电阻率各向异性多参数逐级反演与应用_胡文亮.pdf
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1、测 井 技 术WELL LOGGING TECHNOLOGYVol.47 No.2 Apr 2023第47卷 第2期 2023年4月文章编号:1004-1338(2023)02-0183-06电阻率各向异性多参数逐级反演与应用胡文亮1,张国栋1,刘保银2,罗健1,魏晓晗1(1.中海石油(中国)有限公司上海分公司,上海 200335;2.杭州迅美科技有限公司,浙江 杭州 310012)摘要:随钻电磁波电阻率测井应用广泛,已成为海上斜井、水平井的必测项目之一。但受储层各向异性、钻井液侵入等因素的综合影响,随钻电磁波电阻率测井仪器测量的电阻率失真,给饱和度定量评价带来不确定性。以斯伦贝谢公司随钻电磁
2、波电阻率测井仪器ARC675为例,利用矢量有限元方法进行仪器响应仿真模拟,考察仪器在各向异性、侵入等情况下的测井响应特征,进一步利用各向异性-侵入逐级反演的方法实现多参数综合反演,获得水平和垂直电阻率、钻井液侵入深度与各向异性等参数。利用上述方法对某大斜度实钻井进行随钻电磁波电阻率逐级反演处理,结果显示,实测视电阻率、反演电阻率与相邻直井同层位随钻电磁波电阻率相比,电阻率相对误差由56%降低至10%,可为储层饱和度精确评价提供地层真实电阻率依据。关键词:随钻测井;电阻率;各向异性;侵入;逐级反演中图分类号:P631.84 文献标识码:ADoi:10.16489/j.issn.1004-1338
3、.2023.02.009Multi-Parameter Step-by-Step Inversion of Resistivity Anisotropy and ApplicationHU Wenliang1,ZHANG Guodong1,LIU Baoyin2,LUO Jian1,WEI Xiaohan1(1.Shanghai Branch of CNOOC Co.Ltd.,Shanghai 200335,China;2.Hangzhou Xunmei Technology Co.Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310012,China)Abstract:Electromagn
4、etic resistivity logging while drilling is widely used,which has become a required item in the inclined and horizontal offshore wells.However,due to the comprehensive influence of reservoir anisotropy,drilling fluid invasion and other factors,the resistivity measured is distorted,which brings uncert
5、ainty to the quantitative evaluation of saturation.Taking Schlumberger electromagnetic resistivity logging tool ARC675 as an example,the simulation is carried out using vector finite element method,to investigate the logging response characteristics under conditions of anisotropy and invasion.Multi-
6、parameter synthetic inversion is realized by step-by-step anisotropy and invasion inversion.Based on this,horizontal and vertical resistivity,invasion depth of drilling fluid and anisotropy are obtained.The above step-by-step inversion method is applied in a highly deviated well,and the results show
7、 that the relative error is reduced from 56%to 10%by comparing the measured resistivity and inversion resistivity with the resistivity of the same layer in the adjacent vertical well.This result shows that the method above can provide relatively true formation resistivity for accurate evaluation of
8、reservoir saturation.Keywords:logging while drilling;resistivity;anisotropy;invasion;step-by-step inversion0 引 言随钻电磁波电阻率(简称随钻电阻率)测井具有测井时间短、输出信息丰富、测量值更接近原状地层电阻率的优势,在大斜度井、水平井中,随钻电阻率仪器与地质导向技术相结合得到了更加充分的应用 1-2。当前常用的随钻电阻率仪器有斯伦贝谢公司的ARC系列仪器3、贝克休斯公司的MPR系列仪器4和哈里伯顿公司的EWR系列仪器5。在直井中,感应电流回路和地层平行,电阻率测量不受地层各向基金项目:
9、中海石油(中国)有限公司上海分公司七年行动计划科技项目“西湖凹陷西部地区勘探开发关键技术研究”(CNOOC-KJ 135 ZDXM 39 SH01)第一作者:胡文亮,男,1988 年生,硕士,测井工程师,从事测井处理与解释方面的研究工作。E-mail:2023年测 井 技 术184 异性影响,随着井斜增大,电流回路逐渐包含水平方向和垂直方向,测量的电阻率成为水平电阻率和垂直电阻率的综合反应6-8。在渗透层,钻井液的侵入会使测井环境更为复杂,导致测量的电阻率失真,需要用数据处理方法对隐含在电阻率数据中的地层信息进行分解。随着数值计算技术的发展,针对正反演问题已有了较为系统和深入的研究,其类型主要
10、有层析成像反演 9、Tarantola反演10-11以及传统的最小二乘迭代反演 12-13等方法,其反演主要集中在单一因素校正、部分因素联合反演等方面。针对大斜度井、水平井既存在各向异性影响又存在侵入的情况,目前普遍的处理方法是分析二者影响主次,将其中的次要因素忽略 14-16,这种处理方式虽然解决了部分问题,但会存在较大误差。本文以斯伦贝谢公司随钻电阻率测井仪器ARC675为例,开发三维空间数值仿真算法17-18,重点模拟仪器在各向异性、侵入及二者同时存在条件下大斜度井的响应特征及规律,利用马奎特迭代进行多参数逐级反演,实现从数据中同时分解出各向异性参数和侵入参数。利用上述方法对某大斜度实钻
11、井进行了随钻电阻率逐级反演处理,实测视电阻率、反演电阻率与相邻直井同层位随钻电阻率相比,电阻率相对误差由56%降低至10%,说明电阻率多参数逐级反演计算方法及其结果是合理、可靠的。1 电阻率各向异性仿真与响应规律考察1.1 电阻率测井仿真方法斯伦贝谢公司ARC675仪器采用5发2收非对称的天线分布结构,采用混合补偿的井眼补偿方法。根据其工作原理,从Maxwell方程出发17,对ARC675仿真,电磁场满足=-EHi (1)=+HEJ (2)式中,E为电场强度,V/m;H为磁场强度,A/m;J为源电流密度,A/m2;为源电流角频率,rad*/s;为电导率,S/m;为磁导率,H/m。采用有限元素法
12、对上述方程求解,可以得到接收线圈的感应电压,通过电阻率转换和刻度进一步获得电阻率,其中以同一发射线圈发射、中间2个接收线圈接收的感应电磁波幅度(模值)的比值进行刻度的电阻率,称为幅度比电阻率;以同一发射线圈发射、中间2个接收线圈接收的感应电磁波相位的差值进行刻度的电阻率,称为相位差电阻率。ARC675仪器提供5种源距的相位差电阻率和幅度比电阻率,每种源距下有2 MHz和400 kHz工作模式,共提供20条电阻率曲线。1.2 电阻率各向异性响应规律考察仪器测井响应是井下环境和地层参数的综合反映,为考察随钻电阻率仪器在钻井液侵入、各向异性、各向异性-侵入影响下测井响应特征及规律,分别建立对应的模型
13、,利用数值仿真方法模拟仪器响应。(1)侵入模型。该模型为无限厚各向同性地层,模型参数见表1,其中,IR为侵入深度,Rxo为侵入带电阻率,Rt为原状地层电阻率。表2为侵入模型模拟结果,其中,RP16H、RP28H、RP40H代表源距分别为16、28、40 in的高频(2 MHz)相位差电阻率;RP40L代表源距为40 in的低频(400 kHz)相位差电阻率;RA40H、RA40L分别代表源距为40 in的高频、低频幅度比电阻率。对比2 MHz、400 kHz工作模式下的相位差电阻率和幅度比电阻率,可得到规律:无侵入各向同性地层模型,不同频率的视电阻率测量值相同,视电阻率等于原状地层电阻率Rt。
14、低侵(侵 入 深 度0.5 m)模 型,RP16HRP28H,RP28HRP40H,RA40H、RA40L与原状地层电阻率基本一致,视电阻率小于或等于原状地层电阻率Rt。低侵(侵入深度1.0 m)模型,RP16HRP28H,RP28HRP40H,与低侵(侵入深度0.5 m)模型相比,各电阻率降低幅度更大,视电阻率均小于原状地层电阻率Rt。高侵(侵入深度1.0 m)模型,RP40HRP28H,RP28HRP16H,RA40HRP40H,RP40LRP16H;RP40HRA40H,RP40LRA40L;RP40HRP40L、RA40HRA40L。水平井(Dip=90)各向异性地层视电阻率变化规律与
15、大斜度井一致,曲线发散程度更高。在相同水平电阻率和各向异性系数情况下,倾角越大,视电阻率越大。(3)各向异性-侵入模型。如图3所示,此模型为3层电阻率各向异性地层,中间层厚TH为10 m,同时考虑各向异性和侵入影响。井径Bh为8.5 in,侵入深度IR为0.6 m,油基钻井液电阻率Rm为1 000 m,侵入带水平电阻率Rxoh为200 m,侵入带垂直电阻率Rxov为600 m,原状地层水平电阻率Rh为30 m,原状地层垂直电阻率Rv为120 m。024681012深度/m 10-1100101102电阻率/(m)P16HP40HA40HP40LA40L024681012深度/m 10-1100
16、101102电阻率/(m)P16HP40HA40HP40LA40L024681012深度/m 10-1100101102电阻率/(m)P16HP40HA40HP40LA40L024681012深度/m 10-1100101102电阻率/(m)P16HP40HA40HP40LA40L(a)Dip=0(b)Dip=30(c)Dip=60(d)Dip=90图2 不同井斜条件下各向异性模型模拟结果表 2 侵入模型模拟结果侵入类型RP16H/(m)RP28H/(m)RP40H/(m)RA40H/(m)RP40L/(m)RA40L/(m)无侵入20.0020.0020.0020.0020.0020.00低
17、侵(0.5 m)7.5511.0314.7919.9316.7020.00低侵(1.0 m)4.814.975.4911.468.2515.54高侵(1.0 m)18.0815.9213.916.718.615.302023年测 井 技 术186 RS=2 mRv=120 mRh=30 mRS=2 mBh=8.5 inIR=0.6 mRxoh=200 mRxov=600 mRm=1 000 m图3 各向异性-侵入模型示意图图4为同时考虑各向异性和侵入影响的模型模拟结果。其中,P22H、P34H代表源距分别为22 in、34 in的高频相位差电阻率曲线;P16L、P22L、P28L、P34L代表
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