套管井电阻率测量历史

2686测井仪器

测量套管外电阻率一直是油田作业的 一个梦想。在20世纪30年代,在Conrad和 Marcel兄弟引进第一条裸眼井测井曲线后, 业界就已认识到了在套管井中使用对应的测井仪器在几千口井中来评价漏失的油层以及监测生产的重要性,而这些井早在测井方法出现以前就已完井生产。为了获取套管外的电阻率,必须测定通过套管泄漏到邻近地层中的电流。尽管在理论上相对简单,由于套管和地层电磁性的差别悬殊, 实施过程变得非常困难。钢质套管的导电性是测试地层导电性的107到1010,并且其磁渗透率是地层10-200倍。地层和套管性质悬殊之大的净效应即是微弱的地层信号被巨大的套管信号屏蔽掉了。

在过去的60年中,涌现出无数可以测量和获取套管井地层电阻率的理论、方法和设备专利,其中有电极或侧向测井方法 一也包括感性测井方法。

许多方法无法识别出和补偿影响测量的一些因素,其中有最佳电极距,电极接触电阻率的变化,套管厚度、电阻和趋肤效应的变化一一实际泄漏到地层中的电流量仅占外加到套管上电流的很少一部分。套管电阻的变化是由制造公差,化学组成,腐蚀 和裂缝造成的。理论上一些方法可以获取有效的数据。然而,极低的信噪比和授予这些专利时可用技术的局限性使得小到毫微伏的地层信号无法精确测量。

至今,只有电极方法才是可行的方法。 1939年授予Alphin的苏联专利和1949年授予 Stewart美国专利分别提出测量的基本原 理,1972年,一项法国专利颁给了一种使 用六个电极和两步测量法的测井方法,与使用的第一个示范测井仪器相近,而这种仪器是由Vail 二十年以后开发的,直到进 入20世纪90年代,电子技术的发展才使得开发这种测井仪器成为可能。

开始于2 0世纪8 0年代晚期, ParaMagnetic Logging (PML)提出了设计和数据获取方法,由此诞生了第一种示范测井 仪器。同时期的Alexander Kaufman独立地提出了和Vail相似的解决方案。初始可行性研究,测井仪器开发和固井水泥评价工作得到了多个组织或集团支持并且提供资金, 其中包括油田作业公司、服务公司、美国能源部、美国环境保护署以及天然气研究院 (GRI,现在的天然气技术研究院GTI)。

1992年PML测井仪的首次试用证实了提出的测量理念,并且显示了下列重要几 点,首先,测量结果证实了其工作原理,并且读取的数据通常和裸眼井侧向测井有相同的特征。其次,测试具有重复性并且测量范围在7到100ohm.m之间,再次,套管固井水泥不影响测试,最后,垂直分辨率处于几 个电极距的一段以内。 1994年,美国科罗拉 多州Rifle DOE MWX-2研究气井上实现了首次成功应用,采用改进的PML设计。1995年, 西方阿特拉斯国际公司开始和GRI (天然气研究院)一道开发商业化的测井仪器,并在 两年以后,取得PML及其技术,贝克阿特拉斯的TCRT过套管电阻率仪是目前在现场测试样机。

斯伦贝谢公司对套管外电阻率测井工具的兴趣是开发CPET腐蚀和防护评价测井的必然结果。这种仪器已经应用了四级电极来测量套管电阻和电流。20世纪80年代 晚期,研究工作在美国康涅狄各州Ridgefield 的斯伦贝谢-道尔研究中心(SDR)开展。 1992年,在法国Clamart斯伦贝谢产品中心(SRPC)建立了一个套管井地层电阻率项目。 1995年,SRPC项目组在自己设计努力的基础 上,对PML技术进行评价,并且继续开发斯伦贝谢的CHFR。研究和工程方面的大量努 力诞生了新型井下电子线路和信号处理技 术,还有井下供电方法和保持电极与套管 接触的方法。单信道试验测井仪在1996年进 行了第一次测井。1998年,加入了双信道设计的第二代试验测井仪投入油田现场使用。 后续的工程样机和商业测井仪器均采用了 双信道的设计。世界上有100多口井成功 进行了 CHFR测井服务,并且测井仪器正在 扩大生产以满足全球不断増加的需求。

与传统核测井仪器得出的套管井饱和度监测结果相比,CHFR测井工具探测深度更远,可以接近2m(6.6英尺),核测井仪探测深度约25cm (10英寸)。与核测井不同, CHFR测井仪可在低地层孔隙度或矿化度的条件下正常工作,并且可以简单直接的与裸眼井电阻率测井曲线做比较。