼外連接一個以橡膠為載體鑲嵌有16個電極的電極系以及馬籠頭。所述采集電路及控制電路板上包括多路選通電路、比較電路、模數轉換電路、數據上傳電路、單片機采集控制電路、單片機復位電路。所述電極系從上到下分別被稱為電極N15～N1、M，其中電極M為測量電極，電極N1～N15為參考電極，各個電極之間相互絕緣，分別通過31芯接頭與儀器外殼內的多路選通電路中的多路信號輸入端相連。其中單片機采集控制電路中的晶體振蕩器向單片機提供時鐘脈沖，單片機采集控制電路向多路選通電路發送選通信號，多路選通電路將選通后的參考電極連入比較電路的一輸入端，與另一輸入端上連通的測量電極M進行差動測量。由此比較電路輸出的電位差信號，進入模數轉換電路，在單片機采集控制電路的控制下，模數轉換電路完成數據轉換后，由單片機采集控制電路采集數據，并放入單片機內部數據存儲器，然后發送選通信號選擇下一通道。單片機通過數據上傳電路將數據傳輸到上位機，電源供電線和通訊線通過31芯接頭與馬籠頭相連，再通過電纜連接到地面儀器上。
本發明具有如下有益效果由于采取上述方案后，取消了地面參考電極，全部電極系放在井下，因此抗干擾能力強，測量值穩定，在薄層上的幅度明顯高于常規方法下測得的自然電位曲線，比常規曲線更接近于靜自然電位值。通過實驗證實采用本種方法后測井曲線分辨率高，縱向分辨率能夠達到0.2米，并且與巖性剖面吻合很好。
圖1是本發明中所涉及的高分辨率自然電位測井儀器的結構示意圖。
圖2是本發明中所涉及的高分辨率自然電位測井儀器的電氣原理圖。
圖3是本發明中所涉及的高分辨率自然電位測井儀器中單片機的軟件流程圖。
圖4是應用本發明所述方法后獲得的高分辨率自然電位曲線與巖性剖面對比圖。
圖5是應用本發明所述方法后獲得的高分辨率自然電位曲線與常規自然電位曲線對比圖。
圖中1-31芯接頭，2-電源變壓器，3-采集電路和控制電路板，4-儀器骨架，5-儀器外殼，6-尾帽，7-馬籠頭，S1-多路選通電路，S2-比較電路，S3-模數轉換電路，S4-數據上傳電路，S5-單片機采集控制電路，S6-單片機復位電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明本發明中所述方法之所以具有實用性是基于實驗室的巖心分析結果。泥質砂巖地層的自然電位主要是擴散吸附電位，純泥巖的擴散吸附電位系數是59mv，純砂巖地層的擴散吸附電位系數是-11.6mv，因為測量電極M與落在泥巖地層的電極Ni之間電位差一定最小，因此選擇Ni為參考電極，測量M、Ni之間的電位差，就可以得到地層的自然電位值。
由此構造了本發明中所述的一種高分辨率自然電位測井方法，即利用一種測井儀器選擇距離待測地層點最近的泥巖作為參考電極，測量待測地層點與此參考電極之間的電位差，將此電位差記錄下來上傳至地面測井數據記錄儀，沿井筒慢慢上提該儀器，可測得不同地層的自然電位值，最終得到一條完整的自然電位曲線。
圖1是這種高分辨率自然電位測井儀器的結構示意圖，其主要部分為儀器測量部分和電極系部分。電極系部分的結構為在一個絕緣的橡膠載體上，鑲嵌16個電極，從上到下分別為N15～N1、M，M為測量電極，N1～N15為參考電極。電極M、N1～N15每個電極之間相互絕緣。儀器測量部分包括儀器外殼5、儀器骨架4、尾帽6以及電源變壓器2；在儀器外殼5內包含有一個31芯接頭、一塊采集電路及控制電路板3，儀器測量部分上端通過31芯接頭與電極系相連。所述采集電路及控制電路板3上包括多路選通電路S1、比較電路S2、模數轉換電路S3、數據上傳電路S4、單片機采集控制電路S5、單片機復位電路S6，其電氣原理圖如圖2所示。其中單片機采集控制電路S5中的晶體振蕩器向單片機提供時鐘脈沖，單片機采集控制電路S5向多路選通電路S1發送選通信號，多路選通電路S1將選通后的參考電極連入比較電路S2的一輸入端，與另一輸入端上連通的測量電極M進行差動測量。由此比較電路S2輸出的電位差信號，進入模數轉換電路S3，在單片機采集控制電路S5的控制下，模數轉換電路S3完成數據轉換后，由單片機采集控制電路S5采集數據，并放入單片機內部數據存儲器，然后發送選通信號選擇下一通道。單片機通過數據上傳電路S4將數據傳輸到上位機，電源供電線和通訊線通過31芯接頭與馬籠頭相連，再通過電纜連接到地面儀器上。
圖3是本發明中所涉及的高分辨率自然電位測井儀器中單片機的軟件流程圖，工作過程為單片機首先初始化系統，并設置VMN＝0，設置i＝15就是選擇電極N15，測量電極M和N15的電位差VMN15，判斷VMN15是否小于VMN，如果是就用VMN15的值取代VMN的值，并開始測量14號電極的測量；如果否，就直接開始下一電極測量。以此類推，每個電極都要進行比較，這是測量完全部電極后，這時的VMN的值就是最小的電位差值，將數據寫入存儲器，這個值就是我們測量的電極M點相對最佳泥巖參考點的自然電位值。
應用本發明后具體工作過程如下測井儀器通過測井鎧裝電纜下放到充滿水基泥漿的井筒，儀器下放到測量目的層后，通過電纜向儀器供交流180v交流電，經過整流濾波獲得儀器需要的工作電壓，儀器開始工作。
首先，系統上電后，晶體振蕩器Y1向單片機提供時鐘脈沖，由MAX813組成的看門狗電路向單片機89C51發送復位信號，單片機復位后，對系統初始化，并進入控制采集過程。首先單片機向16選一開關ADG406發送選通信號，選通通道15，使通道15的N15電極連入由ICL7560組成的差動放大器的一輸入端，與另一輸入端的M電極進行差動測量，得到兩點之間的電位差VMN15，進入由AD574組成的模數轉換電路，在單片機的控制下，模數轉換電路完成數據轉換后，由單片機采集數據，并放入內部數據存儲器。然后發送選通信號選擇通道14，同樣測量電位差VMN14，與VMN15進行比較，選擇電位差最小的數據存入內部數據存儲器，依此類推，全部數據測量完成后，通過比較獲得了該測量點最小VMni值，該值就是該測量點的自然電位值。單片機通過串行通訊接口MAX485將數據傳輸到上位機，完成了該點的測量，然后沿井筒向上移動開始下一點的測量，在經過不同的地層時，測井儀器內的單片計算機同樣控制多路選擇開關。
圖4是應用本發明所述方法后獲得的高分辨率自然電位曲線與巖性剖面對比圖。通過與巖性剖面資料對比，曲線的分辨率達到0.2米，對于0.1米的地層有顯示，這表明應用本發明后有利于劃分薄層、薄互層和層內細分。此外圖4顯示的是一口井的測井資料，該層段巖性復雜，孔隙度差，薄互層發育，地層非均質；多數巖心為泥質粉砂巖和含鈣粉砂巖，常規自然電位曲線無法分辨地層的變化，而顯然本發明應用后得到的曲線相對真實地反映了地層的變化，與巖性剖面吻合很好。
圖5是應用本發明所述方法后獲得的高分辨率自然電位曲線與常規自然電位曲線對比圖，將高分辨率自然電位曲線稱為GSP曲線。GSP曲線在厚層的幅度與常規自然電位曲線一致，在薄層上的幅度明顯高于常規自然電位曲線，這說明GSP曲線受圍堰影響小，幅度真實，比常規曲線更接近于靜自然電位值。在應用這種方法后，改變了常規自然電位測量方法采用地面作為參考電極的方式，將全部電極系放在井下，因此測井時不易受到井場電磁干擾和電纜傳輸干擾，使得儀器具有較強的抗干擾能力，所得到的測量值穩定。從以上的資料可以證明，本發明中所述高分辨自然電位測井儀器及方法的應用效果明顯好于常規自然電位測井方法，實現了本發明的目的。
權利要求
1.一種高分辨率自然電位測井儀器，包括儀器外殼(5)、儀器骨架(4)、尾帽(6)和電源變壓器(2)，其特征在于在所述儀器外殼(5)內包含有一個31芯接頭、一塊采集電路及控制電路板，在儀器外殼(5)外連接一個以橡膠為載體鑲嵌有16個電極的電極系以及馬籠頭；所述采集電路及控制電路板上包括多路選通電路(S1)、比較電路(S2)、模數轉換電路(S3)、數據上傳電路(S4)、單片機采集控制電路(S5)、單片機復位電路(S6)；所述電極系從上到下分別為電極N15～N1、M，其中電極M為測量電極，電極N1～N15為參考電極，各個電極之間相互絕緣，分別通過31芯接頭與儀器外殼內的多路選通電路(S1)中的多路信號輸入端相連；其中單片機采集控制電路(S5)中的晶體振蕩器向單片機提供時鐘脈沖，單片機采集控制電路(S5)向多路選通電路(S1)發送選通信號，多路選通電路(S1)將選通后的參考電極連入比較電路(S2)的一輸入端，與另一輸入端上連通的測量電極M進行差動測量，由此比較電路(S2)輸出的電位差信號，進入模數轉換電路(S3)，在單片機采集控制電路(S5)的控制下，模數轉換電路(S3)完成數據轉換后，由單片機采集控制電路(S5)采集數據，并放入單片機內部數據存儲器，然后發送選通信號選擇下一通道，單片機通過數據上傳電路(S4)將數據傳輸到上位機，電源供電線和通訊線通過31芯接頭與馬籠頭相連，再通過電纜連接到地面儀器上。
2.一種高分辨率自然電位測井方法，其特征在于使用權利要求1中所述高分辨率自然電位測井儀器選擇距離待測地層點最近的泥巖作為參考電極，測量待測地層點與此參考電極之間的電位差，將此電位差記錄下來上傳至地面測井數據記錄儀，得到自然電位曲線。
3.根據權利要求2中所述高分辨率自然電位測井方法，其特征在于此測井儀器內單片機采集控制電路(S5)中的單片機控制多路選通電路(S1)中的多路選擇開關，依次測量電極M和電極N1～N15間的電位差，通過比較選擇出電位差最小的電極，此時參考電極Ni的位置即是最佳的泥巖參考點，測量并記錄M與Ni之間的電位差，這個電位差就是電極M點所在地層的自然電位，將此高分辨率自然電位測井儀器沿井筒向上移動，邊移動邊測量不同地層的自然電位值，獲得完整的一條自然電位曲線。
全文摘要
一種高分辨率自然電位測井方法及為實施該方法而專門設計的測井儀器。主要解決常規自然電位測井方法采用地面電極作為參考電極導致分辨率低、信號幅度受圍巖影響大、測量易受井場電磁場干擾等問題。其特征在于在所述儀器外殼(5)內包含有一個31芯接頭、一塊采集電路及控制電路板，在儀器外殼(5)外連接一個以橡膠為載體包含16個彼此絕緣電極的電極系，使用此種儀器在單片機的控制下選擇距離待測地層點最近的泥巖作為參考電極，測量待測地層點與此參考電極之間的電位差，將此電位差記錄下來上傳至地面測井數據記錄儀，得到自然電位曲線。具有分辨率高、信號幅度穩定、測量不易受井場電磁場干擾等特點。
文檔編號G01V3/26GK1916360SQ20061015272
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月26日 優先權日2006年9月26日
發明者王偉男, 姜亦忠, 丁柱, 陳強 申請人:大慶石油管理局