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[摘 要]套管井中，由于套管对电流的强阻隔作用，只有极其微弱的电流可以进入地层，使得过套管电阻率测井很难实现。分析CHFR测量原理，建立CHFR测井响应方程，并对其特点和影响因素展开探讨。
[关键词]套管井 电阻率测井 响应
中图分类号：TE133 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0021-01
套管井烃类饱和度评价只能应用放射性测井。经过人们多年的努力，精确可靠地测量套管井地层电阻率已经成为现实。它不但可以提供更好的饱和度评价，而且能够监测油藏和确定死油层，还可以测量高风险井地层电阻率。
1、原理与方法
1.1 基本原理
CHFR套管井地层电阻率测井是一种侧向测井方法。应用侧向测井仪测量地层电阻率Rt，通常需要测量发射电流I和下井仪电压V。为了求出电阻率，可用电压V和电流I的比值再乘上一个常数K，即：Rt=KV/I。常数K称为下井仪K因子，由下井仪本身的几何形状决定。由于井眼中存在钢质套管，CHFR测量方法比较复杂，但地层的电阻率仍可由V和I求出。
通常，电流沿着电阻率最小的路径完成回路，因此在钢质套管和地层之间，大部分电流会沿低电阻率的套管流动，只有一小部分泄漏到地层中去。测量套管外电阻面临的主要问题是测量这部分泄漏出去的微小电流。沿套管流动的电流可以直接测出，但泄漏到地层中的电流不能直接测出，因为电极无法与地层接触。然而，用发射电流减去套管电流即可以求出泄漏到地层中的电流。
1.2 测量方法
测量分两个阶段：第一阶段是测量阶段，通过测井仪中的电流源施加低频交流电流到套管上，仪器发射端下部有4个电压电极，每次测量使用其中的3个电极。几对电极之间的电压降是泄漏到地层中的电流造成的电压降和套管上电压降之和。
第二阶段称为校准阶段，需要测定套管电阻率造成的电压损失。但电流沿套管向下泄漏到地层中的电流可以忽略，因为电流不需要通过地层完成回路，而是流动到测井仪下面10m处的电流电极上。使用测量阶段的电压电极即可求出套管的电阻率。由两次测量结果的差值就可求出地层电阻率。
另外，需要测定套管电压Vo、测量底部电流发射器和地面另一个参考电极两端的电压。正极和负极各测量一次，以减少系统误差（如极化和漂移）。
2、测井响应
2.1 CHFR测井响应方程
套管可以理想化为导电的圆柱表面，套管内外的电场满足MaxWell方程：
CurlH=δE，DivE=0
CurlE=0，DivH=0
Er1=Er2；EZ1=EZ2
Hr2-Hr1=S.EZ
式中：E1和E2分别为电场内外表面的电场强度，V/m；H1和H2分别为电场内外表面的磁场强度，A/m；下标r和z分别代表径向和纵向；S为电导率，s/m。
为了便于求解，引入电势标量U且满足：
2.2 套管与传输线相似性
传输线模型是电流在1个相对无限小的电阻同很多相对无限大的电阻并联构成的电路中传输满足的数学模型，无限小的电阻被称为传输线。将CHFR测井环境中的套管看成是电阻无限小的传输线，垂向的地层看成是一序列同套管并联的无限大的电阻，从发射电极激发的电流沿这一电路传输，按传输线模型解得中场区的电场满足下面的方程：
对两个式子，如果套管的电阻率同传输线的电导率相等，即T=ρ2，地层的电阻看成是传输线模型横向电阻率，则中场区的电场分布规律可以用傳输线模型来表达。
2.3 测量的可行性、可靠性和重复性
对同一井段进行重复测量和时间推移测量，研究多次测量曲线的重合程度可以检测CHFR测井仪的稳定性。将CHFR测井仪的测量结果同裸眼井深侧向电阻率曲线进行比较可以验证CHFR测井仪测量的可靠性。大量现场实测资料表明：CHFR测井曲线能够和裸眼井电阻率曲线重合，特别是侧向电阻率曲线很好地重合。其中，同微侧向电阻率曲线差别较大，同中侧向测井的电阻率对比图形状特征相似，基本重合，同深侧向电阻率测井曲线重合最好，证明CHFR测井能准确测量地层的电阻率。
3、技术特点及影响因素
3.1 技术特点
（1）不受井自身条件的影响。CHFR测量电阻率不受井自身条件的影响，即不受井眼冲蚀、侵入带和近井地带冲刷的影响。而这些影响将给碳氧比（C/O）测井和核子测井带来偏差。
（2）CHFR探测深度深。由于仪器探测深度达到2～11m，几乎不受大多数电缆式测井标准的限制，所以它不仅能够探测到未侵入层，而且在某些条件下可以早期给出逼近的驱替前沿的情况。
（3）测量的动态范围宽。CHFR测量的动态范围较宽，它可应用于低孔隙度和低矿化度的地层。而这些条件下不利于核子测井方法精确评价。
（4）测井曲线具有重复性。CHFR现场测井曲线具有重复性，并且可直接与钻时记录的裸眼井地层电阻率做比较。CHFR测试数据可以清晰地辨别出原始含油区、驱替区和未波及区。
3.2 影响因素
同裸眼井中的侧向测井类似，CHFR仪器测的是串联电阻；而感应测井测的是并联电阻。因此，泄漏到地层中电流的测量必须经受套管和地层间物质的影响，并体现在对电阻率测量范围和垂直分辨率的影响上。
测量下限的影响因素。固井水泥的影响，电阻率测量下限定为1Ω.m。在低地层电阻率限制下，固井水泥对CHFR测量的影响不能忽略，但可以进行校正。
测量上限的影响因素。测量上限定为Ω.m是由信噪比和可接受的每次静止测量时间所决定的。更长的CHFR静止时间提高了测量的精确度，并且延长了可测量电阻率的范围。由于电阻率的测量还取决于套管直径、套管厚度和重量、离套管鞋的距离等因素，电阻率实际上限可能要高于Ω.m。
垂直分辨率的影响因素。CHFR垂直分辨率有着诸多局限性，它是电压电极距的一个函数。而且地层厚度也是其影响因素之一，1.2m是岩层中部可以正确读取数据的最小岩层厚度。
参考文献
[1] 杨涛涛，范国章，吕福亮，王彬，吴敬武，鲁银涛.烃源岩测井响应特征及识别评价方法[J].天然气地球科学，2013，（02）：414-422.
[2] 原宏壮，陆大卫，张辛耘，孙建孟.测井技术新进展综述[J].地球物理学进展，2005，（03）：786-795.
[关键词]套管井 电阻率测井 响应
中图分类号：TE133 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0021-01
套管井烃类饱和度评价只能应用放射性测井。经过人们多年的努力，精确可靠地测量套管井地层电阻率已经成为现实。它不但可以提供更好的饱和度评价，而且能够监测油藏和确定死油层，还可以测量高风险井地层电阻率。
1、原理与方法
1.1 基本原理
CHFR套管井地层电阻率测井是一种侧向测井方法。应用侧向测井仪测量地层电阻率Rt，通常需要测量发射电流I和下井仪电压V。为了求出电阻率，可用电压V和电流I的比值再乘上一个常数K，即：Rt=KV/I。常数K称为下井仪K因子，由下井仪本身的几何形状决定。由于井眼中存在钢质套管，CHFR测量方法比较复杂，但地层的电阻率仍可由V和I求出。
通常，电流沿着电阻率最小的路径完成回路，因此在钢质套管和地层之间，大部分电流会沿低电阻率的套管流动，只有一小部分泄漏到地层中去。测量套管外电阻面临的主要问题是测量这部分泄漏出去的微小电流。沿套管流动的电流可以直接测出，但泄漏到地层中的电流不能直接测出，因为电极无法与地层接触。然而，用发射电流减去套管电流即可以求出泄漏到地层中的电流。
1.2 测量方法
测量分两个阶段：第一阶段是测量阶段，通过测井仪中的电流源施加低频交流电流到套管上，仪器发射端下部有4个电压电极，每次测量使用其中的3个电极。几对电极之间的电压降是泄漏到地层中的电流造成的电压降和套管上电压降之和。
第二阶段称为校准阶段，需要测定套管电阻率造成的电压损失。但电流沿套管向下泄漏到地层中的电流可以忽略，因为电流不需要通过地层完成回路，而是流动到测井仪下面10m处的电流电极上。使用测量阶段的电压电极即可求出套管的电阻率。由两次测量结果的差值就可求出地层电阻率。
另外，需要测定套管电压Vo、测量底部电流发射器和地面另一个参考电极两端的电压。正极和负极各测量一次，以减少系统误差（如极化和漂移）。
2、测井响应
2.1 CHFR测井响应方程
套管可以理想化为导电的圆柱表面，套管内外的电场满足MaxWell方程：
CurlH=δE，DivE=0
CurlE=0，DivH=0
Er1=Er2；EZ1=EZ2
Hr2-Hr1=S.EZ
式中：E1和E2分别为电场内外表面的电场强度，V/m；H1和H2分别为电场内外表面的磁场强度，A/m；下标r和z分别代表径向和纵向；S为电导率，s/m。
为了便于求解，引入电势标量U且满足：
2.2 套管与传输线相似性
传输线模型是电流在1个相对无限小的电阻同很多相对无限大的电阻并联构成的电路中传输满足的数学模型，无限小的电阻被称为传输线。将CHFR测井环境中的套管看成是电阻无限小的传输线，垂向的地层看成是一序列同套管并联的无限大的电阻，从发射电极激发的电流沿这一电路传输，按传输线模型解得中场区的电场满足下面的方程：
对两个式子，如果套管的电阻率同传输线的电导率相等，即T=ρ2，地层的电阻看成是传输线模型横向电阻率，则中场区的电场分布规律可以用傳输线模型来表达。
2.3 测量的可行性、可靠性和重复性
对同一井段进行重复测量和时间推移测量，研究多次测量曲线的重合程度可以检测CHFR测井仪的稳定性。将CHFR测井仪的测量结果同裸眼井深侧向电阻率曲线进行比较可以验证CHFR测井仪测量的可靠性。大量现场实测资料表明：CHFR测井曲线能够和裸眼井电阻率曲线重合，特别是侧向电阻率曲线很好地重合。其中，同微侧向电阻率曲线差别较大，同中侧向测井的电阻率对比图形状特征相似，基本重合，同深侧向电阻率测井曲线重合最好，证明CHFR测井能准确测量地层的电阻率。
3、技术特点及影响因素
3.1 技术特点
（1）不受井自身条件的影响。CHFR测量电阻率不受井自身条件的影响，即不受井眼冲蚀、侵入带和近井地带冲刷的影响。而这些影响将给碳氧比（C/O）测井和核子测井带来偏差。
（2）CHFR探测深度深。由于仪器探测深度达到2～11m，几乎不受大多数电缆式测井标准的限制，所以它不仅能够探测到未侵入层，而且在某些条件下可以早期给出逼近的驱替前沿的情况。
（3）测量的动态范围宽。CHFR测量的动态范围较宽，它可应用于低孔隙度和低矿化度的地层。而这些条件下不利于核子测井方法精确评价。
（4）测井曲线具有重复性。CHFR现场测井曲线具有重复性，并且可直接与钻时记录的裸眼井地层电阻率做比较。CHFR测试数据可以清晰地辨别出原始含油区、驱替区和未波及区。
3.2 影响因素
同裸眼井中的侧向测井类似，CHFR仪器测的是串联电阻；而感应测井测的是并联电阻。因此，泄漏到地层中电流的测量必须经受套管和地层间物质的影响，并体现在对电阻率测量范围和垂直分辨率的影响上。
测量下限的影响因素。固井水泥的影响，电阻率测量下限定为1Ω.m。在低地层电阻率限制下，固井水泥对CHFR测量的影响不能忽略，但可以进行校正。
测量上限的影响因素。测量上限定为Ω.m是由信噪比和可接受的每次静止测量时间所决定的。更长的CHFR静止时间提高了测量的精确度，并且延长了可测量电阻率的范围。由于电阻率的测量还取决于套管直径、套管厚度和重量、离套管鞋的距离等因素，电阻率实际上限可能要高于Ω.m。
垂直分辨率的影响因素。CHFR垂直分辨率有着诸多局限性，它是电压电极距的一个函数。而且地层厚度也是其影响因素之一，1.2m是岩层中部可以正确读取数据的最小岩层厚度。
参考文献
[1] 杨涛涛，范国章，吕福亮，王彬，吴敬武，鲁银涛.烃源岩测井响应特征及识别评价方法[J].天然气地球科学，2013，（02）：414-422.
[2] 原宏壮，陆大卫，张辛耘，孙建孟.测井技术新进展综述[J].地球物理学进展，2005，（03）：786-795.