钻头电阻率测井仪器探测特性研究.PDFVIP

石油科学通报 2017 年 12 月 第2 卷第4 期：457-465 钻头电阻率测井仪器探测特性研究 1, 2 1, 2* 3 3 3 1, 2 1, 2 康正明 ，柯式镇 ，李新 ，米金泰 ，倪卫宁 ，张冰 ，张红蕾 1 中国石油大学( 北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 2 中国石油大学( 北京) 地球物理与信息工程学院，北京 102249 3 中国石化石油工程技术研究院，北京 100101 * 通信作者, wksz@ 收稿日期: 2017-08-25 十三五国家科技重大专项“低渗透储层高精度随钻成像技术研究”(2016ZX05021-002) 资助 摘要 钻头电阻率测量是一种服务于地质导向的方法，在钻井过程中可以有效地降低作业风险。开展钻头电阻 率测井仪器探测特性的数值模拟是研制精密仪器的重要手段，但其复杂的螺绕环激励源为数值模拟带来困难， 因此需要利用一种等效的方法来简化。本文利用三维有限元素法(3D FEM) ，将复杂的螺绕环激励源简化为延伸 的电压偶极子，实现了钻头电阻率测井探测特性的数值模拟。考察了钻头电阻率测井探测深度、纵向分辨率与 前视探边能力及其影响因素。数值模拟结果表明，钻头电阻率测井探测深度与泥浆类型、泥浆电阻率和井底钻 具长度有关。钻头电阻率测井纵向分辨率取决于井底钻具长度，井底钻具长度越小，钻头测量分辨率越高。钻 头测量具有一定的前视探边能力，其与源距没有关系，电导性地层前视能力好于电阻性地层。井底钻具长度越 小，仪器的前视探边能力越好。本文结果可为钻头电阻率测井仪器设计与解释提供理论依据。 关键词 3D FEM ；钻头电阻率；探测深度；纵向分辨率；前视探边能力 0 引言 率和用于纽扣成像。斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯 相继推出了随钻测井仪器，比如RAB ，GVR ，AFR ， 随着高角度井、水平井和大斜度井钻井活动的增 StarTrak 等。钻头电阻率具有地质导向、及时地提供 多，随钻测井的应用也愈加广泛。目前，随钻测井仪 下套管和取芯的位置等优点[7] ，有效地减小了钻井过 器的测量质量正在持续地提高，仪器的种类越来越趋 程的成本并降低了操作风险，因此越来越被重视。 于多样化[1] 。随钻电阻率测井可以简单的分为两类， 前人对激励源为螺绕环的钻头电阻率测井仪器的 即侧向类和感应类。侧向类适合于在导电泥浆、高电 理论研究和数值模拟做了大量工作。Gianzero 等将螺 阻率地层环境使用；感应类在低电阻率地层测量效果 绕环等效为磁流环，考虑频率影响并推导了完整的理 好，适合于导电或非导电泥浆[2-3] 。目前这两类方法均 论，同时忽略趋肤效应的影响，将该理论简化为电压 可以满足地质导向、地层评价和电阻率成像需求[4-5] 。 偶极子，并利用2D 有限元方法计算了随钻测量的测 1967 年，Arps 提出了一种适合随钻侧向测井的螺绕 井响应[8-9] 。Grupping 等针对不同泥浆类型，模拟了 环发射和接收装置，可以代替电缆侧向测井的电极[6] 。 改进的随钻测量测井响应[10-11] 。Bonner 等对钻头电阻 商业化的侧向类随钻测井仪器大多数采用这种螺绕环 率仪器RAB 的探测特性和测井响应进行了详细介绍， 装置。这种发射装置可以提供侧向电阻率、钻头电阻 并提出了一种“圆柱形聚焦技术”将测量电极前方的 引用格式：康正明, 柯式镇, 李新, 米金泰, 倪卫宁, 张冰, 张红蕾.钻头电阻率测井仪器探测特性研究. 石油科学通报, 2017, 04: 457-465 KANG Zhengming, KE Shizhen, LI Xin, MI Jintai, NI Weining, ZHANG Bing, ZHANG Honglei. The detection characteristics study of the at-bit resistivity logging tool. Petroleum Science Bulletin, 2017, 04: 457-465. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2017.04.042 ©2016 中国石油大学( 北京) 清华大学出版社有限公司