套管接箍对电阻率测井的影响

张骏

(中石油西部钻探工程有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大学电子工程学院，陕西 西安 710065)

郭岩

(西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065)



套管接箍对电阻率测井的影响

张骏

(中石油西部钻探工程有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

王登岳，宋汐瑾

(西安石油大学电子工程学院，陕西 西安 710065)

郭岩

(西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065)

过套管测井对于老井挖潜、剩余油探测和套后储层评价有重要意义。研究了套管接箍对过套管电磁测井的影响及接箍磁导率对电磁信号穿透能力的影响。依据井筒结构的电磁响应模型，计算了套管接箍的厚度变化对感应电动势影响，给出了套管接箍突然变厚和减薄时的感应电动势响应特性，为感应式过套管电阻率测井的接箍校正提供了依据。

过套管；电磁测井；接箍；感应电动势

过套管测井是近年来国内外研究老井挖潜、剩余油探测及套后储层评价的热点课题。声波测井及核测井虽然可以实现过套管测井，但因探测距离有限，所获取的信息及解决的问题与电磁测井有很大区别。就储层含油气饱和度评价而言，通过电磁测井获取地层电阻率在目前仍然是必不可少的重要手段[1，2]。通过过套管电磁电阻率测井，可以对比不同开采阶段储层的变化情况，清楚地了解剩余油的储藏状况[3]。常规的电阻率测井，由于金属套管屏蔽的影响，不能在金属套管井中应用。针对套管井的电阻率测井，国内外均开发了依赖于电极推靠系统的测井仪器[4～6]，其基本思想是在套管上设置若干电极，迫使电流向地层流动，并在地面上布局接收电极，通过漏入地层的电流与电流之间关系确定地层电流电阻率。接触式过套管电阻率测井多采用点测法，速度慢、信噪比低，绝大部分电流消耗在套管上。而电磁测井属于非接触式测量，不存在上述问题，但需要考虑套管的影响，其中套管接箍厚度会引起感应电动势响应信号的突变，同时也对穿透能力带来严重影响。为此，笔者首先分析了套管磁导率对信号穿透能力的影响，进而研究了接箍厚度对感应电动势的影响。

1　磁导率对信号穿透能力的影响

目前，采用的套管多具有一定的磁导率，当电导率和角频率一定时，磁导率是影响信号穿透能力的唯一因素。根据趋肤公式有：

(1)

式中：δ为趋肤深度，mm；ω为角频率，rad/s；μ为磁导率，H/m；σ为电导率，S/m。

套管或接箍的穿透能力δc与真空情况下的穿透能力δ0之比为：

(2)

式中：μcr为套管相对磁导率，1。

图1　套管相对磁导率对电磁信号穿透能力的影响

不同材料的套管相对磁导率一般小于1000，多数为几百。由图1可见，与真空相比，由于磁导率的影响，在最不利情况下，套管接箍处的信号穿透能力会衰减至真空信号穿透能力的3.16%；即使相对磁导率为常见的400，套管接箍处的信号穿透能力也会衰减到真空信号穿透能力的5%。因此，如果能够将套管磁化[7]，使其达到磁饱和，则可使套管接箍处的信号穿透能力提高31.6倍；即使相对磁导率仅为50，也可提高10倍。

2　接箍的电磁响应

图2为电磁探测系统的柱状分层结构示意图，包括井眼、套管与接箍组成的金属管柱、地层共3层结构。

从麦克斯韦方程出发，考虑边界条件后，可求得第j层的轴向磁场为[8]：

图2　电磁探测系统的柱状分层结构示意图

BjK0(xjr)]cos(λz)dλ

(3)

考虑到接收线圈在井轴上，从而可得：

=-iωμj∮HzjdS

(4)式中：V(ω) 为频率域的感应电动势，V；Φ为磁通量，Wb；t为时间，s；SR为接收线圈的横截面积，m2。

将式(4)中频率域求解出来的感应电动势转换成时间域[9]：

(5)

式中：V(t)为时间域的感应电动势，V；NR是接收线圈匝数，1；kn为G-S方法的滤波系数，1；λj是分离变量；ξ是积分变量；z0是磁偶极子的位置，m。

3　接箍厚度对接收信号的影响

对接收线圈上的瞬变电磁响应进行计算时，取I=5A，z=0.5m，r=0.035m；真空中的介电常数ε0=8.85×10-12F/m，σ1=1.0S/m，σ2=200000S/m，σ3=0.1S/m；μ2=μcrμ0(其中，μcr=100，真空中的磁导率μ0=4π×10-7H/m)；r1=0.062m，r2=0.07m，套管厚度Δr=0.0075m。

假设在井深22.5m处，腐蚀或损伤作用使套管厚度减少4mm(图3)；此处加厚套管接箍，比正常接箍厚度增加3mm(图4)。由图3可知，接收线圈上的V(t)曲线均随井深的增加呈现衰减规律变化，在套管接箍厚度突然变薄处，V(t)存在明显异常，出现明显抬升，说明套管厚度越薄，电磁波信号越容易穿过套管，接收线圈上的V(t)越强，衰减越慢。由图4可知，接收线圈上的V(t)在套管接箍突然变厚处，V(t)出现明显下降，说明套管厚度越厚，电磁波信号越难以穿过套管，接收线圈上的V(t)越小，衰减越快。

图3　套管接箍变薄对感应电动势的影响　　　　　　　　　　图4　套管接箍变厚对感应电动势的影响

4　结论

1)接箍的相对磁导率对电磁信号的穿透能力有很大影响，当相对磁导率为100～1000时，由于接箍的存在，电磁信号的穿透能力误差为真空磁导率的10.0%～3.16%，磁导率越高，误差越严重。

2)套管接箍厚度对响应信号有非常明显的影响，厚度增加，响应信号幅度减小，反之亦然。计算结果表明，当套管厚度减小4mm时，采集到的感应电动势会出现突然增加的情况，感应电动势增加51.3%；反之，当套管接箍厚度比正常接箍厚度增加3mm时，采集到的感应电动势会出现突然减小的情况，感应电动势减小46.7%。

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[8]宋汐瑾，党瑞荣，董昭.套管井电磁测井技术及套管影响规律研究[J]. 测井技术，2010，4(2)：143～145.

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[编辑]龚丹

2016-07-30

陕西省科技攻关项目(2016GY-17)。

张骏(1962-)，男，高级工程师，长期从事石油工程技术、管理工作， zhangjun009@cnpc.com.cn。

P631.84

A

1673-1409(2016)26-0033-03

[引著格式]张骏，王登岳，宋汐瑾，等.套管接箍对电阻率测井的影响[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(26):33～35.