套管测井（精选四篇）
套管测井 篇1
关键词：电磁探伤仪器,套管损坏,方法和应用
1 电磁探伤测井仪工作原理和功能特点
1.1 电磁探伤测井基本原理
电磁感应, 探伤仪器正是基于这一原理的应用, 在尤其设备定损方面非常方便, 被油气田作业人员广泛的应用和接受。相比于初期的电磁探伤测井仪, 大多采取进口产品, 而近年来国内产品中的防水性和防腐性与国际水平日益接近, 并且更加符合我国油气田作业的特点。
电磁感应是一种常见的物理现象, 但突出优点是不容易受到受到外界力量干扰。测井过程中, 电磁探伤测井仪可以发出一个直流脉冲, 而内部的线圈中包含接受记录功能的部分, 随着时间的变化和产生的感生电动势不同, 就可以形成不同变化的曲线。而这些曲线代表了纵向、横向的裂缝长度, 也能够分析出套管壁厚等数据。
在进行测井中, 电磁探伤测井仪基于变化的数据进行判断, 接收线圈记录的感生电动势包括了磁导率、电导率和管柱壁厚等, 通过特定的函数计算, 在指数调查范围之内就可以获得相对应的结论。
电磁探伤测井仪的所得到的数据, 事实上是以波动曲线的形式来展现的, 管柱出现射孔、裂缝等情况, 那么套管属性相对于仪器就会产生变化;例如导电率、导磁率等, 损坏的情况越严重, 曲线的变化就越剧烈, 这是因为检测到的感生电动势发生了变化, 即便是套管内部发生了变化, 也同样可以以相反的波动曲线显示出来。同时, 也无论是单一套管, 还是双层套管结构, 根据壁厚的变化地损坏情况进行分析, 这就是探伤的原理。
1.2 电磁探伤测井仪功能特点
首先, 电磁探伤测测井仪的工作具有周期性。在测试仪内部, 分布着感应探头, 这些感应探头的变化是根据感应电动势产生的。电磁探伤测井仪的感应电动势随着时间长短, 划分出不同的工作周期 (可以人为设定) 。
其次, 在内部存在两种探头, 工作的探测范围也不同。长轴探头的工作范围较大, 可以确定外管柱的厚度、纵向的裂缝、外管被腐蚀的现状。额短轴探头的工作范围较小, 能够用来判双层套管内部的裂缝、腐蚀、射孔等情况。
再次, 电磁探伤测井仪可以透过过钢制材料, 对套管外壁的损坏情况进行判断, 也可以对有油管内部进行探伤分析。这是由于在仪器内部中, 除了最主要的接受线圈部分之外, 发射线圈电流中断之后, 电磁感应所产生的曲线值会骤然减小, 也可以在接收线圈中获得一股新的感应电动势, 通过这种曲线形态短时间的骤然变化, 采取定性和定量分析的手段, 进而判断油管中是否存在裂缝、腐蚀等情况。
2 模拟实验和现场应用概述
2.1 模拟实验
所谓的模拟实验, 是针对既定的实验结果理论, 针对现有规格、条件下的电磁探伤测井仪工作套管进行检测。在实验进行之前, 需要先对套管壁厚进行人工确认, 溶蚀在套管上事先划出破坏内容。在本实验中, 一共破坏了四个部分, 实验模型中的裂缝不同参数依据为纵向、横向、长度和深度。套管的直径为200毫米, 厚度为10毫米, 电磁探伤测井仪的探头反应应该呈现出可判断的四种情况, 即U曲线和LI曲线各自应该在两个位置发生异常。
根据实验的结果, 测井曲线反应出来的Ua-1和Ua-2出现了两处异常, 分别是在4.1米到4.5米处, 以及6.8米到7.0米处, 同时, 测井曲线LIb-1和LIb-4也发现两处异常, 分别为7.1米到7.3米以及9.0到9.5米。U曲线代表的是套管上的纵向裂缝, 而LI曲线代表的是套管上的横向曲线, 所存在的位置和类型, 也与实验模型的一致。
2.2 现场应用
电磁探伤测井仪的使用在现实中是被动的, 即当油气井田发生损坏的判断时才会出现。在已发生套管损坏的部分上进行应用, 实际操作中所遇到的外界情况较为复杂, 电磁探伤测井仪的外径较小, 因此可以适合大多数情况应用。一般来说, 最为常见的部分是油水各层的管柱, 例如:油管本身、套管、套管外层等。
为了检验实际应用效果, 实验模拟设备在油田中LTB-Ⅱ型井中进行实际的测试, 一直经过前期多项其他测试, 该井在884米和970米两处存在裂缝破损情况, 尤其是在884米处发生的套管严重损坏, 是导致整个井体无法使用的原因。
3 结语
电磁探伤测试法能够很精确地排查出套管损坏的位置, 同时也可以对壁厚变化的坚定发挥重要作用, 在正常的生产中, 及时排查套管故障可以节约大量的作业成本, 同时发挥良好的预防作用。下一阶段中, 对电磁探伤测井的应用功能提出扩展, 主要用于结构的变形测试和损坏程度鉴定, 通过量化的手段对油井正常工作能力进行判断。
参考文献
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基于套管井中电磁测井响应的研究 篇2
基于套管井中电磁测井响应的研究
在套管井中通过测量电磁响应的方法获取套管外的地层信息时,套管对地层信号有很大的影响.为了得到更趋近于实际的测井数据,研究套管对电磁测井响应的影响规律具有非常重要的`意义.文章以麦克斯韦电磁场理论为基础,建立了井眼、套管、地层三层柱状介质模型,推导了井中电磁响应的理论公式,分析了套管井中电磁测井对地层电阻率变化的灵敏度,以及套管参数对电磁测井响应的影响.数值计算结果表明,电磁响应对于电阻率较低的地层比较灵敏,套管参数对井中电磁测井响应的影响有一定的规律.
作 者：杨阳 党瑞荣 宋汐瑾 任志平Yang Yang Dang Ruirong Song Xijing Ren Zhiping 作者单位：西安石油大学,光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西,西安,710065刊 名：石油仪器英文刊名：PETROLEUM INSTRUMENTS年，卷(期)：23(5)分类号：P631.8+1关键词：套管井 电磁场 电磁测井响应 数值计算
套管测井 篇3
过套管电阻率测井技术以其具有探测深度大, 受井眼、套管、地层非均质性等因素影响小, 可在低孔隙度或低矿化度的地层条件下正常工作等优势, 成为目前评价分析剩余油饱和度、测定剩余油评价参数, 并利用参数评估油层动用情况的主要手段。国内辽河、新疆、大庆等多家油田先后引进了俄罗斯生产的ЭКОС-31-7过套管地层电阻率测井仪。在消化吸收国外测井仪技术的基础上, 开始了自主研发工作。过套管电阻率测井仪研制的关键之处是超低频极微弱信号的采集与处理技术, 目前国内研制的仪器还未能完全满足实际测量要求。本文选用超低噪声、低漂移的元器件, 设计了测井仪信号调理电路, 解决了强干扰抑制、弱信号检测等关键问题。
1过套管电阻率测井仪测量原理简介
过套管电阻率测井仪井下测量系统框图如图1所示[1]。为了对套管进行大电流供电、给信号U提供参考电位、实现井上与井下的数据通讯, 采用7芯电缆连接井上仪器与井下仪器。井下供电电流约7A, 套管上、下供电电流经过电极A 1和A 2轮流加到钢套管柱上, 返回电流电极B位于地面 (通常利用邻井套管柱的井口) 。
为了计算地层视电阻率, 需要分别在上供电 (向电极A1供电) 和下供电 (向电极A2供电) 模式下测量以下各值:套管相对于井口远点N′的电位U, M1和N之间的电位差ΔU1, N和M2之间的电位差ΔU2, 以及套管电流I, 然后依据公式 (1) 计算地层视电阻率。
式 (1) 中, UN (IA1) 和UN (IA2) 分别为上、下供电模式下, 测量电极N同套管接触点的套管电极的电位;ΔUM2M1 (IA1) 和ΔUM2M1 (IA2) 分别为上、下供电模式下, 电极系的两个边电极电位的一阶差分;Δ2U (IA1) 和Δ2U (IA2) 分别为上、下供电模式下, 所有的三个测量电极同套管接触点之间套管段上电位的二阶差分;IA1和IA2分别为上、下供电模式下, 套管处的电流;k为电极系系数。
2 信号调理电路设计
过套管地层电阻率测井仪的发射信号是约0.1 Hz的超低频方波, 由漏电流产生的ΔU1、ΔU2的变化量可能小至nV级。而放大器的短路噪声大小是和频率开方成反比的。目前国际上精密放大器的短路噪声在0.1 Hz处已达到10 nV以上, 因此超低频极微弱信号的检测目前仍是一个世界性难题。
本文选用超低噪声、低漂移的元器件设计前置信号放大和滤波电路[2], 降低电路自身产生的系统噪声, 并选用高分辨率的24位Δ-ΣA/D转换器, 采用过采样技术, 提高微弱信号的测量精度, 使仪器的最高测量分辨率达到50 nV[3,4,5]。
2.1 ΔU调理电路设计
ΔU调理电路由低噪声前置放大、跟随、调零放大、低通滤波电路构成[6], 如图2所示。在微弱信号的检测电路中, 第一级电路的噪声系数必须足够小, 选用超低噪声、低漂移的运放 (其电压噪声在0.1 Hz仅为35 nVp-p) 构成仪器放大器作为前置放大级[7]。跟随电路用于提高前置放大电路的带负载能力。调零放大电路用于消除实际使用中存在的失调和漂移, 提高放大信号精度, 同时对信号进行二次放大。低通滤波电路为二阶巴特沃斯滤波电路, 用于滤除信号携带的、以及电路本身产生的噪声, 设计的滤波截止频率为1.5 Hz。ΔU是幅值约150 μV的正负方波信号。选用的24位A/D芯片的输入电压范围是±2.5 V。为满足ΔU的分辨率要求, 同时考虑到A/D芯片的输入电压范围, 本文设置第一级前置放大倍数约880倍, 第三级调零放大倍数约12倍, 这样ΔU总的放大倍数约10 560倍。
2.2U调理电路设计
信号U是位于套管中的一个电极与地面井口电极之间的电位差。井口电位通过几千米的测井电缆引入井下测量仪器, 在采集U时, 供电电源发射的大电流会在此长电缆上感应出大的干扰脉冲, 如图3所示。感应出的干扰脉冲峰峰值可达几十伏。因此, 对信号U进行测量的关键是在电路前端加入分压和限幅电路, 否则根本无法得到可用的信号。
U调理电路由分压限幅、低噪声前置放大、跟随和低通滤波电路构成, 如图4所示, 其中分压限幅电路如图5所示。
图5中, 电阻R1、R2起到分压的作用;四个开关二极管IN4148组成限幅电路;VDD1=+6 V, VEE1=-6 V。当输入信号的电压幅值大于6 V时, D1、D3导通, 将电压钳位在6 V;当输入信号的电压幅值小于-6 V时, D2、D4导通, 将电压钳位在-6 V, 使得放大器的输入电压始终保持在-6 V～+6 V之间。电阻R3和R4起到限流作用, 从而避免因为电流过大烧毁1N4148 (1N4148的最大允许电流为100 mA) 。U调理电路的放大倍数约为8倍, 低通滤波器电路为10阶巴特沃斯滤波电路, 低通滤波截止频率为1.5 Hz, 对频率50 Hz以上的信号衰减达到40 dB以上。
2.3 I调理电路设计
套管电流是幅值约为7 A的方波信号, 因此I调理电路的首要任务是将电流信号转换为电压信号。选用两个3 W的0.033 Ω的电阻并联, 作为取样电阻, 将电流转换成幅值约为115.5 mV的方波电压后再放大10倍即可, 后续电路与U调理电路相同。
3 电路测试与分析
重点测试ΔU调理电路放大倍数的稳定性和对nV级信号的分辨率。
3.1 放大倍数测试
测试框图如图6所示。用信号发生器产生mV级0.1 Hz方波VA, 经过衰减器衰减10-3后变成μV级信号, 送入研制的ΔU调理电路, 分别用数字万用表FLUKE 8846A采集输入端信号VB和输出端信号VC。对数据进行处理, 并计算输出端及输入端信号幅值, 两者相比即为调理电路的放大倍数。
表1是一组实测数据, 由数据可以看出, ΔU调理电路放大倍数很稳定, 平均值为10 791.64。
3.2 分辨率测试
用信号发生器产生mV级0.1 Hz的方波, 经过衰减器衰减10-5后变成nV级信号VB, 送入研制的ΔU调理电路, 调整输入信号的幅值, 逐次递增1 000、500、300、200、100、50 nV。用2182A纳伏表采集ΔU调理电路输入信号VB, 并计算前后两次采集的电压差ΔVB1;用FLUKE 8846A采集ΔU调理电路输出端信号VC, 除以放大倍数10 791.64, 再计算前后两次采集的电压差ΔVB2, 所测数据列于表2。由表2可知, 对50 nV变化量的检测精度达到5.8%, 满足设计要求。
4 信号实测波形
在实验室构建了过套管地层电阻率测量刻度试验装置。在外接60 Ω地层模拟电阻、上供电条件下, 信号I、ΔU1和ΔU2、U的测量结果分别如图7—图9所示。
由图7可以看出, 套管电流I的取样信号为方波, 与由套管电极A1注入的电流 (频率0.1 Hz、幅值7 A的方波) 相一致。
由图8可以看出, ΔU1和ΔU2与套管电流波形一致, 波形光滑平整, 并且信号幅值达到了1.5 V左右, 说明ΔU调理电路实现了对微弱信号的有效提取, 为后续的地层视电阻率计算提供了可用的参数。
U原始波形如图3所示。由于长距离强电流供电电缆的存在, 在给信号U提供参考电位的电缆上感应出较大的干扰信号, 导致U产生了严重的变形, 两两一组出现的尖脉冲为不可用信号, 只有每组尖脉冲之前的平坦部分为有用信号。由图9可以看出, U的信号幅值被限定在3 V以下, 有用信号部分较为平坦且幅度适中, 说明调理电路有效地抑制了U中的干扰信号、放大了有用信号。
5 结束语
本文在深入分析待测信号特点的基础上, 给出了过套管电阻率测井仪信号调理电路的设计方案, 有效地解决了ΔU信号微弱、U存在严重干扰等关键问题。室内刻度试验表明, 可实现 (0—100) Ω·m电阻率的可靠测量, 验证了所设计的调理电路达到所需的测量要求。
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套管测井 篇4
剩余油饱和度评价和储层剩余油分布研究是油田开发中后期套管井测井的核心任务,其目的旨在提高油田的产能,延长油田寿命以及增加可采储量,监测流体饱和度的变化[1,2]。在20世纪20年代到50年代间,世界上许多剩余油气储量都是在老油田中发现的。一般通过裸眼井电测方法检测到油气层的存在,由于当时受仪器性能限制,一些低产或低饱和度的油层常常会漏掉[3,4]。近十年来,过套管电阻率测井技术发展日益成熟,在现场投入商业化应用,尤其在评价油藏流体饱和度、识别油水层以及水淹层评价等方面成为应用最有效的测井方法。
过套管电阻率测井仪是大庆油田测试技术服务分公司从俄罗斯最新引进的,它是在金属套管井中测量地层的电阻率,从而实现对油层剩余油饱和度进行评价,指导油田进一步调整和开发。该技术可以发现过去由于测井技术条件的限制而没有发现的油层,也可以评价油层水淹状况,监测储层流体饱和度的变化,为油田开发调整方案的编制、充分挖潜剩余油以及提高油田最终采收率提供依据[5,6]。
1仪器的结构和工作原理
1.1仪器的结构
过套管电阻率测井仪主要由下井仪器和地面部分组成。
下井仪器主要由遥测系统(018)、液压传动装置、上下供电电极(A1、A2)、电位电极(U)、以及三电极软测量电级系(M1-N-M2)、电子测量单元(037)组成(见图1)。
地面部分主要由供电和控制器、电流变换器、电源和计算机四部分组成。
1.2 测量原理
目前大庆测试分公司应用的是从俄罗斯引进的过套管电阻率测井技术,仪器共有两个发射电极,四个测量电极。其测量原理与裸眼井的侧向测井比较类似,显著区别是套管本身即为一个巨大的导电电极, 其电阻率为2 ×10 - 7 Ω·m,它把电流传导到地层中。在套管井中,大部分高频交流电流在套管中流动,只有一小部分低频交流电流泄漏到地层中,测量套管外地层的关键是如何测量这部分的微小电流。具有高传导性的金属套管是能进行高效散射测井的必须要求,井内电流密度向量基本是轴向的也就是与井轴线平行的方向,而在井外基本接近径向[7]。这种情况下向套管井传输电流的分布可以看作是线性电极,在钢套管内壁通以极低频率的电流,将钢套管视为传输线,绝大部分电流沿套管流到地面回路电极。由于钢套管周围地层介质可视为导电介质,所以将有部分电流渗漏到地层,再流回地面回路电极。套管井电阻率测井是测量穿过套管的漏电流大小ΔI,根据已知的电压V和电极长度便可求得地层电阻率。ρ=k.Δz.V/ΔI。K 为由测井仪器的几何形状决定的系数。
实际的仪器采用图2来实现。图中A为供电电极,F为供测量刻度套管电阻率的回路电极,J为电压测量电极,C、D、E为测量渗漏电流的测量电极。
1.3 测量方法
过套管电阻率测量采用点测方法,原因有两个方面:一方面,测量需要两个过程完成——测量和刻度,应避免仪器的移动;另一方面,移动电极所造成的噪声比有用信号大100多倍。几安培的套管供电电流相对测量电极上、下对称轮流供电,经过供电电极A1和A2加到金属套管柱上。返回电流电极B位于地面,通常利用邻井套管柱的井口。测量值有U点相对位于井口的远点N的电位,电位的第一差分ΔU=ΔUМ1N+ΔUNM2(М1、М2 的距离为1 m)和M1和M2两点之间电位的第二差分Δ2U =ΔUМ1N-ΔUNM2(电极N位于М1和М2两个极的中间)。下井仪停止在给定的深度条件下进行测量,并且在每个点测量两次:经过电流电极A1和电流电极A2给套管供电流时各测一次。在记录两种电流产生信号整个时间内,保证测量电极同套管接触可靠(不大于0.1 Ω)。
2 过套管电阻率测井资料的优点
与普通电阻率测井相比,过套管电阻率测井资料的主要优点有:
2.1 对裸眼井测井资料的补充
在意外情况下,或裸眼井井况较差、井下仪器不稳定及在完井时未被作为主要储层,而缺失部分井段裸眼井电阻率资料,可通过CHFR测井进行适当的补充。
2.2 寻找“死”油气层
在许多已开发的油田中,“死”油气占了潜在可采储量的很大一部分,属于此类“死”油气层的不只包括因疏忽而漏掉的油(气)层或错判的油(气)层,还包括有意留出的油(气)层和多年开采以后重新饱和的油(气)层,因此,套管井电阻率测井对剩余油评价有很大帮助。
2.3 油藏监测
CHFR测井属于时间推移测井。通过在不同时期进行CHFR测井,可以根据地层电阻率的变化情况,来跟踪储集层油、水饱和度的变化、监测正常生产和注水过程中储层油(气)水界面的改变以及油气是否窜槽等。
2.4 评价油层水淹程度
一方面,可以根据CHFR测井与裸眼井电阻率测井幅值的变化,对水淹层进行定性或半定量评价。另一方面,可以利用衰竭指数评价油层水淹程度。
随着原油采出程度的提高,油藏含油饱和度将明显的降低,原始油层饱和度与剩余油饱和度的比值可以直观定性的反映油层水淹状况。定义衰竭指数η:
式(1)中,Swi 为油层原始含水饱和度;SwCH 为套管井测井时的储层含水饱和度。
对于靠天然能量开发的油藏来说,在测井条件基本一致的情况下,根据阿尔奇公式,可以将衰竭指数通过套管井电阻率与裸眼井电阻率比值的平方根表述出来,即:
式(2)中,ROH 为裸眼井地层电阻率;RCHFR 为过套管测井地层电阻率。
可以看出,通过计算衰竭指数可以评价油层水淹程度。衰竭指数在0—1之间变化,其值越低,说明油层水淹程度越高,这一定性指标的优点是基本不受过套管电阻率测井仪K因子的影响,不需要知道地层水电阻率以及地层孔隙度等参数,但其应用前提是要求地层水矿化度保持不变,故应用于注水开发油层水淹层评价时需深入分析地层水电阻率的变化规律[7,8]。
3 中低渗透储层评价应用分析
S油田是大庆长垣外围最早开发的油田,主力油层为P油层组,属于中、低渗透油田。该油田于1987年投入注水开发,由于油层注、采关系不平衡造成层间、层内、平面上不同程度的水淹,综合含水高达60%以上,处于中含水期,还存在一定未投入开发的差油层。储层岩性以含泥细、粉砂岩为主,碎屑成分主要为石英、长石和岩屑,并且含有一定量的碳酸盐颗粒,平均有效孔隙度为18.7%,平均空气渗透率为40 mD,属典型中低渗透储层。
图3是Sxx-37井测井资料综合解释成果图。图3中,RLLD、RLLS分别为深、浅侧向电阻率曲线,RTCH为过套管电阻率曲线;SWI为束缚水饱和度,SW、 SWCH分别为由深侧向电阻率和过套管电阻率计算得到的含水饱和度。结合储层物性参数变化特征、裸眼井电阻率、过套管电阻率以及三饱和度计算值的分析,对本井的主要测量井段PI油层组进行了综合解释。表1是Sxx—37井的测井资料综合解释成果表。其中,孔隙度较低、泥质含量较高层解释为干层。
对于PI6层(1 473.0 m—1 474.0 m),过套管电阻率与深侧向电阻率测井值相近,含油饱和度较高(即含水饱和度较低),由于储层孔隙度较低,故综合解释为差油层。
对于PI7层(1 479.0 m—1 482.5 m),物性较好,过套管电阻率与深侧向电阻率测井值相近、形态类似,电阻率计算的含水饱和度与束缚水饱和度差异显示该层水淹层程度较高,结合油藏动态分析综合解释为中水淹。
4 结论与建议
(1)通过对大庆油田长垣外围区块S系列井进行过套管电阻率测井测试后分析,该仪器可以准确测量金属套管壁外岩石的单位电阻率,并能确定储集层的含水饱和度,并能清楚解释该区块中低渗透储层的储层状况,为该区块后期开发、开采提供了可靠依据。
(2)根据Sxx—37井测井资料的解释结论,过套管电阻率测井在储层剩余油饱和度评价方面具有独特的优势。不论是对于主力开发油层、水淹较严重的中低渗透储层,还是在老油井中寻找丢失的油层方面,过套管电阻率测井仪器作为一种很好的测试手段,能够为油田开发过程中油藏监测与挖潜调整提供重要的依据。
(3)应用过套管电阻率测井开展剩余油饱和度评价需要与裸眼井测井资料紧密配合使用。其中解释模型的参数需根据开采状况和储层特点进行合理选择,尤其是地层水电阻率参数,在注水开发模式下,地层水电阻率应根据注入水性质进行适当调整,这是发挥过套管电阻率资料优势的关键。
(4)建议在密闭取心井中开展剩余油饱和度评价方法对比研究,诸如将裸眼井电阻率测井、过套管电阻率测井、碳氧比测井解释等成果与取心分析结果结合,以促进套管井测井评价水平的不断提高。
摘要：过套管电阻率测井是电法测井中一个新的领域,通过测量金属套管壁外岩石的单位电阻率(ρ)可以评价储集层的含水饱和度,进而寻找未动用油气。跟踪油藏流体饱和度的变化以及油藏流体界面的运移情况,对解决老井和部分套管井的重新评价,以及开发过程中的油藏监测具有非常重要的意义和广阔的应用前景。在阐述过套管电阻率测井仪器结构及工作原理的基础上,通过对实际测井资料进行综合分析,总结了过套管电阻率测井资料的优势所在,并针对中低渗透储层评价的技术需求进行了积极地探索。
关键词：过套管电阻率测井,含水饱和度,中低渗透储层
参考文献
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