一种多功能的电阻率测井实验装置

摘要

本发明涉及一种电法测井方法的实验装置，其包括：水槽体、模拟地层模块、传动机构、回路电极、电极系组和测量测控仪器，水槽体整个底部设有回路电极，水槽体内设有多个模拟地层模块；模拟地层模块的轴心有模拟井孔，壳体内部充填高电阻率液体，模拟井孔的侧壁上排列有第一镀金金属探针；传动机构包括步进电机、传动轮、滑块、拽引钢丝和导轨；电极系组包括骨架、电极系；滑块在导轨上移动时带动骨架和电极系同步在模拟井孔内移动。本发明可有效模拟不同电阻率地层、不同厚度高电阻率地层和高电阻率地层屏蔽等电位、梯度和侧向测井响应特征及规律；用于开展不同电极系的地层响应对比实验教学，节省成本和提高效率，便于开展综合性实验。

权利要求

1.一种多功能的电阻率测井实验装置，包括：水槽体、模拟地层模块、传动机构、回路电极、电极系组和测量测控仪器，其特征在于：水槽体用于盛放水溶液、水槽体整个底部设有回路电极，水槽体内设有多个模拟地层模块，水槽体、水溶液和模拟地层模块共同构建了电阻率测井的地层环境；

模拟地层模块的轴心有模拟井孔，壳体内部充填高电阻率液体，模拟井孔的侧壁上沿井轴方向均匀直线排列有第一镀金金属探针；

传动机构，包括步进电机、传动轮、滑块、拽引钢丝和导轨；所述的步进电机、传动轮、拽引钢丝和滑块构成循环运动机构，依靠步进电机的运转带动滑块在导轨上移动；

电极系组包括骨架、电极系；骨架上安装有电极系，滑块在导轨上移动时带动骨架和电极系同步在模拟井孔内移动；

测量测控仪器与步进电机相连接，用于对步进电极的转动速度和方向控制；测量测控仪器与回路电极和电极系组相连接，用于提供供电电流和电阻率测量，并将数字化的电阻率数据送入计算机，用于后续数据处理和解释；

水槽体为顶部开口的长方体，由不导电材料粘接而成；所述水溶液为淡水或盐水，水溶液用于模拟钻井滤液和低电阻率地层；回路电极为长方形金属材料；

回路电极采用铜板；水槽体采用聚氯乙烯；

模拟地层模块为内部中空半圆柱形的壳体，壳体外壁为绝缘材料，所述模拟地层模块顶面外侧设有悬挂架，模拟地层模块通过悬挂架悬挂在水槽体长边侧壁边缘，使得模拟地层模块悬浮在水溶液中而不与回路电极接触；所述模拟地层模块可沿着水槽体长轴方向水平移动，以便于改变相邻两个模拟地层模块之间的距离，壳体顶面设有进口阀门，壳体靠底部的侧面设有出口阀门，壳体底部厚度从出口阀门侧向对面逐渐递增；模拟井孔为半圆形的直通孔，井壁有第一镀金金属探针将模拟地层模块内部高电阻率液体与井眼内的水溶液短路连接；第一镀金金属探针直径1mm，相邻探针间距2mm。

2.根据权利要求1所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：模拟地层模块的两个侧面壁和底壁上也有实现内外短路连接的第二镀金金属探针和第三镀金金属探针，所述的第二镀金金属探针沿径向排列，相邻探针间距从5mm至50mm沿径向深度方向不等间距排列，所述的第三镀金金属探针沿模拟地层模块底部平行于井轴方向等间隔直线分布，长度从5mm至50mm均匀递增。

3.根据权利要求2所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：所述水溶液的液面与模拟地层模块顶面在同一水平面上或略低于模拟地层模块顶面，但不低于模拟井孔的底面。

4.根据权利要求3所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：所述骨架为正方形的板体，正方形的板体的每个边安装有一个电极系，骨架由绝缘材料制成；所述电极系为电位电极系、梯度电极系或双侧向电极系；所述骨架可围绕其中心的旋转轴自由旋转，并且旋转轴与所述滑块通过螺丝扣固定在一起，使得每个电极系都可置于模拟井孔内。

5.根据权利要求4所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：步进电机、传动轮相对设置，固定于水槽体的短边；导轨位于步进电机、传动轮之间并与所述水槽体固定。

6.根据权利要求5所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：模拟地层模块的壳体为聚氯乙烯材料；高电阻率液体为蒸馏水。

7.根据权利要求6所述的多功能的电阻率测井实验装置，其特征在于：所述骨架为聚氯乙烯材料制成。

说明书

一种多功能的电阻率测井实验装置

技术领域

[0001] 本发明属于应用地球物理测井领域，具体地，涉及一种电法测井方法的实验设备，用于普通电阻率测井和双侧向测井原理的实验教学。

背景技术

[0002] 电阻率测井是发展最早的石油测井方法之一，是根据地层岩性和孔隙中流体电阻率或电导率差异识别油气层和水层。仪器测量的电阻率因井内流体、侵入带及围岩电阻率的影响，与真实地层电阻率存在一定的差异，称为视电阻率。电阻率测井实验教学是石油高等院校勘探和开发专业最重要的专业实践课程之一，主要通过物理模拟实验研究普通电阻率测井和电流聚焦类测井的基本原理和测井响应特征。教学实验装置专业性较强的特点限制了该类设备的研究和生产，以天然岩石(邓少贵，李刚，谭宝海，陈雪莲. 基于同一平台的声电测井模拟系统设计与研究. 实验室科学，2010，13（1）：100-103)和电阻箱(何雪坤，李立伟，刘帅，陈力，唐亮. 一种用于双侧向测井仪的模拟刻度装置. 中国专利：201120227731.1)来模拟地层，用模拟设备和野外现场测井仪来测量地层电阻率的教学实验装置被用于电阻率测井教学实验，且仅在几所高校使用，这些装置无法完全满足以下教学要求：

[0003] 1、用于研究不同电阻率地层测井响应的可变电阻率模拟地层；

[0004] 2、用于数据处理和解释实践的数字化电阻率测量数据；

[0005] 3、用于兼具普通电阻率和双侧向测井的多功能实验仪；

[0006] 4、用于研究不同电极系参数测井响应的组合电极系。

[0007] 这些实验装置被主要用于电阻率测井的原理验证性实验，对于开展设计性和综合性的电阻率测井实验存在困难。

发明内容

[0008] 为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种多功能的电阻率测井实验装置，该装置的地层电阻率和电极系可变，用于普通电阻率和双侧向测井的多功能教学实验，以解决不同电阻率地层以及不同电极系的测井响应特征和测井数据重复使用的教学实验问题。

[0009] 为实现上述目的，本发明采用下述方案：

[0010] 一种多功能的电阻率测井实验装置，包括：水槽体、模拟地层模块、传动机构、回路电极、电极系组和测量测控仪器，其特征在于：水槽体用于盛放水溶液、水槽体整个底部设有回路电极，水槽体内设有多个模拟地层模块，水槽体、水溶液和模拟地层模块共同构建了电阻率测井的地层环境；

[0011] 模拟地层模块的轴心有模拟井孔，壳体内部充填高电阻率液体，模拟井孔的侧壁上沿井轴方向Z均匀直线排列有第一镀金金属探针；

[0012] 水溶液液面与模拟地层模块顶面在同一水平面上或略低于模拟地层模块顶面，但不能低于模拟井孔底面；

[0013] 传动机构，包括步进电机、传动轮、滑块、拽引钢丝和导轨；所述的步进电机、传动轮、拽引钢丝和滑块构成循环运动机构，依靠步进电机的运转带动滑块在导轨上移动；

[0014] 电极系组包括骨架、电极系；骨架上安装有电极系，滑块在导轨上移动时带动骨架和电极系同步在模拟井孔内移动；

[0015] 测量测控仪器与步进电机相连接，用于对步进电机的转动速度和方向控制；测量测控仪器与回路电极和电极系组相连接，用于提供供电电流和电阻率测量，并将数字化的电阻率数据送入计算机，用于后续数据处理和解释。

[0016] 优选地，水槽体为顶部开口的长方体，由不导电材料粘接而成；所述水溶液为淡水或盐水，水溶液用于模拟钻井滤液和低电阻率地层；回路电极为长方形金属材料。

[0017] 优选地，回路电极采用铜板；水槽体采用聚氯乙烯。

[0018] 优选地，模拟地层模块为内部中空半圆柱形的壳体，壳体外壁为绝缘材料，所述模拟地层模块顶面外侧设有悬挂架，模拟地层模块通过悬挂架悬挂在水槽体长边侧壁边缘，使得模拟地层模块悬浮在水溶液中而不与回路电极接触；所述模拟地层模块可沿着水槽体长轴方向水平移动，以便于改变相邻两个模拟地层模块之间的距离，壳体顶面设有进口阀门，壳体靠底部的侧面设有出口阀门，壳体底部厚度从出口阀门侧向对面逐渐递增，模拟井孔为半圆形的直通孔，井壁有第一镀金金属探针将模拟地层模块内部高电阻率液体与井眼内的水溶液短路连接；第一镀金金属探针直径1mm，相邻探针间距2mm。

[0019] 优选地，模拟地层模块的两个侧面壁和底壁上也有实现内外短路连接的第二镀金金属探针和第三镀金金属探针，所述的第二镀金金属探针沿径向排列，相邻探针间距从5mm至50mm沿径向深度方向不等间距排列，所述的第三镀金金属探针沿模拟地层模块底部平行于井轴方向等间隔直线分布，第三镀金金属探针长度从5mm至50mm均匀递增。

[0020] 当然，这些镀金探针可以在不止一个径向方向排列，间距可以更大或更小，或等间距排列。

[0021] 优选地，所述骨架为正方形的板体，正方形的板体的每个边安装有一个电极系，骨架由绝缘材料制成；所述电极系为电位电极系、梯度电极系或双侧向电极系；所述骨架可围绕其中心的旋转轴自由旋转，并且旋转轴与所述滑块通过螺丝扣固定在一起，使得每个电极系都可置于模拟井孔内。

[0022] 优选地，步进电机、传动轮相对设置，固定于水槽体的短边；导轨位于步进电机、传动轮之间并与所述水槽体固定。

[0023] 优选地，模拟地层模块的壳体为聚氯乙烯材料。

[0024] 优选地，高电阻率液体为蒸馏水。

[0025] 优选地，所述骨架为聚氯乙烯材料制成。

[0026] 本发明的特点和有益效果为：

[0027] 1、通过在地层模块内部充填不同高电阻率的液体，可有效模拟不同电阻率地层、不同厚度高电阻率地层和高电阻率地层屏蔽等电位、梯度和双侧向测井响应特征及规律。

[0028] 2、组合的普通电阻率电极系与双侧向电极系，可用于开展不同电极系的地层响应对比的实验教学。

[0029] 3、集成普通电阻率和双侧向测井两类电阻率测量，所测电阻率数据可进入计算机重复使用及电极系运行自动控制的测量测控仪，可节省大量成本和提高效率，更便于开展综合性实验。

附图说明

[0030] 图1为本发明的多功能电阻率测井实验装置示意图；

[0031] 图2为本发明的模拟地层模块示意图；

[0032] 图3为模拟地层模块沿模拟井轴方向的纵剖面示意图；

[0033] 图4为电极系组结构示意图；

[0034] 图5为电机系组与传动结构连接示意图；

[0035] 图6为普通电阻率实测曲线。

具体实施方式

[0036] 如图1所示，多功能的电阻率测井实验装置包括：水槽体113、模拟地层模块110、传动机构102、回路电极111、电极系组109和测量测控仪器100。

[0037] 水槽体113为顶部开口的长方体，由不导电材料，如聚氯乙烯，粘接而成；水槽体113用于盛放水溶液112、所述水溶液112为淡水或盐水，水溶液112用于模拟钻井滤液和低电阻率地层；水槽体113整个底部设有回路电极111，回路电极111为长方形金属材料，可以采用铜板；水槽体113内设有三个模拟地层模块110，用于模拟高电阻率地层；水槽体
113、水溶液112和模拟地层模块110共同构建了电阻率测井的地层环境。

[0038] 如图2、图3所示，模拟地层模块110为内部中空半圆柱形的壳体，壳体的轴心有模拟井孔115，壳体外壁为绝缘材料，如聚氯乙烯；壳体内部充填高电阻率液体121，如蒸馏水，用于模拟不同电阻率的地层介质；所述模拟地层模块110的轴心方向Z与水槽体113长边方向相同；所述模拟地层模块110顶面外侧设有悬挂架125，模拟地层模块110通过悬挂架125悬挂在水槽体113长边侧壁边缘，使得模拟地层模块110悬浮在水溶液112中而不与回路电极111接触；所述模拟地层模块110可沿着水槽体长轴方向水平移动，以便于改变相邻两个模拟地层模块110之间的距离，即位于相邻两个模拟地层模块110之间的水溶液112厚度可调。壳体顶面设有进口阀门为114，壳体靠底部的一个侧面设有出口阀门116，高电阻率液体121经过进口阀门114 和出口阀门116可以更换；壳体底部厚度从出口阀门
116侧向对面逐渐递增，利于排出高电阻率液体121。模拟井孔115为半圆形的直通孔，模拟井孔115的侧壁上沿井轴方向Z均匀地直线排列有第一镀金金属探针118，将模拟地层模块110内部高电阻率液体121与井眼115内的水溶液112短路连接；第一镀金金属探针118直径1mm，相邻探针间距2mm，也可以更小或更大，但不大于所用电极系纵向分辨率的一半。
类似上述的，模拟地层模块110的两个侧面壁和底壁上也分别有实现内外短路连接的第二镀金金属探针117和第三镀金金属探针119，所述的第二镀金金属探针117沿径向排列，相邻探针间距从5mm至50mm沿径向深度方向不等间距排列，当然，这些镀金探针可以在不止一个径向方向排列，间距可以更大或更小，或等间距排列。所述的第三镀金金属探针119沿模拟地层模块110底部平行于井轴方向Z等间距直线分布，第三镀金金属探针长度从出口阀门侧向对面按5mm至50mm均匀递增。

[0039] 水溶液112液面与模拟地层模块110顶面在同一水平面上或略低于模拟地层模块110顶面，但不低于模拟井孔115底面。

[0040] 传动机构102，包括步进电机104、传动轮108、滑块106、拽引钢丝107和导轨105；步进电机104、传动轮108相对设置，固定于水槽体的两短边；导轨105位于步进电机104、传动轮108之间并与所述水槽体113固定；所述的步进电机104、传动轮108、拽引钢丝107和滑块106构成循环运动机构，依靠步进电机104的运转带动滑块106在导轨105上移动。

[0041] 如图4、图5所示，电极系组109包括骨架123、电极系122；所述骨架123为正方形的板体，正方形的板体的每个边安装有一个电极系122，当然，骨架123也可以是由电极系个数决定的任意多边形；骨架123由绝缘材料，如聚氯乙烯，制成；所述电极系122可以是电位电极系、梯度电极系或双侧向电极系；所述骨架123可围绕其中心的旋转轴124自由旋转，并且旋转轴124与所述滑块106通过螺丝扣固定在一起，使得每个电极系122都能置于模拟井孔115内；如此，滑块106在导轨105上移动时，带动骨架123在井轴方向Z运动，使得电极系122在模拟井孔115内移动，以模拟电阻率测井井下仪器在井内运动。

[0042] 测量测控仪器100与步进电机104相连接，用于对步进电极104的转动速度和方向控制；测量测控仪器100与回路电极111和电极系组109的电极系122相连接，用于提供供电电流和电阻率测量，并将数字化的电阻率数据送入计算机101，用于后续数据处理和解释。

[0043] 图6为普通电阻率实测曲线，模拟的电阻率测井环境为：测井方向在图中为自下向上移动，即上提；自下向上高电阻率地层厚度分别为0.03m、0.06m、0.12mm，对应深度分别为140cm、95cm和40cm，即标号128、127和126；自左向右依次为电位电极系A0.01M 、电位电极系A0.06M、梯度电极系A0.02M0.09N和梯度电极系A0.005M0.02N的实测曲线。

[0044] 从图6中可以看到，对应高电阻率地层深度段（标号126、127和128）均有不同于低电阻率地层深度段的测井响应。所述电位电极系A0.01M的电极距为0.01m，小于所有高电阻率地层厚度，在所有高电阻率地层均显示高电阻率对称特征，与理论研究一致；所述电位电极系A0.06M的电极距为0.06m，在标号128的深度段出现视电阻率“减阻”现象129，在标号127深度段视电阻率特征不明显的现象，在标号126深度段出现视电阻率“增阻”现象，这与电位电极系电极距大于高电阻率地层厚度时出现视电阻率“减阻”特征，等于高电阻率地层厚度时视电阻率特征不明显以及大于高电阻率地层厚度时出现“增阻”特征的理论结果吻合；与此类似的，所述梯度电极系A0.02M0.09N的电极距0.1m，在标号127和128深度段，电极距大于高电阻率地层厚度，高电阻率地层底部出现假极大130，标号126深度段，电极距小于高电阻率地层厚度，顶部边界出现极小值131，与理论一致；梯度电极系A0.005M0.02N电极距0.0225m，小于所有高电阻率地层厚度，在标号128、127、126深度段，顶部边界均出现极小值131，与理论结果一致。