俄罗斯过套管电阻率测井技术应用研究

李健，孙建孟，王正楷

（1.中海油服股份有限公司油田技术研究院，北京101149；2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266555）

俄罗斯过套管电阻率测井技术应用研究

李健1，孙建孟2，王正楷2

（1.中海油服股份有限公司油田技术研究院，北京101149；2.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266555）

介绍了过套管电阻率测井技术的发展历史和研究现状，对俄罗斯ECOS过套管电阻率测井仪应用的关键问题进行了讨论。采用传输线解法、自适应有限元等技术研究了ECOS过套管电阻率测井仪的数值测井响应，对套管腐蚀、水泥环、围岩、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等环境因素进行了系统的理论模拟。建立了相应的校正图版并进行软件实现，解释精度提高5%～10%。针对ECOS过套管电阻率测井仪编写了基于FORWARD平台的预处理软件，提高了与裸眼井测井资料结合进行水淹层评价的效率。

过套管电阻率测井；自适应有限元方法；校正图版；传输线解法；预处理

0 引 言

过套管电阻率测井因与裸眼井电阻率测井匹配特性好、探测深度远大于核测井等方面的独特优势，在油藏动态监测、评价剩余油饱和度方面正在发挥越来越重要的作用。目前国内大庆油田、辽河油田、中国石油集团测井有限公司等单位相继研制了自己的过套管电阻率测井仪器。1939年，原苏联L.M.Aplin［1］提出测量电流漏泻方法，申请第1个专利，但原理只获得地层相对电导率，不能测得绝对值；1948年，W.H.Stewart电测方法和仪器，美国专利US No.2 459 158提出另一种测量漏泄方法，但仍然存在缺陷未能实现；1988年，美国顺磁公司试验成功第1台样机（TCRT）；1990年，Kaufman发表基于传输线方程的理论模型和测量理论，奠定了过套管电阻率测井的基础［2－4］；2000年，Schlumberger公司（CHFR）商业使用；2003年，俄罗斯地球物理公司根据自己提出的模型，基于液压系统设计了样机；2004年，Schlumberger公司推出第2代仪器（CHFR－Plus），正式投入商业使用；2005年，俄罗斯ECOS－31－7投入使用，中国多家单位购买了这种仪器；2009年，俄罗斯第2代仪器（INTECH－NEL问世，电极之间改为硬连接）；2011年，俄罗斯VANGUARD公司推出脉冲电流法多探测深度的过套管电阻率测井仪器（PERLW）；2011年，中国石油集团测井有限公司等单位初步完成基于套管磁化的电磁法过套管电阻率测井仪器。

过套管电阻率测井正由侧向测井原理向着感应测井原理方向发展，由单探测深度向着多频多探测深度的综合方向发展。本文重点对过套管电阻率测井仪（ECOS）应用的关键技术进行讨论。

1 ECOS过套管电阻率测井仪环境影响校正研究

过套管电阻率测井受井眼环境因素影响很大，特别是套管、水泥环、围岩、K因子等因素的影响。尤建军［5］等人（2005年）基于传输线模型分析了测量频率等对CHFR测井响应的影响；王伟［6］等人（2008年）基于传输线理论分析了水泥环等因素对CHFR测井响应的影响；谢进庄［7］等人（2008年）基于传输线方程分析了层厚等因素对ECOS测井响应的影响。这些研究大都是基于传输线方程的理论方法，不能很好地解决套管连续异常造成的影响。为了提高过套管电阻率测井资料的应用精度，本文首次采用基于面向目标的自适应有限元方法，结合俄罗斯ECOS仪器的测量原理，分别考察套管、水泥环、围岩、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等对测井资料的影响规律［8－12］，建立其校正图版，对过套管电阻率测量结果进行环境影响校正，并用实例验证该方法的合理性和正确性。

1.1 套管腐蚀影响和校正

套管腐蚀的影响主要发生在套管电阻的连接处附近1m范围内，异常套管在高电阻率对应的地方使视电阻率增加，地层电阻的增加最大为8%；而在低电阻率对应的地方使视电阻率减少，对地层电阻的减少最大为4%。中间套管存在异常时，异常长度越大，其套管电导率不均匀对视电导率影响越大，而套管不均匀电导率越大，对视电阻率的影响也就越大。

套管异常校正时，套管的电阻率异常分布，找出异常位置，在校正图版中找到相应的点，即可得到地层真实电阻率，或者是利用小波变换处理进行校正。

1.2 水泥环影响和校正

在过套管井测量中，水泥环对过套管电阻率存在影响。当水泥环的电阻率大于地层真实电阻率时，视电阻率增加，并且差异增大，影响增大。当水泥环的电阻率小于地层真实电阻率时，水泥环的存在使视电阻率降低，但这种影响最大不会超过30%。图1给出了水泥环厚度对视电阻率的影响。

图1 水泥环厚度对电阻率影响图版

水泥岩样电阻率实验、薄片和压汞毛细管压力数据研究显示，水泥中的孔隙主要为微孔隙，孔喉半径小于1μm。由于存在大量充水微孔隙，使得视孔隙度较低，与地层水之间存在离子交换现象，对于一些老井，由于浸泡时间很长，使得实际水泥电阻率低于实验值。水泥环电阻率不能直接测量得到，可根据式（1）求取

对于水泥胶结不好的时候，则用模型（见图2）计算等效电阻率，其中α1、α2分别对应第Ⅰ、Ⅱ界面胶结程度的量，范围在［0，2π］。胶结程度越差，取值越大，胶结好时该值取为0。等效水泥环电阻率结果主要受充填液厚度和胶结面处充填液体所占角度有关。图3所示为第Ⅰ界面校正图版，根据充填液厚度和胶结界面处充填液所占角度，即可得到水泥环的等效电阻率。

图2 水泥环胶结不好时等效电阻率计算模型

由水泥环等效电阻率以及水泥环的有效厚度，便可根据图版进行地层电阻率校正。图4是水泥环胶结不好时的校正图版。以视电阻率／水泥环电阻率为横坐标，再根据水泥环厚度，便可得到地层真实电阻率。

1.3 围岩影响及校正

目的层厚大于1.2m时，目的层不受围岩影响，无需作围岩校正。目的层在0.5～1.0m之间时需要作围岩校正。目的层厚度大于围岩厚度的时候，测量出的目的层的视电阻率会增大；而当目的层电阻率小于围岩电阻率的时候，测出的目的层视电阻率会稍微减小；目的层越薄时，视电阻率异常越明显。进行围岩校正的时候，确定层厚、井径，选择不同的围岩校正图版，根据围岩的电阻率和目的层视电阻率，便可得到最后的目的层电阻率。

1.4 变化K因子校正

由径向地层介质精确解法的理论推导，ρ为地层电阻率；R为金属套管单位长度的电阻；r0为金属套管的外径；β＝2e－0.57721566。可得到K因子近似为

泥岩，在某一砂岩段利用图版可以得到KB砂岩，利用公式得到任意砂岩处的K因子

1.5 其他影响因素校正

对金属套管接箍、射孔、套管鞋等影响因素的校正，也基于自适应有限元得出了相应的校正图版。

（1）接箍的电阻率为套管的10倍左右，接箍的影响主要发生在接箍的2个端点处，其影响范围一般为1m左右，使得接箍对应的位置视电阻率不同程度地增加，而相邻套管处的视电阻率不同程度地降低，通常采用校正图版和低通滤波的方式进行处理。

（2）射孔使金属套管的纵向电导和地层的横向电阻同时发生变化，金属套管的纵向电导由于横截面的减少而发生稍微减少，而地层的横向电阻也由于射孔（考虑孔眼中的地层水的电阻率为低阻）的存在而稍微减少。不过，射孔的存在对过套管电阻率的影响比较小，一般在3%范围内，可以不考虑其影响。但射孔的存在会造成金属套管的腐蚀，可采用低通滤波的方法消除其影响。

（3）当测量井段大于50m时，一般不需要考虑套管鞋的影响；当测量井段小于50m时，套管鞋的存在会使过套管视电阻率值减小，需使用给出的校正图版进行校正。

2 ECOS过套管电阻率测井预处理软件开发

ECOS过套管电阻率测井仪采用独特的记录方式，与通常的解释处理软件不匹配，需要在FORWARD平台上加以预处理，主要包括数据选点、深度校正、曲线插值等。为了解决ECOS过套管电阻率测井仪自带软件处理时，数据量大、操作繁琐、不具可视性等不足，开发了＊.dbf原始数据读取模块，并且可以显示在测井道上。利用软件“原始数据选点”模块可以实时动态选点，实时改变数据点的显示状态。如果多次测量值相近，还可以选择多个点，取平均值作为该深度点的电阻率数值。

过套管电阻率测井离散数据选点插值后，以裸眼井测井资料为基准，对曲线进行深度校正。

进行数据插值，软件可以任意选择插值程序，实时跟踪插值效果，选择适合所选数据体的插值方法。插值后将数据点写入wis数据中，完成过套管电阻率测井数据预处理。

3 应用实例

在编制的预处理软件和环境影响校正软件模块的基础上，在FORWARD平台下编制了套后水淹层评价模块，以A井为例进行说明。

根据A井套管参数进行水泥环影响因素校正（见图7）。1 380～1 430m段是泥岩段，水泥环的电阻率比泥岩层段电阻率大，使视电阻率变大，水泥环校正使视电阻率变低；1 440～1 500m段是砂岩段，水泥环的电阻率比砂岩段电阻率小，使视电阻率变小，水泥环校正使视电阻率变高。K因子标准化研究，在应用过套管电阻率测井资料时，进行实用刻度，即根据裸眼井电阻率测井资料，选择勘探开发过程中电阻率值稳定的泥岩层或水层进行K因子校正，校正效果见图8。

图9是A井过套管电阻率测井综合解释成果图。图9中24号层过套管电阻率下降明显，电阻率从70Ω·m下降到20Ω·m，储层为强水淹。利用斯伦贝谢资料计算的含水饱和度和裸眼井含水饱和度相比下降在20%以上，利用俄罗斯过套管电阻率计算的含水饱和度和裸眼井含水饱和度相比下降在30%以上，随时间推移该层水淹程度加大，由图9可见应该考虑对该射孔段进行封堵。

4 结 论

（1）在展望过套管电阻率测井技术现状的基础上，提出了对过套管电阻率测井发展的看法。

（2）对俄罗斯ECOS过套管电阻率测井仪采用传输线解法、自适应有限元等技术，系统考察了套管腐蚀、水泥环、围岩、K因子、套管接箍、套管鞋、射孔等环境因素的影响规律，建立了相应的校正图版并软件实现，解释精度提高5%～10%。

（3）针对ECOS过套管电阻率测井仪编写了基于FORWARD平台的预处理软件，显著提高了与裸眼井测井资料结合进行水淹层评价的效率。这些成果对各油田推广应用过套管电阻率测井技术具有一定的参考价值。

［1］ Alpin L M.The Method of the Electric Logging in the Borehole with Casing：U.S.S.R.Patent，56026［P］.1939.

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［4］ Kaufman A A，Wightman W E.A Transmission－line Model for Electrical Logging Through Casing［J］.Geophysics，1993，58（12）：1739－1747.

［5］ 尤建军，张超谟，陈详，等.CHFR测井原理及影响因素研究［J］.地球物理学进展，2005，20（3）：780－784.

［6］ 王伟，庞巨丰，许思勇，等.套管井电阻率方法及其影响因素分析［J］.西安石油大学学报：自然科学版，2008，23（2）：40－43.

［7］ 谢进庄，杨景海，刘福平，等.过套管地层电阻率曲线环境影响校正方法研究［J］.地球物理学进展，2010，25（1）：258－265.

［8］ 刘福平，高杰，孙宝佃，等.实际井眼条件下过套管电阻率测井响应的传输线方程的正演算法［J］.地球物理学报，2007，50（6）：1905－1913.

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［12］洪有密.测井原理与综合解释［M］.东营：中国石油大学出版社，1993.

On Through Casing Resistivity Logging（ECOS）

LI Jian1，SUN Jianmeng2，WANG Zhengkai2
（1.Well－tech R＆D Institute，COSL，Beijing 101149，China；2.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266555，China）

Introduced are the history and research status of cased hole resistivity logging technology.Discussed are the key issues in ECOS application.Transmission－line model and HP method are used to simulate the logging response of ECOS，and obtained are the correction charts of the ECOS for various environmental factors such as the casing conditions，cement sheath，surrounding rocks，Kfactors，casing collars，perforations and etc.With all these corrections，the logging interpretation results accuracy goes up by 5%～10%.A special pre－processing program inserted into FORWARD software are developed，which shortens the time for log data interpretation of cased holes and open holes.And the water flooded layer evaluation efficiency is improved prominently.

through casing resistivity logging，HP method，correction chart，transmission－line model，pre－processing

P631.84 文献标识码：A

2011－08－30 本文编辑 王小宁）

国家十二五重大专项（2011ZX05020－004）电阻率多维成像测井技术与装备

张国艳，女，1979年生，硕士，从事三维感应测井仪器方法研究和资料解释工作。