随钻井间电位层析成像系统和方法.pdf

1、10申请公布号CN101942993A43申请公布日20110112CN101942993ACN101942993A21申请号201010272017422申请日20100901E21B49/0020060171申请人大港油田集团有限责任公司地址300280天津市大港区大港油田三号院72发明人张金成杨天吉刘延平王小剑王爱国杨慧74专利代理机构北京市中实友知识产权代理有限责任公司11013代理人唐维宁54发明名称随钻井间电位层析成像系统和方法57摘要一种随钻井间电位层析成像系统及方法，用于油田的井间地层描述测试，该系统包括信号发射单元，进一步包括信号发射电极、电流返回电极、以及信号发射装置；信号

2、采集单元，进一步包括相互连接的信号接收装置和围绕被测井布置于地面的多组测点；以及信号处理单元，对电位差信号进行处理。其中采用钻进于被测井内的钻杆作为信号发射电极，随着钻杆的钻进，获得不同钻进深度地层的电位差信号，从而获得被测井的井间电位层析图像。本发明具有不增加设备成本、不影响生产、易于实现等优点，成功解决了油井压裂井裂缝方位、注水井水线推进方向、调剖井调剖效果评价、蒸气驱井汽驱方向和波及范围等方面的技术难题。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页CN101942999A1/2页21一种随钻井间电位层析成像系统，用于油田的井间地层描述测试

3、，包括信号发射单元，进一步包括信号发射电极、电流返回电极以及信号发射装置，三者构成一个完整的电路回路，其中所述信号发射电极位于被测井内，所述信号发射电极与所述信号发射装置的发射端相连接，所述电流返回电极与所述信号发射装置的返回端相连接，形成通路；信号采集单元，进一步包括相互连接的信号接收装置和多组测点，每组所述测点包括MN、COMN、NN三个端子，其中COMN为公共端，N1，N为自然数；所述若干组测点围绕所述被测井布置于地面，用于接收多组测点的NNCOMN、MNCOMN之间的电位差信号；信号处理单元，对信号采集单元传输来的所述电位差信号进行处理；其特征是所述信号发射电极采用钻进于所述被测井内的

4、钻杆，随着所述钻杆的钻进，所述信号采集单元获得不同钻进深度地层的所述电位差信号，并传输给所述信号处理单元进行处理，从而获得所述被测井的井间电位层析图像。2如权利要求1所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述钻杆的放电位置为钻头，所述电位差信号对应于所述钻头所在深度的地层。3如权利要求1或2随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述电流返回电极与所述被测井之间的距离大于或等于所述被测井A的设计井深。4如权利要求13中任意一项所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述钻杆的供电线接在所述被测井的防喷器、或接在与所述被测井的井口相连接的金属管汇上；所述电流返回电极为以下情况之一注水井或生产井，其中所述

5、注水井或生产井内置有良导体材质的套管，其深度接近或超过所述被测井的深度，所述电流返回电极的供电线连接在所述注水井或生产井的井口装置上；人工电极，所述人工电极深度大于或等于所在地区浅水面的深度。5如权利要求14中任意一项所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述多组测点在被测井的各个方向都有分布，其中在某个方向上加密布置测点。6如权利要求15中任意一项所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述测点共有24组，即N24以所述被测井的井口为圆心呈环形均匀布置，分内、中、外三圈，其中内圈为24个MN端子、中间为相互连接的24个COMN端子、外圈为24个NN端子，用于测试NNCOMN、MNCOMN之间的

6、电压。7如权利要求16中任意一项所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述信号处理单元包括计算机，所述计算机还与所述信号发射装置和所述信号接收装置相连接，所述计算机控制所述信号发射装置向地层发射信号，并通过所述信号接收装置在地面接收所述电位差信号。8如权利要求17中任意一项所述随钻井间电位层析成像系统，其特征是所述信号发射装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，所述信号接收装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号接收仪。9一种随钻井间电位层析成像方法，采用如权利要求18所述的随钻井间电位层析成像系统对油田的井间地层进行描述测试，其特征是采用钻进于所述被测井内的钻杆作权利

7、要求书CN101942993ACN101942999A2/2页3为所述信号发射电极，随着所述钻杆的钻进，所述信号采集单元获得不同钻进深度地层的所述电位差信号，并传输给所述信号处理单元进行处理，从而获得所述被测井的井间电位层析图像。10如权利要求9所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述钻杆的放电位置为钻头，所述电位差信号对应于所述钻头所在深度的地层。11如权利要求910中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述电流返回电极与所述被测井之间的距离大于或等于所述被测井A的设计井深。12如权利要求911中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述钻杆的供电线接在所述被测井的防喷器

8、或接在与所述被测井的井口相连接的金属管汇上；所述电流返回电极为以下情况之一注水井或生产井，其中所述注水井或生产井内置有良导体材质的套管，其深度接近或超过所述被测井的深度，所述电流返回电极的供电线连接在所述注水井或生产井的井口装置上；人工电极，所述人工电极深度大于或等于所在地区浅水面的深度。13如权利要求912中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述多组测点在被测井的各个方向都有分布，其中在某个方向上加密布置测点。14如权利要求913中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述测点共有24组，即N24以所述被测井的井口为圆心呈环形均匀布置，分内、中、外三圈，其中内圈为24个M

9、N端子、中间为相互连接的24个COMN端子、外圈为24个NN端子，用于测试NNCOMN、MNCOMN之间的电压。15如权利要求914中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述信号处理单元包括计算机，所述计算机还与所述信号发射装置和所述信号接收装置相连接，所述计算机控制所述信号发射装置向地层发射信号，并通过所述信号接收装置在地面接收所述电位差信号。16如权利要求915中任意一项所述随钻井间电位层析成像方法，其特征是所述信号发射装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，所述信号接收装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号接收仪。权利要求书CN101942993ACN

10、101942999A1/6页4随钻井间电位层析成像系统和方法所属技术领域0001本发明涉及油田的井间地层描述测试技术，尤其是涉及一种随钻井间电位层析成像系统和方法，可广泛应用于油田勘探区域的探井及油田开发区域的井间地层描述。背景技术0002我国东部油田均属于中、新生代陆相断陷沉积盆地。总的来讲，油气藏种类多、构造形态复杂，多为断层复杂化，油、气、水关系复杂，储层发育稳定性、连通性较差，非均质性强，正确认识油气藏难度大。当前老油田开发多已进入中、后期，随着各种增产措施的使用，如注水、酸化、压裂等，目前地质条件下的油水分布与原先相比已经发生了很大的变化，如何进一步提高油田地质研究水平，搞清剩余油分

11、布状况，提高油田采收率，是目前迫切需要解决的问题。0003常规的几种测试技术主要是针对井壁进行测试，虽然可直接获得近井地带的地层数据，但不能直接获得井间地层的数据。0004为了获得井间地层的数据，目前国内外油藏工程师普遍认为应用地球物理探测技术，即“井间地震层析成像技术”和“电法井间测试技术”可以对井间地层实现较为详细的描述。但是，“井间地震层析成像技术”由于震源能量的限制，即井间可测量的距离有限、施工成本高等原因，至今还未达到工业性应用程度。而现有“电法井间测试技术”则因为是以已经完钻井的套管作为电极，因此套管作为电极为固定状态，只能针对某一地层进行测试，分层能力低，无法了解油田在勘探、开发

12、过程中的井间地层分布的情况。发明内容0005本发明的目的是提供一种随钻井间电位层析成像系统和方法，成本低、易于与现有油田设备兼容，可利用电法解决油田在勘探、开发过程中的井间地层分布的难题。0006为了实现上述目的，本发明提出了以下技术方案00071、一种随钻井间电位层析成像系统，用于油田的井间地层描述测试，包括0008信号发射单元，进一步包括信号发射电极、电流返回电极以及信号发射装置，三者构成一个完整的电路回路，其中所述信号发射电极位于被测井内，所述信号发射电极与所述信号发射装置的发射端相连接，所述电流返回电极与所述信号发射装置的返回端相连接，形成通路；0009信号采集单元，进一步包括相互连接

13、的信号接收装置和多组测点，每组所述测点包括MN、COMN、NN三个端子，其中COMN为公共端，N1，N为自然数；所述若干组测点围绕所述被测井布置于地面，用于接收多组测点的NNCOMN、MNCOMN之间的电位差信号；0010信号处理单元，对信号采集单元传输来的所述电位差信号进行处理；0011其中所述信号发射电极采用钻进于所述被测井内的钻杆，随着所述钻杆的钻进，所述信号采集单元获得不同钻进深度地层的所述电位差信号，并传输给所述信号处理单元进行处理，从而获得所述被测井的井间电位层析图像。说明书CN101942993ACN101942999A2/6页500122、上述方案中，所述钻杆的放电位置为钻头，

14、所述电位差信号对应于所述钻头所在深度的地层。00133、上述方案中，所述电流返回电极与所述被测井之间的距离大于或等于所述被测井A的设计井深。00144、上述方案中，所述钻杆的供电线接在所述被测井的防喷器、或接在与所述被测井的井口相连接的金属管汇上；所述电流返回电极为以下情况之一0015注水井或生产井，其中所述注水井或生产井内置有良导体材质的套管，其深度接近或超过所述被测井的深度，所述电流返回电极的供电线连接在所述注水井或生产井的井口装置上；0016人工电极，所述人工电极深度大于或等于所在地区浅水面的深度。00175、上述方案中，所述多组测点在被测井的各个方向都有分布，其中在某个方向上加密布置测

15、点。00186、上述方案中，所述测点共有24组，即N24以所述被测井的井口为圆心呈环形均匀布置，分内、中、外三圈，其中内圈为24个MN端子、中间为相互连接的24个COMN端子、外圈为24个NN端子，用于测试NNCOMN、MNCOMN之间的电压。00197、上述方案中，所述信号处理单元包括计算机，所述计算机还与所述信号发射装置和所述信号接收装置相连接，所述计算机控制所述信号发射装置向地层发射信号，并通过所述信号接收装置在地面接收所述电位差信号。00208、上述方案中，所述信号发射装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，所述信号接收装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号接

16、收仪。00219、一种随钻井间电位层析成像方法，采用上述的随钻井间电位层析成像系统对油田的井间地层进行描述测试，其中采用钻进于所述被测井内的钻杆作为所述信号发射电极，随着所述钻杆的钻进，所述信号采集单元获得不同钻进深度地层的所述电位差信号，并传输给所述信号处理单元进行处理，从而获得所述被测井的井间电位层析图像。002210、上述方案中，所述钻杆的放电位置为钻头，所述电位差信号对应于所述钻头所在深度的地层。002311、上述方案中，所述电流返回电极与所述被测井之间的距离大于或等于所述被测井A的设计井深。002412、上述方案中，所述钻杆的供电线接在所述被测井的防喷器、或接在与所述被测井的井口相连

17、接的金属管汇上；所述电流返回电极为以下情况之一0025注水井或生产井，其中所述注水井或生产井内置有良导体材质的套管，其深度接近或超过所述被测井的深度，所述电流返回电极的供电线连接在所述注水井或生产井的井口装置上；0026人工电极，所述人工电极深度大于或等于所在地区浅水面的深度。002713、上述方案中，所述多组测点在被测井的各个方向都有分布，其中在某个方向上加密布置测点。002814、上述方案中，所述测点共有24组，即N24以所述被测井的井口为圆心呈环形均匀布置，分内、中、外三圈，其中内圈为24个MN端子、中间为相互连接的24个COMN端说明书CN101942993ACN101942999A3

18、/6页6子、外圈为24个NN端子，用于测试NNCOMN、MNCOMN之间的电压。002915、上述方案中，所述信号处理单元包括计算机，所述计算机还与所述信号发射装置和所述信号接收装置相连接，所述计算机控制所述信号发射装置向地层发射信号，并通过所述信号接收装置在地面接收所述电位差信号。003016、上述方案中，所述信号发射装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号发射仪，所述信号接收装置采用大港油田研制的能加载伪随机编码的可控信号接收仪。0031本发明的井间层析成像技术具有不增加设备成本、不影响生产、易于实现等优点。经过试验，本发明成功地解决油井压裂井裂缝方位、注水井水线推进方向、调剖井调

19、剖效果评价、蒸气驱井汽驱方向和波及范围等方面的技术难题，对于判断油田开发过程中平面的非均质性具有明显的优势，对今后油田开发工作将具有重要的指导意义以及广阔的应用前景。附图说明0032图1是本发明随钻井间电位层析成像系统原理图；0033图2是本发明一个实施例的被测井与电流返回电极的连接示意图；0034图3是本发明一个实施例的地面测点理论布置方式示意图；0035图4是本发明一个实施例在现场实际测点布置的示意图；0036图5是本发明一个实施例的测试曲线与测井曲线初步对比图。具体实施方式0037以下结合附图对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符

20、合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。0038针对现有技术中的电法勘探在固定电极条件下分层能力低等问题，本发明在钻井过程中，把钻杆作为一个供电电极进行井间电法测量，从而解决分层能力的问题。即在钻进过程中随钻杆在井中不断加深，利用钻杆作为一个供电电极向地层进行供电，在井孔周围就会形成随钻进深度而变化的一个人工电场。此时采用检测系统在钻井周围一定距离处连续监测其电位的变化，即可达到解释井间电阻率剖面的目的。因此，在钻进过程中，本发明可对钻杆能够达到的任意深度的地层的电阻率分布情况进行实时检测，从而解决了对储层发育稳定性、连通性和非均质性的描述工作，结合其他的相关资料如测井资料、油田开发动

21、态资料等，即可形成半定量乃至定量的解释。本发明的钻杆从广义上说可以包含钻井中使用的钻具组合，如方钻杆、钻铤、钻头等，它们都是金属材质，为良导体。钻杆的放电位置可设置在地面以下的钻杆的任意位置，尤其是以钻杆最下端的钻头为首选部位。0039图1是本发明随钻井间电位层析成像系统原理图。图1中A为被测井，电极B为电流返回电极，电极B用于与A井之间形成电流回路。钻杆100在被测井A中钻进，L1、L2、L3、LN是随钻杆100在被测井A中不断钻进时钻头所处的不同地层，其深度分别是H1、H2、H3、HN；随着深度HN的不同，地层电阻率不同，M1、COM1、N1是一组测点，用于检测M1与COM1以及N1与CO

22、M1之间的电位差值，其中COM1是公共端；本发明的系统包含N组这样说明书CN101942993ACN101942999A4/6页7的测点，如图1所示的M2、COM2、N2MN、COMN、NN，其中N是自然数。0040如图1所示，被测井A与电流返回电极B之间设置有信号发射装置200，信号发射装置200向某一深度的地层LN提供一个电信号，该信号是具有一定特征的电信号，比如是伪随机编码信号，也可以是具有一定频率的电流，钻杆100本身就是供电电极即信号发射电极，钻杆100一般都由金属等良导体制成，电信号通过钻杆100供给地层LN，并且随着钻杆100在钻进过程中不断加深，对任意深度的地层LN进行分析。0

23、041信号发射装置200、钻杆100、以及电流返回电极B形成了一个电流回路，而各组地面信号检测点MN、COMN、NN则用于在地面上接收相对于A井而言不同位置的电信号，这样就可实现对A井内某一地层LN的测试。随着钻杆100的钻进，深度HN的增加，就可获得任意深度的地层LN的信号。0042通过收集地面信号数据并进行处理，就可获得不同深度地层电信号特征数据，结合其他相关资料获得井间电位层析图像，就可达到描述井间地层分布特点的目的。例如采用电阻率法测井时，认为电阻率高的是油层，电阻率低的是水层；采用自然电位法测井时，认为电位高的是油层，电位低的是水层。0043以上是对本发明原理的说明，下面结合附图通过

24、具体实施例做进一步说明。0044本发明的随钻井间电位层析成像系统包括以下单元0045一、信号发射单元0046本发明的信号发射单元包括信号发射电极、电流返回电极B、以及信号发射装置200，信号发射装置200安装于信号发射电极、和电流返回电极B之间，三者构成一个完整的电路回路。0047请同时参考图1和图2。图2是本发明一个具体实施例的被测井与电流返回电极的连接示意图，其中A井是被测井，B是电流返回电极，A、B之间距离为D，被测井A的设计井深是H。要求A、B之间的距离D大于或等于1/2H，优选大于或者接近H。目的是在A、B之间形成均匀的电场，方便对电场的分析。0048本发明利用钻杆100作为信号发射

25、电极，其工作原理详见前文所述。0049对于电极B的要求是可以是注水井、生产井或人工电极的形式，优选注水井、生产井。如果是人工电极的话，则要求其深度大于或等于该地区浅水面的深度。本发明以下仅以生产井为例进行说明，文中的“B井”即指电极B。如果是注水井、生产井的话，需要内置金属等良导体材质的套管，套管的作用是作为一个电极使用，而且应该尽量使得B井的深度接近或者超过A井的深度，以便尽量在A、B井之间形成均匀的电场，方便对电场的分析。0050信号发射装置200负责向A井内的钻杆100发射具有一定特征的电信号，如加载了伪随机编码的电信号；在本发明的优选实施例中，信号发射装置200采用了大港油田自行研制的

26、DDPIEMT能加载伪随机编码的可控信号发射仪已另行申请专利。DDPIEMT能加载伪随机编码的可控信号发射仪技术指标如下00511、最大输出电流20A每安培1档；00522、稳流精度05FS负载变化10；00533、晶体频率稳定性001；00544、输出电压50V、100V、150V、200V、250V、300V、350V、400V、450V、500V、550V、600V；说明书CN101942993ACN101942999A5/6页800556、频率01、03、10、30HZ；00567、时域脉宽1、2、4、8、16、32秒和直流向；00578、该系统可以接受外同步控制伪随机码；00589、

27、抗震性能按国家野外仪器标准执行；005910、各种保护措施齐全，在欠流、过流、超温、过压时有保护作用。0060在实际应用中，本发明的信号发射单元各部件的连接需要按照以下步骤进行00611首先，将A井中的钻杆100接好供电线，钻杆100本身就是供电电极，在一个具体实施例中，供电线可接在防喷器、或者接在与井口相连接的金属管汇上，然后需用摇表测试电阻是否为0，以保证地层、供电线与钻杆100相互连通。00622其次，将电极B与供电线连接起来供电线连接在B井的井口装置上，例如可以接在B井的采油树的油管或者套管阀门上。接上后，需用摇表测试测试电阻是否为0，以保证地层、供电线与B井套管之间相互连通。0063

28、3将与A、B井相连接的供电线分别与信号发射装置200与相连接，其中A与信号发射装置200的发射端相连接，B与信号发射装置200的返回端相连接，形成通路。0064二、信号采集单元0065信号采集单元包括信号接收装置图中未示和若干组测点，两者相互连接，信号接收装置负责接收若干组测点传输来的地面信号。在本发明的一个优选实施例中，为了保证精度要求，信号接收装置采用大港油田自行研制的DDPIEMR能加载伪随机编码的可控信号接收仪已经另行申请专利。0066若干组测点即图1所示的M1、COM1、N1，M2、COM2、N2，MN、COMN、NN，该若干组测点围绕所述被测井A布置于地面，用于接收相对于A井而言不

29、同地面位置的电信号，这样就可实现对A井内某一地层LN的数据采集。0067图3是本发明一个实施例的地面测点理论布置方式示意图；在图3中，地面测点被理想化地以A井为圆心成环形呈放射状均匀布置，并可以根据精度要求的密度进行地面测点环形布置。而在实际工作中，本发明的随钻井间电位层析成像系统可根据地形特点进行不规则布置如图4所示，图4是本发明一个实施例在现场实际测点布置的示意图，其中被测井A为坐标原点，横轴表示A、B井连线方向，纵轴表示与A、B井连线垂直的方向，距离单位是米，“”代表测点位置，每组测点包含有三个“”，分别是M1、COM1、N1，M2、COM2、N2、直至MN、COMN、NN。其中公共端C

30、OM1、COM2、与COMN之间相互连通，例如可通过电缆相互连接。各组测点的分布应该尽量保证被测井A的各个方向都有分布，在某个重点方向上可以适当加密布置测点，例如图4中的两组测点M2、COM2、N2，与M3、COM3、N3均布置于大体同一方向。0068回到图3的实施例中，A点表示被测井，B点表示电流返回井，A井与B井之间通过供电电缆相互连接，在A、B之间安装了信号发射装置200，信号发射装置200负责向A井发射具有一定特征的电信号，如加载了伪随机编码的电信号；围绕A井环形布置了24组测点，分内、中、外三圈，以A为圆心呈环形均匀分布，其中内圈为24个M端子、中间实线为COM端子、外圈为24个N端

31、子，分别称为内、中、外端子，用于测试NNCOMN、MNCOMN之间的电压。这24组测点传输的NNCOMN、MNCOMN之间的电位差信号被传输至信号接收装置，比如DDPIEMR能加载伪随机编码的可控信号接收仪。说明书CN101942993ACN101942999A6/6页90069当然在其他实施例中测点也可以采用其他布置方式比如多圈布置，测点组的数量也可以是其他自然数。0070三、信号处理单元图中未示0071信号处理单元的作用是对信号采集单元传输来的24组测点的NNCOMN、MNCOMN之间的电位差信号及相关数据进行处理，信号处理单元一般采用计算机，但是其他实施例中也可采用单片机等信号处理设备。

32、0072信号采集单元生成的多组电位差信号送至计算机进行处理，最后再进一步结合其他相关资料，形成对某一地层的电位层析图像，就可达到对储层发育稳定性、连通性和非均质性描述的目的。因为这些内容属于本领域常规技术，故不再赘述。0073本发明优选实施例中，信号发射装置200采用大港油田自行研制的DDPIEMT能加载伪随机编码的可控信号发射仪，信号接收装置采用大港油田自行研制的DDPIEMR能加载伪随机编码的可控信号接收仪，DDPIEMR能加载伪随机编码的可控信号接收仪与信号发射装置200的DDPIEMT能加载伪随机编码的可控信号发射仪均与计算机相连，且该计算机可与信号处理单元共用，即计算机控制信号发射装

33、置200向地层发射信号，并通过DDPIEMR能加载伪随机编码的可控信号接收仪在地面接收相应的信号，并同时对信号进行处理和显示。0074在实际应用中，本发明的随钻井间电位层析成像系统和方法已经取得了初步成功，如图5是本发明一个实施例的测试曲线与测井曲线初步对比图。横轴代表各种信号幅值的大小，纵轴代表被测井A的深度HN，其中图5左边的测试曲线是指本发明某一组测点MN、COMN、NN的电位差信号的获得曲线；而右边的四条测井曲线是指用常规测试方法得到的各种曲线，其中RA25，RA4为电阻率测试曲线；SP为自然电位曲线；AC为声波测试曲线。0075从图5的测试曲线与测井曲线初步对比图可明显看出本发明的测试曲线与常规测试曲线形态相似，与常规技术同样都能够测定地层类别，实现了由井壁测试技术向井间测试技术的延伸。0076应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离附后的权利要求书的范围。说明书CN101942993ACN101942999A1/3页10图1图2说明书附图CN101942993ACN101942999A2/3页11图3图4说明书附图CN101942993ACN101942999A3/3页12图5说明书附图CN101942993A