CN101609170B - 一种用于三维感应测井实验的模拟井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于三维感应测井实验的模拟井装置，包括：溶液罐、溶液层、井眼和填充层；其中，所述溶液罐设置在地层下；所述溶液层为具有一定电导率的溶液，该溶液层填充在所述溶液罐中，用于模拟井下环境；所述井眼设置在所述溶液层内，用于放置进行测井的仪器；所述填充层设置在所述溶液罐和地层之间，用于降低所述地层对所述溶液罐内模拟环境的影响，所述填充层内内填充有具有一定电导率的液体。本发明采用填充层屏蔽地层对仪器测井的干扰，不但可以提高仪器测井试验的准确性，还能大大降低溶液罐的径向深度，减少溶液层体积，从而降低模拟井的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于三维感应测井实验的模拟井装置。
背景技术
目前，一种新型测井的仪器在投入使用之前，大都会经过理论研究、实验方法研究和样机的研制、最后才到大批量的生产和投入使用这一流程。实验方法研究是非常关键的，既可用来验证理论的正确性、方案的可行性，也能根据实验结果对仪器的一些参数设计提供指导，同时在仪器产业后也能提供可靠的质检方法。
现在，国内外感应仪器的试验井大都建于地上，如图1所示，溶液罐8建于地面之上，井眼4位于溶液罐8中，测井的仪器5在井眼4中进行测井工作。这种结构测得的数据较为准确，这是由于在试验井径向上外界为空气，所以测井的仪器5在测井时不受径向外界电环境影响，便于测量数据的准确评估。但是这种设计方案也存在严重不足：实验室层高较高，造成制作成本非常高；另外，外层水罐由于直接建在大气中，需承受极大的溶液压力，溶液遭到破坏，存在很大危险隐患；最后，由于试验时存在高空作业，操作安全性较差。
还有一种方案是在地下建一大的溶液罐作为实验井，如图2所示。它在径向上可看成两层模型，溶液层1和溶液罐8外的实际地层3，由于井外实际地层3的电导率未知，且可能是非均匀性，同时井外的电导率可能会变化(如下雨过后其湿度增加，电导率也可能增加)。为了发挥实验井的作用，能够评价仪器5在一确定的模型下的响应与理论预估值是否一致，需提供一个已知的确定性模型，也即需将溶液罐8外不确定性地层3的影响尽量减小。我们通过数值仿真程序考察实际地层3对仪器5响应的影响，考察溶液罐8半径r多大时，外界的影响足够小。井外界实际的地层3的电导率假设变化范围为0.01-0.1S/m，溶液罐8内的电导率为0.5S/m左右，发射到接收线圈的距离取39in。当地层3取不同的电导率时，响应变化很小则认为外界的影响较小，考察响应的变化误差随溶液罐8的径向半径r变化情况。响应的变化误差error定义为：error＝[f(δout＝0.1)-f(δout＝0.01)]/f(δout＝0.1)，其中f(δout＝0.1)表示实际地层3电导率为0.1S/m时的响应；f(δout＝0.01)表示实际地层3电导率为0.01S/m时的响应。误差error随溶液罐8半径r的变化关系如图3所示，图中zz曲线指的是z向的线圈发射、z向线圈接收的响应误差(即共轴线圈发射，共轴线圈接收)，图中xx曲线指的是x向的线圈发射、x向线圈接收的响应误差(共面线圈发射，共面线圈接收)。
从图3可以看出：为了使地层3的影响不至于使仿真与测量的响应的变化误差超过5％，则需径向深度即溶液罐8半径不小于3.7m，如果线圈距增大或溶液的电导率减小都可能造成所需的溶液罐8半径增大。显然建一个半径如此大，高度一般需要6m以上的溶液罐8所需成本是非常大的，而且在实验过程中还需要经常更换溶液，或改变溶液的电导率，溶液罐8半径过大会导致实验成本增高，实验周期增长，效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低廉、安全性高，且数据可靠的感应仪器的试验井。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于三维感应测井实验的模拟井装置，包括：溶液罐、溶液层、井眼和填充层；其中，
所述溶液罐设置在地层下；
所述溶液层为具有一定电导率的溶液，该溶液层填充在所述溶液罐中，用于模拟井下环境；
所述井眼设置在所述溶液层内，用于放置进行测井的仪器；
所述填充层设置在所述溶液罐和地层之间，用于降低所述地层对所述溶液罐内模拟环境的影响，所述填充层内内填充有具有一定电导率的液体。
进一步，所述液体是电导率为0.02-0.1S/m的盐溶液。
进一步，所述填充层和地层之间还设置有防水层。
进一步，所述井眼的管壁为具有一定电导率的玻璃钢。
进一步，所述溶液层为盐溶液。
本发明具有如下优点：
1、本发明采用填充层屏蔽地层对仪器测井的干扰，不但可以提高仪器测井试验的准确性，还能大大降低溶液罐的半径，减少溶液层体积，从而降低模拟井的制作成本。
2、本发明中的防水层，可以使得本发明在进行测井试验过程中可靠性得到提高。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1示出了建于地表的试验井模型；
图2示出了传统建于地下的试验井模型；
图3示出了图2所示试验井中地层的影响误差随溶液罐半径变化关系示意图；
图4示出了本发明一种用于三维感应测井实验的模拟井装置结构示意图；
图5示出了本发明中各向异性层结构示意图；
图6示出了本发明中不计入井眼及各向异性层时的简化模型示意图；
图7示出了本发明中填充层电导率为0.02时地层的影响误差与填充层半径变化关系示意图；
图8示出了本发明中填充层电导率为0.1时地层的影响误差与填充层半径变化关系示意图；
图9示出了本发明第二种实施例结构示意图；
图10示出了本发明第三种实施例结构示意图。
具体实施方式
如图4所示，本发明包括：溶液罐8、溶液层1、井眼4和填充层2；其中，
溶液罐8设置在地层3下；
溶液层1为具有一定电导率的溶液，该溶液层1填充在溶液罐8中，用于模拟井下环境；
井眼4设置在溶液层1内，用于放置进行测井的仪器5；
填充层2设置在溶液罐8和地层3之间，用于降低地层3对溶液罐8内模拟环境的影响，填充层内2内填充有具有一定电导率的液体。
为在尽量降低地层3对模拟环境影响的同时，尽量降低溶液罐8的半径，以降低成本，提高效率和减小试验周期，本发明设计了填充层2。填充层2内填充具有一定电导率的液体。填充层2内的填充物在本发明进行不同的模拟试验时无须更换，可以长期使用。只需要更换溶液罐8中的溶液即可。
填充层2内填充的液体可以是盐溶液，电导率可以取为0.02-0.1S/m。由于填充层2内填充的液体可以长期使用，所以填充层可以建的较大，从而可以提高本发明进行模拟的准确性。
填充层2和地层3之间还设置有防水层7。防水层7将填充层2与地层3有效隔开，防止地层3的水份进入填充层2，从而避免改变填充层2的电导率。防水层7的材料可以根据实际需要进行选择，可以选择塑料、橡胶以及其他防水形式。
在溶液罐8内还设置有用以实现宏观各向异性的各向异性层6。各向异性层6结构如图5所示，包括均匀打孔的塑料板61、盐溶液62及塑料支柱63。
各向异性层6通过均匀打孔的塑料板61与盐溶液62交替放置以实现宏观各向异性。可以通过改变盐溶液62的电导率来改变整体的电导率，通过改变均匀打孔的塑料板61的孔隙度来改变各向异性系数。塑料板61相互之间通过塑料支柱63来支撑。塑料板61的孔隙度通过孔的大小和疏密来控制，从而控制各向异性系数。这种控制各向异性系数实现较为简单，而且成本较低，具体可参见已申请的专利(申请号：200810222501.9)。
井眼4的管壁9为具有一定电导率的玻璃钢。电导率可取0.05S/m，这种结构能够有效地模拟实际的井，特别对于共面线圈，井眼4的管壁9具有一定电导率是非常必要的。井眼中根据测井的仪器5的实际需要，可以填充具有一定电导率的液体。
溶液层1为盐溶液。盐溶液的电导率根据每种测井的仪器5不同可以进行改变。填充层2内填充的溶液也是盐溶液，其目的是为了抵消地层3对溶液层1的影响。填充层2盐溶液抵消地层3影响后，溶液层1盐溶液可以最大限度的发挥作用，为测井仪器5提供测试数据。由于填充层2已经抵消了地层3的大部分影响，溶液层1的盐溶液可以很少，也就是溶液罐8的半径可以较小，在对不同测井仪器5进行测试，需更换溶液层1盐溶液时也非常方便和经济。
由于地层3的电导率具有很强的不确定性，而填充层2的半径始终是有限的，所以地层3一对会对响应产生影响。针对图4所示的实验井，我们通过仿真考察径向填充层2半径高于什么样的数值时地层3电导率的变化才对仪器5的响应影响小到可以忽略的程度，才能看成一确定性模型。在不考虑井眼4和各向异性层6时，图4所示的模拟井装置可以等效成径向上的分为三层的模型，如图6所示，第一层为溶液层1，第二层为填充层2，第三层为实际的地层3。
令溶液层1的电导率δ1＝0.1S/m，溶液罐8的半径为r1＝2.0m，填充层2的电导率δ2＝0.02S/m，填充层2的外半径为r2。考察第三层实际地层3电导率从δ3＝0.05-0.02S/m时，响应的相对变化量随r2的关系。并定义此相对变化量为误差error，即：
Error＝[f(δ3＝0.05)-f(δ3＝0.02)]/f(δ3＝0.02)
上式中f(δ3＝0.05)为地层3取δ3＝0.05S/m时的响应，f(δ3＝0.02)为地层3取δ3＝0.02时的响应。以地层3的电导率为0.02作为基准，由于地层3的电导率不确定，当地层3取不同电导率时与取0.02时的误差。仿真的结果如图7所示，从图7中可以看出当填充层2的半径大于6.5m时地层3的影响很小，误差小于5％。
当填充层2的电导率δ2＝0.1S/m时，其他参数不变，误差随r2的变化关系如图8所示，从图8中可以看出当填充层2的半径r2大于5.3m时地层3的影响很小，误差小于5％。显然填充层2电导率越大，对激励线圈产生的场的衰减越大，也就是地层3的影响越小。
图7、图8中，zz曲线指的是z向的线圈发射、z向线圈接收的响应误差(即共轴线圈发射，共轴线圈接收)，图中xx曲线指的是x向的线圈发射、x向线圈接收的响应误差(共面线圈发射，共面线圈接收)。
但是填充层2电导率也不能取过大，因为填充层2电导率越大，溶液层1的对线圈响应的贡献就越小，也就是填充层2取代地层3干扰测井的仪器5工作效果，破坏溶液层1对测井的仪器5的影响。综合来看，填充层2电导率取0.02～0.1S/m之间较为合适。
通过对本发明的试验研究，能给我们的测井实验提供已知的确定性模型，便于我们实验结果与理论仿真结果的对比，从而有利于我们对仪器5的性能评估。
在图4中的溶液灌8底部是紧邻防水层7的，同样的原理，我们也可以在溶液灌8底部与实际地层3之间加一层填充层2，从而有利于减小溶液灌8底部的地层3对仪器5响应的影响，结构形式如图9所示。
另外仪器的井眼4也可伸长至防水层7处，结构如图10所示，这样便于仪器5上下移动的范围更大。
综上所述，本发明能有效减小溶液灌8的尺寸，能有效地节约建造成本和提高实验的效率。并能使地层3对仪器5响应的影响足够小，为多分量感应测井的仪器5实验提供一个已知的确定性模型。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于三维感应测井实验的模拟井装置，其特征在于，包括：溶液罐(8)、溶液层(1)、井眼(4)和填充层(2)；其中，
所述溶液罐(8)设置在地层(3)下；
所述溶液层(1)为具有一定电导率的溶液，该溶液层(1)填充在所述溶液罐(8)中，用于模拟井下环境；
所述井眼(4)设置在所述溶液层(1)内，用于放置进行测井的仪器(5)；
所述填充层(2)设置在所述溶液罐(8)和地层(3)之间，用于降低所述地层(3)对所述溶液罐(8)内模拟环境的影响，所述填充层(2)内填充有具有一定电导率的液体，所述填充层(2)和地层(3)之间还设置有防水层(7)。
2.如权利要求1所述的用于三维感应测井实验的模拟井装置，其特征在于：所述液体是电导率为0.02-0.1S/m的盐溶液。
3.如权利要求1所述的用于三维感应测井实验的模拟井装置，其特征在于：所述井眼(4)的管壁(9)为具有一定电导率的玻璃钢。
4.如权利要求1所述的用于三维感应测井实验的模拟井装置，其特征在于：所述溶液层(1)为盐溶液。
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