一种地层水电阻率的测量方法及装置 【技术领域】
本发明涉及石油测井技术领域， 尤其涉及一种地层水电阻率的测量方法及装置。背景技术 地层水电阻率 Rw 是计算地层含水饱和度 Sw 或含油气饱和度 Sh 的极为重要的参数， 对于储层评价和测井解释有很关键的意义， 它取决于地层水的含盐成份、 矿化度和温度。
现有技术中， 确定地层水电阻率的方法有多种， 主要有水分析资料确定 Rw、 自然电 位计算 Rw、 视地层水电阻率法、 根据 Rt 和 Rxo 确定 Rw、 交会图法以及由地区统计规律确定 Rw 等方法。当有地层水样品的电阻率测量值时， 应优先使用测量的地层水电阻率。
在现有的这些方法中， 水分析实验方法及地层水样品电阻率测量方法得到的地层 水电阻率最为准确， 但是需要耗费较多的成本和时间， 而且不可能每口井都做这样的实验， 如果利用邻井数据则会产生较大误差。一般来说， 自然电位与地层水电阻率有很好的相关 性， 但是用自然电位求取地层水电阻率需要了解泥浆滤液电阻率的信息， 而泥浆滤液电阻 率难以准确求得。 其他方法由于考虑的因素较少， 受环境影响较大， 因此求得的地层水电阻 率普遍误差较大。因此急需一种简便而又精度较高的方法来求取地层水电阻率。
发明内容
本发明的目的在于将最小二乘拟合的方法应用于阵列感应测井数据， 以得到一种 精度较高的地层水电阻率的测量方法及装置。
本发明提供一种地层水电阻率的测量方法， 包括获取纯水层的包含多个不同探测 深度地层电阻率的阵列感应测井数据 ； 从所述的地层电阻率中获取分别与冲洗带深度、 过 渡带深度以及原状地层深度相对应的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率 ； 设定冲洗带地层水电阻率、 过渡带地层水电阻率以及原状地层地层水电阻率， 并根据阿尔 奇公式生成冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率 ； 将所述的冲洗带视 电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率与所述阵列感应测井数据中的冲洗带电阻 率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率的差平方之和作为目标函数， 利用最小二乘拟合法 生成所述原状地层的水电阻率， 并将生成的原状地层的水电阻率作为测量结果输出。
本发明还提供了一种地层水电阻率的测量装置， 包括 ： 测井数据获取单元， 用于获 取纯水层的包含多个不同探测深度地层电阻率的阵列感应测井数据 ； 电阻率获取单元， 用 于从所述的地层电阻率中获取分别与冲洗带深度、 过渡带深度以及原状地层深度相对应的 冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率 ； 视电阻率生成单元， 用于设定冲洗带地 层水电阻率、 过渡带地层水电阻率以及原状地层地层水电阻率， 并根据阿尔奇公式生成冲 洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率 ； 地层水电阻率生成单元， 用于将所 述的冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率与所述阵列感应测井数据中 的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率的差平方之和作为目标函数， 利用最 小二乘拟合法生成原状地层的水电阻率。测量结果输出单元， 用于将所述生成的原状地层的水电阻率作为测量结果输出。
本发明实施例的地层水电阻率的测量方法与装置， 与现有方法得到的地层水电阻 率比较， 计算结果精度比较高， 有很强的现场应用价值。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 并不 构成对本发明的限定。在附图中 ：
图 1 为本发明实施例的地层水电阻率测量方法的流程图 ；
图 2 为本发明实施例的地层水电阻率测量装置的结构示意图 ；
图 3 为本发明实施例得到的胶结指数与地层水电阻率的关系曲线 ；
图 4 为本发明实施例的某井的地层水电阻率计算值与实验结果的对比表。
具体实施方式
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下面结合附图对本发明实施 例做进一步详细说明。 在此， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 但并不作为 对本发明的限定。 步骤 101 ： 获取纯水层的包含多个不同探测深度地层电阻率的阵列感应测井数 据。本实施例中， 阵列感应测井仪器采用多种间距的线圈组合系列， 同时具有多个工作频 率， 这样就可以获得多个探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线。 它既能测量冲洗带、 过 渡带的电阻率， 也能测量原状地层的电阻率， 可以用来研究侵入带的变化， 确定过渡带的范 围， 因此阵列感应数据较为全面地反应了地层径向的电阻率变化情况， 具有大量的地层地 质数据信息。 在厚的纯水层上， 阵列感应测井数据是地层水与地层骨架共同作用的结果， 它 受地层水电阻率的大小影响很大。同时由于井眼又受泥浆侵入的影响， 这也会影响阵列感 应的测量值。
步骤 102 ： 从所述的地层电阻率中获取分别与冲洗带深度、 过渡带深度以及原状 地层深度相对应的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率。
井眼周围地层分为冲洗带、 过渡带和原状地层三部分。阵列感应测井数据一般包 括 6 个不同深度的地层电阻率， 按离井眼远近排序为 Rt1、 Rt2、 Rt3、 Rt4、 Rt5、 Rt6， 假设 Rt1 和 Rt2 测量的是冲洗带电阻率， Rt3 和 Rt4 测量的是过渡带电阻率， Rt5 和 Rt6 则测量的是原状地层电 阻率， 从而建立冲洗带、 过渡带和原状地层与所述阵列感应测井数据中的地层电阻率的对 应关系。
步骤 103 ： 设定冲洗带地层水电阻率、 过渡带地层水电阻率以及原状地层地层水 电阻率， 并根据阿尔奇公式生成冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率。
1、 设定三个地层的水电阻率
由于冲洗带和过渡带受泥浆侵入影响， 它们与原状地层的地层水电阻率可能会不 一致， 假设三个地层水电阻率 Rw1、 Rw2 和 Rw3 分别对应于冲洗带、 过渡带和原状地层。
2、 简化阿尔奇公式
选取比较厚的纯水层的阵列感应测井数据来求解地层水电阻率， 因此就有含水饱
和度 Sw ＝ 1。阿尔奇公式为 ：
同时取岩性系数 a ＝ b ＝ 1， 则由阿尔奇公式简化得到 ：
其中 为地层孔隙度， 在一个层位中取定值， m 为胶结指数。 3、 计算视电阻率 将设定的地层水电阻率 Rw1、 Rw2 和 Rw3 代入 (1) 式中得到视电阻率 ：
其中， 地层水电阻率 Rw1、 Rw2 和 Rw3 的初值可赋值为 0.01 或全 0。步骤 S104 ： 将所述的冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率与 所述阵列感应测井数据中的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率的差平方之 和作为目标函数， 利用最小二乘拟合法生成所述原状地层的水电阻率， 并将生成的原状地 层的水电阻率作为测量结果输出。
1、 采用的目标函数是 ：
其中 Rti’ 和 Rti 分别是步骤 103 中求得的视电阻率和阵列感应测井数据。内层的 表示对一个测量深度的 6 个数据进行差平方和， 外层的求和符号∑表示对整个求和符合层位上所有的测量深度进行求和。此时目标函数中有三个变量 ： Rw1、 Rw2 和 Rw3。
2、 根据约束条件求解
本实施例中， 对目标函数中的变量 Rw1、 Rw2 和 Rw3 求解， 采用最小二乘拟合法。首先 对三个参数 Rw1、 Rw2 和 Rw3 设定约束条件， 设定其值的变化范围， 然后不断改变它们的值直到 (2) 式中的目标函数 f 最小， 此时得到的 Rw3 就是所求的地层水电阻率。 但本发明不限于此， 也可以采取规划求解的方法， 不断改变 Rw1、 Rw2 和 Rw3 的值， 使目标函数 f 最小。
图 2 为本发明实施例的地层水电阻率测量装置的结构示意图。如图所示， 本发明 实施例的地层水电阻率测量装置包括 ：
测井数据获取单元 101， 用于获取纯水层的包含多个不同探测深度地层电阻率的 阵列感应测井数据。所述的阵列感应测井数据包括 6 个不同探测深度的地层电阻率， 按离 井眼由近至远分别为 Rt1、 Rt2、 Rt3、 Rt4、 Rt5、 Rt6。
电阻率获取单元 102， 用于从所述的地层电阻率中获取分别与冲洗带深度、 过渡带 深度以及原状地层深度相对应的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电阻率。 其中， 冲洗带电阻率对应为 Rt1、 Rt2， 过渡带电阻率对应为 Rt3、 Rt4 以及原状地层电阻率对应为 Rt5、Rt6。 视电阻率生成单元 103， 用于设定冲洗带地层水电阻率、 过渡带地层水电阻率以及 原状地层地层水电阻率， 并根据阿尔奇公式生成冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原 状地层视电阻率。
阿尔奇公式存储单元 104， 用于存储简化后的阿尔奇公式。其中， 根据预设的含水
饱和度为 1， 岩性系数为 1， 则简化的阿尔奇公式为 ： 地层水电阻率设定单元 105， 用于设定所述冲洗带的地层水电阻率为 Rw1、 过渡带 的地层水电阻率为 Rw2 和原状地层的水电阻率为 Rw3。
则所述的视电阻率生成单元 103 根据所述简化后的阿尔奇公式生成的冲洗带视 电阻率、 过渡带视电阻率以及原状地层视电阻率分别为 ：
目标函数建立单元 107， 用于将所述的冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以及原状 地层视电阻率与所述阵列感应测井数据中的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状地层电 阻率的差平方之和作为目标函数， 所述目标函数为 ：
其中， Rti’ 为所述根据简化的阿尔奇公式生成的冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率 以及原状地层视电阻率， 以及 Rti 为所述阵列感应测井数据中的冲洗带电阻率、 过渡带电阻 率以及原状地层电阻率。
地层水电阻率生成单元 106， 用于将所述的冲洗带视电阻率、 过渡带视电阻率以 及原状地层视电阻率与所述阵列感应测井数据中的冲洗带电阻率、 过渡带电阻率以及原状 地层电阻率的差平方之和作为目标函数， 利用最小二乘拟合法生成所述原状地层的水电阻 率。 根据预设的地层水电阻率的约束条件， 利用最小二乘拟合法使得所述目标函数最小时， 生成的 Rw3 即为所求的原状地层的地层水电阻率。
测量结果输出单元 108， 用于将所述生成的原状地层的水电阻率 Rw3 作为测量结果 输出。
图 3 为本发明实施例得到的胶结指数与地层水电阻率的关系曲线。如图所示， 为 不同的胶结指数 m 值得到的地层水电阻率 Rw3 值， 在已知所研究地区的胶结指数的情况下我 们就能由这条曲线获得地层水电阻率。
图 4 为本发明实施例的某井的计算结果与实验测量结果的对比表。可以看出， 根 据本发明的技术方案计算得出的结果基本上都在实验值的范围内， 符合实际情况， 可以推 广应用于实际生产中。
以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限定本发明的保
护范围， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本 发明的保护范围之内。