邊仁河 李 慧 馮利軍 李學(xué)敏

(大慶鉆探工程公司測(cè)井一公司 黑龍江大慶)

影響STAR微電阻率成像測(cè)井效果的因素分析

邊仁河 李 慧 馮利軍 李學(xué)敏

(大慶鉆探工程公司測(cè)井一公司 黑龍江大慶)

文章將STAR微電阻率成像電路原理及操作方法結(jié)合起來(lái),針對(duì)STAR微電阻率成像測(cè)井四大影響因素(外界環(huán)境影響、極板壓力、增益選擇、時(shí)鐘信號(hào)及同步信號(hào))進(jìn)行分析,提供有效地方法以便獲得理想的成像效果圖。

微電阻率成像;極板壓力;自動(dòng)增益;時(shí)鐘信號(hào);同步信號(hào)

0 引 言

微電阻率掃描成像測(cè)井是把地層巖性、物性的變化及裂縫、孔洞、層理等地層特征引起的電阻率變化,轉(zhuǎn)換成圖像上不同色度及形態(tài)的顯示。微電阻率圖像明暗色調(diào)的變化反映地層電阻率高低的變化,圖像越亮,反映地層電阻率越高;圖像越暗,反映地層電阻率越低。微電阻率成像測(cè)井為巖性識(shí)別、地層特征分析、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、裂縫評(píng)價(jià)、構(gòu)造分析、沉積分析提供了重要手段。

1 STAR微電阻率成像測(cè)井原理[1]

STAR微電阻率掃描成像測(cè)井儀是一種以極板為基礎(chǔ)的聚焦型微電阻率測(cè)井儀器。STAR成像部分24個(gè)紐扣電極的極板安裝在獨(dú)立的井徑臂上,每個(gè)極板有24個(gè)電極扣,分成兩行排列,每行12個(gè)紐扣,鈕扣之間距離為0.1 in(1 in=25.4 mm),而兩排電極之間的距離為0.3 in。STAR在直徑為7.875 in的井眼覆蓋率大約為59%。電成像儀器產(chǎn)生144個(gè)微電阻率曲線軌跡代表每個(gè)電紐扣電流經(jīng)過(guò)的地層特性。其工作原理類似于微聚焦側(cè)向測(cè)量,其動(dòng)態(tài)范圍相似于地層傾角測(cè)井。

測(cè)井過(guò)程中,極板緊貼井臂,極板和鈕扣電極向地層發(fā)射同極性的電流,儀器線路的金屬外殼做為回路電極。極板的電位恒定,極板上發(fā)射的電流對(duì)鈕扣電極的電流起著聚焦的作用,從鈕扣電極流出的電流通過(guò)掃描測(cè)量方式被記錄下來(lái)。由于極板電位恒定,鈕扣電極的電流大小,主要反映井壁附近地層的電導(dǎo)率。當(dāng)?shù)貙又谐霈F(xiàn)層理、裂縫和滲透率發(fā)生變化時(shí),鈕扣電極的電流也隨之變化。掃描測(cè)量24個(gè)鈕扣電極電流的變化,然后進(jìn)行特殊的圖像處理,就可把井壁附近各點(diǎn)之間電阻率的差別,轉(zhuǎn)變成彩色的圖像,直觀地反映井壁附近地層電阻率的變化。

STAR微電阻率掃描成像測(cè)井儀主要有以下幾部分組成:

(1)極板和探頭部分:極板部分有鈕扣電極陣列,通過(guò)采樣電路將一個(gè)極板的24個(gè)鈕扣電流值通過(guò)一根數(shù)據(jù)線分時(shí)傳送到電子線路部分。其中探頭上的絕緣橡膠部分使其與電子線路絕緣,這樣迫使電流從極板流入地層,回到電子線路外殼,并使兩者之間有一定的電位差。

(2)電子線路部分主要由兩大功能模塊組成: Guard信號(hào)和Signal信號(hào)恢復(fù)電路,主要提高信號(hào)采集精度;Bucker自動(dòng)增益控制電路,主要用來(lái)提高儀器的聚焦能力從而擴(kuò)大儀器的動(dòng)態(tài)范圍。

(3)電源短接部分:由于微電阻率成像測(cè)井時(shí)需要的電流很大,專門有電源短接部分。它提供40伏的開關(guān)電源用于Bucker驅(qū)動(dòng)電路;提供20 V的開關(guān)電源用于極板電路。

(4)測(cè)斜部分:測(cè)量?jī)x器和井眼傾斜方位,用于對(duì)圖像處理和傾角計(jì)算時(shí)的方位校正。

2 微電阻率成像測(cè)井影響因素[2、3]

2.1 外界環(huán)境因素

1)STAR要求導(dǎo)電的井眼流體,不能在油基泥漿中測(cè)井。

2)井中泥餅不能太厚,否則成像效果差,最好在測(cè)成像之前能通一遍井,消除泥餅的影響。

3)STAR儀器在下井之前要將極板紐扣用砂紙輕輕打磨,附在極板鈕扣上的油污會(huì)影響成像質(zhì)量。

2.2 極板壓力因素

測(cè)井過(guò)程中,理想狀態(tài)是始終保持儀器用最小的極板壓力獲得最佳的極板井壁接觸。增大極板壓力可使成像效果圖更為理想,但過(guò)大的極板壓力將導(dǎo)致極板的過(guò)早磨損以及工程安全問(wèn)題。理想的成像效果圖和工程安全問(wèn)題之間存在矛盾。極板壓力百分比表示的極板壓力和實(shí)際中以磅表示的極板壓力、井眼尺寸的函數(shù)關(guān)系。比如在9int井眼中,當(dāng)padf值為10%時(shí),極板與井壁之間為20多磅(1 b=0.45359 kg)(排除每支儀器微小的差異性)。雖然每家測(cè)井公司使用的極板壓力不太一樣,但根據(jù)經(jīng)驗(yàn),極板與井壁的最佳接觸壓力應(yīng)該在20～30磅。

在測(cè)井過(guò)程中如果由于沖洗或特殊地層造成很大的井眼,此時(shí)操作工程師應(yīng)該增大極板壓力,使得極板與井壁之間有良好的接觸。當(dāng)由于大井眼所造成的成像效果圖不清晰時(shí),操作工程師可以增大極板壓力對(duì)處在大井眼的地層進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。因此在特殊井眼狀況下,極板壓力需增大。

圖1 朝翻×××-××井極板壓力實(shí)驗(yàn)成果圖

極板壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示,從圖1可見,采用自動(dòng)極板增益、屏蔽增益參數(shù),當(dāng)極板壓力為-10時(shí),井深1 069 m～1 071 m井壁劃痕和泥漿涂抹清晰,但層理較模糊。當(dāng)極板壓力為5以上時(shí),水平、斜、交錯(cuò)層理清晰,井壁劃痕和泥漿涂抹較模糊。而極板壓力達(dá)到10時(shí),圖像清晰度與5相當(dāng),說(shuō)明再增大極板壓力無(wú)意義,同時(shí)增大測(cè)井作業(yè)工程風(fēng)險(xiǎn),所以這一地區(qū)極板壓力應(yīng)選擇5。

2.3 增益選擇因素

測(cè)井過(guò)程中,操作工程師需要控制三個(gè)增益,分別是Pad Gain、Bucker Gain、Guard Gain。

Pad Gain:地層信號(hào)增益。一般設(shè)置為1～3之間。

Bucker Gain:控制紐扣電壓的驅(qū)動(dòng)增益。隱含值最大為8,但測(cè)井時(shí)一般情況下操作工程師應(yīng)該將最大值設(shè)置為10。

Guard Gain:極板電壓信號(hào)增益。在測(cè)井時(shí)GUARD增益總處于Auto自動(dòng)的狀態(tài)。該電壓一般應(yīng)在300A/D～600A/D單位范圍內(nèi)。極板鈕扣值、Guard電壓值如圖2中的show2d窗口所示。

操作工程師在測(cè)井過(guò)程中一般采取的是自動(dòng)增益。而自動(dòng)增益法則對(duì)成像質(zhì)量方面有關(guān)鍵性的作用。

圖2 show2d窗口

在大多數(shù)情況下,自動(dòng)增益算法將給記錄的數(shù)據(jù)提供最佳的增益。然而在高阻地層、電阻率特別低的地層、咸水泥漿時(shí),增益需要操作工程師手動(dòng)調(diào)整或者改變最小/最大增益限制。

下面將結(jié)合一些現(xiàn)象提供相關(guān)的解決辦法。

(1)極板鈕扣值大部分飽和,值為1 024。這種情況應(yīng)該是處在鹽水泥漿環(huán)境或者遇到電阻率特別低的地層,此時(shí)bucker增益來(lái)不及降低,導(dǎo)致極板飽和。此時(shí)應(yīng)該將bucker增益減小至一個(gè)合適的值以至極板紐扣值不飽和。

(2)在高阻地層,成像的清晰度不高。這種情況發(fā)生時(shí)很有可能是bucker的最大增益限制過(guò)低導(dǎo)致bucker增益電路驅(qū)動(dòng)不夠。此時(shí)應(yīng)該將bucker最大增益限制設(shè)置為10以獲得良好的成像效果圖。如果將bucker的最大增益限制設(shè)置為隱含值8時(shí),此時(shí)不能獲得最佳的信噪比。雖然此時(shí)圖像也能夠?yàn)榻忉尮こ處熕?但成像的清晰度會(huì)差一些。

沒有特殊情況時(shí),bucker的最大增益限制必須增加到10。而選擇默認(rèn)隱含值8,這對(duì)成像的質(zhì)量是有影響的,尤其在高阻層。

2.4 極板時(shí)鐘信號(hào)PCL K和同步信號(hào)PSYNC因素

由于六塊極板共用一根PSYNC線和一根PCLK線時(shí),一旦某一塊極板PSYNC線或者PCLK線出現(xiàn)破損、絕緣問(wèn)題時(shí),將影響到六塊極板的成像效果。

極板時(shí)鐘信號(hào)PCLK和同步信號(hào)PSYNC對(duì)1-24號(hào)紐扣信號(hào)的采集有著關(guān)鍵性的作用。我們知道,8個(gè)紐扣為一組(有8個(gè)紐扣電路沒畫,但和U1、U2類似),鈕扣值通過(guò)U1、U2采樣,再通過(guò)U4分時(shí)傳送到P+SIG信號(hào)線上。其中PSYNC通知所有極板從極板的第一個(gè)鈕扣發(fā)送數(shù)據(jù),PCLK步進(jìn)24個(gè)鈕扣,一次一個(gè)鈕扣。

當(dāng)PSYNC信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),鈕扣值將會(huì)以錯(cuò)誤的順序記錄,鈕扣1所顯示的值可能實(shí)際上來(lái)自其他的任何鈕扣值,同樣其他的鈕扣值可能來(lái)自按錯(cuò)誤順序記錄的鈕扣值,這樣會(huì)導(dǎo)致成像效果圖不連續(xù),如果忽略了這些,也就很難發(fā)現(xiàn)極板圖像有問(wèn)題;當(dāng)PCLK信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),來(lái)自極板的某一個(gè)鈕扣值將被讀成極板24個(gè)鈕扣值,這時(shí)可在STAR極板的成像顯示圖可以看出,成像顯示圖在水平方向上是沒有變化的。

3 結(jié)束語(yǔ)

操作工程師在測(cè)井之前,不僅需要用極板模擬測(cè)試盒在地面進(jìn)行檢查,而且需要檢查極板時(shí)鐘信號(hào)線PCLK和同步信號(hào)線PSYNC的絕緣情況。在測(cè)井時(shí),操作工程師對(duì)處在大井眼的地層應(yīng)增大極板壓力進(jìn)行補(bǔ)測(cè);同時(shí)根據(jù)不同的泥漿電阻率和地質(zhì)特征,選擇合適的增益。在成像效果圖不理想或者出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),操作工程師能夠通過(guò)本文所提出的方法進(jìn)行解決。

[1] 尉中良,鄒長(zhǎng)春.地球物理測(cè)井[M].北京:地質(zhì)出版社, 2005

[2] BAKER-ATLAS WELL-LOGGING COMPANY.1025PA/ EA/MA Tool manual.2006(資料)

[3] BAKER-ATLAS WELL-LOGGING COMPANY.Instrument Operating Guide.2006(資料)

Bian Renhe,Li Hui,Feng lijun and Li Xiemin.Analysis on the influence factors of STAR resistivity image logging.PI,2010,24(4):34～36

This paper is based on a combined analysis of the circuit theory of the STAR Imager and its operating procedure. Four affecting factors are analyzed for getting ideal image data.

Resistivity image;Pad force;Auto gain;Clock signal;Synchronous signal

P631.8+1

B

1004-9134(2010)04-0034-03

邊仁河,男,1972年生,工程師,1994年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院測(cè)井專業(yè),目前在大慶鉆探工程公司測(cè)井一公司儀器維修中心擔(dān)任副主任職務(wù)。郵編:163412

2010-02-02 編輯:梁保江)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·