[发明专利]激发极化和自然电位组合测井仪及解释方法

说明书

本发明涉及一种改进的激发极化和自然电位组合测井仪器及其解释方法。特别是一种能够在石油地质勘探和开发测井中同时定量求解地层阳离子交换量Qv和动态地层水电阻率Rw的仪器和方法。

在石油开发中，油层特别是泥质砂岩油层，经长时间注水开发后，油层的物理状况和各项参数都发生了变化，要求解水淹后的泥质砂岩油层的剩余油饱和度，其技术难题在于准确求解水淹后的地层水电阻率Rw和校正粘土对于地层电阻率的影响。

经国际联网中心工作站科技项目咨询及查新报告的证明：通过手工检索和机器检索，共获得14篇相关文献。其中文献[1]描述在淡水泥浆中自然电位测井的校正方法；[2]为泥质砂岩中的激发极化测井，介绍粘土平衡离子对激发极化的影响；[3]介绍激发极化的理论，解释激发极化的动态响应；[4]通过实例分析用自然电位计算矿化度时，高矿化度和温度异常的原因；[5]评价原状地层电阻率--自然电位交绘图的优点和局限性；[6]讨论自然电位和电阻率测井现场确定沉积岩有效阳离子交换量剖面，并将该方法用于地热储集层；[7]介绍包括自然电位测井法在内的多种方法，用于评价天然裂缝储集层；[8]是泥质砂岩储集层中含水饱和度与可动油气体积的预测方法，水饱和度；[9]是通过自然电位测井确定地层边界(苏联专利)；[10]利用时间推移测井，自然电位测井法确定注入蒸汽剖面(美国专利)；[11]用激发极化测井法确定泥质含量和含油饱和度(美国等多国专利)；[12]介绍一种自然电位测井方法(美国专利)。

由此可见，目前在国外，只有美国研制出一种实验性的激发极化测井仪器，从检索出来的14篇相关文献来看，还未发现有关同时定量求解阳离交换量，动态地层水电阻率和剩余油饱和度测井方法和仪器方面的文献。

本项发明的目的是要提供一种改进的激发极化和自然电位组合测井仪及解释方法，它能有效地定量求解地层阳离子交换量和动态地层水电阻率，从而能更准确地确定勘探井含油饱和度及水淹层剩余油饱和度。

本项发明是以如下方式完成的：首先由地面恒流源通过自动控制测量面板给井下供电电极供电，使地层产生极化场，然后断电，极化场随时间逐渐衰减。测量电极(Ag-AgCl电极)通过测量控制面板在预定时间将供电时的一次电位和断电后的极化电位(二次电位)瞬时信号送到测量放大面板，经放大后送至CPU单板机进行处理并分离滤波，输出电阻率、极化率、极化电位和自然电位测井曲线，再利用极化率和自然电位解释模型处理这些测井曲线，便可得到所需的地层水电阻率Rw和地层阳离子交换量Qv。本发明主要是由地面仪器、井下仪器和与之配套的解释方法和软件构成。

关键技术：

1.岩石激发极化和自然电位自动控制测量方式及指数规律采样和程序处理技术。

本套发明装置可在不破坏岩石原始结构的状态下测量其阳离子交换量，用来研究岩石极化率和自然电位与Qv和Rw之间的关系。

本发明装置包括如下几个部分：(1)岩芯室装置及压力系统；(2)泵循环系统；(3)自动控制测量面板；(4)386计算机及A/D、D/A卡和打印机；(5)控制测量处理软件；(6)装置自校刻度配件。

利用此套装置可不破碎岩芯，用较小的岩样，通过测量岩石的自然电位值(俗称薄膜电位)来确定阳离子交换量。

粘土矿物的影响表现在两个方面：粘土的几何形态可能会影响电流的传导特性，粘土矿物通过离子交换作用具有传导电流的能力。本装置测量得到的Qv值是能参与流动的那些粘土平衡离子，而不包括由于破碎样品而释放出的平衡离子，此值是用于Waxman-Smits方程中的最佳数值，用此装置和测量方法可提供样品各向异性和同类样品有代表性的Qv值。

本套装置在测量岩石的极化电位时，控制采样程序设计为按指数规律采样，因极化电位在刚断电瞬间衰减很快，其后逐渐缓慢。按指数规律采样，既反应了岩石的衰减特征，又节省内存，有利于数据分析处理。ΔU₂(t)的采样间隔时间为：

        t＝xⁿ     n为自然数  n≥9，               (1)

        1＜x≤1.2

不同岩样的极化率值[η(t)＝ΔU₂(t)/Up]及其衰减规律均不同，此系统可记录整条衰减曲线。因为记录一条衰减曲线要比观测曲线下的面积或频率效应的读数包含的信息多得多，可为岩性分析提供更有效的依据。此外，还能将这条曲线变换成频率曲线(作付里叶变换)，在频率域进行特征参数关系分析。

利用这套装置可研究岩石极化率和自然电位与Qv和Rw(＝1/Cw)之间的关系，这为理论模型的研究提供了基础实验条件。