一种极板内部发射回流的电成像测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种极板内部发射回流的电成像测井装置及方法，该装置包括：极板，用于贴靠测量井壁表面和作为发射电极、屏蔽电极、回流电极以及绝缘体的载体；发射电极，用于向地层发射电流；屏蔽电极，分布在发射电极周围，对发射电流起到聚焦作用；两个回流电极，对称分布在极板两端，起到电流回流作用；还包括，用于测量各个发射电极的电流变化的电流测量装置，用于向各个发射电极提供高频交流电的高频交流电源装置，用于生成井壁成像图的信号处理装置。本发明专利技术的测量装置可对井壁实现更准确、更高分辨率的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种极板内部发射回流的电成像测量装置及方法
本专利技术涉及石油测井
，特别涉及一种在油基泥浆环境下对井壁实现高分辨、高准确性测量的装置及方法。
技术介绍
电成像测井在20世纪80年代首先由斯伦贝谢公司应用在欧洲的北海油田。电成像测井资料不是把数据处理成测井曲线，而是把数据直接变成反映地质现象的可视化图像，能更直观地反映地质特征，应用更加简便。电成像测井具有很高的纵向分辨率，可以连续揭示井筒表面岩石结构的详细特征，并具有方向性，具备能够精确分析地层倾角、方位和地层间接触关系的能力。随着地质研究深入发展，对测井技术要求日益提高，除了采用定量方式获得地球物理响应，地质人员还需要观测井壁影像图，以便直观、细致研究测井地质剖面。在二十世纪八十年代发展起来的“地层微电阻率扫描(FMS)”和“全井眼地层微电阻率成像测井(FMI)”，在测井应用中取得了极大成功。这种成像仪器采用多个极板，每个极板上镶嵌多个钮扣电极，在保持一定电位平衡条件下，对电极各个钮扣电极的发射电流进行平衡补偿和标准化处理，可以获得井壁电阻率图像。成像测井是指在井下采用传感器阵列扫描测量或旋转扫描测量，沿井眼纵向、周向或径向大量采集地层信息，传输到井上以后通过图像处理技术得到井壁的电性特征成像图，通过对图像信息的研究就可以详细、深入地了解地下地质现象和特征。近年来，由于技术的进步，在水基泥浆中采集的成像数据的质量已经得到了显著地改善。然而，随着钻进工艺的改进以及勘探开发技术的发展，在某些井中需要采用油基泥浆，以便提高钻井效率和减小井壁的不稳定性。采用油基泥浆能使钻井速度更快，井壁更稳定、更规则，这样就显著地节约了钻井成本。然而采用油基泥浆，使得泥浆导电性能变差，常规成像仪器钮扣电极的电流难以从井眼进入地层，成像效果遇到挑战。在油基泥浆环境下，对于常规成像仪器，即使一层油基泥浆薄膜也能完全隔断仪器与地层而妨碍测量，因而，油基泥浆电成像仪器采用了电容耦合原理，即利用了在油基井眼内的位移电流实现电极与地层之间电流的连续性。油基泥浆电成像仪器的工作方式在于获取各钮扣电极的电流信号，在电流从钮扣电极流出，经过泥浆、泥饼、侵入带、地层并最终回流到回流电极的情况下，钮扣电极发射电流的大小实际就反映了测量地层电阻的大小。问世最早的是水基泥浆环境下的电成像测井仪，其大部分采用的是发射电极在仪器一端，回流电极在仪器另一端的结构形式，发射电极与回流电极间距可达到几米或十几米之多，发射电极多以阵列形式分布在极板上。之后推出的油基泥浆电成像测井仪，基本上沿用了水基泥浆电成像仪器的仪器结构，只是在电路工作原理上以及局部结构上进行了改进，其发射电极与回流电极仍是分布在仪器两端，间隔距离较大。电流的回流距离过长会导致电流流过的地层过多，围岩对当前测量点影响较大，很难得到测量点的真实电性特征。井眼测量环境由水基泥浆转换到油基泥浆后，仪器的测量原理发生了变化，但是仪器的总体结构并未发生太大变化，由于回流距离过大仍然会导致当前测量点受回流距离内地层(围岩)影响过大，从而影响当前点测量的真实性。测量信号受回流距离内众多层地层影响，会降低仪器对地层特征的敏感度，尤其对于薄层、裂缝等本身测量信号弱的地层特征影响更大，降低了仪器的宏观分辨率。在这种情况下要进行电成像测量定量分析，尤其是通过电成像测量得到地层电阻率图像就十分困难，在测量后处理中需要对数据进行围岩校正以尽量消除围岩对目的层产生的影响，而在电流回路中包含地层数量不确定的情况下进行有效的围岩校正又是十分困难的。图1是示出现有技术中电成像仪器的外观及电流回流情况，该仪器极板结构具有一组按两排平行分布的发射电极，电流由极板上的发射电极流经地层后回流到分布在仪器远端的回流电极上，回流距离可达几米到十几米不等。该种仪器可用于勘察油基泥浆环境下的井壁电性特征。如上所述，该现有结构具有一些缺陷。首先，发射电极分两排排列，两排电极在测量方向上存在深度差，也即上下两排电极在仪器纵向上的回流距离存在差异，各电极之间会由于该深度差产生测量差异，对测量真实信息及测量的均衡性均不利。其次，发射电流的回流距离过长，会使发射电流穿过过多的地层，而除当前测量地层以外的地层均会对当前测量点造成影响，使无法获得当前地层的真实电性特征。若要获得更为真实的地层电性信息就需要在后续过程中进行数据校正，而这种校正往往又非常难于实现或者达到好的效果的，增加了后续数据处理的难度和工作量。
技术实现思路
为了解决这一难题，专利技术人设计了一种新的测量装置和方法，将电流发射与回流电极设计在同一极板上，大大缩短了发射-回流距离，有效降低了围岩对测量产生的影响，提高了测量的准确性，并提高了仪器的宏观分辨率。测量原理对于常规电成像仪器，在油基泥浆环境中，即使一层很薄的油基泥浆薄膜也能完全阻断电流进入地层。因此，油基泥浆电成像仪器采用了电容耦合原理，即利用了在油基井眼内的位移电流以实现电极与地层之间的电流的连续性。电成像仪器的工作方式在于获取各钮扣电极的电流信号，在电流从钮扣电极流出，经过泥浆、泥饼、侵入带、地层并最终回流到回流电极的情况下，钮扣电极发射电流的大小实际就反映了地层电阻率的大小。本专利技术实施例中测量装置的等效测量电路如图4所示，在固定测量电压的情况下，可得出：Zi指仪器内阻，Zr指回流电极和地层之间阻抗，Zg发射电极和地层之间阻抗，Zf指地层阻抗。其中内阻Zi和回流电极阻抗Zr可以忽略。然后利用有限元数值模拟仿真技术对设计的极板结构进行仪器特性仿真，得到该种结构下的仪器探测特性，与现有的远端回流型仪器的探测特性进行比较，显示了新型结构下仪器探测特性的优势。仪器分辨率电成像仪器在测量薄层时，测量信号的强度会随着地层厚度的减小而降低。在目的层比较薄时，仿真得到的视电阻率小于地层真电阻率值，随着目的层的厚度增加，模拟的视电阻率数据会逐渐接近地层真电阻率。当地层厚度变化到某个数据时，模拟视电阻率数据等于地层真电阻率的一半时，定义在这种情形下的地层厚度为仪器的分辨率。仪器探测深度仪器仿真中常用伪几何因子J来定义仪器探测深度，伪几何因子的定义为以下公式：式中：Ra：不同侵入半径时的视阻抗模值；Rxo：侵入无限远时的视阻抗模值；Rt：无侵入时的视阻抗模值。定义伪几何因子J＝0.5时对应的侵入深度为探测深度。后面给出的仿真图中J＝0.5时对应的侵入深度即为该种仪器的探测深度，已通过虚线指示标出。本专利技术的目的在于提供一种用于在井眼内部对井壁实现电性特征测量的装置和方法，既能提高测量的分辨率，又能获得更为准确的地层电性特征。为此，本专利技术提出一种用于勘察井眼中井壁电性特性的测量装置，所述测量装置包括:极板，所述极板具有内表面和外表面，用于贴靠测量井壁表面和作为发射电极、屏蔽电极、回流电极以及绝缘体的载体；安装在极板外表面上的发射电极，用于向地层发射电流，并测量流经所述电极的电流大小；屏蔽电极，屏蔽电极环绕发射电极分布，与发射电极之间有绝缘体分隔，对发射电流起聚焦作用；绝缘体，绝缘体分布在屏蔽电极与发射电极之间，对各发射电极以及屏蔽电极起到绝缘分隔作用。两个回流电极，对称分布在极板的两端，起到电流回流作用；进一步还包括：连接到发射电极上的电流测量装置，用于测量各个发射电极的电流变化；连接到发射电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极板内部发射回流的电成像测井装置，其特征在于包括：极板，所述极板具有内表面和外表面，用于贴靠测量井壁表面和作为发射电极、屏蔽电极、回流电极以及绝缘体的载体；发射电极，用于向地层发射电流；屏蔽电极，分布在发射电极周围，对发射电流起到聚焦作用；两个回流电极，对称分布在极板两端，起到电流回流作用；还包括，连接到发射电极上的电流测量装置，用于测量各个发射电极的电流变化；连接到发射电极上的高频交流电源装置，用于向各个发射电极提供高频交流电；连接到所述发射电极的信号处理装置，根据处理后的测量信号生成井壁成像图；所述屏蔽电极与发射电极之间设有绝缘体。

【技术特征摘要】
1.一种极板内部发射回流的电成像测井装置，其特征在于包括：极板，所述极板具有内表面和外表面，用于贴靠测量井壁表面和作为发射电极、屏蔽电极、回流电极以及绝缘体的载体；发射电极，用于向地层发射电流；屏蔽电极，分布在发射电极周围，对发射电流起到聚焦作用；两个回流电极，对称分布在极板两端，起到电流回流作用；还包括，连接到发射电极上的电流测量装置，用于测量各个发射电极的电流变化；连接到发射电极上的高频交流电源装置，用于向各个发射电极提供高频交流电；连接到所述发射电极的信号处理装置，根据处理后的测量信号生成井壁成像图；所述屏蔽电极与发射电极之间设有绝缘体。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述发射电极包括大致水平分布的一组电极，各电极大小完全相同，电极分布在极板的纵向中心位置；各个发射电极之间间隔狭小，间隔中填充绝缘体。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述屏蔽电极和回流电极的外表面与发射电极外表面平齐或大致平齐。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于包括连接到极板内表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中庆，
申请(专利权)人：杭州迅美科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33