阵列侧向测井影响因素分析*

马欢波，王建波

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部 河北 燕郊 065201)

·仪器设备与应用·

阵列侧向测井影响因素分析*

马欢波，王建波

(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部 河北 燕郊 065201)

针对阵列侧向测井仪器在测井时可能遇到的影响因素进行分析，为仪器作业测井曲线质量评价提供理论支持。使用有限元素法结合阵列侧向测井仪工作原理，编写了正演数值模拟软件，使用该软件分析了阵列侧向测井仪器在测井时会受到井眼、侵入、围岩等因素的影响。研究表明，探测深度浅的曲线MLR1受井眼影响因素最大；阵列侧向测量的不同径向探测深度的4条电阻率曲线在渗透层分开，能清晰描述地层侵入剖面；阵列侧向测井仪器纵向分辨率很高，高于其他侧向类测井仪器，能够满足薄层评价需求。通过这些影响因素分析，测井工程师和解释人员可以很好地把握测井曲线质量。

阵列侧向测井仪；正演响应；影响因素

0 引 言

随着油气藏勘探开发的深入，双侧向测井仪器采集的深、浅两条电阻率曲线已经不能满足复杂油气评价需求，尤其不能对侵入剖面进行详细描述。同时，双侧向测井仪分辨率低(0.6 m)，不能满足薄层评价需求。为克服双侧向探测特性的不足，Schlumberger和Baker Atlas分别推出了自己的阵列侧向测井仪器HRLA和RTeX[1，2]，阵列侧向测井仪不仅具有较高的纵向分辨率，而且在径向提供多种不探测深度的测量曲线，为地层侵入剖面的描述提供了更加详细的信息。为打破国际大公司技术垄断，满足国内海洋测井需求，中海油田服务股份有限公司经过多年方法研究[3，4]和技术攻关，在2015年成功研制出具有自主知识产权的阵列侧向测井仪器EALT(Elis Array Laterolog Tool)，该仪器技术性达到国际标准。前人做了很多阵列侧向测井响应特性分析[5-7]，但是仅限于简单地层模型分析，本文增加了复杂地层模型分析，填补了这一空白；采用有限元方法，研究了阵列侧向测井仪器在测井时受到的井眼影响因素(井眼、侵入、围岩等因素)，并使用复杂地层模型来验证分析结果。

1 电极系结构及工作原理

图1 电极系结构和电流分布示意图

2 有限元方法数值模拟阵列侧向测井响应

阵列侧向测井的响应可归纳为稳流电场计算。阵列侧向测井的电场问题可由微分方程描述。用u(x,y,z)表示电位，σ表示电导率，在直角坐标系(x,y,z)下，电位u满足微分方程：

(1)

阵列侧向测井仪电极系具有旋转对称特性，因此方程(1)可以写为：

(2)

这样就可以采用二维有限元素法模拟阵列侧向测井仪器对地层的响应。有限元方法是求解数理边值问题的一种技术，适合于复杂边界形状形成的几何物体，并适合含有复杂边界条件和复杂媒质的定解问题。

电磁场有限元求解的主要步骤：1)区域离散或子区域划分；2)插值函数的选择；3)单元矩阵建立和整体方程组合；4)整体方程组求解和处理。

使用有限元方法，编写阵列侧向正演仿真软件，使用该软件进行下文的阵列侧向测井影响因素分析。

3 阵列侧向测井影响因素分析

3.1 井眼影响

仪器在测井过程中都要受到井眼因素的影响。井眼影响因素主要包含两个方面：井眼泥浆电阻率和井眼直径大小。为了方便研究，地层模型建立为无限厚地层，不考虑其他的影响因素，分别研究井眼泥浆电阻率Rm和井眼大小dh的变化对阵列侧向测井响应的影响。前人研究发现，测井响应探测深度最浅MLR1受井眼影响最大。图2是井径为8 in(1 in=25.4 mm)时，井眼影响因素变化时对阵列侧向测井响应浅探测MLR1影响的数值仿真结果。图中横坐标为视电阻率与泥浆电阻率的比值MLR1/Rm，纵坐标表示井眼校正后电阻率与测量视电阻率的比值MLR1corr/MLR1，曲线的不同颜色分别代表不同井眼直径(6～16 in)。图2中，从红色箭头看，井径固定时，视电阻率和泥浆电阻率的对比度越大，MLR1受井眼影响越大；从蓝色箭头看，MLR1/Rm固定时，井径越大，MLR1受井眼影响越大。

图2 井眼影响

3.2 侵入影响

测井仪器在渗透层作业时测井响应会受到泥浆侵入地层的影响而远离地层真电阻率。图3是仿真阵列侧向测井响应随侵入深度的变化规律，横坐标表示侵入深度，纵坐标表示不同探测深度的视电阻率。计算时采用的地层模型为：井径8 in，泥浆电阻率0.1 Ω·m，地层真电阻率为10 Ω·m，侵入带电阻率为1 Ω·m。从图3中可以看出，当没有侵入或侵入较浅时，视电阻率等于地层真电阻率，随着侵入增加，视电阻率逐渐减小，探测深度越浅受侵入影响越严重，视电阻率随侵入的增加而减小的速度越快。

图3 视电阻率随侵入深度变化图

图4仿真了阵列侧向测井仪器在“Oklahoma”地层有侵入时电阻率响应特征，“Oklahoma”地层模型，井径8 in，泥浆电阻率1 Ω·m，真电阻率Rt范围4～1 500 Ω·m，侵入带电阻率Rxo范围15～400 Ω·m，侵入深度Ri范围9～20 in。如图4所示，受侵入影响阵列侧向不同探测深度的4条电阻率曲线在渗透层分开，探测深度最深的曲线MLR4受侵入影响最小，接近地层真电阻率，探测深度最浅的视电阻率受到侵入的影响最大，远离地层真电阻率。当地层中有侵入时，阵列侧向的四条电阻率呈“正差异”分开，电阻率曲线随着探测深度增大而增大，MLR1

图4 “Oklahoma”地层有侵入时电阻率响应特征

3.3 围岩影响

电阻率仪器在进行测井时，高阻薄层由于受到上下低阻围岩的分流用作而使实际测量电阻率低于地层真电阻率。假定井径8 in，泥浆电阻率1 Ω·m，目的层电阻率Rt=10 Ω·m，目的层厚度依次为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.7、2.0 ft(1 ft=304.8 mm)，上下围岩电阻率为1 Ω·m，无侵入，仿真结果如图5所示。从上图5可以看出，在目的层比较薄时，模拟的电阻率数据小于地层的真电阻率，受围岩电阻率影响较大。随着目的层的厚度增加，模拟的电阻率数据会逐渐接近地层真电阻率，受围岩电阻影响逐渐减小。从图中也可以看出，当地层厚度为1 ft时，仿真得到的视电阻率为5 Ω·m(地层真电阻率的一半)，我们可以认为此时的地层厚度为阵列侧向测井仪器的纵向分辨率。

图5 阵列侧向薄互层仿真图

同时也仿真了“Oklahoma”无侵入地层的测井响应，该地层模型特征复杂，电阻率范围和地层厚度范围都很全面，电阻率Rt从4～1 500 Ω·m，井径8 in，泥浆电阻率1 Ω·m。图6为在无钻井液侵入地层时，不同模式下的电阻率响应基本不受围岩的影响。受围岩影响，层界面附近出现深浅电阻率分离。

图6 “Oklahoma”地层无侵入时电阻率响应特征

4 结 论

本文使用有限元方法数值模拟阵列侧向测井响应，从简单地层和复杂地层两方面研究仪器测井时受到的影响因素：井眼、侵入、围岩等的响应规律和现象。研究结果表明：1)探测深度浅的曲线MLR1受井眼影响因素最大，如果想要得到更好的电阻率曲线，需要进行井眼校正。

2)阵列侧向测量的不同径向探测深度4条电阻率曲线，在渗透层分开，在低电阻率泥浆侵入井中能表现出很好的“正差异”，清晰描述地层侵入剖面。

3)阵列侧向测井仪器纵向分辨率很高，分层能力达到1 ft，高于其他侧向类测井仪器，能够满足薄层评价需求。

[1] SMITS J W，DUBOURG I. Improved Resistivity Interpretation Utilizing a New Array Iaterolog Tool and Associater Inversion Processing[C]//Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, SPE, 1998:831-844.

[2] MAURER H，ANTONOV Y. Advanced Processing For A New Array Laterolog Tool[C]//SPWLA 50th Annual Logging Symposium, 21-24 June, The Woodlands, Texas, 2009.

[3] 马欢波，张志刚，刘耀伟.水平井中阵列侧向测井偏心影响分析[J].工程地球物理学报，2014,11(6)：749-755.

[4] 张志刚，马欢波，刘耀伟.阵列侧向测井井眼影响分析[J].国外电子测量技术，2014,33(4)：25-30.

[5] 刘振华，胡 启.阵列侧向测井响应的计算及其特征[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2002，17(1):53-57.

[6] 仵 杰，谢尉尉，解茜草.阵列侧向测井仪器的正演分析[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2008，23(1):73-80.

[7] 邓少贵，徐悦伟，蒋建亮.倾斜井非均匀地层的阵列侧向测井响应研究[J].测井技术，2010,34(2)：130-134.

Influence Factors Analysis of Array Lateral Logging

MA Huanbo, WANG Jianbo

(ChinaOilfieldServicesLimitedWelltech,Yanjiao,Hebei065201,China)

The influence factors of array lateral logging tool in well logging are analyzed, which can provide theoretical support for the quality evaluation of the logging curve. The forward numerical simulation software are coded using the finite element method combined array laterolog principle, then the influence factors such as the borehole, invasion and the surrounding rock of the array lateral logging tool in well logging are analyzed. The research result shows that the detection depth curve MLR1 is most affected by borehole effect factors; The four resistivity curves with different radial depths of array laterolog are separated in the penetration layer, which can give an clearly description of the invasion profile; Array laterolog tool has high vertical resolution, hierarchical ability to 1 ft, which is higher than the other lateral logging tool, can meet the demand of evaluation of thin layer. Through the analysis of these influencing factors, well logging engineers and interpreters can well grasp the quality of well logging curve.

elis array laterolog tool; forward response; influence factors

中国海洋石油总公司项目阵列侧向测井仪工程化研究(编号：2011ZX05020-03YF2013-05)

马欢波，女，1986年生，工程师，2011年毕业于西安石油大学测试计量技术及仪器专业，从事电法测井理论、方法及仪器开发等研究工作。E-mail:mahb6@cosl.com.cn

P631.8

A

2096-0077(2017)02-0078-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.02.018

2016-08-01 编辑：屈忆欣)