影响STAR微电阻率成像测井效果的因素分析

边仁河 李 慧 冯利军 李学敏

(大庆钻探工程公司测井一公司 黑龙江大庆)

影响STAR微电阻率成像测井效果的因素分析

边仁河 李 慧 冯利军 李学敏

(大庆钻探工程公司测井一公司 黑龙江大庆)

文章将STAR微电阻率成像电路原理及操作方法结合起来,针对STAR微电阻率成像测井四大影响因素(外界环境影响、极板压力、增益选择、时钟信号及同步信号)进行分析,提供有效地方法以便获得理想的成像效果图。

微电阻率成像;极板压力;自动增益;时钟信号;同步信号

0 引 言

微电阻率扫描成像测井是把地层岩性、物性的变化及裂缝、孔洞、层理等地层特征引起的电阻率变化,转换成图像上不同色度及形态的显示。微电阻率图像明暗色调的变化反映地层电阻率高低的变化,图像越亮,反映地层电阻率越高;图像越暗,反映地层电阻率越低。微电阻率成像测井为岩性识别、地层特征分析、储层评价、裂缝评价、构造分析、沉积分析提供了重要手段。

1 STAR微电阻率成像测井原理[1]

STAR微电阻率扫描成像测井仪是一种以极板为基础的聚焦型微电阻率测井仪器。STAR成像部分24个纽扣电极的极板安装在独立的井径臂上,每个极板有24个电极扣,分成两行排列,每行12个纽扣,钮扣之间距离为0.1 in(1 in=25.4 mm),而两排电极之间的距离为0.3 in。STAR在直径为7.875 in的井眼覆盖率大约为59%。电成像仪器产生144个微电阻率曲线轨迹代表每个电纽扣电流经过的地层特性。其工作原理类似于微聚焦侧向测量,其动态范围相似于地层倾角测井。

测井过程中,极板紧贴井臂,极板和钮扣电极向地层发射同极性的电流,仪器线路的金属外壳做为回路电极。极板的电位恒定,极板上发射的电流对钮扣电极的电流起着聚焦的作用,从钮扣电极流出的电流通过扫描测量方式被记录下来。由于极板电位恒定,钮扣电极的电流大小,主要反映井壁附近地层的电导率。当地层中出现层理、裂缝和渗透率发生变化时,钮扣电极的电流也随之变化。扫描测量24个钮扣电极电流的变化,然后进行特殊的图像处理,就可把井壁附近各点之间电阻率的差别,转变成彩色的图像,直观地反映井壁附近地层电阻率的变化。

STAR微电阻率扫描成像测井仪主要有以下几部分组成:

(1)极板和探头部分:极板部分有钮扣电极阵列,通过采样电路将一个极板的24个钮扣电流值通过一根数据线分时传送到电子线路部分。其中探头上的绝缘橡胶部分使其与电子线路绝缘,这样迫使电流从极板流入地层,回到电子线路外壳,并使两者之间有一定的电位差。

(2)电子线路部分主要由两大功能模块组成: Guard信号和Signal信号恢复电路,主要提高信号采集精度;Bucker自动增益控制电路,主要用来提高仪器的聚焦能力从而扩大仪器的动态范围。

(3)电源短接部分:由于微电阻率成像测井时需要的电流很大,专门有电源短接部分。它提供40伏的开关电源用于Bucker驱动电路;提供20 V的开关电源用于极板电路。

(4)测斜部分:测量仪器和井眼倾斜方位,用于对图像处理和倾角计算时的方位校正。

2 微电阻率成像测井影响因素[2、3]

2.1 外界环境因素

1)STAR要求导电的井眼流体,不能在油基泥浆中测井。

2)井中泥饼不能太厚,否则成像效果差,最好在测成像之前能通一遍井,消除泥饼的影响。

3)STAR仪器在下井之前要将极板纽扣用砂纸轻轻打磨,附在极板钮扣上的油污会影响成像质量。

2.2 极板压力因素

测井过程中,理想状态是始终保持仪器用最小的极板压力获得最佳的极板井壁接触。增大极板压力可使成像效果图更为理想,但过大的极板压力将导致极板的过早磨损以及工程安全问题。理想的成像效果图和工程安全问题之间存在矛盾。极板压力百分比表示的极板压力和实际中以磅表示的极板压力、井眼尺寸的函数关系。比如在9int井眼中,当padf值为10%时,极板与井壁之间为20多磅(1 b=0.45359 kg)(排除每支仪器微小的差异性)。虽然每家测井公司使用的极板压力不太一样,但根据经验,极板与井壁的最佳接触压力应该在20～30磅。

在测井过程中如果由于冲洗或特殊地层造成很大的井眼,此时操作工程师应该增大极板压力,使得极板与井壁之间有良好的接触。当由于大井眼所造成的成像效果图不清晰时,操作工程师可以增大极板压力对处在大井眼的地层进行补测。因此在特殊井眼状况下,极板压力需增大。

图1 朝翻×××-××井极板压力实验成果图

极板压力实验结果如图1所示,从图1可见,采用自动极板增益、屏蔽增益参数,当极板压力为-10时,井深1 069 m～1 071 m井壁划痕和泥浆涂抹清晰,但层理较模糊。当极板压力为5以上时,水平、斜、交错层理清晰,井壁划痕和泥浆涂抹较模糊。而极板压力达到10时,图像清晰度与5相当,说明再增大极板压力无意义,同时增大测井作业工程风险,所以这一地区极板压力应选择5。

2.3 增益选择因素

测井过程中,操作工程师需要控制三个增益,分别是Pad Gain、Bucker Gain、Guard Gain。

Pad Gain:地层信号增益。一般设置为1～3之间。

Bucker Gain:控制纽扣电压的驱动增益。隐含值最大为8,但测井时一般情况下操作工程师应该将最大值设置为10。

Guard Gain:极板电压信号增益。在测井时GUARD增益总处于Auto自动的状态。该电压一般应在300A/D～600A/D单位范围内。极板钮扣值、Guard电压值如图2中的show2d窗口所示。

操作工程师在测井过程中一般采取的是自动增益。而自动增益法则对成像质量方面有关键性的作用。

图2 show2d窗口

在大多数情况下,自动增益算法将给记录的数据提供最佳的增益。然而在高阻地层、电阻率特别低的地层、咸水泥浆时,增益需要操作工程师手动调整或者改变最小/最大增益限制。

下面将结合一些现象提供相关的解决办法。

(1)极板钮扣值大部分饱和,值为1 024。这种情况应该是处在盐水泥浆环境或者遇到电阻率特别低的地层,此时bucker增益来不及降低,导致极板饱和。此时应该将bucker增益减小至一个合适的值以至极板纽扣值不饱和。

(2)在高阻地层,成像的清晰度不高。这种情况发生时很有可能是bucker的最大增益限制过低导致bucker增益电路驱动不够。此时应该将bucker最大增益限制设置为10以获得良好的成像效果图。如果将bucker的最大增益限制设置为隐含值8时,此时不能获得最佳的信噪比。虽然此时图像也能够为解释工程师所用,但成像的清晰度会差一些。

没有特殊情况时,bucker的最大增益限制必须增加到10。而选择默认隐含值8,这对成像的质量是有影响的,尤其在高阻层。

2.4 极板时钟信号PCL K和同步信号PSYNC因素

由于六块极板共用一根PSYNC线和一根PCLK线时,一旦某一块极板PSYNC线或者PCLK线出现破损、绝缘问题时,将影响到六块极板的成像效果。

极板时钟信号PCLK和同步信号PSYNC对1-24号纽扣信号的采集有着关键性的作用。我们知道,8个纽扣为一组(有8个纽扣电路没画,但和U1、U2类似),钮扣值通过U1、U2采样,再通过U4分时传送到P+SIG信号线上。其中PSYNC通知所有极板从极板的第一个钮扣发送数据,PCLK步进24个钮扣,一次一个钮扣。

当PSYNC信号出现问题时,钮扣值将会以错误的顺序记录,钮扣1所显示的值可能实际上来自其他的任何钮扣值,同样其他的钮扣值可能来自按错误顺序记录的钮扣值,这样会导致成像效果图不连续,如果忽略了这些,也就很难发现极板图像有问题;当PCLK信号出现问题时,来自极板的某一个钮扣值将被读成极板24个钮扣值,这时可在STAR极板的成像显示图可以看出,成像显示图在水平方向上是没有变化的。

3 结束语

操作工程师在测井之前,不仅需要用极板模拟测试盒在地面进行检查,而且需要检查极板时钟信号线PCLK和同步信号线PSYNC的绝缘情况。在测井时,操作工程师对处在大井眼的地层应增大极板压力进行补测;同时根据不同的泥浆电阻率和地质特征,选择合适的增益。在成像效果图不理想或者出现问题时,操作工程师能够通过本文所提出的方法进行解决。

[1] 尉中良,邹长春.地球物理测井[M].北京:地质出版社, 2005

[2] BAKER-ATLAS WELL-LOGGING COMPANY.1025PA/ EA/MA Tool manual.2006(资料)

[3] BAKER-ATLAS WELL-LOGGING COMPANY.Instrument Operating Guide.2006(资料)

Bian Renhe,Li Hui,Feng lijun and Li Xiemin.Analysis on the influence factors of STAR resistivity image logging.PI,2010,24(4):34～36

This paper is based on a combined analysis of the circuit theory of the STAR Imager and its operating procedure. Four affecting factors are analyzed for getting ideal image data.

Resistivity image;Pad force;Auto gain;Clock signal;Synchronous signal

P631.8+1

B

1004-9134(2010)04-0034-03

边仁河,男,1972年生,工程师,1994年毕业于大庆石油学院测井专业,目前在大庆钻探工程公司测井一公司仪器维修中心担任副主任职务。邮编:163412

2010-02-02 编辑:梁保江)

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