张丽华, 潘保芝, 单刚义, 范晓敏, 郭宇航

(吉林大学 地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026)

通常用电阻率来表示岩石的导电能力,所以根据岩石导电能力的差异,在钻孔中研究岩层性质和区分它们的方法,称为电阻率法测井。电阻率法测井的主要任务是根据电阻率曲线划分岩层的厚度、定量确定岩层的电阻率。在油井中,研究岩层的导电能力具有特殊意义,因为石油是一种电阻率极高的物质,而在天然状态下的水却是一种电阻率较低的物质。因此,在相同岩性的储集层中,含油岩层将比含水岩层的电阻率高。到目前为止,岩层电阻率的高低仍然是判断岩层含油水性质的重要标志[1-3]。

普通电阻率法测井是电阻率法测井中最基本和最原始的形式,在划分钻井地质剖面和作为判断岩层电阻率的辅助手段时,它仍然被广泛地采用[4-5]。

在应用型人才培养过程中,理工科学生必须掌握一定的实验和实践技能。实验教学已成为地球物理专业教学中不可或缺的重要教学手段[6-10]。

1 原理

电缆将电极系与地面上的电源和记录仪相连接(见图1)[11],当电极系在井内移动时就可以记录出连续的电阻率测井曲线。用A 、B作为供电电极,M、N为测量电极。供电给 A 、B电极时,在其周围介质中形成电场。如果介质电阻率有变化,那么在M和N处造成的电场也会随着变化。 如果保持供电电流I不变,M和N之间的电位差就可以反映出介质电阻率的变化情况[ 12 ],其视电阻率Ra与M和N之间电位差ΔUMN有如下关系式：

K是电极系统系数,电极系统尺寸固定后K是常数。

图1 测量原理图

如果是全空间,则有

(1)

如果是半空间(文中的水槽模型),则有

(2)

2 水槽模型设计

在实际钻井中,地层介质的分布一般是与井轴相切的垂向分布[13],如果地层是水平的,则地层介质以井轴为中心对称分布。根据这一特点,如果通过井轴作一平面,将介质分成两半,这对于研究电场分布规律将不会产生影响。水槽模型就是按照这一原理设计的,并将一般的垂直井轴方向改为水平方向。用水槽模型来模拟不同厚度、单一高电阻率地层条件。

在水槽模型中,用水溶液模拟井中泥浆和围岩,用塑料块模拟高电阻率地层,地层厚度分为薄、厚两种。塑料块地层中的半圆槽模拟井眼的一半。水槽底的金属网在实验中作为B电极(见图2)。

图2 测量过程示意图

传动设备牵引电极系沿井轴方向移动,而深度传感器则记录电极系移动的距离(见图3)。

3 测量结果

针对该测量系统,开发了相应的测井教学系统软件。软件主界面如图4所示,主要分为控制栏和显示栏,控制栏包括对数据的查看保存、对装置的操作等功能按键。显示栏主要显示实验日期、实验人员、发射电压、测井方向、系统状态及实时曲线等信息。“文件”(快捷键为Alt+F)选项中包括保存和打开功能,可以保存数据(Ctrl+D)和保存图片(Ctrl+P),“打开”功能(Ctrl+O)可以选择打开任意一个实验数据。“操作”选项(Alt+O)包括复位(Ctrl+R)键、测试(Ctrl+T)键、校准(Ctrl+C)键。复位键完成系统的初始化功能,使装置重新复位到刚上电时状态,点击后系统状态栏显示“系统完成初始化!”,表示初始化成功。测井数据全部保存为.txt文件,保存图片为.bmp格式。数据(见图5)最上面一行为基本信息,依次是：实验人姓名(tf)、发射电压、实验日期及时间。基本信息行下面是测井数据,左侧为深度值(单位：m),右侧是信号数字值。学生可以根据测得的数据自已绘图并分析曲线。

图3 传动装置示意图

图4 软件界面和测量曲线图

图5 数据记录格式

4 结语

钻井地球物理勘探是通过地球物理方法解决钻孔中的地质与工程问题的一套测井技术方法,因此它具有很强的实践性,通过设计的水槽模型实验,学生了解了视电阻率测井曲线测量原理和视电阻率测井仪器工作原理；认识了测井电极系。培养了学生的实践能力,增加了学生的感性认识。本实验可为大学地球物理类专业的本科实验教学提供参考和启示。