随钻动电测量地层纵、横波速度的实验研究

Exploring new methods for prospecting and logging based on electrokinetic effect is an important research direction in geophysics. To solve the problem that the P/S wave velocities can not be measured accurately in acoustic logging while drilling(LWD) due to the influence of tool wave, this project studies the measurements of formation wave velocities from electrokinetic LWD experiments.A small-scaled LWD detector and a test system are developed to perform electrokinetic experiments in a sandstone borehole. A key step is to verify the feasibility and advantage of electrokinetic LWD on the detection of P/S wave velocities. Then the variations of electrokinetic signals with permeability, frequency and solution concentration are investigated. It is also hoped that the ion distribution structure in solid/liquid boundary and its transfer mechanism in electrokinetic effect are obtained based on the experimental data. In addition, the propagation characteristics of electrokinetic LWD signals are analyzed with different modes of source and receiver, which provides experimental evidence and technical support for the electrokinetic well logging.

探索基于动电效应的勘探和测井新方法是地球物理领域的热点研究之一。针对随钻声波测井技术无法准确测量地层纵横波速度的问题，本项目从实验角度，开展地层波速的随钻动电测量研究。内容包括：（1）研制动电转换探头，建立一套能记录和分析瞬态微弱信号的测量系统，并在砂岩模型井中进行实验测量。（2）基于随钻动电实验数据，阐明动电信号随溶液浓度、声源频率和渗透率等参数的变化规律；分析动电测井响应对地层参数的敏感性；探求固/液界面离子分布结构及动电传导机制。（3）重点解决 随钻声波测井时钻铤波干扰波速测量的难题，从随钻动电信号中提取被测地层的纵、横波速度，说明随钻动电测井技术在地层参数探测方面的优越性。此外，本研究还从测井仪器的设计角度，分析随钻动电信号的波场特性；研究声源的激发模式和接收器的接收方式对动电信号的影响；为利用动电效应，实现地层参数的井下测量提供实验依据和技术支持。

孔隙介质动电效应在油气勘探和动电测井方面的应用是当前地球物理领域的前沿问题。课题组理论预测表明：随钻动电测井方法可大幅降低钻铤波对地层声波测量的干扰，进而可从测井全波中准确提取地层的纵横波速度，但该结论缺乏有效的实验或现场测量数据支撑。因此，本项目针对随钻声波测井过程中，钻铤波干扰地层波速测量的问题，在砂岩模型井中开展了随钻动电测井实验研究，分析了井中随钻动电信号的波场特性，验证了利用动电效应随钻测量地层波速的可行性，在地球物理领域重要期刊发表SCI论文9篇，连续2年（2015和2016）获得全国检测与物理声学会议优秀论文奖，主要研究内容和重要结果如下：.1)提出了随钻动电测井方法的实验测量方案，建成一套可有效进行随钻动电测井分析的实验测量系统，该系统为我国第一套室内瞬态动电测井实验测量系统，这为随钻动电测井仪器的设计提供必要的技术支持。.2)在渗透率不同砂岩模型井中进行了随钻动电测井实验，首次清晰地记录到了井中伴随声波（纵波、横波和斯通利波）的动电转换信号，给出了各分波伴随动电信号的真实幅值（0.1微伏量级），为充分认识动电效应的耦合特性提供有效参考。.3)通过不同模型井中动电实验数据的对比说明：井中动电信号随地层渗透率的增大而增大，而且与传统的声波测井相比，动电转换信号对地层渗透率更加敏感，这充分体现了动电测井技术在地层参数测量方面的优势。.4)实现了地层波速的随钻动电测量，并从测井全波中提取了地层的纵、横波速度。该结果很好地验证了地层波速随钻动电测量的可行性，同时也验证了随钻动电测井理论模拟结果的有效性。. 上述研究成果得到国内专家及油气公司的关注和认可，对动电测井仪器设计，动电测井技术的发展具有重要的推动作用，同时加强了我国油气勘探技术的自主创新能力。