張駿

(中石油西部鉆探工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

郭巖

(西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

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套管接箍對電阻率測井的影響

張駿

(中石油西部鉆探工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

郭巖

(西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

過套管測井對于老井挖潛、剩余油探測和套后儲層評價有重要意義。研究了套管接箍對過套管電磁測井的影響及接箍磁導(dǎo)率對電磁信號穿透能力的影響。依據(jù)井筒結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)模型，計算了套管接箍的厚度變化對感應(yīng)電動勢影響，給出了套管接箍突然變厚和減薄時的感應(yīng)電動勢響應(yīng)特性，為感應(yīng)式過套管電阻率測井的接箍校正提供了依據(jù)。

過套管；電磁測井；接箍；感應(yīng)電動勢

過套管測井是近年來國內(nèi)外研究老井挖潛、剩余油探測及套后儲層評價的熱點課題。聲波測井及核測井雖然可以實現(xiàn)過套管測井，但因探測距離有限，所獲取的信息及解決的問題與電磁測井有很大區(qū)別。就儲層含油氣飽和度評價而言，通過電磁測井獲取地層電阻率在目前仍然是必不可少的重要手段[1，2]。通過過套管電磁電阻率測井，可以對比不同開采階段儲層的變化情況，清楚地了解剩余油的儲藏狀況[3]。常規(guī)的電阻率測井，由于金屬套管屏蔽的影響，不能在金屬套管井中應(yīng)用。針對套管井的電阻率測井，國內(nèi)外均開發(fā)了依賴于電極推靠系統(tǒng)的測井儀器[4～6]，其基本思想是在套管上設(shè)置若干電極，迫使電流向地層流動，并在地面上布局接收電極，通過漏入地層的電流與電流之間關(guān)系確定地層電流電阻率。接觸式過套管電阻率測井多采用點測法，速度慢、信噪比低，絕大部分電流消耗在套管上。而電磁測井屬于非接觸式測量，不存在上述問題，但需要考慮套管的影響，其中套管接箍厚度會引起感應(yīng)電動勢響應(yīng)信號的突變，同時也對穿透能力帶來嚴(yán)重影響。為此，筆者首先分析了套管磁導(dǎo)率對信號穿透能力的影響，進(jìn)而研究了接箍厚度對感應(yīng)電動勢的影響。

1　磁導(dǎo)率對信號穿透能力的影響

目前，采用的套管多具有一定的磁導(dǎo)率，當(dāng)電導(dǎo)率和角頻率一定時，磁導(dǎo)率是影響信號穿透能力的唯一因素。根據(jù)趨膚公式有：

(1)

式中：δ為趨膚深度，mm；ω為角頻率，rad/s；μ為磁導(dǎo)率，H/m；σ為電導(dǎo)率，S/m。

套管或接箍的穿透能力δc與真空情況下的穿透能力δ0之比為：

(2)

式中：μcr為套管相對磁導(dǎo)率，1。

圖1　套管相對磁導(dǎo)率對電磁信號穿透能力的影響

不同材料的套管相對磁導(dǎo)率一般小于1000，多數(shù)為幾百。由圖1可見，與真空相比，由于磁導(dǎo)率的影響，在最不利情況下，套管接箍處的信號穿透能力會衰減至真空信號穿透能力的3.16%；即使相對磁導(dǎo)率為常見的400，套管接箍處的信號穿透能力也會衰減到真空信號穿透能力的5%。因此，如果能夠?qū)⑻坠艽呕痆7]，使其達(dá)到磁飽和，則可使套管接箍處的信號穿透能力提高31.6倍；即使相對磁導(dǎo)率僅為50，也可提高10倍。

2　接箍的電磁響應(yīng)

圖2為電磁探測系統(tǒng)的柱狀分層結(jié)構(gòu)示意圖，包括井眼、套管與接箍組成的金屬管柱、地層共3層結(jié)構(gòu)。

從麥克斯韋方程出發(fā)，考慮邊界條件后，可求得第j層的軸向磁場為[8]：

圖2　電磁探測系統(tǒng)的柱狀分層結(jié)構(gòu)示意圖

BjK0(xjr)]cos(λz)dλ

(3)

考慮到接收線圈在井軸上，從而可得：

=-iωμj∮HzjdS

(4)式中：V(ω) 為頻率域的感應(yīng)電動勢，V；Φ為磁通量，Wb；t為時間，s；SR為接收線圈的橫截面積，m2。

將式(4)中頻率域求解出來的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換成時間域[9]：

(5)

式中：V(t)為時間域的感應(yīng)電動勢，V；NR是接收線圈匝數(shù)，1；kn為G-S方法的濾波系數(shù)，1；λj是分離變量；ξ是積分變量；z0是磁偶極子的位置，m。

3　接箍厚度對接收信號的影響

對接收線圈上的瞬變電磁響應(yīng)進(jìn)行計算時，取I=5A，z=0.5m，r=0.035m；真空中的介電常數(shù)ε0=8.85×10-12F/m，σ1=1.0S/m，σ2=200000S/m，σ3=0.1S/m；μ2=μcrμ0(其中，μcr=100，真空中的磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m)；r1=0.062m，r2=0.07m，套管厚度Δr=0.0075m。

假設(shè)在井深22.5m處，腐蝕或損傷作用使套管厚度減少4mm(圖3)；此處加厚套管接箍，比正常接箍厚度增加3mm(圖4)。由圖3可知，接收線圈上的V(t)曲線均隨井深的增加呈現(xiàn)衰減規(guī)律變化，在套管接箍厚度突然變薄處，V(t)存在明顯異常，出現(xiàn)明顯抬升，說明套管厚度越薄，電磁波信號越容易穿過套管，接收線圈上的V(t)越強，衰減越慢。由圖4可知，接收線圈上的V(t)在套管接箍突然變厚處，V(t)出現(xiàn)明顯下降，說明套管厚度越厚，電磁波信號越難以穿過套管，接收線圈上的V(t)越小，衰減越快。

圖3　套管接箍變薄對感應(yīng)電動勢的影響　　　　　　　　　　圖4　套管接箍變厚對感應(yīng)電動勢的影響

4　結(jié)論

1)接箍的相對磁導(dǎo)率對電磁信號的穿透能力有很大影響，當(dāng)相對磁導(dǎo)率為100～1000時，由于接箍的存在，電磁信號的穿透能力誤差為真空磁導(dǎo)率的10.0%～3.16%，磁導(dǎo)率越高，誤差越嚴(yán)重。

2)套管接箍厚度對響應(yīng)信號有非常明顯的影響，厚度增加，響應(yīng)信號幅度減小，反之亦然。計算結(jié)果表明，當(dāng)套管厚度減小4mm時，采集到的感應(yīng)電動勢會出現(xiàn)突然增加的情況，感應(yīng)電動勢增加51.3%；反之，當(dāng)套管接箍厚度比正常接箍厚度增加3mm時，采集到的感應(yīng)電動勢會出現(xiàn)突然減小的情況，感應(yīng)電動勢減小46.7%。

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[編輯]龔丹

2016-07-30

陜西省科技攻關(guān)項目(2016GY-17)。

張駿(1962-)，男，高級工程師，長期從事石油工程技術(shù)、管理工作， zhangjun009@cnpc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)26-0033-03

[引著格式]張駿，王登岳，宋汐瑾，等.套管接箍對電阻率測井的影響[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2016,13(26):33～35.