[发明专利]一种过金属套管磁声电阻率成像测井方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油勘探领域中测量井周电阻率分布的方法，特别涉及金属套管井的井周地层电阻率成像测井方法。

技术背景

石油勘探测井被称为“石油工业的眼睛”，借助测井技术，石油地质学家和石油开发工程师能够了解井筒周围地层的孔隙度、渗透率和含油气饱和度等重要信息。

为了实现油田的稳产和高产，各个油田都面临着有效的金属套管井中的剩余油评价和流体动态检测这一难题。金属套管的电阻率通常是被测试地层电阻率的10⁷～10¹⁰倍，磁渗透率是被测试地层磁渗透率的10～200倍，金属套管与地层在电磁属性上的巨大反差，造成金属套管井中电阻率测井和裸眼井中电阻率测井在物理上存在着巨大的差异：金属套管本身就是一个巨大的导电电极。在尝试通过金属套管把电流传导到地层中去时，由于电流会沿着电阻率最小的路径完成电流回路，导致在低电阻率的金属套管和地层之间，大部分电流会沿套管流动而仅有非常微弱的地层漏失电流；另一方面，井眼周围的电流泄漏发生在整个套管长度上，每米长度上的泄漏量非常少。上述事实导致过金属套管电阻率测量难度远远高于在裸眼井中测量地层电阻率，各种有效的裸眼井电阻率测量方法在金属套管井中不再适用。

前苏联在上世纪三十年代末最早提出了“过钢套管测地层电阻率”的设想，希望能够基于电法测井原理透过金属套管测量地层的电阻率，从而实现对金属套管井中油层剩余油饱和度评价。国际上几大测井服务公司在上世纪末先后基于该思想开发出各自的过套管电阻率测井仪。过金属套管电阻率测井在理论上较为简单，主要是基于传输线理论，通过测定通过金属套管泄漏到邻近地层中的电流来获取套管外地层的电阻率。由于微弱的地层电磁信号会被巨大的套管信号屏蔽掉，这给过金属套管电阻率测井的实现带来诸多困难，包括纳伏级微弱信号的检测、各种干扰信号对微弱有效信号的影响、后期资料处理和解释困难等等。上述困难造成现有过金属套管电阻率测井仪器的使用效果不尽如人意，主要体现在测量误差较大、地层电阻率有效测量范围受限、测量效果受地层水矿化度影响严重（在地层水矿化度低于5KPPM的情况下不宜使用）、垂直分辨率和测量精度不理想、水泥环对地层电阻率测量结果的影响较大、测井资料解释方法不成熟等方面。

尽管电法、声波这两大类测井技术已经非常成熟，可是单一的电法成像或声波成像还不能很好地实现过金属套管的电阻率成像，现有的套管井剩余油评价技术不能满足测井工程的要求和油田开发的现实需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有过金属套管电阻率测井方法的缺点，提出一种高空间分辨率的过金属套管地层电阻率成像测井方法。

本发明主要针对金属套管井的地层电阻率测量过程中，金属套管对于所发射和接收电磁信号的巨大屏蔽作用，提出一种新的套管井电阻率成像测井方法——过金属套管磁声电阻率成像测井方法。

本发明测井方法利用布置在井中的磁体在井周地层产生静磁场，利用井中的聚焦超声发射探头激发井周地层目标区域按一定频率的振动，在超声激励和已知静磁场共同作用下产生洛伦兹力，在地层中形成电流场。测量该电流场的电压信号，同时测量超声回波信号确定质点振动速度，进一步重建获得地层电阻率分布。

本发明方法根据以下建立的电压信号与电阻率的非线性关系，重建地层的电阻率图像。

重建过程包括五个步骤：

1、利用互易定理建立实际测量过程与假想过程物理量的对应关系

（1）实际测量过程为：在超声激励和静磁场共同作用聚焦区中，质点振动速度为Ve_r，静磁场为-Be_z，所述的静磁场由磁体系统产生，其对应的磁感应强度B是已知的，质点振动速度V是通过超声回波测定的。测量线圈测量到的电压信号为U，e_r和e_z分别为圆柱坐标系下r和z方向的单位矢量。

（2）假想过程为：去除超声激励和静磁场，将实际测量过程中的测量线圈，改为激励线圈，并通入单位电流，设此时在聚焦区的电流密度的φ分量为J，聚焦区很小，则根据互易定理有：

U＝∫_s-Je_φ·(Ve_r×Be_z)ds    （1）

这里e_φ为直角坐标系下φ方向的单位矢量。

2、根据测得的电压重建聚焦区内假想过程的电流密度的φ分量；

实际上聚焦区面积S很小，可以假定聚焦区内质点振动速度、静磁场、电流密度均匀，则根据公式（1），有