張 志，楊愛華，張志強，張 鵬

(中海油田服務(wù)股份有限公司上海分公司 上海 200335)

0 引 言

雙側(cè)向測井儀是一種已獲得廣泛應(yīng)用的測量地層電阻率的儀器[1]。傳統(tǒng)雙側(cè)向電極系以橡膠皮為絕緣層，由金屬絲纏繞組成電極系，在測井過程中磨損嚴重時，電極系會有磨掉、磨偏、磨壞、甚至斷裂等現(xiàn)象；橡膠皮被氣侵、泥侵后容易損壞從而造成絕緣性問題。雙側(cè)向電子線路大部分電子器件都是模擬電子元件[2]，高溫下電容和電阻值漂移較大，尤其是部分帶通濾波電路容值漂移后，會出現(xiàn)測量值超出范圍，從而造成“雙軌”現(xiàn)象和測井失敗等問題，影響了測井質(zhì)量和效率。而且，由此造成的儀器維保頻繁，成本高。

1 東海油氣田特殊環(huán)境下儀器面臨的問題

1.1 低孔滲現(xiàn)象

在東海區(qū)域通常使用海水基泥漿進行鉆井作業(yè)，一般情況下泥漿礦化度大于地層水礦化度，因此在發(fā)生泥漿侵入后同一次電纜測井測量得到的不同探測深度的電阻率分開的程度可以在某種程度上反應(yīng)地層的滲透性。東海主要目的層的孔隙度一般為8%～12%，滲透率為1 mD西左右，屬于典型的低孔低滲儲層，在進行電纜測井作業(yè)時雙側(cè)向電阻率一般作為第一趟測井項目，雙側(cè)向的測量精確度會第一時間影響決策者對儲層物性的判斷[3]。

1.2 硫化氫腐蝕和二氧化碳氣腐蝕

隨著硫化氫等氣體環(huán)境下測井作業(yè)的增加，含硫條件下的測井設(shè)備會受到不同程度的影響，尤其是雙側(cè)向橡膠電極系，傳統(tǒng)1239MA雙側(cè)向測井儀的電極系會受到以下兩方面的影響：

一是電極采用金屬絲纏繞。金屬絲在含硫的濕天然氣中很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在表面形成蝕坑斑點，腐蝕破裂。測井后，電極鉛絲會發(fā)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 嚴重損壞的電極

二是絕緣層采用橡膠材料。橡膠在硫化氫環(huán)境中使用會鼓泡脹大、失去彈性，導(dǎo)致密封件的失效，從而加速測井設(shè)備非金屬材料的脆化、老化。此外，地層中二氧化碳也會侵入橡膠內(nèi)部，造成橡膠層鼓包或破裂。

1.3 高溫環(huán)境的影響

井下高溫影響是雙側(cè)向測井儀面臨的較大問題。東海油氣區(qū)5 000 m左右的井深下，溫度可高達180 ℃，傳統(tǒng)的雙側(cè)向儀器的電子線路，如進口設(shè)備1239EA，內(nèi)部電子元件完全暴露在儀器外殼內(nèi)部，沒有保溫瓶保護。電子線路在高溫下，變壓器被嚴重燒黑，電容被烤焦黃，元器件壽命大大縮短。

1.4 雙側(cè)向儀器的雙軌現(xiàn)象

在非滲透性的厚地層中，深淺側(cè)向測得的視電阻率應(yīng)相等，而在滲透性地層中，二者分開即產(chǎn)生幅度差。然而，在實際現(xiàn)場測井過程中，有時候也會出現(xiàn)非滲透性厚地層深淺側(cè)向測井曲線不重合的現(xiàn)象，表現(xiàn)為雙線軌跡，即所謂的“雙軌”現(xiàn)象。

從儀器因素來看，影響雙側(cè)向測井曲線雙軌的因素有兩個，一個是儀器原理設(shè)計上的局限性，另一個則是受儀器電極系在高溫高壓環(huán)境下或者致密灰?guī)r段的絕緣性影響[4]。由于電極的絕緣性變差，導(dǎo)致淺聚焦電流一部分沿著儀器的內(nèi)部外殼流向回路電極，使得進入地層的電流變??；深聚焦電流由于回路遠在電纜外皮，則不會受到那么大的影響，由此導(dǎo)致了深淺幅值差的出現(xiàn)。保證雙側(cè)向電極系的絕緣良好性可以大大避免測井資料出現(xiàn)雙軌現(xiàn)象。

2 儀器的改進及其應(yīng)用效果

針對雙側(cè)向測井面臨的4個問題，對1239XA雙側(cè)向測井儀進行了改進，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

2.1 電極系絕緣層的改進

圖2為傳統(tǒng)電極系與改進后電極系的對比。傳統(tǒng)橡膠電極是一體成型的[5]，如果出現(xiàn)破損或者裂縫，只能報廢儀器。而改進后的電極系采用特殊陶瓷材料取代橡膠絕緣層，電極系不易破損，同時降低了維修保養(yǎng)的成本。利用陶瓷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和不易變形，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用液壓平衡及應(yīng)力彈簧系統(tǒng)，能根據(jù)井下溫度和壓力自行調(diào)節(jié)，有效地解決了在東海高溫高壓下，因電極系絕緣性引起的聚焦電流發(fā)散，無法完全進入地層而導(dǎo)致的雙軌問題。使用陶瓷材料也解決了受高硫化氫氣體的侵蝕和鼓泡脹大問題。

圖2 傳統(tǒng)電極系與改進后電極系對比圖

2.2 電極絲材質(zhì)改進

傳統(tǒng)電極采用金屬絲，密繞在電極槽里。但無論哪種材質(zhì)，在海水和海風的侵蝕下，都不可避免地出現(xiàn)電極生銹乃至銹斷等情況。改進型雙側(cè)向測井儀電極部分則采用了特殊高強度不銹鋼材料，根據(jù)電極槽的大小整塊安置，如圖2所示。材料經(jīng)久耐用、幾乎不受井況影響。

2.3 電子線路關(guān)鍵電子元件篩選

改進型雙側(cè)向測井儀對關(guān)鍵電容元件進行了提升。電路中有多個有源二階帶通濾波電路，其作用是確定中心頻率的同時，濾掉在一定的帶寬以外的其他雜波、疊加波干擾[6]。圖3是雙側(cè)向測井儀有源濾波電路，C7與C6電容會很容易受到溫度的影響，隨著溫度升高而容值降低，這將直接導(dǎo)致有源二階帶通濾波器的淺屏流的中心頻率發(fā)生偏移。通過高溫試驗篩選，選用耐溫性能更好的有源二階帶通濾波器的電容后，可以有效減少頻率偏移，使深淺電阻率值受高溫影響減少，整體提高儀器耐溫性能。經(jīng)175°高溫測試，儀器電阻率測量值仍然穩(wěn)定。

圖3 二階帶通濾波電路

3 現(xiàn)場應(yīng)用曲線效果分析

圖4為東海油氣田某井段儀器改善前后測井曲線對比。第2道中為改善前的雙側(cè)向電阻率，在同一深度下，深淺電阻率表現(xiàn)為有明顯差異，重合性不佳，同時自然伽馬為高值的非滲透性地層也表現(xiàn)出明顯的分開，因此判斷該儀器測量數(shù)據(jù)發(fā)生“雙軌現(xiàn)象”[7]，不滿足現(xiàn)場評價要求。第3道中為改善后的雙側(cè)向儀器測量數(shù)據(jù)，深淺側(cè)向在非滲透性地層基本重合，在滲透性儲層具有一定程度的分開現(xiàn)象。從對比圖來看，改進型雙側(cè)向儀電極系的屏蔽絕緣好，聚焦的電流能更好地聚焦進入原狀層，測出地層真實的電阻率，在非滲透性地層深淺電阻率能夠重合，避免了雙軌現(xiàn)象，保證測井資料的質(zhì)量。

圖4 某井同井段雙側(cè)向曲線對比圖

4 結(jié)束語

改進型雙側(cè)向測井儀和1239XA雙側(cè)向測井儀在東海某井段的應(yīng)用效果對比表明，改進型雙側(cè)向測井儀有效地解決了在實際測井過程中電極系絕緣性能差、使用壽命短等缺陷，具有抗硫化氫腐蝕、絕緣穩(wěn)定可靠、耐磨性強、使用壽命長等優(yōu)點。在實際下井作業(yè)中，改進型雙側(cè)向測井儀一次下井成功率達到99.8%，測井資料相比傳統(tǒng)雙側(cè)向測井儀測量的電阻率更準確，耐溫性能更好。