劉福平,陳小安,孟憲軍,王玉梅,楊長(zhǎng)春

(1.北京印刷學(xué)院信息工程學(xué)院,北京102600;2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029;3.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井技術(shù)研究院,北京100176;4.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院,山東東營(yíng)257022)

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測(cè)量電極接觸電阻的過(guò)套管電阻率測(cè)井響應(yīng)數(shù)值模擬與分析

劉福平1,2,陳小安3,孟憲軍4,王玉梅4,楊長(zhǎng)春2

(1.北京印刷學(xué)院信息工程學(xué)院,北京102600;2.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029;3.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井技術(shù)研究院,北京100176;4.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院,山東東營(yíng)257022)

為解決過(guò)套管電阻率測(cè)井中測(cè)量電極接觸電阻的影響問(wèn)題,以過(guò)套管電阻率測(cè)井的測(cè)量方式、儀器結(jié)構(gòu)等為基礎(chǔ),提出了電極接觸電阻測(cè)井響應(yīng)數(shù)值模擬計(jì)算方法,給出了接觸電阻、電表內(nèi)阻與井壁電勢(shì)測(cè)量值之間的關(guān)系。利用KAUFMAN傳輸線方法計(jì)算了金屬套管壁的電勢(shì)分布,利用該分布實(shí)現(xiàn)了電極接觸電阻測(cè)井響應(yīng)的定量計(jì)算。針對(duì)目前所使用的單極供電和雙極供電2種過(guò)套管電阻率測(cè)井的測(cè)量方式，給出了電極接觸電阻測(cè)井響應(yīng)數(shù)值算例,結(jié)果表明:當(dāng)任意一個(gè)測(cè)量電極存在接觸電阻時(shí)都會(huì)引起測(cè)井曲線的較大變化,甚至還有可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)井負(fù)異常,上、下電極所在的位置為測(cè)井曲線的奇異點(diǎn),在電極附近有可能導(dǎo)致數(shù)倍或數(shù)十倍的測(cè)量誤差;并且發(fā)現(xiàn)目前使用的2種測(cè)量方式的測(cè)井曲線存在較大差異,曲線奇異點(diǎn)的位置與測(cè)量方式有關(guān)。這些結(jié)果可用于過(guò)套管電阻率測(cè)井異常的考察、接觸電阻的測(cè)井響應(yīng)分析以及過(guò)套管電阻率測(cè)井解釋等。

過(guò)套管電阻率測(cè)井;接觸電阻;傳輸線方程;測(cè)井響應(yīng);測(cè)井異常

20世紀(jì)90年代KAUFMAN等發(fā)表了一系列過(guò)套管井電阻率測(cè)井的測(cè)量方法及計(jì)算理論的文章[1-5]。此后在過(guò)套管井電阻率測(cè)井的儀器研制與數(shù)值模擬等方面均取得了較大的進(jìn)展[6-13],同時(shí)我國(guó)也進(jìn)行了儀器引進(jìn)和方法研究等工作[12-24]。在應(yīng)用過(guò)程中,遇到了諸如電極接觸電阻影響、測(cè)井負(fù)異常、井內(nèi)流體測(cè)井響應(yīng)等需要解決的問(wèn)題[10,15-16,25-29],這些問(wèn)題需要理論支持。其中測(cè)量過(guò)程中電極接觸電阻對(duì)過(guò)套管井電阻率測(cè)量結(jié)果的影響是一個(gè)特別突出的問(wèn)題。由于套管的銹蝕及套管壁原油的存在,使得測(cè)量電極與套管之間存在著接觸電阻,實(shí)踐發(fā)現(xiàn)電極接觸電阻對(duì)過(guò)套管井電阻率測(cè)量結(jié)果的影響非常大[10,13,15]。但是針對(duì)接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足,尚無(wú)可借鑒的理論依據(jù)。由于金屬套管的高導(dǎo)電性,與接觸電阻存在巨大的反差,再加之接觸電阻的隨機(jī)性,對(duì)接觸電阻影響的定量測(cè)量和計(jì)算存在較大困難?，F(xiàn)有的測(cè)井資料表明,在同一測(cè)井井段不同時(shí)間段的測(cè)量結(jié)果往往存在很大的差別,甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)值,這可能是接觸電阻的影響，但目前還無(wú)法解釋和校正。電極接觸電阻的影響問(wèn)題是過(guò)套管電阻率測(cè)井不可回避的實(shí)際問(wèn)題,因此開(kāi)展過(guò)套管電阻率測(cè)井接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的研究十分必要。

我們針對(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)井的測(cè)量方式、儀器結(jié)構(gòu)提出了電極接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響的計(jì)算方法,并給出了單極供電和雙極供電2種測(cè)量方式的數(shù)值算例。

1 地層視電阻率計(jì)算方法

在測(cè)井過(guò)程中,一旦發(fā)射電極與套管接觸,套管中電勢(shì)分布就已確定,只要供電電極的電流不變,則整個(gè)套管電勢(shì)分布就不會(huì)變。供電電極接觸電阻對(duì)電勢(shì)分布的幅值有影響,但對(duì)電勢(shì)分布的規(guī)律幾乎沒(méi)有影響。由于視電阻率利用電勢(shì)空間分布的二階導(dǎo)數(shù)計(jì)算得到,所以供電電極接觸電阻對(duì)地層電阻率整體測(cè)量幅度影響不大,對(duì)電阻率分布曲線的空間分布幾乎沒(méi)有影響。

由于測(cè)量電極接觸電阻會(huì)影響測(cè)量的電勢(shì)差,又因?yàn)樘坠茈妱?shì)分布是確定的,所以套管某點(diǎn)電位與無(wú)窮遠(yuǎn)處電位差為一常數(shù);當(dāng)用電位差計(jì)測(cè)量時(shí),接觸電阻會(huì)影響電表的讀數(shù)(即接觸電阻會(huì)影響流過(guò)電表的電流),這樣接觸電阻相當(dāng)于電表的一個(gè)內(nèi)阻的作用(這是因?yàn)槎A電位差為nV數(shù)量級(jí)),電表內(nèi)阻對(duì)二階電位差測(cè)量的影響非常大,其簡(jiǎn)化測(cè)量如圖1所示。

圖1 簡(jiǎn)化測(cè)量示意

圖1中,Rj為接觸電阻,設(shè)電表內(nèi)阻為Ri,由于A點(diǎn)電勢(shì)UA在空間確定的點(diǎn)為一常數(shù),當(dāng)Rj=0時(shí),則電表讀數(shù)即為UA,UA可由KAUFMAN傳輸線方程計(jì)算,當(dāng)Rj≠0時(shí),電表讀數(shù)為:

(1)

由于接觸電阻的存在,使電位差計(jì)讀數(shù)變小,因此會(huì)直接影響過(guò)套管電阻率測(cè)井的測(cè)量結(jié)果。目前有關(guān)地層視電阻率的測(cè)量和計(jì)算有2種方法。第1種測(cè)量方法為單極供電測(cè)量方式(方法1):

(2)

式中:K=L2Rco/4;Rco為套管單位長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的地層橫向電阻;Δ2U為二階電位差;U(z)為z點(diǎn)電勢(shì)。

第2種測(cè)量方法是采用上、下供電電極A1和A2交替供電,稱為雙極供電測(cè)量方式(方法2),由測(cè)量電極M1,M2,N(N在中間)測(cè)得電位U,一階電位Δ1UM2M1,二階電位Δ2UM2M1。當(dāng)電極A1供電時(shí),設(shè):UN(IA1)為中心測(cè)量電極與套管接觸點(diǎn)的電位;Δ1UM2M1(IA1)為與套管相接觸的兩個(gè)上部測(cè)量電極之間的初級(jí)電位差;Δ2UM2M1(IA1)為3個(gè)測(cè)量電極與套管接觸點(diǎn)之間的二次電位差;IA1為上供電電極A1與套管接觸點(diǎn)的電流,電極距L=M1M2。當(dāng)電極A2供電時(shí)用類(lèi)似的符號(hào)表示,則視電阻率Ra可以寫(xiě)為:

(3)

式中:k為儀器系數(shù)。

數(shù)值模擬計(jì)算表明[13,23,29],在套管均勻的條件下,公式(2)和公式(3)計(jì)算結(jié)果完全一致,如果井內(nèi)存在流體界面或出現(xiàn)套管接箍、套管電阻的非均勻變化等,公式(3)可較大幅度地壓制套管接箍處視電阻率曲線的異常跳躍[10,13,23,29]。

公式(3)考慮的是測(cè)量電流和井壁的電勢(shì),計(jì)算結(jié)果應(yīng)更接近套管內(nèi)及地層中電流流動(dòng)實(shí)際情況,而公式(2)的電極系數(shù)中包含套管的電阻,因此套管的電阻變化對(duì)地層的測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。

利用KAUFMAN傳輸線方程計(jì)算出UA,即套管上的電勢(shì)分布,再利用(1)式計(jì)算電位差計(jì)的實(shí)際讀數(shù),二階電位差Δ2U(電表測(cè)量值)計(jì)算公式為:

(4)

可設(shè)在點(diǎn)z+l/2,z,z-l/2處接觸電阻不同,由此計(jì)算Ra,從而考察接觸電阻的影響。

當(dāng)上、下電極分別供電時(shí),利用類(lèi)似方法可分別計(jì)算當(dāng)接觸電阻存在時(shí)各電極的測(cè)量電勢(shì),利用各電極電勢(shì)測(cè)量結(jié)果可計(jì)算接觸電阻的測(cè)井響應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)利用公式(3)計(jì)算視電阻率的測(cè)井響應(yīng)。

2 測(cè)井響應(yīng)算例

當(dāng)發(fā)射電極存在接觸電阻而測(cè)量電極不存在接觸電阻時(shí),不會(huì)影響電勢(shì)的分布規(guī)律,這種情況下測(cè)井曲線不會(huì)改變,因此下面重點(diǎn)研究當(dāng)測(cè)量電極存在接觸電阻時(shí)的測(cè)井響應(yīng)。計(jì)算參數(shù)采用:套管電阻率為2×10-7Ω·m;套管半徑為0.0898m;套管厚度(壁厚)為0.00772m,地層電阻率Rt=10Ω·m,電表內(nèi)阻Ri=100000Ω·m,逐漸改變接觸電阻的大小研究計(jì)算出的視電阻率測(cè)井曲線,分析電極接觸電阻測(cè)井響應(yīng)。

圖2至圖5為2種測(cè)量方法的電極接觸電阻的測(cè)井響應(yīng)。圖中，Ra為地層視電阻率;Rj為電極接觸電阻;RM1為只有電極M1存在接觸電阻時(shí)的視電阻率;RM2為只有電極M2存在接觸電阻時(shí)的視電阻率;RN為只有電極N存在接觸電阻時(shí)的視電阻率;RM1M2為電極M1和M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的視電阻率;RNM1為電極N和M1同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的視電阻率;RNM2為電極N和M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的視電阻率。

圖2 單極供電測(cè)量方式下電極M1和M2接觸電阻測(cè)井響應(yīng)

圖3 雙極供電測(cè)量方式下電極M1和M2接觸電阻測(cè)井響應(yīng)

在算例中如果2個(gè)測(cè)量電極同時(shí)存在接觸電阻,則認(rèn)為2個(gè)電極接觸電阻相同。圖2和圖3中3個(gè)地層視電阻率曲線分別代表為只有電極M1存在接觸電阻、只有電極M2存在接觸電阻以及電極M1和M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的計(jì)算結(jié)果。由圖2 和圖3可以發(fā)現(xiàn):測(cè)井曲線存在奇異點(diǎn),這是因?yàn)樵?種測(cè)量方法中都存在電勢(shì)的二階電位差的導(dǎo)數(shù)項(xiàng),由于接觸電阻的存在,使電極電勢(shì)讀數(shù)變小,有時(shí)可使電勢(shì)的二階電位差存在零點(diǎn),所以當(dāng)電極存在接觸電阻時(shí)地層視電阻率曲線會(huì)存在奇異點(diǎn)。

當(dāng)電極存在接觸電阻時(shí)地層視電阻率有可能變化很大,也可能出現(xiàn)負(fù)的測(cè)井異常,這也可能是形成測(cè)井負(fù)異常的另一原因[10,13,23,29]。

由圖2還可發(fā)現(xiàn)方法1中測(cè)井曲線RM1與曲線RM2幾乎重合,但在奇異點(diǎn)附近不重合;而方法2中測(cè)井曲線RM1與曲線RM2完全重合(圖3),這是因?yàn)榉椒?中電勢(shì)分布不具有對(duì)稱性,而由于方法2采用上、下電極供電方式完全對(duì)稱所致。

曲線RM1M2奇異點(diǎn)的位置在曲線RM1與曲線RM2奇異點(diǎn)接觸電阻一半的位置。

圖4和圖5為只有電極N存在接觸電阻、電極N與M1同時(shí)存在接觸電阻以及電極N與M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的地層視電阻率曲線。由圖4 和圖5可以看出隨著接觸電阻的增大,地層視電阻率逐漸減小,并不存在奇異點(diǎn),因?yàn)殡姌ON接觸電阻的存在使電極N電勢(shì)讀數(shù)變小,使電勢(shì)的二階電位差變大并不會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn),所以當(dāng)電極N存在接觸電阻時(shí)地層視電阻率會(huì)變小。

圖4和圖5還顯示出無(wú)論采用單極供電測(cè)量方式還是采用雙極供電測(cè)量方式,測(cè)井曲線RNM1

圖4 單極供電測(cè)量方式下電極M1,N和M2接觸電阻測(cè)井響應(yīng)

圖5 雙極供電測(cè)量方式下電極M1,N和M2接觸電阻測(cè)井響應(yīng)

與RNM2均完全重合。

3 電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響分析

前文算例重點(diǎn)研究了接觸電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,其電表內(nèi)阻保持不變,下面將研究在一個(gè)或多個(gè)電極存在接觸電阻的情況下，電表內(nèi)阻的改變對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(通常電表內(nèi)阻范圍為100000～1000000Ω·m)。

計(jì)算參數(shù)如下:套管電阻率為2×10-7Ω·m;套管半徑為0.08980m;套管厚度(壁厚)為0.00772m,地層電阻率Rt=10Ω·m,電表內(nèi)阻Ri=100000Ω·m或500000Ω·m。

圖6和圖7為只有電極M1存在接觸電阻、只有電極M2存在接觸電阻以及電極M1和M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)地層視電阻率曲線，由于曲線RM1與曲線RM2特點(diǎn)類(lèi)似，所以圖6和圖7中只畫(huà)出了曲線RM2。曲線存在奇異點(diǎn),曲線奇異點(diǎn)的位置與電表內(nèi)阻的大小有關(guān),即發(fā)生在使二階電位差為零的位置,隨電表內(nèi)阻的增大,使曲線出現(xiàn)奇異點(diǎn)的接觸電阻值變大,或者說(shuō)曲線奇異點(diǎn)右移。由此發(fā)現(xiàn)單極供電測(cè)量方式(方法1)的測(cè)井曲線RM2與雙極供電測(cè)量方式(方法2)的測(cè)井曲線RM2幅度存在非常大的差異,且曲線奇異點(diǎn)的位置也不相同,單極供電測(cè)量方式(方法1)曲線上奇異點(diǎn)對(duì)應(yīng)的接觸電阻值大一些。曲線RM1M2奇異點(diǎn)的位置在曲線RM2的奇異點(diǎn)接觸電阻一半的位置。

圖6 單極供電測(cè)量方式下電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(電極M1，M2或M1M2同時(shí)存在接觸電阻)

圖7 雙極供電測(cè)量方式下電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(電極M1，M2或M1M2同時(shí)存在接觸電阻)

圖8和圖9為只有電極N存在接觸電阻、電極N與M1同時(shí)存在接觸電阻時(shí)地層視電阻率曲線(電極N與M2同時(shí)存在接觸電阻時(shí)的情況與此類(lèi)似)。由圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn):隨著接觸電阻的增大,地層視電阻率逐漸減小,不存在奇異點(diǎn)。

隨電表內(nèi)阻的增大,2種測(cè)量方式顯示測(cè)井曲線RN幅值變大。在相同接觸電阻條件下RN小于RNM1。

圖8 單極供電測(cè)量方式下電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(電極N或M1N同時(shí)存在接觸電阻)

圖9 雙極供電測(cè)量方式下電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響(電極N或M1N同時(shí)存在接觸電阻)

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)井的測(cè)量方式與儀器結(jié)構(gòu)提出了測(cè)量電極電勢(shì)的計(jì)算方法,就目前所采用的2種電阻率測(cè)量方式,利用KAUFMAN傳輸線方法計(jì)算的金屬套管壁電勢(shì)分布給出了電極接觸電阻測(cè)井響應(yīng)數(shù)值算例,對(duì)接觸電阻測(cè)井響應(yīng)進(jìn)行了分析,獲得了一些新的認(rèn)識(shí):

1) 儀器測(cè)量電極的接觸電阻對(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)井有較大的影響,并與接觸電阻大小、接觸點(diǎn)位置等因素有重要關(guān)系,當(dāng)只有上、下測(cè)量電極(M1和M2)分別存在接觸電阻時(shí),測(cè)量結(jié)果有可能出現(xiàn)測(cè)井異常(負(fù)值),在電極附近有可能造數(shù)倍或數(shù)十倍的測(cè)量誤差;當(dāng)中間測(cè)量電極(N)存在接觸電阻時(shí)不存在測(cè)井異常,測(cè)量結(jié)果低于正常測(cè)量值。

2) 只有發(fā)射電極存在接觸電阻時(shí)對(duì)測(cè)井曲線影響非常小,但不同測(cè)量電極存在接觸電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)井響應(yīng),其視電阻率曲線間存在較大的差別,測(cè)量?jī)x器的電表內(nèi)阻的變化也會(huì)導(dǎo)致明顯的測(cè)井響應(yīng)變化。

3) 目前常用的2種過(guò)套管電阻率測(cè)量方式的測(cè)井曲線存在較大差異,曲線奇異點(diǎn)位置與幅值大小的差別也較大,說(shuō)明不同的測(cè)量方式的測(cè)量結(jié)果會(huì)有所不同。

電極接觸電阻可造成過(guò)套管電阻率測(cè)井負(fù)異常的出現(xiàn),這是本文所取得的一個(gè)新的認(rèn)識(shí),目前還沒(méi)有見(jiàn)到類(lèi)似的研究報(bào)道。要消除這種測(cè)井異常,建議其一應(yīng)盡量減小接觸電阻的數(shù)值,即盡可能刮除套管壁原油等高阻介質(zhì);其二是進(jìn)行測(cè)井異常的校正,但這是下一步需要研究的工作。本文的研究為過(guò)套管電阻率測(cè)井異常的分析及實(shí)現(xiàn)接觸電阻測(cè)井響應(yīng)正演模擬提供了計(jì)算方法。

[1] KAUFMAN A A,WIGHTMAN W E.A transmission-line model for electrical logging through casing[J].Geophysics,1993,58(12):1739-1747

[2] KAUFMAN A A.Electrical field in a borehole with a casing[J].Geophysics,1990,55(1):29-38

[3] SCHENKEL C J,MORRISION H F.Effects of well casing on potential field measurements using downhole current sources[J].Geophysical Prospecting,1990,38(6):663-686

[4] SCHENKEL C J,MORRISION H F.Electrical resistivity measurement through metal casing[J].Geophysics,1994,59(7):1072-1082

[5] ASKEY S,FARAG S,LOGAN J,et al.Cased hole resistivity measurements optimize management of mature waterflood in Indonesia[J].SPWLA 43rdAnnual Logging Symposium,2002:9-22

[6] FONDYGA A,ECUADOR Q,SHERBA G,et al.Cased hole density,neutron,sonic and resistivity logging in South America,case histories,lessons learned,and a methodology for including the technology in formation evaluation programs[J].SPWLA 45thAnnual Logging Symposium,2004:6-9

[7] AULIA K,POERNOMO B,RICHMOND W,et al.Resistivity behind casing[J].Oil Field Review,2001,13(1):1-94

[8] 劉福平,高杰,孫寶佃,等.實(shí)際井眼條件下過(guò)套管電阻率測(cè)井響應(yīng)的傳輸線方程正演算法[J].地球物理學(xué)報(bào),2007,50(6):1905-1913 LIU F P,GAO J,SUN B D,et al.Responses simulation of through-casing resistivity logging in heterogeneous-casing wells[J].Chinese Journal of Geophysics,2007,50(6):1905-1913

[9] 包德洲,劉杰,王利寧,等.TCFR型過(guò)套管電阻率測(cè)井儀研制[J].測(cè)井技術(shù),2013,37(3):314-317 BAO D Z,LIU J,WANG L N,et al.Development of TCFR casedhole resistivity logging tool[J].Well Logging Technology,2013,37(3):314-317

[10] ZHOU Q,JULANDER D,PENLEY L.Experiences with casedhole resistivity logging for reservoir monitoring[J].SPWLA 43rdAnnual Logging Symposium,2002:1-8

[11] VAIL W B,MOMII S T,HAINES H,et al.Formation resistivity measurements through metal casing at the MWX-2 well in Rifle,Colorado [J].SPWLA 36thAnnual Logging Symposium,1995:1-12

[12] 劉勝建,張明鋒.過(guò)套管電阻率測(cè)井應(yīng)用探討[J].油氣井測(cè)試,2003,12(4):23-25 LIU S J,ZHANG M F.The discuss of appliance of resistance rate for over-thimble[J].Well Testing,2003,12(4):23-25

[13] 劉福平,陳小安,楊長(zhǎng)春.過(guò)套管電阻率測(cè)井響應(yīng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2011,26(6):2018-2025 LIU F P,CHEN X A,YANG C C.The progress on calculation of resistivity logging response through casing[J].Progress in Geophysics,2011,26(6):2018-2025

[14] 劉迪仁,徐建華.套管井中低頻電流源的場(chǎng)及其特性[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),1998,20(2):43-47 LIU D Y,XU J H.The electrical field of low-frequency current in cased well and its behavior[J].Journal of Jianghan Petroleum Institute,1998,20(2):43-47

[15] 劉宇,劉國(guó)強(qiáng).套管非勻質(zhì)性對(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)井影響的數(shù)值模擬與分析 [J].地球物理學(xué)報(bào),2014,57(4):1345-1355 LIU Y,LIU G Q.Numerical simulation and analysis on the influence of casing inhomogeneity on through-casing resistivity logging response[J].Chinese Journal of Geophysics,2014,57(4):1345-1355

[16] 周繼宏,袁瑞．過(guò)套管電阻率測(cè)井異常測(cè)量值的自動(dòng)檢驗(yàn)方法[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2012,27(3):1189-1194 ZHOU J H,YUAN R.Automatic test method for abnormal data formation resistivity logging through casing[J].Progress in Geophysics,2012,27(3):1189-1194

[17] 栗建軍,孟凡順,孟恩.金屬套管對(duì)井間電磁測(cè)井的影響[J].石油物探,2003,42(2):256-260 LI J J,MENG F S,MENG E.Effects of casing on cross well electromagnetic logging[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2003,42(2):256-260

[18] 尹軍強(qiáng),馮啟寧,朱龍德,等.通過(guò)金屬套管測(cè)量地層電阻率的可行性研究[J].測(cè)井技術(shù),1998,22(5):376-379 YIN J Q,FENG Q N,ZHU L D,et al.Feasibility study on formation resistivity measurement through metal casing[J].Well Logging Technology,1998,22(5):376-379

[19] BENIMELI D,LEVESQUE C,ROUAULT G,et al.A new technique for faster resistivity measurements in cased holes[J ].SPWLA 43rdAnnual Logging Symposium,2002:5-18

[20] 蔡明,劉迪仁,鄭占樹(shù),等.金屬套管對(duì)井中電磁場(chǎng)特性影響的有限元分析[J].石油物探,2011,50(5):470-474 CAI M,LIU D R,ZHENG Z S,et al.Finite element analysis for the effect of metal casing on electromagnetic field in casing borehole[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(5):470-474

[21] 李健,孫建孟,王正楷.俄羅斯過(guò)套管電阻率測(cè)井技術(shù)應(yīng)用研究[J].測(cè)井技術(shù),2012,36(1):63-67 LI J,SUN J M,WANG Z K.On through casing resistivity logging(ECOS) [J].Well Logging Technology,2012,36(1):63-67

[22] 耿敏,梁華慶,尹洪東,等.過(guò)套管電阻率測(cè)井儀器刻度及井下測(cè)量數(shù)值模擬[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版),2013,37(2):43-49 GENG M,LIANG H Q,YIN H D,et al.Numerical simulation of resistivity logging through casing on instrument calibration and down-hole measurement[J].Journal of China University of Petroleum,2013,37(2):43-49

[23] 高杰,劉福平,包德洲,等.非均勻套管井中的過(guò)套管電阻率測(cè)井響應(yīng)[J].地球物理學(xué)報(bào),2008,51(4):1255-1261 GAO J,LIU F P,BAO D Z,et al.Responses simulation of through-casing resistivity logging in heterogeneous-casing wells[J].Chinese Journal of Geophysics,2008,51(4):1255-1261

[24] 楊景海,劉福平,謝進(jìn)莊,等.過(guò)套管電阻率測(cè)井儀器的徑向探測(cè)特性[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2009,24 (6):2215-2219 YANG J H,LIU F P,XIE J Z,et al.The detecting characteristics of resistivity log tool through casing[J].Progress in Geophysics,2009,24 (6):2215-2219

[25] CHEN Y H,ORISTAGLIO M L.A modeling study of borehole radar for oilfield application[J].Geo-physics,2002,67 (5):1486-1494

[26] 謝進(jìn)莊,楊景海,劉福平,等.過(guò)套管地層電阻率曲線環(huán)境影響校正方法研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2010,25(1):258-265 XIE J Z,YANG J H,LIU F P,et al.Study on the environment effect and its correction method for the resistivity logging data through casing[J].Progress in Geophysics,2010,25(1):258-265

[27] 劉福平,王安玲,楊長(zhǎng)春.環(huán)形槽孔鉆鋌隨鉆感應(yīng)測(cè)井場(chǎng)分布的解析解[J].中國(guó)科學(xué)E輯:技術(shù)科學(xué),2009,39(2):193-384 LIU F P,WANG A L,YANG C C.Analytical solution of electromagnetic field generated by induction logging tool in a fan-ring slot of drill collar while drilling[J].Science in China Series E:Technological Sciences,2009,52(7):2128-2137

[28] 袁瑞,周繼宏.雙極供電型過(guò)套管電阻率測(cè)井儀的薄層校正方法與實(shí)現(xiàn)[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2015,30(1):279-284 YUAN R,ZHOU J H.Correction method and implementation of thin layers for cased hole resistivity logging tool with double-injection-electrode[J].Progress in Geophysics,2015,30(1):279-284

[29] 周繼宏,王雷,袁瑞.套管接箍對(duì)過(guò)套管電阻率測(cè)井的影響分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(1):421-426 ZHOU J H,WANG L,YUAN R.Analysis on effect of casing collar on formation resistivity logging through casing[J].Progress in Geophysics,2013,28(1):421-426

(編輯：朱文杰)

The numerical simulation and analysis of resistivity logging responses for the contact resistance of logging tool’s electrodes through casing

LIU Fuping1,2,CHEN Xiaoan3,MENG Xianjun4,WANG Yumei4,YANG Changchun2

(1.BeijingInstituteofGraphicCommunication,Beijing102600,China;2.InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China;3.R&DAcademyofWellLogging,CNPCGreatwallDrillingCompany,Beijing100176,China;4.ShengliOilfieldGeophysicalResearchInstitute,SINOPEC,Dongying257022,China)

In order to solve the influence of the contact resistance for logging tool’s measuring electrode on the measured results in the resistivity logging through casing,based on the measured model and tool’s structure,we proposed a numerical computation method of resistivity logging response through casing when the electrode of logging tool exists the contact resistances and derived the relationship among casing potential,contact resistances of logging tool’s electrodes and inner resistance of voltmeter.The logging responses of the contact resistance for measuring electrodes was calculated quantitatively by casing potential distribution,which is the solution of transmission line equation of Kaufman.The numerical computation examples were provided in accordance with two measured models of resistivity logging through casing.The results show that if there is contact resistivity in anyone of the three measuring electrodes (upper,middle,lower),it will cause a great change in the logging curve.There may even be negative anomaly of logging curve,where the positions of upper and lower electrodes is the singular point of logging curve.The measurement error in the vicinity of the electrodes may be several times or dozens of times larger than that of the regular result.It was found that there are large differences of the measured results with the two measured models of resistivity logging through casing,which cause the different positions of the singular points on the logging curves.With the proposed method we can analyze the logging responses of the contact resistance for measuring electrodes and further give the logging interpretation.

resistivity logging through casing,contact resistance,transmission line equation,logging response,logging anomaly

2015-12-07;改回日期：2016-03-20。

劉福平(1960—),男,教授,主要從事地震波、電磁波傳播理論、數(shù)值計(jì)算及數(shù)值模擬方面的研究和教學(xué)工作。

北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目B類(lèi)(KZ201510015015)、北京市自然基金(4142016)、北京市教育委員會(huì)項(xiàng)目(KM201510015009和KM201410015006)聯(lián)合資助。

This research is financially supported by the Beijing Municipal Natural Science Foundation (Grant No.KZ201510015015),the Natural Science Foundation of Beijing (Grant No.4142016) and the Beijing City Board of Education Science and Technology Project (Grant Nos.KM201510015009,KM201410015006).

P631

A

1000-1441(2016)06-0887-07

10.3969/j.issn.1000-1441.2016.06.014