馮琳偉，汪德剛，賀飛，張昊，王普海，關(guān)照星，張興

（1.中國石油集團測井有限公司，陜西 西安710077；2.塔里木油田公司勘探部，新疆 庫爾勒841000）

0 引 言

普通雙側(cè)向測井儀器的深、淺電阻率曲線縱向分辨率較低（0.6～0.8m），不能有效分辨薄層和薄互層。高分辨率雙側(cè)向測井儀（HRDL）雖然具有較高的縱向分辨能力（0.4m）［1－2］，但同普通雙側(cè)向測井儀器一樣，只提供深、淺2條電阻率曲線，徑向探測信息少，不能滿足儲層精細化評價需求。1998年斯倫貝謝公司推出了高分辨率陣列側(cè)向儀器（HRLA）［3］，該儀器不但具有較高的縱向分辨率，而且提供多條徑向不同探測深度的測井曲線，對地層侵入剖面的描述更加詳細，鄧少貴等［4］對HRLA儀器進行了斜井響應研究。2006年貝克－休斯公司也推出了類似的陣列側(cè)向測井儀器（MLT）［5］，2010年中國石油集團測井有限公司研制出具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的陣列側(cè)向測井儀器HAL（High Resolution Array Lateralog Logging Tool），縱向分辨率達到0.3m。陣列側(cè)向測井方法不但在縱向上提高了分辨率，而且豐富了徑向探測信息。因此，對HAL陣列側(cè)向測井儀器在薄互層和傾斜地層的正演響應特性研究，有助于正確評價該儀器在復雜儲層的測井曲線特征，準確識別油氣層。

1 電極系結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，HAL陣列側(cè)向電極系結(jié)構(gòu)是在一個電極棒上安裝29個環(huán)狀電極，其中有8對監(jiān)控電極和13個供電電極。A0為主電極，主電極兩側(cè)的電極 A1（A1′）～ A6（A6′）在各種探測模式中分別作為屏蔽電極或返回電極，M1（M1′）～M8（M8′）為成對監(jiān)控電極。圖2為電極系工作原理示意圖。

6種探測模式的工作原理：

RAL0模式。主電極A0發(fā)射主電流，電流返回到A1（A1′）～A6（A6′）。由于主電流不聚焦，大部分電流在井眼泥漿內(nèi)流動，主要反映泥漿電阻率信息。

RAL1模式。主電極A0發(fā)射主電流，A1（A1′）發(fā)射屏蔽電流，所有電流返回到A2（A2′）～A6（A6′），聚焦條件為（VM1－VM2）＋（VM1′－VM2′）＝0。返回電極距A0很近，主電流進入地層很淺的地方就散開了，探測深度較淺。

RAL5模式。主電極A0發(fā)射主電流，屏蔽電極A1（A1′）～A5（A5′）發(fā)射屏蔽電流，所有電流返回到 A6（A6′），聚焦條件為（VM1－VM2）＋（VM1′－VM2′）＝0，（VM3－VM4）＋（VM3′－VM4′）＝0，（VM5－VM6）＋（VM5′－VM6′）＝0，（VM7－VM8）＋（VM7′－VM8′）＝0，（VM4－VM5）＋（VM4′－VM5′）＝0。探測深度最深。

RAL2～RAL4模式工作原理可以參照RAL1和RAL5。

RAL0模式的視電阻率計算公式為

RAL1～RAL5模式的視電阻率計算公式為

式中，K0～K5為RAL0～RAL5模式的儀器常數(shù)；I0為主電極A0電流；VM1，M2為M1與M2電極間測量電壓；VM1，N為M1與參考電極N間測量電壓。

根據(jù)上述儀器工作原理，基于麥克斯韋電磁場理論，采用三維有限元方法［6－7］，針對不同研究問題建立地層模型，進行數(shù)值模擬計算，研究儀器在復雜地層模型中的響應特性。

2 薄互層響應模擬

2.1 圍巖影響

側(cè)向測井儀器在進行測井時由于受上下圍巖層的分流作用會影響到視電阻率大小，通過圍巖校正圖版能夠分析儀器測量的電阻率曲線受圍巖影響程度。校正圖版的橫坐標為目的層厚，縱坐標為校正系數(shù)［7－8］。

圖3為普通雙側(cè)向測井儀器的深側(cè)向與HAL的RAL5模式圍巖影響對比，不同線型代表Rt／Rs對比度。從圖版上可以看出，雙側(cè)向的測量電阻率受圍巖影響明顯比RAL5要大，RAL5校正曲線在層厚很?。?.3m）的地方已經(jīng)接近1，而雙側(cè)向圍巖校正曲線在較厚的地方（0.6m以上）才能趨近1。在層厚小于1m的目的層，隨Rt／Rs對比度增加，深側(cè)向和RAL5受圍巖影響均增大，但深側(cè)向增加的更快。在層厚大于1m的目的層，RAL5的圍巖校正系數(shù)明顯小于深側(cè)向。圖版總體可以說明HAL陣列側(cè)向測井曲線受圍巖影響明顯比雙側(cè)向儀器小，縱向分辨率高于雙側(cè)向測井曲線。

＊ 非法定計量單位，1ft＝12in＝0.304 8m，下同

2.2 薄互層連續(xù)響應

HAL陣列側(cè)向測井曲線受圍巖影響小的特點，能夠大大提高儀器的薄層分辨能力。為分析儀器在薄互層模型的響應情況，假設(shè)計算模型：井眼為8in，泥漿電阻率Rm為0.5Ω·m（以下計算均采用此條件）。薄互層厚度分別為0.1、0.2、0.3、0.4m，圍巖電阻率為1Ω·m，目的層電阻率分別取10Ω·m和100Ω·m。圖4至圖7為不同厚度薄互層的儀器響應，每個圖中的（a）、（b）分別是目的層為10Ω·m和100Ω·m的響應。其中Rt為地層真電阻率，RAL1～RAL5為HAL陣列側(cè)向測井儀器從淺到深的5條電阻率曲線，RLLd和RLLs為雙側(cè)向測井深、淺電阻率曲線。

圖4為0.1m薄互層模擬結(jié)果對比。可見對于0.1m厚度的薄互層，HAL陣列側(cè)向和雙側(cè)向電阻率曲線均不能有效分辨該地層模型，并且目的層的視電阻率值都遠低于真實地層電阻率。圖4（a）顯示，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線在薄互層呈現(xiàn)明顯的負差異特征，雙側(cè)向電阻率曲線不明顯；在圖4（b）中，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線負差異特性增大，雙側(cè)向電阻率曲線也呈現(xiàn)明顯負差異特征。說明對于厚度為0.1m的薄互層，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線的負差異特征比雙側(cè)向電阻率曲線明顯，并且隨地層與圍巖電阻率對比度的增大，這2種側(cè)向電阻率曲線的負差異特征均會增大。這個特性在圖5到圖7中也有體現(xiàn)，但隨薄互層厚度的增加，電阻率曲線負差異現(xiàn)象越來越小。

圖4 0.1m薄互層

圖5為0.2m薄互層模擬結(jié)果對比。HAL陣列側(cè)向電阻率曲線由于受圍巖影響小，雖然測量的目的層電阻率曲線幅度明顯低于地層模型真值，但曲線變化能夠反映該薄互層模型，層位顯示比較清晰。圖5中第2道雙側(cè)向的電阻率曲線嚴重偏離真實地層模型，雖然深、淺雙側(cè)向測井曲線有層的變化，但并沒有對應真實地層模型位置，實際上曲線的幅度變化是由于受鄰層圍巖影響，導致相對高電阻率層幅度變低，低阻圍巖幅度變高。這種現(xiàn)象在圖5（a）和圖5（b）中均表現(xiàn)一致。

圖5 0.2m薄互層

圖6 0.3m薄互層

圖6為0.3m薄互層模擬結(jié)果對比。HAL陣列側(cè)向測井儀器在該地層模型的電阻率曲線比0.2m更好，曲線不但清晰分辨該薄互層模型，而且目的層的電阻率測量曲線幅度明顯上升。圖6（a）中雙側(cè)向電阻率曲線受圍巖影響嚴重程度比圖5減小，但曲線的響應仍然不理想，深、淺側(cè)向電阻率曲線幅度很小，曲線在目的層的電阻率值也很低，不能反映薄互層。對圖6（b）中的高對比度地層，雙側(cè)向儀器的淺側(cè)向電阻率曲線影響更大，曲線沒有變化幅度。

圖7為0.4m薄互層模擬結(jié)果對比。HAL陣列側(cè)向測井對2種地層電阻率的模型的模擬結(jié)果很好，電阻率曲線的薄互層特征明顯，層位顯示很清晰，而且測量目的層的電阻率曲線幅度接近地層真值。雙側(cè)向儀器的電阻率曲線顯示有薄互層特征，但測量目的層的電阻率曲線幅度遠低于真值。

圖7 0.4m薄互層

以上數(shù)值模擬結(jié)果表明，當薄互層厚度小于0.1m，HAL陣列側(cè)向測井儀和雙側(cè)向儀器都不能區(qū)分，且HAL陣列側(cè)向電阻率曲線總體呈現(xiàn)明顯負差異特征，而雙側(cè)向電阻率曲線則在對比度較高的地層時才顯現(xiàn)負差異。厚度在0.2m以上的薄互層，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線可以有效區(qū)分，且隨著厚度增加，目的層視電阻率更接近真值，而雙側(cè)向儀器在0.4m以上厚度才有響應，且目的層視電阻率與真值差距較大。

3 斜井地層響應

HAL陣列側(cè)向測井儀器的5條不同探測深度電阻率曲線具有相同的縱向分辨率，且各曲線的圍巖影響很接近，5條曲線具有相同的分層能力，包括在傾斜地層測量的電阻率曲線形態(tài)也是一致的。因此，這里主要以RAL5探測模式為例說明傾斜地層電阻率曲線特征。

如圖8所示，地層模型采用3層結(jié)構(gòu)，Rm為泥漿電阻率，Rs為圍巖電阻率，Rt為目的層電阻率，θ為地層傾角。計算地層模型：泥漿電阻率為1Ω·m，圍巖電阻率為10Ω·m，目的層電阻率為500Ω·m，目的層厚度分別為0.2、0.3、0.4、0.5和1.0m，傾斜角為0°、10°、30°、45°、60°和80°。

圖9為RAL5在3層模型不同井斜角下的連續(xù)測井數(shù)值模擬曲線，層厚為0.5m。圖9顯示，隨著井斜角增大，受低電阻率圍巖影響越來越大，電阻率曲線幅度逐漸降低，曲線的寬度大于真實地層寬度。在井斜角小于45°時，測量的電阻率曲線與直井曲線寬度差距較小，井斜大于45°后，曲線寬度迅速變大。

為進一步認識不同井斜模型HAL儀器的電阻率曲線特征，進行了更詳細的計算，地層模型參數(shù)不變。如圖10、圖11所示，圖中各點均為3層模型儀器測量電阻率曲線的峰值。圖10為RAL1～RAL5在0.4m層厚的模型下井斜角與視電阻率的關(guān)系。圖中同樣可以看出，井斜角小于45°范圍，5條曲線幅度基本接近，井斜角大于45°后，隨井斜角增大，曲線幅度越來越低，曲線間差距逐漸增大，且呈現(xiàn)較大負差異。

圖11為RAL5電阻率曲線對不同層厚的井斜對應關(guān)系，H為目的層厚。從圖11中可以看出，隨著目的層變厚，RAL5曲線的受圍巖影響越小，電阻率值越接近地層真值。對于井斜小于45°的地層，曲線幅度隨井斜變化較小，井斜對測量結(jié)果影響小。井斜大于45°，電阻率值受井斜影響較大。

4 結(jié) 論

（1）HAL陣列側(cè)向測井電阻率曲線受圍巖影響小，5條曲線都具有較高的縱向分辨率，分辨率一致。

（2）對厚度小于0.1m的薄互層，HAL陣列側(cè)向測井儀器不能有效分辨，且5條電阻率曲線呈負差異特征。雙側(cè)向測井儀器在地層與圍巖對比度較高時才呈現(xiàn)負差異；隨地層比度增大，2種側(cè)向電阻率曲線的負差異均變大。

（3）當薄互層厚度大于0.2m時，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線能夠清晰顯示層位變化，曲線幅度隨層厚增加而更接近地層真值。隨著層厚增大，2種側(cè)向電阻率曲線的負差異特征減小。HAL陣列側(cè)向測井儀器對薄互層的響應明顯優(yōu)于雙側(cè)向儀器。

（4）在小于45°的斜井中，HAL陣列側(cè)向電阻率曲線受井斜影響較小，與直井對比，曲線寬度和幅度都變化小。

（5）井斜角大于45°后，儀器測井受井斜影響加大，電阻率曲線隨井斜角增大迅速變寬，明顯寬于真實地層厚度，且電阻率曲線幅度與直井相比下降很快；5條曲線的負差異逐漸增大，不利于測井解釋。

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