CN1409105A

CN1409105A - 含油饱和度测量方法及测量探头

Info

Publication number: CN1409105A
Application number: CN 01123944
Authority: CN
Inventors: 王家禄
Original assignee: 王家禄
Current assignee: Oil Recovery Ratio Inst., China Oil Exploration & Development Academy
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: CN1200273C

Abstract

本发明的名称为：含油饱和度测量方法及测量探头。本发明涉及一种石油工程测量方法及仪器。该测量方法为在被测对象内至少建立一个电位电极系，所述电位电极系包括一对供电电极、一对测量电极和电位测量仪，通过供电电极供给电流，在地层中建立电场，用电位测量仪对测量电极进行电位差测量。本发明提供了一种测量点饱和度的测量方法及该方法涉及的测量探头，能够实时测量被测对象某一点含油饱和度及其动态变化。

Description

含油饱和度测量方法及测量探头

技术领域：

本发明涉及一种石油工程测量方法及仪器，特别是石油工程含油介质中测量含油饱和度的测量方法及测量仪器。

背景技术：

在天然岩心、填砂管、三维模型等多孔介质中实验研究油-水两相渗流时，如何测量介质中每一点油水含量即含油饱和度的动态变化是一个世界性的难题，目前关于饱和度测量主要方法有：X射线CT法、X射线吸收法、核磁共振法、微波吸收法和伽马射线衰减饱和度检测法，上述各方法均是测量模型剖面平均饱和度的变化，没有测量点饱和度的方法和仪器。

发明内容：

本发明提供了一种测量点饱和度的测量方法及该方法涉及的测量探头，能够实时测量被测对象某一点含油饱和度及其动态变化。

本发明的技术方案是：在被测对象内至少建立一个电位电极系，所述电位电极系包括一对供电电极、一对测量电极和电位测量仪，通过供电电极供给电流，在地层中建立电场，用电位测量仪对测量电极进行电位差测量。

上述电位电极系是将一含油饱和度测量探头***被测对象并与电源和电位测量仪相连组合而成的；

所述含油饱和度测量探头包括一绝缘细长圆柱探棒，所述探棒探入被测对象的部分的外周间隔一定距离设置有三个环行电极，所述三个环行电极分别有导线从探棒内引出到探棒的地上端头的三个接点上；三个接点中与最接近地面的环行电极相连的接点与电源相连，另两个接点分别有导线与电位测量仪相连。

上述电极为银电极。

上述探棒上与电源相连的环行电极与电源构成供电电极，另两个与电位测量仪相连的环行电极构成测量电极。由于地层水与原油在电性上的差异很大，通常地层水电阻率较低，原油电阻率(10⁹-10¹⁶欧姆·米)接近无穷大，所以岩石电性最能反映含水饱和度的变化。在外加电场的作用下，通过岩石的全电流是传导电流和位移电流之和，前者与岩石电导率有关，后者与岩石的介电常数有关，当外场频率改变时，岩石电导和介电常数都是频率函数。选择适合测量的频率范围，通过供电极的环行电极供给被测对象地层电流，在地层中建立电场后，探棒外周的另两个环行电极感受到地层介质的电流变化，用测量仪器对两个电极进行电位差测量。这个电位差反映了电场分布特性，从而反映电阻率变化。通过电位差的测量在对被测对象的各项系数确定后，就可计算每个测量点的饱和度。因此采用本发明的方法和测量探头，能够测量被测对象中每一点油水含量即含油饱和度的动态变化。

附图说明：

图1是本发明电位电极系示意图；

图2是本发明测量用探头的结构示意图。

具体实施方式：

附图2中绝缘探棒1的地上端头2有三个接点，探棒1的下部外圆周上设置有三个银电极，从上到下分别是A电极3，M电极4，N电极5，三个电极在探棒1内有导线分别与地上端头的三个接点相连。图1反映出了供电电极和测量电极的设置位置，其中B供电电源6与探棒1的A电极3相连，M电极4和N电极5与电压测量仪7相连。

在被测对象中建立多个图1所示的电极系。

电阻率测量供给低频(频率分档可调)矩形波交流电，测量M和N之间的电位差ΔU_MN，并按下式计算电阻率：

R = K \frac{Δ U_{MN}}{I}

K为电极系系数，它只与电极系尺寸、类型有关。

假设介质是均匀各向同性，其电阻率为R，以点电源为球心，以r为半径作一球。在球上电流密度为

j = \frac{1}{4 π r^{2}}

根据欧姆定律微分形式，得

E = \frac{RI}{4 π 4^{2}}

将E积分得

U = \frac{RI}{4 πr}

如果电极系是由A、M、N组成，则

U_{M} = \frac{RI}{4 π \overset{&OverBar;}{AM}}, U_{N} = \frac{RI}{4 π \overset{&OverBar;}{AN}}

{ΔU}_{MN} = U_{M} - U_{N} = \frac{RI}{4 π} (\frac{1}{\overset{&OverBar;}{AM}} - \frac{1}{\overset{&OverBar;}{AN}}) = \frac{\overset{&OverBar;}{MN}}{4 π \overset{&OverBar;}{AM} \cdot \overset{&OverBar;}{AN}} RI

则

R = \frac{4 π \overset{&OverBar;}{AM} \cdot \overset{&OverBar;}{AN}}{\overset{&OverBar;}{MN}} \cdot \frac{Δ U_{MN}}{I}

电极系系数为：

K = \frac{4 π \overset{&OverBar;}{AM} \cdot \overset{&OverBar;}{AN}}{\overset{&OverBar;}{MN}}

1.电极系的设计原则

(1)电极系尺寸的确定

采用的电极系的四个电极：A、B为供电极，M、N为测量电极。要在有限介质中准确测量电阻率，电极系尺寸不应该太大，才能满足点电源的条件。

(2)探测范围

电极距决定了电极系的探测范围，电极距L＝AM+MN/2，在均匀介质中电电极系的探测半径约为2倍电极距；梯度电极系得探测半径为L。

(3)电极系有稳定的湿度性能

(4)有一定的机械强度

(5)电极间相互绝缘

(6)电极系要有扩展性和兼容性

为了更好地了解饱和度分布，提供多种测量方式(点测，交替测量，电位测量和梯度测量)；井间监测。

2.电极系系数的确定

在已知电导率的均匀无限大介质中标定每个电极系的K值，并与数值计算结果对比。

3.本发明测量探头电极棒上的三个环行电极选用银电极，并应精确定位。

4.含油饱和度的计算

(1)由阿尔奇公式：

I = \frac{Rt}{Ro} = \frac{b}{{Sw}^{n}}

式中：Rt——岩石完全含水电阻；

Ro——岩石完全含水电阻率；

Sw——含水饱和度；

b——系数；

n——饱和度质数。

(2)确定n的方法

岩石实验法：柱状岩心驱替实验法。

经验系数：纯砂岩一般取a＝b＝1，m＝n＝2。

下面的过程是基于电位电极系测井原理，监测驱替过程中均匀介质内部含水饱和度变化提出的研究思路：

制作经标定的测量探头→制作装有电极系的模型→测量驱替过程中电阻率变化→确定模型的b，n值→计算每个测量点的饱和度

本发明的主要优点是能够测量实验模型中每一点油水含量即含油饱和度的动态变化。

Claims

1.一种含油饱和度测量方法，其特征在于在被测对象内至少建立一个电位电极系，所述电位电极系包括一对供电电极、一对测量电极和电位测量仪，通过供电电极供给电流，在地层中建立电场，用电位测量仪对测量电极进行电位差测量。

2.根据权利要求1所述的含油饱和度测量方法，其特征在于所述电位电极系是将一含油饱和度测量探头***被测对象并与电源和电位测量仪相连组合而成的。

3.根据权利要求2所述的含油饱和度测量方法，其特征在于所述含油饱和度测量探头包括一绝缘细长圆柱探棒，所述探棒探入被测对象的部分的外周间隔一定距离设置有三个环行银电极，所述三个环行电极分别有导线从探棒内引出到探棒的地上端头的三个接点上。

4.根据权利要求3所述的含油饱和度测量方法，其特征在于所述含油饱和度测量探头的地上端头的三个接点中与最接近地面的环行电极相连的接点与电源相连，另两个接点分别有导线与电位测量仪相连。