用于检测井下测量仪器特性指标的电阻率模拟单元体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于检测井下测量仪器特性指标的电阻率模拟单元体。具体地，提供了一种模拟井下目标地层电阻率的电阻率模拟单元体，其为具有中央环孔的环形单元体，而且所述中央环孔的表面上具有至少一个局部标定特征，以用于检测井下测量仪器的一种或多种特性指标。
【专利说明】用于检测井下测量仪器特性指标的电阻率模拟单元体
【技术领域】
[0001]本发明涉及地球物理探测技术，具体地涉及电阻率测井技术。
【背景技术】
[0002]在地质钻探过程中，对井下不同深度、不同岩性的地层可以采用不同的地球物理探测技术。在各种地球物理探测技术中，测量目标地层的电阻率是区别不同岩性、发现地下油、气、水资源的重要手段之一。
[0003]随着测井技术水平的不断进步，一批信息量大，探测半径小的井下测量仪器，例如井下声电成像仪器、井下微电阻率扫描仪器等，相继研发成功。这些井下测量仪器分辨率高，提供的井下信息量大，为探明井下复杂地质情况提供了重要的依据。
[0004]但是，在现有技术中，对所研制的井下测量仪器进行标定、校验以检测这些仪器的可靠性、一致性时，或者为该仪器井下测量资料编制相应解释软件提供参数依据时，都必须到实际的井眼现场进行。这一工作不但费用高昂、耗时费力，而且标定、校验和所提供的参数依据本身在准确度和一致性上可能也不够理想，甚至可能找不到可用的适当井眼来实施这一工作。
[0005]也就是说，如何对所研制的井下测量仪器进行标定、校验，为仪器井下测量资料解释软件的编制提供参数依据已经成为本领域中急需解决的一大难题。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是要在地面建立一套模拟井下各种不同电阻率，不同地层厚度的装置，以方便地对所研制的井下仪器进行标定、校验，方便地为该仪器井下测量资料解释软件的编制提供准确可靠的参数依据。
[0007]本发明的另一个目的是要提供一种能够准确模拟井下不同目标地层相应电阻率的单元及其制造方法，其能够组合在一起模拟任意深度的整个井下地层不同的电阻率。
[0008]本发明的又一个目的是要使得模拟井下不同目标地层相应电阻率的单元在使用过程中电阻率保持相对稳定，将外界湿度的影响减至最小。
[0009]本发明的又一个目的是要使得模拟井下不同目标地层相应电阻率的单元结构简单，而且便于组成相应的区段且能容易地相对定位。
[0010]本发明的又一个目的是要使得模拟井下不同目标地层相应电阻率的单元可用于检测所述井下测量仪器的一种或多种特性指标。
[0011]为实现上述至少一个目的，本发明提供了一种模拟井下目标地层电阻率的电阻率模拟单元体，其为具有中央环孔的环形单元体，而且所述中央环孔的表面上具有至少一个局部标定特征。
[0012]优选地，所述局部标定特征包括具有不同几何尺寸和/或取向的多个凹槽和/或孔洞。
[0013]优选地，所述电阻率模拟单元体具有轴向贯穿其本身的一个或多个定位孔。[0014]优选地，所述定位孔的数量为三个，且沿同一圆周均布在所述电阻率模拟单元体的端面上。
[0015]优选地，所述电阻率模拟单元体的所有表面以及内部的孔隙中覆盖或填充有绝缘油。
[0016]优选地，所述电阻率模拟单元体由水泥、一种或多种导电物质和水制成。
[0017]优选地，所述导电物质为颗粒和/或粉末形式。
[0018]优选地，所述导电物质为石墨粉。
[0019]本发明的模拟井下地层电阻率的地面校验装置能够在地面上建立一套模拟井下各种不同电阻率，不同地层厚度的装置。利用该装置，可方便地对所研制的井下仪器进行标定、校验，方便地为仪器井下测量资料解释软件的编制提供准确可靠的参数依据。
[0020]本发明的电阻率模拟单元体能够准确地模拟井下不同目标地层相应电阻率，这些电阻率模拟单元体能够组合在一起模拟任意深度的整个井下地层的不同电阻率。而且，该电阻率模拟单元体使用过程中能够长期保持稳定。
[0021]此外，本发明的电阻率模拟单元体结构简单，便于组成相应的区段，能容易地相对定位，而且还可用于检测所述井下测量仪器的一种或多种特性指标。
[0022]根据下文结合附图对本发明优选实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]后文将会参照附图并以示例性而非限制性方式对本发明的优选实施例进行详细描述，附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应理解的是，这些附图未必是按实际比例绘制的。附图中:
图1示出了根据本发明一个优选实施例的模拟井下地层电阻率的地面校验装置的示意性侧剖视图；
图2是图1所示地面校验装置的井下地层模拟主体中电阻率模拟区段的示意性端视
图；
图3是图2所示电阻率模拟区段的一部分的示意性侧剖视图；
图4是图1所示地面校验装置的井下地层模拟主体中井壁成像检测区段的示意性端视
图；
图5是图4所示井壁成像检测区段一部分的示意性A-A剖视图；
图6是图4所示井壁成像检测区段一部分的示意性B-B剖视图；
图7是根据本发明一个优选实施例的环形单元体的示意性端视图；
图8是图7所示环形单元体的示意性侧剖视图。
【具体实施方式】
[0024]参见图1，根据本发明一个优选实施例的模拟井下地层电阻率的地面校验装置包括周向封闭的外井筒10 (例如可为密闭式钢制承压桶)和设置在外井筒10径向内侧的井下地层模拟主体20。优选地，在外井筒10与井下地层模拟主体20之间设置有扶正器15，以将井下地层模拟主体20与外井筒10适当地(通常是同中央轴线地)固定在一起，从而避免在地面校验装置的使用、吊装等过程中，井下地层模拟主体20的整体或局部发生位移和/或形变。如本领域技术人员熟知的，沿外井筒10的轴向方向优选可设置多个扶正器15。每个扶正器15本身例如可为一个整体式构件，或者也可由多个分离构件组成，其具体结构是本领域技术人员熟知的，本文对此不予赘述。
[0025]此外，如本领域技术人员能够理解的，例如在校验场所安装好本发明的地面校验装置后，在使用前，需要向外井筒10内(包括向井下地层模拟主体20可能的仪器空间以及井下地层模拟主体20与外井筒10之间的空隙中)注入模拟井下地层液体环境的液体。这些液体例如可以是中国国标35#柴油，或者可以是其他具有电绝缘特性的烃类液体，甚至可以是按照实际需求配比的油基泥浆钻井液，也可是其他基底钻井液，包括水基泥浆钻井液。为方便描述，本申请中将这些液体称为“井内液体”。
[0026]一般而言，外井筒10沿其轴向方向具有第一端11和与所述第一端轴向相对的第二端12。显然，为了向井下地层模拟主体20内注入井内液体以及供井下测量仪器进出，其中所述第一端为开口端。
[0027]优选地，外井筒10的第一端11上设置有一个周向封闭的储液箱40，所述储液箱沿其轴向方向具有第一端面和与所述第一端面轴向相对的第二端面。储液箱40的第一端面和第二端面分别具有第一中央开口和第二中央开口，所述第一中央开口用于向外井筒内注入井内液体以及供井下测量仪器进出，而所述第二中央开口则被沿其边缘周向地密封固定(例如通过焊接)到外井筒10的第一端11的外表面上。非常有利的是，这样的储液箱40在其内限定了一个临时的储液空间，以容装在本发明的校验装置使用时可能溢出外井筒10的液体，避免溢出的液体流到周围环境中，并且随后还可允许这些液体重新流回外井筒10中。例如，将待检验的井下测量仪器悬置入外井筒10中时(具体地，通常是置入井下地层模拟主体20可能的仪器空间中)，可能会使其中之前已注入的井内液体部分溢出，溢出的这部分液体可暂时容装在储液箱40内，而不会流入环境空间；而在撤出了待检验的井下测量仪器后，暂时容装在储液箱40中的这部分液体又可重新流回外井筒10中。
[0028]为了方便外部吊装设备(例如吊车)对本发明的地面校验装置进行吊装操作，优选可在外井筒10的第一端11附近或储液箱40的第一端面邻近周向边缘处设置一个吊装构件45。在一个实施例中，吊装构件45可以是对称地固定到储液箱40第一端面邻近周向边缘处的多个吊装环。例如，组装好地面校验装置后，可用吊车吊在吊装环上，将地面校验装置放入一个温度环境优选保持相对稳定的地下井坑中(通常是外井筒10的第一端11朝上，而第二端12朝下)。
[0029]如本领域技术人员能够理解的，这里所谓的“地下井坑”并非进行实际地质勘探或资源开采的地下井眼，而是在校验场所挖掘和/或修建的用于容装本发明校验装置的一个“容器”。优选将该“容器”建于地面之下，不过是出于经济或环境等方面的考虑，而非必须的。因此，尽管在某些实际应用中，本发明的校验装置可能被置于所谓的“地下井坑”中，但是对于本领域技术人员而言，由于不再需要到实际地质勘探或资源开采的地下井眼中进行仪器的标定/校验，因而本发明的校验装置仍然被认为是一种“地面校验装置”。
[0030]在图1所示的优选实施例中，外井筒10的第二端12也是一个开口端，其上设置有一个具有排液阀门51的端接装置50，以封闭第二端12的开口，并且允许已注入外井筒内的井内液体可在排液阀门51的控制下排出，以根据测试校验的要求更换新的井内液体。当然，本领域技术人员均可理解，替代性地，外井筒10的第二端12也可以是永久性地封闭的，此时需要采用其他措施来排出外井筒内的液体，例如可以插入额外的管进行泵吸，或者可以将整个地面校验装倾斜或翻转过来，以使液体可从外井筒10开口的第一端11处流出。
[0031]总体上，井下地层模拟主体20包括电阻率模拟区段21以及可选的井壁成像检测区段22和延伸区段23。
[0032]参见图2-3，电阻率模拟区段21优选由一个或多个电阻率模拟单元体30组成，厚度可根据需要确定。所述电阻率模拟单元体模拟了井下不同目标地层的电阻率，以供井下测量仪器(未示出)对其进行测量。由于电阻率模拟区段21可根据需要由不同厚度、不同电阻率的单元体组成，因此可模拟井下测量仪器的纵向分辨率可从例如IOmm — IOOOmm等多种不同厚度地层的不同电阻率，为井下测量仪器的标定、相应解释软件的编制提供了科学的真实依据，并可定期对相应的井下测量仪器进行可靠性和一致性校验。
[0033]参见图4-6，可选的井壁成像检测区段22由一个或多个井壁成像检测单元体35组成，厚度可根据需要确定。所述井壁成像检测单元体模拟了井下不同目标地层的电阻率，以供井下测量仪器(未示出)对其进行测量，而且在至少一部分或每个井壁成像检测单元体35的朝向外井筒10中央轴线的内侧表面上具有至少一个局部标定特征，以用于检测井下测量仪器的一种或多种特性指标。局部标定特征包括具有不同几何尺寸和/或取向的多个凹槽37’和/或孔洞37’’。更具体地，可在内孔壁上形成不同直径、不同深度的孔洞，不同尺寸的平行于横向方向延伸的凹槽、垂直于横向方向延伸的凹槽和/或相对于横向方向以其他倾斜角度延伸的倾斜凹槽，用以例如检测相应井下测量仪器的成像分辨率和/或探测深度等特性指标。至此，可以理解的是，井壁成像检测单元体35实质上是一种特殊的具有局部标定特征的电阻率模拟单元体。
[0034]如图1所示，电阻率模拟区段21可被设置成沿轴向方向邻近于外井筒10的第一端11，而井壁成像检测区段22可被设置成沿轴向方向邻接于电阻率模拟区段21。或者替代性地，井壁成像检测区段22可被设置成沿轴向方向邻近于外井筒10的第一端11，而电阻率模拟区段21可被设置成沿轴向方向邻接于井壁成像检测区段22。
[0035]此外，可选的延伸区段23也可由一个或多个延伸区段单元体39组成，并被设置成沿轴向方向邻近于外井筒10的第二端12。如本领域技术人员能够理解的，由于井下测量仪器并不对延伸区段23进行检测，故对该区段单元体的电阻率可以不作特别的限制。
[0036]优选地，电阻率模拟区段21、井壁成像检测区段22和延伸区段23中分别限定有能够接收井下测量仪器的仪器空间32、36、38，在图1的实施例中被示为圆形中央内孔。如前所述，延伸区段23并不被井下测量仪器测量，因而其中的仪器空间38例如是用于为井下测量仪器的操作提供一段延伸的容纳空间。
[0037]更优选地，这些仪器空间32、36、38均具有相同的中央轴线，且具有相同形状的横截面，由此这些仪器空间32、36、38即构成了井下地层模拟主体20完整的仪器空间25。
[0038]当然，本领域技术人员也应理解，如果电阻率模拟区段21、井壁成像检测区段22和/或延伸区段23本身中未限定有仪器空间，那么井下测量仪器将被下入这些区段的内侧表面与外井筒10之间限定的空间中进行测量。因此，可以说，本发明地面校验装置内接收井下测量仪器以便进行测量操作的仪器空间可以由井下地层模拟主体20本身在外井筒10内进一步限定出，或者也可由井下地层模拟主体20和外井筒10共同限定出。[0039]在一些实施例中，电阻率模拟单元体30、井壁成像检测单元体35和延伸区段单元体39可以被制成任何适当的形状，例如大致矩形或大致呈扇形环段的砖体。这些砖体在外井筒内优选沿周向首尾相接地或存在一定间隔地、在轴向上层叠地组装成各个区段，并在其中限定出相应的仪器空间。
[0040]更优选地，电阻率模拟单元体30和/或井壁成像检测单元体35和/或延伸区段单元体39可为具有中央环孔的环形单元体，此时各区段的仪器空间由这些环形单元体的中央环孔沿轴向组成。这里需要说明的是，本申请中所用的术语“环形”包括但不限于圆环形，其他具有封闭或非封闭外围以及封闭或非封闭中空内孔的环形，例如轮廓大致为椭圆的封闭或非封闭环形、或轮廓大致为矩形的封闭或非封闭环形等也是可能的；而且并不要求这些环形的中央环孔与它们的外围轮廓具有相同的形状。环形单元体本身可以是一体地制成的，也可以由更小的单元体组合而成。
[0041]在一个优选实施例中，电阻率模拟单元体30、井壁成像检测单元体35和延伸区段单元体39在形状上均可被制成如图7-8所示的中央环孔和外围轮廓均为圆形的环形单元体60的形式。此时，电阻率模拟单元体30、井壁成像检测单元体35和延伸区段单元体39都可具有相同的外直径和内直径，而各个单元体的厚度可根据需要设置，彼此可以相同也可以不同。在一个具体示例中，所述内直径例如可为200 mm，外直径例如可为800 mm (最大外直径可达1.5m或更大)；各个单元体优选依次(例如从下向上)叠装成延伸区段23、井壁成像检测区段22和电阻率模拟区段21，从而构成整个井下地层模拟主体20 ;该井下地层模拟主体20的整个长度例如可为7.5 m左右。环形单元体60优选还具有轴向贯穿其本身的一个或多个定位孔64。需要说明的是，为清楚起见，定位孔64仅在图7-8中标示出，而在其他附图中未被示出。组装时，通过在相邻环形单元体60的对应定位孔64中插入定位销，可使它们相对于彼此被恰当定位。在一个实施例中，定位孔64的数量优选为三个，且沿同一圆周均布在环形单元体60的端面上。进一步地，叠装环形单元体60时，可在相邻两个环形单元体60的相对端面上施加粘合剂而将两个环形单元体60粘接固定在一起。在本发明中，所述粘合剂优选为硅酸钠，俗称“水玻璃”。
[0042]特别地，在井下地层模拟主体20各区段中，尤其是电阻率模拟区段21和井壁成像检测区段22中，各个单元体优选均可为由水泥、一种或多种导电物质和水制成，以模拟一定目标地层的特定电阻率。所述导电物质优选为颗粒和/或粉末形式，例如可为石墨粉、纳米碳管颗粒、某些导电金属的微粒或粉末、等等。
[0043]在一个特别优选的实施例中，本发明采用石墨粉作为导电物质。其中，水泥和石墨粉的比例优选是在60:40至83.5:16.5的范围内根据待模拟目标地层电阻率的大小选择的。例如，当水泥和石墨粉的比例为60:40时，制成的电阻率模拟单元体的电阻率大致为
0.2ΩΜ ;而当水泥和石墨粉的比例为83.5:16.5时，制成的电阻率模拟单元体的电阻率大致为2000 ΩΜ。如本领域技术人员能够理解的，在制造模拟电阻率的单元体时，石墨粉在其中是作为导电物质使用的，因此如果降低石墨粉所占的比例，那么所得到的单元体的电阻率将相应增大；相反，如果提高石墨粉所占的比例，那么所得到的单元体的电阻率将相应减小。据此，在实施本发明时，水泥和石墨粉的比例根据实际需要超出上文给出的优选范围也是可能的，例如该比例也许可在50:50至90:10等范围内选择。
[0044]在此还要说明的是，本发明在制造电阻率模拟单元体(包括井壁成像检测单元体)时优选并不像制造常规混凝土构件那样还要使用砂石作为骨料。这是因为，如果使用了砂石，那么将会大大增加单元体中不规则和/或较大孔隙的数量，导致很难较精确地获得期望的电阻率；而且，这种具有大量不规则和/或较大孔隙的单元体的物理特性(例如电阻率)在使用过程中也很难保持稳定。但是，如本段已揭示的，在一个替代性实施例中，也可采用砂石参与制造电阻率模拟单元体。
[0045]具体地，制造前文所述的电阻率模拟单元体(包括井壁成像检测单元体)的方法包括以下步骤:
a.提供水泥、一种或多种颗粒和/或粉末形式的导电物质(优选是石墨粉)和水。
[0046]b.对所述导电物质、所述水泥和所述水进行搅拌，将其制成混合料。
[0047]c.对所述混合料进行模制成型，将其制成坯体。该坯体的形状优选为具有中央内孔的环形，而具体尺寸则根据具体的测试需要确定。
[0048]d.将模制成型后的所述坯体置于一相应形状的坯具中保形养护一段时间。该段时间优选为24、36、48或60小时以上，更优选地为72小时以上。
[0049]e.对保形养护后的所述坯体进行烘干处理。进行该处理时，所述坯体优选被置于一定温度的环境中一段时间以上，该温度优选为100°C或120°C以上，更优选地为150°C以上，而该段时间优选为1、2、3、4、5、6或7小时以上，更优选地为8小时以上。
[0050]经过烘干处理后的所述坯体已经可以用作电阻率模拟单元体。不过为了使这种单元体的电阻率在使用过程中保持相对稳定，将外界湿度对电阻率的影响减至最小，优选还可继续进行以下步骤:
f.对经过所述烘干处理的坯体进行饱和浸绝缘油处理。
[0051]这里需要特别说明的是，在本申请的上下文中，用语“绝缘油”并不意味着该物质在常温下是液态的，相反，其应该被理解成包括具有电绝缘特性且在加热后能够变为液体且仍保持电绝缘特性的那些绝缘物质。本发明中，所述绝缘油优选采用高熔点石蜡，其在熔化后形成的液体可称为石蜡油。进行所述饱和浸绝缘油处理时，先将所述高熔点石蜡加热熔化成石蜡油，然后将经过所述烘干处理的坯体完全浸入所述石蜡油中。浸泡时间不仅要使得石蜡油能够覆盖坯体的所有表面，而且要使得石蜡油能够充分浸入坯体内，填充其中的孔隙，以保证获得的电阻率模拟单元体物理性质稳定。具体地，浸泡时间可优选为
0.5-2.0小时之间，更优选地为I小时左右。在一个具体例子中，所述石蜡油的深度可为I米左右，当然这是可根据浸泡需要适当设置的。进行了所述饱和浸绝缘油处理后，单元体的电阻率能够保持相对稳定，从而保证被检验的井下测量仪器的校验精度。
[0052]本发明特别地优选将石墨粉作为导电介质，是因为石墨的物理性能和化学性能指标在250°C以下都是非常稳定，不会和水泥、粘合剂等发生反应而影响单元体的使用寿命及其电阻率的稳定。其它物理化学性能稳定、颗粒均匀的导电物质，也可作为导电介质与水泥等其他材料进行混合，制成电阻率模拟单元体。
[0053]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽地示出和描述了多个示例性优选实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本申请公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种模拟井下目标地层电阻率的电阻率模拟单元体，其特征在于，所述电阻率模拟单元体为具有中央环孔的环形单元体，而且所述中央环孔的表面上具有至少一个局部标定特征。
2.根据权利要求1所述的电阻率模拟单元体，其特征在于， 所述局部标定特征包括具有不同几何尺寸和/或取向的多个凹槽和/或孔洞。
3.根据权利要求1所述的电阻率模拟单元体，其特征在于， 所述电阻率模拟单元体具有轴向贯穿其本身的一个或多个定位孔。
4.根据权利要求3所述的电阻率模拟单元体，其特征在于: 所述定位孔的数量为三个，且沿同一圆周均布在所述电阻率模拟单元体的端面上。
5.根据权利要求1所述的电阻率模拟单元体，其特征在于: 所述电阻率模拟单元体的所有表面以及内部的孔隙中覆盖或填充有绝缘油。
6.根据权利要求1所述的电阻率模拟单元体，其特征在于: 所述电阻率模拟单元体由水泥、一种或多种导电物质和水制成。
7.根据权利要求6所述的电阻率模拟单元体，其特征在于， 所述导电物质为颗粒和/或粉末形式。
8.根据权利要求6所述的电阻率模拟单元体，其特征在于， 所述导电物质为石墨粉。
【文档编号】E21B49/00GK104005756SQ201310061685
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】刘越, 伍东, 黄涛, 刘策, 徐凌堂, 于洋, 吴翔 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司