一种激发极化谱测井方法.pdf

一种激发极化谱测井方法。主要解决现有激发极化测井方法只能测量激发电场断开瞬间的二次场电位衰减值从而导致应用该方法做地层评价效果不理想的问题。其特征在于：电极系采用阵列式组合结构，测井仪器通过单片计算机控制电极系来激发地层和采集数据，在每个地层深度可以采集到若干个激发极化二次场电位衰减数据，形成激发极化二次场电位衰减谱，激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱。应用该方法后，通过分析弛豫时间谱就可以确定渗透率等地层参数，因此使得激发极化测井方法可以得到广泛的应用。

1、  一种激发极化谱测井方法，包括以下步骤，即对目标地层施以直流电场，待地层建立起稳定电场后，测量断电后由于地层的电弛豫产生的随时间衰减的二次场电位，其特征在于：
①采用一个阵列电极系，所述阵列电极系由轴向以相等间隔固定于环氧玻璃钢绝缘支架上的若干电极组成，其中，顶端部分电极称为供电电极，其余部分电极称为测量电极，所述供电电极与测量电极之间以绝缘短接相分隔；
②在单片机的控制下，向阵列电极系中的供电电极提供恒电位供电以对目标地层形成激发电场，此阶段称为电场激发阶段；
③激发电场断开以后，在单片机的控制下，阵列电极系中的每个测量电极采集其所在地层深度点的电位，并存储于单片机中，此阶段称为电位信息采集阶段；
④上述电场激发阶段与电位信息采集阶段交替进行，且时长相同；
⑤在电场激发阶段与电位信息采集阶段，所述阵列电极系均处于匀速上升状态，如果设上升速度为M厘米/秒，则测量电极之间的间隔即为M厘米；
⑥将每个测量电极所采集到的其所在各个地层深度点的激发极化二次场电位，经过深度归位后，以激发极化二次场电位为纵坐标，以电位衰减时间为横坐标作图，形成各地层各深度点的激发极化二次场电位衰减谱；
⑦激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱，通过分析弛豫时间谱可以用于确定渗透率等地层参数。

2、  根据权利要求1所述的激发极化谱测井方法，其特征在于：
所述阵列电极系共44个测量电极，彼此绝缘，采用在单片机控制下两组电极系组合的阵列式结构，即电极1～电极29为A组电极系，电极16～电极44为B组电极系；其中，电极16～电极29既作为A组电极系的补充电极，采集主工作电极1～电极15的后续数据，同时电极16～电极30又做为B组电极系的主工作电极，而B组电极系中的电极31～电极44作为电极16～电极30的补充电极，负责采集电极16～电极30的后续数据；
所述电场激发阶段中对电极系供电时间为15秒，断电后，电位信息采集阶段中测量时间亦为15秒，测速为10厘米/每秒。

一种激发极化谱测井方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在石油地球物理测井领域中的测井方法，具体的说，是涉及一种基于时间域的激发极化谱测井方法。
背景技术：
目前石油工业中使用的激发极化测井方法是一种基于时间域的测井方法，它可以被简述为：将测井仪器中简单排列的电极系下入地层，对目标地层施以直流电场，待地层建立起比较稳定的电场后，切断电源，然后测量断电瞬间由于地层的电弛豫产生的随时间衰减的二次场电位。这种现有的激发极化测井方法由于只有简单排列的电极系，因此只能测量激发电场断开瞬间的二次场电位衰减值，而无法得到地层的激发极化衰减谱，因此只能采用极化率参数定性评价地层水矿化度、渗透率等地层性质。由于极化率的影响因素比较复杂，在做地层评价时往往存在多解性，效果不理想。鉴于以上因素，现有的这种激发极化测井方法应用范围有限，没能发展成为一种常规的测井方法来使用。
发明内容：
为了解决现有激发极化测井方法只能测量激发电场断开瞬间的二次场电位衰减值从而导致应用该方法做地层评价效果不理想的问题，本发明提供一种激发极化谱测井方法，应用该方法后，在每个地层深度可以采集到若干个激发极化二次场电位衰减数据，形成激发极化二次场电位衰减谱，所包含的信息量要远远大于传统的激发极化率测井，这些激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱，通过分析弛豫时间谱就可以用于确定渗透率等地层参数，因此使得激发极化测井方法可以得到广泛的应用。
本发明的技术方案是：该种激发极化谱测井方法，包括以下步骤，即对目标地层施以直流电场，待地层建立起稳定电场后，测量断电后由于地层的电弛豫产生的随时间衰减的二次场电位，其独特之处在于：
①采用一个阵列电极系，所述阵列电极系由轴向以相等间隔固定于环氧玻璃钢绝缘支架上的若干电极组成，其中，顶端部分电极称为供电电极，其余部分电极称为测量电极，所述供电电极与测量电极之间以绝缘短接相分隔。为了保证了供电的均匀性，测量电极可以同时又做供电电极。
②在单片机的控制下，向阵列电极系中的供电电极提供恒电位供电以对目标地层形成激发电场，此阶段称为电场激发阶段；
③激发电场断开以后，在单片机的控制下，阵列电极系中的每个测量电极采集其所在地层深度点的电位，并存储于单片机中，此阶段称为电位信息采集阶段；
④上述电场激发阶段与电位信息采集阶段交替进行，且时长相同；
⑤在电场激发阶段与电位信息采集阶段，所述阵列电极系均处于匀速上升状态，如果设上升速度为M厘米/秒，则测量电极之间的间隔亦为M厘米；
⑥将每个测量电极所采集到的其所在各个地层深度点的激发极化二次场电位，经过深度归位后，以激发极化二次场电位为纵坐标，以电位衰减时间为横坐标作图，形成各地层深度点的激发极化二次场电位衰减谱；
⑦激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱，通过分析弛豫时间谱可以用于确定渗透率等地层参数。
在上述方案基础上，结合测井具体要求和地层情况，给出一个优化方案如下：
所述阵列电极系共44个测量电极，彼此绝缘，采用在单片机控制下两组电极系组合的阵列式结构，即电极1～电极29为A组电极系，电极16～电极44为B组电极系；其中，电极16～电极29既作为A组电极系的补充电极，采集主工作电极1～电极15的后续数据，同时电极16～电极30又做为B组电极系的主工作电极，而B组电极系中的电极31～电极44作为电极16～电极30的补充电极，负责采集电极16～电极30的后续数据。
所述电场激发阶段中对电极系供电时间为15秒，断电后，电位信息采集阶段中测量时间亦为15秒，测速为10厘米/每秒。
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案后，测井仪器通过单片机控制阵列电极系来激发地层和采集数据，在每个地层深度可以采集到若干个激发极化二次场电位衰减数据，形成激发极化二次场电位衰减谱，所包含的信息量要远远大于传统的激发极化率测井。这些得到的激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱，通过分析弛豫时间谱就可以用于确定渗透率等地层参数，从而使得激发极化测井可以广泛应用在石油测井领域。
附图说明：
图1是本发明中所涉及的阵列电极系的结构示意图。
图2是本发明中所述阵列电极系的工作原理示意图。
图3是本发明中所述阵列电极系的连续测量原理示意图。
图4不同供电时间的弛豫时间谱。
图5不同断电时间的弛豫时间谱。
图6不同供电电流的弛豫时间谱。
图7为应用本发明所测得的实际地层中某个深度点的激发极化二次电位衰减谱。
图中1-上绝缘头，2-数据传递短接，3-电路筒，4-供电电极，5-绝缘短接，6-测量电极，7-下绝缘头。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本种激发极化谱测井方法，是基于现有技术的基础上，即对目标地层施以直流电场，待地层建立起稳定电场后，测量断电后由于地层的电弛豫产生的随时间衰减的二次场电位。具体的说，在上述现有技术的大框架下，本发明做出的改进点在于：
①采用一个阵列电极系，所述阵列电极系由轴向以相等间隔固定于环氧玻璃钢绝缘支架上的若干电极组成，其中，顶端部分电极称为供电电极，其余部分电极称为测量电极，所述供电电极与测量电极之间以绝缘短接相分隔。为了保证了供电的均匀性，测量电极同时又做供电电极。图1是本发明中所涉及的阵列电极系的结构示意图。
②在单片机的控制下，向阵列电极系中的供电电极提供恒电位供电以对目标地层形成激发电场，此阶段称为电场激发阶段；
③激发电场断开以后，在单片机的控制下，阵列电极系中的每个测量电极采集其所在地层深度点的电位，并存储于单片机中，此阶段称为电位信息采集阶段；
④上述电场激发阶段与电位信息采集阶段交替进行，且时长相同；
⑤在电场激发阶段与电位信息采集阶段，所述阵列电极系均处于匀速上升状态，如果设上升速度为M厘米/秒，则测量电极之间的间隔即为M厘米；
⑥将每个测量电极所采集到的其所在各个地层深度点的激发极化二次场电位，经过深度归位后，以激发极化二次场电位为纵坐标，以电位衰减时间为横坐标作图，形成各地层深度点的激发极化二次场电位衰减谱；
⑦激发极化二次场电位衰减谱经过拟合后可以得到弛豫时间谱，通过分析弛豫时间谱可以用于确定渗透率等地层参数。
以上为本发明的基本方案。下面给出一个符合测井具体要求以及地层实际情况的优选实施例：
所述阵列电极系共44个测量电极，彼此绝缘，采用在单片机控制下两组电极系组合的阵列式结构，即电极1～电极29为A组电极系，电极16～电极44为B组电极系；其中，电极16～电极29既作为A组电极系的补充电极，采集主工作电极1～电极15的后续数据，同时电极16～电极30又做为B组电极系的主工作电极，而B组电极系中的电极31～电极44作为电极16～电极30的补充电极，负责采集电极16～电极30的后续数据。
所述电场激发阶段中对电极系供电时间为15秒，断电后，电位信息采集阶段中测量时间亦为15秒，测速为10厘米/每秒。
之所以作出上述选择，原因分述如下：
首先，选择电极系供电时间为15秒，断电后测量时间为15秒，且恒流源供电，这是因为：本发明的目的在于应用阵列电极系采集激发极化二次场电位衰减谱，再经过拟合得到激发极化弛豫时间谱，再根据弛豫时间谱确定地层参数。因此，需要分析供电时间和断电测量时间对弛豫时间谱的影响程度，据此来确定电极系参数、设计测井仪器。
图4是不同供电时间的弛豫时间谱。图中可见，在小孔隙对应的短弛豫时间范围内，所有供电时间的弛豫时间谱完全重合；随着供电时间的延长，极化逐渐充分，弛豫时间谱逐渐展宽。当供电时间大于10秒时，各弛豫时间谱的形态和幅值接近相同，因此选择供电时间15秒。
不同断电时间的弛豫时间谱如图5所示。与不同供电时间的情况一样，随着断电时间的延长，恢复平衡逐渐充分，弛豫时间谱逐渐展宽；当断电时间大于10秒时，各弛豫时间谱的形态和幅值接近相同，差异可以忽略不计，因此选择断电时间15秒。
为了在地层中建立起稳定的激发电场，采用恒电位供电方式，以避免因不同岩性的地层对电流的传导能力不同而造成的激发电场不稳定。采用恒电位供电方式会导致供电电流密度的不确定，而实验表明，供电电流的大小对激发极化弛豫时间谱影响非常小，图6中2mA、4mA和6mA三种电流供电时的弛豫时间谱基本重合。另有资料证明，岩石的激发极化二次场电位在很大范围内不受供电电流变化的影响，因此选择恒电位供电方式是有理论和实验依据的。
其次，选择测速为360m/h，由计算机控制断电后的数据采集，电极1采集断电瞬间所在深度第一个点的数据；1秒钟后，当电极2到达第一个采集点的深度时进行该深度第二点的数据采集；再过1秒钟，电极3采集该深度第三个点的数据，依次类推。当电极15在同一深度采集完成后，即可得到该深度点断电后15秒内15个点的激发极化二次场电位衰减数据。
从电极2开始，每个电极都是公用电极，都需要采集多个数据。即电极2采集第二深度点的第一个数据，同时采集第一深度点的第二个数据，共采集2个数据；电极3采集第三深度点的第一个数据，同时采集第二深度点的第二个数据和第一深度点的第三个数据，共采集3个数据；依次类推，电极4采集4个数据，······，电极15采集1～15深度点的全部数据，每个深度点采集一次，如图2所示，图2为本发明中所述阵列电极系的工作原理示意图。
之所以选择两组电极系组合的阵列式结构，是为了使测量连续进行，采用电极1～29为一组，电极16～44为另一组。电极16～30一方面与电极1～15同样工作，同时也作为电极1～15的补充电极采集其后续数据；同理，电极31～44作为电极16～30的补充电极，负责采集电极16～30的后续数据。图3为电极系的连续测量原理示意图。因为仪器供电时间15秒，断电时间15秒，测速10cm/s，所以仪器供电、测量一个周期内移动3米；而每套电极系每周期可以采集1.5米的地层数据，两套电极系刚好完成3米的地层测试，见图2。电场切断以后，电极1～15处在第二段地层的位置，这些电极与电极16～29组成第一套电极系，完成对第二段地层的测试；而电极16～30处在第一段地层的位置，这些电极与电极31～44组成第二套电极系，完成对第一段地层的测试。15秒之后，仪器已经运行1.5米，完成了对第一、二段地层的数据采集，一个测量周期结束，开始第二次供电。当供电15秒以后，第一套电极系的主电极，即电极1～电极15到达第四段地层的位置，开始对第四段地层进行测试，同理，第二套电极系的主电极，即电极16～电极30到达第三号地层的位置，开始对第三号地层进行测试。整个测量过程中，第一套电极系总是测量偶数层段、第二套电极系测量奇数层段，如此循环往复，实现对地层激发极化衰减谱的连续测量。
图2中，m1～m44为测量电极；D1～D30表示深度，t1～t15是时间，在深度随时间变化的坐标系中，所选中的节点数据均为有效数据，其它节点的数据都是无效数据；每个深度都可采集到一组共15个随时间衰减的激发极化二次场电位数据。采样后的数据经过深度归位后可得到各深度点的二次场电位衰减谱，再经过拟合得到激发极化弛豫时间谱。具体拟合过程可参考专利200410037439.8和专利200410037440.0文献中所公开的内容。
每组数据包括电位值和时间，以时间为横坐标，极化电位为纵坐标，画出激发激化谱。每个深度对应一组谱的数据，这样通过不断循环，完成不同深度的激发极化谱测量。应用本方法已经在大庆油田进行了现场测井，图8即为应用本发明所测得的实际地层中某个深度点的激发极化二次电位衰减谱，经过验证，与岩心实验给出的规律完全一致，由此可知本方法具有实用性与准确性，电极系工作正常，达到了预期的设计效果。综上所述，应用本发明中所述方法后，可以使得激发极化测井方法得到广泛的应用。