水平井中三维感应测井响应分析与资料处理应用_陈涛.pdf

Vol.46 No.6 Dec 2022第46卷 第6期 2022年12月测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGY文章编号：10041338（2022）06071407水平井中三维感应测井响应分析与资料处理应用陈涛1，2，白彦1，2，田豆1，2，邢光龙3，宋青山1，2，陈亮1，2（1.中国石油集团测井有限公司测井技术研究院，陕西 西安 710077；2.中国石油天然气集团有限公司测井重点实验室，陕西 西安 710077；3.燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004）摘要：为解决三维感应仪器（3DIT）在水平井推广应用过程中遇到的现实技术难题，从分析水平井中三维感应测井响应特征着手，建立水平井中三维感应测井资料处理方法，进一步发掘三维感应测井仪器在水平井开发中的应用价值。首先，基于均匀单轴各向异性地层模型，定量分析三维感应仪器测井响应与地层水平电阻率和垂直电阻率的变化关系。其次，基于三层平面分层地层模型，利用测井响应数值计算软件进一步模拟地层水平和垂直电阻率、围岩电阻率、层厚、倾角、仪器探边距离等参数对仪器响应的影响，建立三维感应测井响应特征数据库，并形成水平井中三维感应测井邻层影响校正图版。在此基础上，初步建立以视值处理和图版校正为核心流程的水平井三维感应测井资料快速有效的处理方法。实际测井资料处理揭示了三维感应测井在水平井目的层地质构造描述和储层评价中有重要的应用价值。关键词：测井解释；水平井；三维感应仪器；响应特征分析；各向异性地层中图分类号：P631.84 文献标识码：ADoi:10.16489/j.issn.10041338.2022.06.012Application of 3D Induction Logging Response Analysis and Data Processing in Horizontal Wells CHEN Tao1,2,BAI Yan1,2,TIAN Dou1,2,XING Guanglong3,SONG Qingshan1,2,CHEN Liang1,2(1.Logging Technology Research Institute,China National Logging Corporation,Xian,Shaanxi 710077,China;2.Well Logging Key Laboratory,China National Petroleum Corporation,Xian,Shaanxi 710077,China;3.School of Information Science and Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei 066004,China)Abstract:In order to solve the practical technical problems encountered in the application of three-dimensional induction tool(3DIT)in horizontal wells.This paper establish the data processing method of 3DIT in horizontal wells by analyzing the response characteristics of 3DIT in horizontal wells,and further explores the application value of 3DIT in horizontal wells.Firstly,with the homogeneous uniaxial anisotropic formation model,the relationship between the logging response of 3DIT and the horizontal and vertical resistivity changes of the formation is quantitatively analyzed.Secondly,with the three-layer planar stratified formation model,the effects of parameters such as horizontal and vertical resistivity,shoulder bed resistivity,layer thickness,dig angle,and detection distance on tool response are further simulated by using logging numerical software.3DIT induction logging response database is established,and 3DIT logging environment correction chart in horizontal wells is formed.On this basis,a fast and efficient 3DIT logging data processing method in horizontal wells is established with the apparent processing and the correction of pattern as core process.The actual logging data processing shows that 3DIT has important application value in geological description and reservoir evaluation in the horizontal wells.Keywords:log interpretation;horizontal well;three-dimensional induction tool;logging response analysis;anisotropic formation0 引 言水平井开发技术已经成为最重要的油田开发技术之一，水平井开发为油气田开发带来巨大效益的同时，也给三维感应测井仪器应用带来了新的难题 1-2。在水平井条件下，地层界面与井眼轨迹接近平行，三维感应测井仪器响应随地层电导率的变化规律与直井的变化规律具有较大差别，直井中几何因子的信基金项目：中国石油天然气集团有限公司重大工程技术现场试验项目“三维电阻率成像测井仪器现场试验”（2020F-42）；中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发课题“测井装备数字孪生技术研究”（2021DJ3802）；国家自然科学基金资助课题“多分量感应测井相关理论精准模拟的传输矩阵与积分方程方法研究”（61671401）第一作者：陈涛，男，1972 年生，教授级高级工程师，从事测井仪器研发与技术研究。E-mail：陈涛，等：水平井中三维感应测井响应分析与资料处理应用第46卷 第6期715 号处理方法不再适用，只能通过反演方法确定地层参数。学者们对感应测井在大斜度井和水平井中的响应特征及其影响校正进行了大量研究。Hardman3和Anderson等4求解了任意多层介质中任意方向感应测井线圈的测量响应。Clavier 5分析了斜井和水平井中井眼倾角对测井结果的影响。Gianzero 6对水平井中的感应测井、电阻率测井和随钻测井仪器响应特征进行了深入研究。Howard等7研究了倾斜地层中包含了井眼和钻井液侵入时的感应测井响应，应用电场矢量积分方程，从理论角度解决了数值模拟计算量大的问题。林蔺等 8研究了随钻测井、阵列感应和阵列侧向测井在水平井中的应用，通过实例分析说明阵列感应测井能够识别水淹层，并为水淹层提供精确的电阻率。Rabinovich等9在水平井中应用阵列感应测井判断含水层和致密层，并且估计致密层的探边距离。Kriegshuser等10-12研究了利用多分量感应测井数据在大斜度井和水平井中进行泥质砂岩解释评价的方法。该文从水平井的2种地层模型着手，明确了水平井三维感应测井资料处理正反演问题，简述了水平井中三维感应测井资料处理方法。基于均匀单轴各向异性地层模型，定量分析了三维感应仪器（three-dimensional induction tool，3DIT）测井响应与地层水平电阻率和垂直电阻率变化的关系；利用测井数值软件模拟水平井三层平面分层地层模型测井响应，分析地层测量电阻率受邻层的影响（上下围岩电阻率与层厚等参数），建立了三维感应测井响应特征数据库，并形成水平井中三维感应测井邻层影响校正图版13-15。在此基础上，建立了以视值处理和图版校正为核心流程的快速高效的水平井三维感应测井资料处理方法。通过对实际测井资料进行处理，揭示了三维感应测井在水平井目的层地质构造描述和储层评价中的重要应用价值 16-17。1 水平井三维感应测井资料处理方法3DIT仪器有7个仪器源距逐渐变长的子阵列，其中3个是九分量测量子阵列，分别记为子阵列24、60、90 16。根据电磁场的GREEN函数理论，可以建立3DIT仪器一般意义上的测井响应方程16-20。依据测井响应方程，结合水平井地层模型，可以建立水平井条件下3DIT仪器测井资料处理正反演方法。不同于垂直井和斜井，水平井中一般采用简化的三层平面分层地层模型来展现三维感应测井原理（见图1）。duRhRvdRRuMRmudCal水平井垂直井斜井3DIT仪器测量点M所在层为目的层，一般设定该目的层为电阻率单轴各向异性地层；上下围岩层是电阻率各向同性地层。不考虑上下围岩和井眼影响，水平井三层平面分层地层模型可简化为均匀单轴各向异性地层模型。在地层坐标系中，单轴各向异性电导率张量 可以写成对角矩阵形式见式 （1），Rh 和Rv分别为水平电阻率和垂直电阻率，h和v为对应的水平和垂直电导率。=hhvhhv000000100010001RRR（1）水平井中，仪器相对于地层面法向（一般沿着垂直方向）的倾角90 ，3DIT测井响应计算就是已知地层和仪器的参数，利用测井响应方程计算3DIT仪器3个子阵列的9个电导率分量，构成了一个33的测量矩阵（=X，Y，Z）。图1所示地层模型的地层和仪器参数包括目的层水平、垂直电阻率Rh 和Rv，仪器测量点M到上下边界的距离u和d，仪器相对于地层面的倾角，上下围岩层电阻率Ru 和Rd，以及井眼参数钻井液电阻率Rmud、井径Cal。均匀单轴各向异性地层模型，测量矩阵是一个对称张量，存在解析解 2,4；若不考虑井眼影响，水平井三层平面分层地层模型可以采用半解析-半数值快速算法求解；含井眼水平井三层平面分层地层模型需要采用仿真软件计算测井响应的数值解。水平井中3DIT测井资料处理方法可归结为已知测量点M的阵列测井响应电导率，基于式 （2）式（4）反演水平井三层平面分层地层参数。其中，Rh、Rv对目图1 水平井三层平面分层地层模型2022年测 井 技 术716 的层储层评价有应用价值，u、d和结合连斜测井可提供仪器的倾角信息，描述目的层的地质构造。水平井的2种地层模型为均匀单轴各向异性地层模型见式 （2）和三层平面分层地层模型见式 （3）和式 （4），该模型可以细化为2种。ttf LLR R=(),;,RBhv（2）ttf LLR R R R u d=(),;,RBhvud（3）ttf LLR R R R Ru d Cal=(),;,RBhvudmud（4）式 中，t为和对 应 测 量 分 量 的 电 导 率，S/m，=X，Y，Z表示测量分量；t表示3DIT仪器不同子阵列，t=1 27,；f为仪器的工作频率，Hz；LLRB,分别为仪器的主线圈和屏蔽线圈源距，m。2 水平井测井资料响应特征分析2.1 均匀单轴各向异性地层利