论文部分内容阅读
（胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司 山东东营 257000）
摘 要：在随钻测井过程中，因使用现有的LWD工具，特别是电磁波电阻率仪器，由于其固有的特性以及和周围环境的影响，常常会导致各种曲线异常现象发生，比如窗帘效应、极化现象、尖刺现象等。本文就现场中发生的一系列现象作了合理化的解释并给出了相应的解决方法。
关键词：随钻测井；窗帘效应；极化现象；尖刺现象
随着定向技术的不断发展，钻井技术的不断提升，电缆测井技术弊端突显，随钻LWD测井工具的发展便开始日新月异。早在上世纪九十年代，国际三大油服公司如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯就开始着手井下随钻工具的研发，如斯伦贝谢的ARCVision，GeoVision系列，哈里伯顿的FEWD EWR，EWR M5系列，贝克休斯的Ontrack系列等等，早期这些随钻测井使用的电磁波电阻率仪器基本从电缆测井的理论及原理延伸而来，因此目前国内购买的随钻电磁波电阻率仪器都具有早期不可克服的缺点，如单边发射，单向接收，不对称结构体等等，这些特性必然导致现场施工过程中出现一些列异常现象，下面就这些现象一一进行阐述。
一、异常现象的表现形式
1 尖刺（Spike）现象
Spike现象是在随钻地质导向过程中时常发生的一种现象，比如哈里伯顿公司早期研发的EWR PHASE系列的随钻测井仪器，或是其他以电磁波为基础的随钻测井仪器，在地质导向过程中都存在该现象。虽然后来经过技术革新后解决了该问题，但从本质上讲该现象必然是会发生在这种类型的仪器设备上。首先是该类型LWD本身的特殊性，如单向发射，目前我公司的EWR Phase4就属于该种情况，4个发射极在仪器上方，2个接收级在仪器下方，而且发射频率都属于高频率范围，如1Mhz发射频率对应于深电阻率，2Mhz发射频率分别对应于中电阻率、浅电阻率及极浅电阻率，当仪器穿行于不同属性地层时，水平方向及垂直方向上的电阻率就会存在差别，这种差别直接影响到接收级接收到的幅值或相位移计算的结果，正因为存在这种特殊性，所以在实时监测过程中，会出现Spike（尖刺）现象，如图一所示。
2 极化角效应 [1] [2]
该效应反映的是在井斜角>50°情况下，电阻率传感器的发射极穿过了不同岩性的地层时导致的一种效应。从下图所描述的LWD的结构及特征可以看出，LWD的4个发射级全部分布在仪器上方，分别对应4个不同探测深度的电阻率，LWD的2个接收级全部分布在仪器下方，对应于近接收和远接收。从下图可以看出，当电阻率传感器纵向上穿越好几个层位时，其在水平方向测得的电阻率Rh与垂直方向所测得的电阻率Rv是不相同的，但如果是在同一个层内的话，这两者所测得值应当是相同的。下图所反映的就是电阻率传感器的发射极及接收级穿过了不同岩性的地层时导致的极化效应：
3 “佐罗”效应 [1] [2]
该现象是在电阻率传感器的接收级穿过了2个不同岩性的地层时导致的“佐罗”效应现象，该效应也是通常所讲的边界效应，当电阻率两个接收级处于电阻对比较高两个层位时，就必然会发生这种现象，曲线上表现出来的特征就是在层边界处产生两个反向的尖峰极值，如图五所示：
4 “窗帘”效应 [1] [2]
该现象主要发生在井眼不平滑的情况下，诸如使用常规马达定向时进行增斜或降斜施工操作而造成的井眼不平滑现象，在该情况下，当LWD仪器，特别是电阻率传感器穿过不平滑井眼段时，由于井眼的不规则，加之电阻率传感器探测距离有限，而且探测的距离也不尽相同，所以当电阻率传感器经过该不规则井段时就会产生像“窗帘”一样效果的电阻率曲线，即起伏变化频率较快，见图六所示。
二、异常现象解决方法
根据不同情况下产生的异常现象，我们可以利用其对应的特性来一一化解，具体方法如下：
1、平滑滤波处理方面
现场处理滤波时通常选用平方滤波法进行差值处理，平滑间距选择0.15米，窗长选择0.3米，这种参数设置对于数据采集密度较大，不存在异常现象发生的情况下较为实用，选择该参数不会发生数据失真现象，但对于存在严重异常现象发生，如Spike现象的井来讲，使用该参数将使曲线看上去非常不平滑，存在严重的曲线震荡现象，无法对比地层，因此需要重新调整平滑参数，但同时加大平滑窗长也有缺点，因为窗长增加后相应的数据的失真度也就高了，对于极薄的地层对比来讲非常不利。
2、选用不同频率组合的LWD仪器
目前我公司使用的LWD仪器存在一定缺陷，对于某些地区的井来讲，特别是岩性变化快、过渡性强的地层，无法从根本上消除这类异常现象。因为不仅其发射频率高而且频率较为单一，仅1Mhz和2Mhz两种，并且是單向发射单向接收，这样势必产生上述4种异常现象。相对于电缆测井而言，利用感应测井的低发射频率（20Khz～200Khz），而且采用对称互补式测井方式，这样在很大程度上消除了此类异常现象，目前哈里伯顿就采用EWR-M5电阻率传感器来消除这种异常现象，同样斯伦贝谢也采用了ARC VISION多频补偿随钻测井仪器来解决此类现象。
3、选用对称发射电磁波的LWD仪器
从电磁波传播理论得知，电磁波在传播过程中会受到传输电介质影响，而且频率越高，影响越大，之所以选择频率在100Khz～2Mkz之内，是因为在该波段内，电磁波的传播受传输介質的影响较小，电磁波经发射极发射传播到地层而后再到达接收级时的信号强度适中，而且较低的频率会得到很好地效果，在接收级接收到的信号的强度也较高，这有利于我们测量地层物理参数；高于10Mhz的电磁波在地层中传播时能量大部分被吸收，回到接收级的能量极小，这对于测量幅值或相位电阻率的仪器而言极为不利；而低于100Khz以下的电磁波在介质中传播时容易产生“涡流”效应，也即在发射与接收级之间产生“短路”现象，这种电磁波无法穿过地层，从而也无从测量地层电属性参数。因此当选择1Mhz以下100Khz以上的频率时，诸如200、400Khz的电磁波，其探测深度更深，测量值也越准确，而且受地层各向异性的限制也较小，加之对称发射又起到电阻率补偿作用，所以针对非均质较强的地层，选择低频、对称发射的LWD仪器可以消除地层非均质带来的不利影响。如使用公司目前的SL6000系统可以较好地解决该问题，因为SL6000是对称发射电磁波的电阻率仪器，该仪器起到一个补偿的作用，从而使得曲线看上去较为平滑。
4、优化钻具组合，平滑井眼轨迹
针对窗帘效应现象，主要原因是井眼不平滑造成，因此处理这类现象时尽量考虑优化钻具组合，特别是井底BHA问题，因使用常规马达钻进时，经常因调整井眼轨迹需要定向钻进处理，这样势必造成井眼的不规则，起伏变化频率高，这种不平滑的井眼在进行随钻测井时往往出现上述“窗帘”效应，造成现场地质师判断地层困难。
5、使用电阻率边界探测设备
目前国外三大油服公司为解决上述异常现象，分别开发了对应的技术，如斯伦贝谢的Periscope、Geosphere，哈里伯顿公司制造的ADR，贝克休斯公司生产的Azitrack等等，此类设备的特点即是探测范围广、探测深度大、探测的精度高，区分地层边界具有明显的优势，国内目前在海上及部分区块即是使用该技术解决此类问题。
三、结论
根据上述内容分析可以得知，产生随钻测井异常现象的原因有很多方面，既有地层本身因素的影响，诸如地层的非均质性、各向异性等，也有LWD仪器本身因素，诸如发射频率、对称发射与否等等原因而造成的极化效应、边界效应、“佐罗”效应等异常现象， 该现象的出现不利于现场地质师对当前出现的地层信息做出准确的地层对比与评价，从而达不到应有的地质导向效果。为此我们在滤波方面做了调整，但是该方法并不能从本质上解决此类异常问题，而且还有可能造成数据的失真，因此，要从根本上解决该问题需要使用新技术、新仪器，诸如多频补偿电阻率、低频对称双边发射电阻率传感器等，这样在地质导向过程才能发挥仪器的真正作用，达到导向目的。
参考文献：
[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LWD Log Quality Control Guide v5.1 .1999。
[2] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LQA EWR P4 .1999。
摘 要：在随钻测井过程中，因使用现有的LWD工具，特别是电磁波电阻率仪器，由于其固有的特性以及和周围环境的影响，常常会导致各种曲线异常现象发生，比如窗帘效应、极化现象、尖刺现象等。本文就现场中发生的一系列现象作了合理化的解释并给出了相应的解决方法。
关键词：随钻测井；窗帘效应；极化现象；尖刺现象
随着定向技术的不断发展，钻井技术的不断提升，电缆测井技术弊端突显，随钻LWD测井工具的发展便开始日新月异。早在上世纪九十年代，国际三大油服公司如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯就开始着手井下随钻工具的研发，如斯伦贝谢的ARCVision，GeoVision系列，哈里伯顿的FEWD EWR，EWR M5系列，贝克休斯的Ontrack系列等等，早期这些随钻测井使用的电磁波电阻率仪器基本从电缆测井的理论及原理延伸而来，因此目前国内购买的随钻电磁波电阻率仪器都具有早期不可克服的缺点，如单边发射，单向接收，不对称结构体等等，这些特性必然导致现场施工过程中出现一些列异常现象，下面就这些现象一一进行阐述。
一、异常现象的表现形式
1 尖刺（Spike）现象
Spike现象是在随钻地质导向过程中时常发生的一种现象，比如哈里伯顿公司早期研发的EWR PHASE系列的随钻测井仪器，或是其他以电磁波为基础的随钻测井仪器，在地质导向过程中都存在该现象。虽然后来经过技术革新后解决了该问题，但从本质上讲该现象必然是会发生在这种类型的仪器设备上。首先是该类型LWD本身的特殊性，如单向发射，目前我公司的EWR Phase4就属于该种情况，4个发射极在仪器上方，2个接收级在仪器下方，而且发射频率都属于高频率范围，如1Mhz发射频率对应于深电阻率，2Mhz发射频率分别对应于中电阻率、浅电阻率及极浅电阻率，当仪器穿行于不同属性地层时，水平方向及垂直方向上的电阻率就会存在差别，这种差别直接影响到接收级接收到的幅值或相位移计算的结果，正因为存在这种特殊性，所以在实时监测过程中，会出现Spike（尖刺）现象，如图一所示。
2 极化角效应 [1] [2]
该效应反映的是在井斜角>50°情况下，电阻率传感器的发射极穿过了不同岩性的地层时导致的一种效应。从下图所描述的LWD的结构及特征可以看出，LWD的4个发射级全部分布在仪器上方，分别对应4个不同探测深度的电阻率，LWD的2个接收级全部分布在仪器下方，对应于近接收和远接收。从下图可以看出，当电阻率传感器纵向上穿越好几个层位时，其在水平方向测得的电阻率Rh与垂直方向所测得的电阻率Rv是不相同的，但如果是在同一个层内的话，这两者所测得值应当是相同的。下图所反映的就是电阻率传感器的发射极及接收级穿过了不同岩性的地层时导致的极化效应：
3 “佐罗”效应 [1] [2]
该现象是在电阻率传感器的接收级穿过了2个不同岩性的地层时导致的“佐罗”效应现象，该效应也是通常所讲的边界效应，当电阻率两个接收级处于电阻对比较高两个层位时，就必然会发生这种现象，曲线上表现出来的特征就是在层边界处产生两个反向的尖峰极值，如图五所示：
4 “窗帘”效应 [1] [2]
该现象主要发生在井眼不平滑的情况下，诸如使用常规马达定向时进行增斜或降斜施工操作而造成的井眼不平滑现象，在该情况下，当LWD仪器，特别是电阻率传感器穿过不平滑井眼段时，由于井眼的不规则，加之电阻率传感器探测距离有限，而且探测的距离也不尽相同，所以当电阻率传感器经过该不规则井段时就会产生像“窗帘”一样效果的电阻率曲线，即起伏变化频率较快，见图六所示。
二、异常现象解决方法
根据不同情况下产生的异常现象，我们可以利用其对应的特性来一一化解，具体方法如下：
1、平滑滤波处理方面
现场处理滤波时通常选用平方滤波法进行差值处理，平滑间距选择0.15米，窗长选择0.3米，这种参数设置对于数据采集密度较大，不存在异常现象发生的情况下较为实用，选择该参数不会发生数据失真现象，但对于存在严重异常现象发生，如Spike现象的井来讲，使用该参数将使曲线看上去非常不平滑，存在严重的曲线震荡现象，无法对比地层，因此需要重新调整平滑参数，但同时加大平滑窗长也有缺点，因为窗长增加后相应的数据的失真度也就高了，对于极薄的地层对比来讲非常不利。
2、选用不同频率组合的LWD仪器
目前我公司使用的LWD仪器存在一定缺陷，对于某些地区的井来讲，特别是岩性变化快、过渡性强的地层，无法从根本上消除这类异常现象。因为不仅其发射频率高而且频率较为单一，仅1Mhz和2Mhz两种，并且是單向发射单向接收，这样势必产生上述4种异常现象。相对于电缆测井而言，利用感应测井的低发射频率（20Khz～200Khz），而且采用对称互补式测井方式，这样在很大程度上消除了此类异常现象，目前哈里伯顿就采用EWR-M5电阻率传感器来消除这种异常现象，同样斯伦贝谢也采用了ARC VISION多频补偿随钻测井仪器来解决此类现象。
3、选用对称发射电磁波的LWD仪器
从电磁波传播理论得知，电磁波在传播过程中会受到传输电介质影响，而且频率越高，影响越大，之所以选择频率在100Khz～2Mkz之内，是因为在该波段内，电磁波的传播受传输介質的影响较小，电磁波经发射极发射传播到地层而后再到达接收级时的信号强度适中，而且较低的频率会得到很好地效果，在接收级接收到的信号的强度也较高，这有利于我们测量地层物理参数；高于10Mhz的电磁波在地层中传播时能量大部分被吸收，回到接收级的能量极小，这对于测量幅值或相位电阻率的仪器而言极为不利；而低于100Khz以下的电磁波在介质中传播时容易产生“涡流”效应，也即在发射与接收级之间产生“短路”现象，这种电磁波无法穿过地层，从而也无从测量地层电属性参数。因此当选择1Mhz以下100Khz以上的频率时，诸如200、400Khz的电磁波，其探测深度更深，测量值也越准确，而且受地层各向异性的限制也较小，加之对称发射又起到电阻率补偿作用，所以针对非均质较强的地层，选择低频、对称发射的LWD仪器可以消除地层非均质带来的不利影响。如使用公司目前的SL6000系统可以较好地解决该问题，因为SL6000是对称发射电磁波的电阻率仪器，该仪器起到一个补偿的作用，从而使得曲线看上去较为平滑。
4、优化钻具组合，平滑井眼轨迹
针对窗帘效应现象，主要原因是井眼不平滑造成，因此处理这类现象时尽量考虑优化钻具组合，特别是井底BHA问题，因使用常规马达钻进时，经常因调整井眼轨迹需要定向钻进处理，这样势必造成井眼的不规则，起伏变化频率高，这种不平滑的井眼在进行随钻测井时往往出现上述“窗帘”效应，造成现场地质师判断地层困难。
5、使用电阻率边界探测设备
目前国外三大油服公司为解决上述异常现象，分别开发了对应的技术，如斯伦贝谢的Periscope、Geosphere，哈里伯顿公司制造的ADR，贝克休斯公司生产的Azitrack等等，此类设备的特点即是探测范围广、探测深度大、探测的精度高，区分地层边界具有明显的优势，国内目前在海上及部分区块即是使用该技术解决此类问题。
三、结论
根据上述内容分析可以得知，产生随钻测井异常现象的原因有很多方面，既有地层本身因素的影响，诸如地层的非均质性、各向异性等，也有LWD仪器本身因素，诸如发射频率、对称发射与否等等原因而造成的极化效应、边界效应、“佐罗”效应等异常现象， 该现象的出现不利于现场地质师对当前出现的地层信息做出准确的地层对比与评价，从而达不到应有的地质导向效果。为此我们在滤波方面做了调整，但是该方法并不能从本质上解决此类异常问题，而且还有可能造成数据的失真，因此，要从根本上解决该问题需要使用新技术、新仪器，诸如多频补偿电阻率、低频对称双边发射电阻率传感器等，这样在地质导向过程才能发挥仪器的真正作用，达到导向目的。
参考文献：
[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LWD Log Quality Control Guide v5.1 .1999。
[2] Sperry-Sun， a Halliburton Company， LQA EWR P4 .1999。