閆彪

（勝利石油管理局鉆井工程技術(shù)公司定向井公司 山東東營(yíng) 257000）

摘 要：在隨鉆測(cè)井過(guò)程中，因使用現(xiàn)有的LWD工具，特別是電磁波電阻率儀器，由于其固有的特性以及和周?chē)h(huán)境的影響，常常會(huì)導(dǎo)致各種曲線異?，F(xiàn)象發(fā)生，比如窗簾效應(yīng)、極化現(xiàn)象、尖刺現(xiàn)象等。本文就現(xiàn)場(chǎng)中發(fā)生的一系列現(xiàn)象作了合理化的解釋并給出了相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵詞：隨鉆測(cè)井；窗簾效應(yīng)；極化現(xiàn)象；尖刺現(xiàn)象

隨著定向技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井技術(shù)的不斷提升，電纜測(cè)井技術(shù)弊端突顯，隨鉆LWD測(cè)井工具的發(fā)展便開(kāi)始日新月異。早在上世紀(jì)九十年代，國(guó)際三大油服公司如斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯就開(kāi)始著手井下隨鉆工具的研發(fā)，如斯倫貝謝的ARCVision，GeoVision系列，哈里伯頓的FEWD EWR，EWR M5系列，貝克休斯的Ontrack系列等等，早期這些隨鉆測(cè)井使用的電磁波電阻率儀器基本從電纜測(cè)井的理論及原理延伸而來(lái)，因此目前國(guó)內(nèi)購(gòu)買(mǎi)的隨鉆電磁波電阻率儀器都具有早期不可克服的缺點(diǎn)，如單邊發(fā)射，單向接收，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)體等等，這些特性必然導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中出現(xiàn)一些列異?，F(xiàn)象，下面就這些現(xiàn)象一一進(jìn)行闡述。

一、異?，F(xiàn)象的表現(xiàn)形式

1 尖刺（Spike）現(xiàn)象

Spike現(xiàn)象是在隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中時(shí)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，比如哈里伯頓公司早期研發(fā)的EWR PHASE系列的隨鉆測(cè)井儀器，或是其他以電磁波為基礎(chǔ)的隨鉆測(cè)井儀器，在地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程中都存在該現(xiàn)象。雖然后來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)革新后解決了該問(wèn)題，但從本質(zhì)上講該現(xiàn)象必然是會(huì)發(fā)生在這種類(lèi)型的儀器設(shè)備上。首先是該類(lèi)型LWD本身的特殊性，如單向發(fā)射，目前我公司的EWR Phase4就屬于該種情況，4個(gè)發(fā)射極在儀器上方，2個(gè)接收級(jí)在儀器下方，而且發(fā)射頻率都屬于高頻率范圍，如1Mhz發(fā)射頻率對(duì)應(yīng)于深電阻率，2Mhz發(fā)射頻率分別對(duì)應(yīng)于中電阻率、淺電阻率及極淺電阻率，當(dāng)儀器穿行于不同屬性地層時(shí)，水平方向及垂直方向上的電阻率就會(huì)存在差別，這種差別直接影響到接收級(jí)接收到的幅值或相位移計(jì)算的結(jié)果，正因?yàn)榇嬖谶@種特殊性，所以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)Spike（尖刺）現(xiàn)象，如圖一所示。

2 極化角效應(yīng) [1] [2]

該效應(yīng)反映的是在井斜角>50°情況下，電阻率傳感器的發(fā)射極穿過(guò)了不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的一種效應(yīng)。從下圖所描述的LWD的結(jié)構(gòu)及特征可以看出，LWD的4個(gè)發(fā)射級(jí)全部分布在儀器上方，分別對(duì)應(yīng)4個(gè)不同探測(cè)深度的電阻率，LWD的2個(gè)接收級(jí)全部分布在儀器下方，對(duì)應(yīng)于近接收和遠(yuǎn)接收。從下圖可以看出，當(dāng)電阻率傳感器縱向上穿越好幾個(gè)層位時(shí)，其在水平方向測(cè)得的電阻率Rh與垂直方向所測(cè)得的電阻率Rv是不相同的，但如果是在同一個(gè)層內(nèi)的話，這兩者所測(cè)得值應(yīng)當(dāng)是相同的。下圖所反映的就是電阻率傳感器的發(fā)射極及接收級(jí)穿過(guò)了不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的極化效應(yīng)：

3 “佐羅”效應(yīng) [1] [2]

該現(xiàn)象是在電阻率傳感器的接收級(jí)穿過(guò)了2個(gè)不同巖性的地層時(shí)導(dǎo)致的“佐羅”效應(yīng)現(xiàn)象，該效應(yīng)也是通常所講的邊界效應(yīng)，當(dāng)電阻率兩個(gè)接收級(jí)處于電阻對(duì)比較高兩個(gè)層位時(shí)，就必然會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，曲線上表現(xiàn)出來(lái)的特征就是在層邊界處產(chǎn)生兩個(gè)反向的尖峰極值，如圖五所示：

4 “窗簾”效應(yīng) [1] [2]

該現(xiàn)象主要發(fā)生在井眼不平滑的情況下，諸如使用常規(guī)馬達(dá)定向時(shí)進(jìn)行增斜或降斜施工操作而造成的井眼不平滑現(xiàn)象，在該情況下，當(dāng)LWD儀器，特別是電阻率傳感器穿過(guò)不平滑井眼段時(shí)，由于井眼的不規(guī)則，加之電阻率傳感器探測(cè)距離有限，而且探測(cè)的距離也不盡相同，所以當(dāng)電阻率傳感器經(jīng)過(guò)該不規(guī)則井段時(shí)就會(huì)產(chǎn)生像“窗簾”一樣效果的電阻率曲線，即起伏變化頻率較快，見(jiàn)圖六所示。

二、異?，F(xiàn)象解決方法

根據(jù)不同情況下產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，我們可以利用其對(duì)應(yīng)的特性來(lái)一一化解，具體方法如下：

1、平滑濾波處理方面

現(xiàn)場(chǎng)處理濾波時(shí)通常選用平方濾波法進(jìn)行差值處理，平滑間距選擇0.15米，窗長(zhǎng)選擇0.3米，這種參數(shù)設(shè)置對(duì)于數(shù)據(jù)采集密度較大，不存在異常現(xiàn)象發(fā)生的情況下較為實(shí)用，選擇該參數(shù)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象，但對(duì)于存在嚴(yán)重異常現(xiàn)象發(fā)生，如Spike現(xiàn)象的井來(lái)講，使用該參數(shù)將使曲線看上去非常不平滑，存在嚴(yán)重的曲線震蕩現(xiàn)象，無(wú)法對(duì)比地層，因此需要重新調(diào)整平滑參數(shù)，但同時(shí)加大平滑窗長(zhǎng)也有缺點(diǎn)，因?yàn)榇伴L(zhǎng)增加后相應(yīng)的數(shù)據(jù)的失真度也就高了，對(duì)于極薄的地層對(duì)比來(lái)講非常不利。

2、選用不同頻率組合的LWD儀器

目前我公司使用的LWD儀器存在一定缺陷，對(duì)于某些地區(qū)的井來(lái)講，特別是巖性變化快、過(guò)渡性強(qiáng)的地層，無(wú)法從根本上消除這類(lèi)異?，F(xiàn)象。因?yàn)椴粌H其發(fā)射頻率高而且頻率較為單一，僅1Mhz和2Mhz兩種，并且是單向發(fā)射單向接收，這樣勢(shì)必產(chǎn)生上述4種異?，F(xiàn)象。相對(duì)于電纜測(cè)井而言，利用感應(yīng)測(cè)井的低發(fā)射頻率（20Khz～200Khz），而且采用對(duì)稱互補(bǔ)式測(cè)井方式，這樣在很大程度上消除了此類(lèi)異常現(xiàn)象，目前哈里伯頓就采用EWR-M5電阻率傳感器來(lái)消除這種異?，F(xiàn)象，同樣斯倫貝謝也采用了ARC VISION多頻補(bǔ)償隨鉆測(cè)井儀器來(lái)解決此類(lèi)現(xiàn)象。

3、選用對(duì)稱發(fā)射電磁波的LWD儀器

從電磁波傳播理論得知，電磁波在傳播過(guò)程中會(huì)受到傳輸電介質(zhì)影響，而且頻率越高，影響越大，之所以選擇頻率在100Khz～2Mkz之內(nèi)，是因?yàn)樵谠摬ǘ蝺?nèi)，電磁波的傳播受傳輸介質(zhì)的影響較小，電磁波經(jīng)發(fā)射極發(fā)射傳播到地層而后再到達(dá)接收級(jí)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度適中，而且較低的頻率會(huì)得到很好地效果，在接收級(jí)接收到的信號(hào)的強(qiáng)度也較高，這有利于我們測(cè)量地層物理參數(shù)；高于10Mhz的電磁波在地層中傳播時(shí)能量大部分被吸收，回到接收級(jí)的能量極小，這對(duì)于測(cè)量幅值或相位電阻率的儀器而言極為不利；而低于100Khz以下的電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)容易產(chǎn)生“渦流”效應(yīng)，也即在發(fā)射與接收級(jí)之間產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，這種電磁波無(wú)法穿過(guò)地層，從而也無(wú)從測(cè)量地層電屬性參數(shù)。因此當(dāng)選擇1Mhz以下100Khz以上的頻率時(shí)，諸如200、400Khz的電磁波，其探測(cè)深度更深，測(cè)量值也越準(zhǔn)確，而且受地層各向異性的限制也較小，加之對(duì)稱發(fā)射又起到電阻率補(bǔ)償作用，所以針對(duì)非均質(zhì)較強(qiáng)的地層，選擇低頻、對(duì)稱發(fā)射的LWD儀器可以消除地層非均質(zhì)帶來(lái)的不利影響。如使用公司目前的SL6000系統(tǒng)可以較好地解決該問(wèn)題，因?yàn)镾L6000是對(duì)稱發(fā)射電磁波的電阻率儀器，該儀器起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑥亩沟们€看上去較為平滑。

4、優(yōu)化鉆具組合，平滑井眼軌跡

針對(duì)窗簾效應(yīng)現(xiàn)象，主要原因是井眼不平滑造成，因此處理這類(lèi)現(xiàn)象時(shí)盡量考慮優(yōu)化鉆具組合，特別是井底BHA問(wèn)題，因使用常規(guī)馬達(dá)鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常因調(diào)整井眼軌跡需要定向鉆進(jìn)處理，這樣勢(shì)必造成井眼的不規(guī)則，起伏變化頻率高，這種不平滑的井眼在進(jìn)行隨鉆測(cè)井時(shí)往往出現(xiàn)上述“窗簾”效應(yīng)，造成現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)師判斷地層困難。

5、使用電阻率邊界探測(cè)設(shè)備

目前國(guó)外三大油服公司為解決上述異常現(xiàn)象，分別開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)的技術(shù)，如斯倫貝謝的Periscope、Geosphere，哈里伯頓公司制造的ADR，貝克休斯公司生產(chǎn)的Azitrack等等，此類(lèi)設(shè)備的特點(diǎn)即是探測(cè)范圍廣、探測(cè)深度大、探測(cè)的精度高，區(qū)分地層邊界具有明顯的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)目前在海上及部分區(qū)塊即是使用該技術(shù)解決此類(lèi)問(wèn)題。

三、結(jié)論

根據(jù)上述內(nèi)容分析可以得知，產(chǎn)生隨鉆測(cè)井異常現(xiàn)象的原因有很多方面，既有地層本身因素的影響，諸如地層的非均質(zhì)性、各向異性等，也有LWD儀器本身因素，諸如發(fā)射頻率、對(duì)稱發(fā)射與否等等原因而造成的極化效應(yīng)、邊界效應(yīng)、“佐羅”效應(yīng)等異?，F(xiàn)象， 該現(xiàn)象的出現(xiàn)不利于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)師對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)的地層信息做出準(zhǔn)確的地層對(duì)比與評(píng)價(jià)，從而達(dá)不到應(yīng)有的地質(zhì)導(dǎo)向效果。為此我們?cè)跒V波方面做了調(diào)整，但是該方法并不能從本質(zhì)上解決此類(lèi)異常問(wèn)題，而且還有可能造成數(shù)據(jù)的失真，因此，要從根本上解決該問(wèn)題需要使用新技術(shù)、新儀器，諸如多頻補(bǔ)償電阻率、低頻對(duì)稱雙邊發(fā)射電阻率傳感器等，這樣在地質(zhì)導(dǎo)向過(guò)程才能發(fā)揮儀器的真正作用，達(dá)到導(dǎo)向目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LWD Log Quality Control Guide v5.1 .1999。

[2] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LQA EWR P4 .1999。