随钻井间电位层析成像系统和方法 所属技术领域
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 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， 搞清剩余油分布状况， 提高油田采收率， 是目前迫切需要 解决的问题。
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。
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、 开发过程中的井间地层分布的情况。
发明内容
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。
为了实现上述目的， 本发明提出了以下技术方案 ：
1、 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 ：
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， n ≥ 1， 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 Nn-COMn、 Mn-COMn 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。2、 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。
3、 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。
4、 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 ：
①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 ；
②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、 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。
6、 上述方案中， 所述测点共有 24 组， 即 n ＝ 24 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 Nn-COMn、 Mn-COMn 之间的电压。
7、 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。
8、 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。
9、 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。
10、 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。
11、 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。
12、 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 ：
①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 ；
②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、 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。
14、 上述方案中， 所述测点共有 24 组， 即 n ＝ 24 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 Nn-COMn、 Mn-COMn 之间的电压。
15、 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。
16、 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。
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
图 1 是本发明随钻井间电位层析成像系统原理图 ； 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 ； 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 ； 图 4 是本发明一个实施例在现场实际测点布置的示意图 ； 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
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， 只要符合本发明的精神， 都应该包括于本发明的保护范 围内。
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。
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 COM1 之间的电位差值， 其中 COM1 是公共端 ； 本发明的系统包含 n 组这样的测点， 如图 1 所示的 M2、 COM2、 N2......Mn、 COMn、 Nn， ， 其中 n 是自然数。
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。
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。
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。
以上是对本发明原理的说明， 下面结合附图通过具体实施例做进一步说明。 本发明的随钻井间电位层析成像系统包括以下单元 ：
一、 信号发射单元
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。
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。
本发明利用钻杆 100 作为信号发射电极， 其工作原理详见前文所述。
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。
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 DDPI-EMT 能加载伪随机编码的可控信号发射仪 ( 已另行申请专利 )。DDPI-EMT 能加载伪随机编码的可控信号发射仪技术指标如下 ：
1、 最大输出电流 ： 20A 每安培 1 档 ；
2、 稳流精度 ： ±0.5％ FS ( 负载变化 10％ ) ；
3、 晶体频率稳定性 ： 0.01％ ；
4、输 出 电 压 ： 50V、 100V、 150V、 200V、 250V、 300V、 350V、 400V、 450V、 500V、 550V、 600V ；
6、 频率 ： 0.1、 0.3、 1.0、 3.0Hz ；
7、 时域脉宽 ： 1、 2、 4、 8、 16、 32 秒和直流 ± 向 ；
8、 该系统可以接受外同步控制 ( 伪随机码 ) ；
9、 抗震性能按国家野外仪器标准执行 ；
10、 各种保护措施齐全， 在欠流、 过流、 超温、 过压时有保护作用。
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 ：
(1) 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。
(2) 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。
(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。
二、 信号采集单元 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 DDPI-EMR 能加载伪随机编码的可控 信号接收仪 ( 已经另行申请专利 )。
若干组测点即图 1 所示的 M1、 COM1、 N1， M 2、 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。
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 COM1、 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。
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 端子， 分别称为内、 中、 外端子， 用于测试 Nn-COMn、 Mn-COMn 之间的电压。这 24 组测点传输的 Nn-COMn、 Mn-COMn 之间的电位差信号被传输至信号接收装置， 比如 DDPI-EMR 能加载伪随机编码的可控信号接收仪。
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。
三、 信号处理单元 ( 图中未示 )
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 Nn-COMn、 Mn-COMn 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。
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。
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 DDPI-EMT 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 DDPI-EMR 能 加载伪随机编码的可控信号接收仪， DDPI-EMR 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 DDPI-EMT 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置 200 向地层发射信号， 并通过 DDPI-EMR 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。
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。
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。
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。