第5章 感应测井

1、第五章 感应测井 前面讲的电阻率测井存在的问题：供电电极发射供电电流，流经泥浆进入地层，然后得到地层的电阻率，这些测井方法只能在水基泥浆井中使用。对于油基泥浆井来说，由于电流无法进入地层，因此电阻率测井就无法使用了。为了解决在油基泥浆井中测量地层电阻率，产生了感应测井，它是利用了电磁感应原理，通过研究交变电场的特性来反映地层电导率的一种测井方法。在一定条件下，感应电阻率比普通电阻率测井方法更优越，例如以后要提到，感应测井受围岩的影响较小，对低电阻率地层反映灵敏，目前感应测井已得到广泛应用。§5-1 感应测井的基本原理一、线圈系结构 线圈系相当于普通电阻率测井的电极系，双线圈系由发射线

2、圈和接收线圈组成（69页图5-1双线圈系感应测井原理图）。发射线圈到接收线圈的距离叫线圈距，记作L。二、感应测井的基本原理1单元环理论 测井原理概述：发射线圈通以频率一定，振幅稳定的交变电流，它在地层中产生交变磁场（也称一次磁场）。根据电磁场理论，交变电场产生交变磁场，交变磁场产生电场，因此在交变磁场的作用下，在地层中产生感应电流，它是以井轴为中心的环流，称为涡流；涡流又产生交变磁场（又称二次磁场），在接收线圈产生感应电动势。接收线圈感应电动势取决于感应涡流的大小，而涡流的大小又取决于地层的电导率，感应测井实质即记录接收线圈感应电动势的大小并经刻度最终转化成地层的电导率。 另外，发射线圈还在接

3、收线圈直接产生感应电动势，这个电动势与地层性质无关，称为无用信号，记作EX,也记作E无用。而把与地层电导性质有关的感应电动势叫有用信号，记为E有用，实际测井时只记录有用信号。有用信号同无用信号的相位差90o，因此可以利用相敏检波器压制无用信号而直接记录有用信号。（有用信号的大小涡流的大小地层电导率）感应测井记录的有用信号，是由于地层中感应电流（涡流）的变化，在接收线圈中产生感应电动势，要确定接收线圈感应电动势的大小，首先确定地层中感应涡流的大小。单元环：为使研究问题简单直观，在柱坐标系下，设想把地层分为无数多个截面积为、直径为r的与井同轴的单元导电环，认为接收线圈的有用信号是这些单元环独立存在

4、时产生的信号总和。发射线圈通以交流电，则它向地层发射交变电磁场，在每个单元环中产生感应电流，电流强度与单元环的电导率有关。单元环中交变电流又产生交变磁场，在接收线圈中产生有用信号。整个地层是由无数个单元环组成，则接收线圈接收到的有用信号是所有单元环产生的总信号。 （选讲）根据电磁感应原理，发射线圈在单元环中产生的感应电动势为： (1)式中：一次磁场的磁通量； 介质的磁导率，沉积岩的磁导率； nT、ST发射线圈的圈数和面积； I发射电流强度，； 交流电的角频率； lT单元环到发射线圈之间的距离； r单元环直径。 又单元环的电导，其中为单元环的电导率。 则单元环的感应电流： (2) 同理，单元环涡

5、流在接收线圈产生的感应电动势形同1式： (3)式中：二次磁场的磁通量； 介质的磁导率，沉积岩的磁导率； nR、SR接收线圈的圈数和面积； 交流电的角频率； lR单元环到接收线圈之间的距离。将二式带入三式得： （4）得： （5）令： 其中，K为仪器常数；g为单元环几何因子，它只与单元环的位置和大小有关；则5式可简写为： （6）(g的大小实际上反映了单元环对有用信号的贡献量)所有单元环在接收线圈中产生的有用信号为： （7）式中：ER为涡流在接收线圈产生的有用信号，对于均匀介质有： （8）2几何因子 根据理论分析，单元环在接收线圈产生的有用信号为： 式中：g为单元环几何因子，是由单元环的几何位置决定

6、的； K为仪器常数； lT、lR单元环到发射线圈、接收线圈之间的距离； L为电极距； 介质的磁导率，沉积岩的磁导率； nR、SR接收线圈的圈数和面积； nT、ST发射线圈的圈数和面积； 交流电的角频率； I是发射线圈电流强度。 对两端进行积分得： ER即为全部地层在接收线圈中产生的有用信号； 由此看出单元环的几何因子是由单元环的几何位置决定的，它的物理意义是：在无限厚均匀介质中，单元环在接收线圈中产生的信号占全部地层在接收线圈中产生的有用信号的百分数。§5-2 感应线圈系的探测特性 感应测井测量地层的电导率，受到围岩、井眼、侵入等因素的影响，因此研究感应线圈系的探测特性对正确认识、利

7、用感应测井资料有着重要的意义。一、双线圈系的横向探测特性 横向探测特性指研究横向上不同介质对有用信号的贡献，为解决这个问题，一方面研究以井轴为中心单位厚度无限延伸的圆筒形介质的几何因子（对测量结果的贡献），叫横向微分几何因子；另一方面，研究以井轴为中心的圆柱形介质的几何因子，叫横向积分几何因子。通过对它们的研究，来了解井周围不同介质（泥浆、侵入带和原状地层）对测量结果的贡献，同时研究感应测井的探测深度。1横向微分几何因子 以井轴为中心单位厚度无限延伸的圆筒形介质的几何因子（对测量结果的贡献）。（做法）对离井轴距离为r的单元环纵向对z进行积分： Gr横向微分几何因子，物理意义是单位厚度，半径为r

8、的无限长圆筒介质对测量结果的贡献，反映的是井、侵入带、原状地层对视电导率的相对贡献（Gr与r绘制成的曲线为横向微分几何因子特性曲线，结果如72页图5-4，横坐标为径向深度，L为电极距，纵坐标为横向微分几何因子，从图中可以看出，在r=0.45处微分几何因子取得极大值，说明此距离左右地层介质对视电导率的贡献较大，同时由此可以看出，双线圈电极系的探测深度较浅，原状地层对测量结果的贡献不占优势，主要受井壁附近介质的影响）。2 横向积分几何因子 研究以井轴为中心的半径为r的圆柱形介质几何因子（对测量结果的相对贡献），对横向微分几何因子进行横向积分，得到横向积分几何因子Gd. Gd横向积分几何因子，物理意

9、义是半径为r=d/2的无限长圆柱介质对测量结果的贡献，反映的是井、侵入带、原状地层对视电导率的相对贡献（将Gd与r绘制成的关系曲线称为横向积分几何因子特性曲线，结果如73页图5-5，横坐标为径向深度，纵坐标为横向积分几何因子，从图中可以看出，r=0.5米圆柱介质积分几何因子取得0.225，r=2.5m圆柱积分几何因子为0.77，说明半径大于2.5m地层对视电导率的贡献仅为23%，由此进一步可以看出，双线圈电极系的探测深度较浅，原状地层对测量结果的贡献不占优势，主要受井壁附近介质的影响）。二、双线圈系的纵向探测特性 研究了横向上地层介质对测量结果的相对贡献，再来研究纵向上即地层厚度、围岩对测量结

10、果的影响，同样按两种方式进行研究。一是，纵向微分几何因子，即纵向上单位厚度水平无限大地层对测量结果的贡献；二是，纵向积分几何因子，即厚度为h的水平无限大地层对测量结果的贡献。1纵向微分几何因子 纵向上单位厚度水平无限大地层对测量结果的贡献。 做法：对同一深度的单元环横向积分得： Gz为纵向微分几何因子，物理意义是单位厚度，某一深度上无限大水平板状介质对测量结果的贡献，反映的是目的蹭和围岩对视电导率的相对贡献（Gz与z绘制成的曲线为纵向微分几何因子特性曲线，结果如73页图5-6，横坐标为纵向微分几何因子，纵坐标为深度，从图中可以看出，在深度内，微分几何因子取得极大值，说明发射线圈和接收线圈之间的

11、地层介质对视电导率的贡献较大，且是个常数，在之外，微分几何因子按指数规律减小。但是由此可以看出，当地层较薄时（z<L/2，围岩的影响就较严重，说明它的纵向分辨率较差）。2纵向积分几何因子 为研究厚度为h的水平无限大介质对测量结果的相对贡献，对纵向微分几何因子进行纵向积分，得到纵向积分几何因子Gh. Gz为纵向积分几何因子，物理意义是当线圈系的中点位于地层中点时，厚度为h无限大水平板状介质对测量结果的贡献。当h=L时，Gh=1/2，说明均匀介质中正对线圈系而厚度等于线圈距的地层对测量结果的贡献为1/2，而另一半来自线圈系以外的地层。将Gz与z绘制成的曲线为纵向积分几何因子特性曲线，结果如7

12、4页图5-7，横坐标为深度，纵坐标为纵向积分几何因子，从图中可以看出，在z=0.5m(地层厚度h=1.0m时)积分几何因子为0.5，说明目的层和围岩对对视电导率的贡献各占一半，由此可以看出，当地层较薄时（h<1.0m，围岩的影响就较严重，说明它的纵向分辨率较差）。 综上所述，双线圈系的纵向探测特性（纵向分辨率）不理想。三、复合线圈系0.8m六线圈系探测特性 双线圈系的探测特性不够理想，且无用信号比有用信号大很多，这对仪器制造也带来了较大困难。实际上采用复合线圈系（0.8m六线圈系）。1复合线圈系（0.8m六线圈系）结构 复合线圈系结构如图5-9，0.8m六线圈系。有三个发射线圈和三个接收

13、线圈组成，T0R0主线圈对，T0为主发射线圈，R0主接收线圈，两个线圈之间的距离为0.8m，叫主线圈距。为了消除井的影响，在主线圈内侧设置了补偿线圈对T1R1，T1补偿发射线圈系，R1补偿接收线圈系。在主线圈外侧对称位置设置了聚焦线圈系T2R2，其功能在于减小围岩的影响，提高线圈系的纵向分辨率。 （选讲，石油地球物理测井，张守谦等）以T0R0R1为例说明线圈系补偿特性，R0R1反向连接，故T0R1具有负的横向微分几何因子，T0R0有正的几何因子，二者共同作用相当于二者迭加，（如图4-8 改善横向探测特性原理图），由此，靠近井轴部分的微分几何因子约为零，说明井的影响大大减小，同时较远处的影响也变

14、小，因此可以通过增设补偿线圈来改善线圈系的探测特性）2. 复合线圈系的横向探测特性 复合线圈系的横向探测特性如图5-10，75页，0.8m六线圈系和它的主线圈对的横向微分（1，3）、积分几何因子特性曲线（2，4）。 曲线1、3可以看出，径向深度r<0.2m时，复合线圈系的Gr横向微分几何因子较双线圈系小得多，且出现负值，说明复合线圈系受井的影响小，另外复合线圈系的Gr横向微分几何因子在r=0.58m处出现极大值，双线圈系的Gr横向微分几何因子在r=0.36m处出现极大值，说明复合线圈系的横向探测特性有所改善。 从2、4两条积分曲线可以看出，井孔附近处介质对复合线圈系来说相对贡献要较双线圈

15、系小得多，说明复合线圈系受井的影响小。另外从积分曲线可以看出，3m以内地层介质对复合线圈系测量结果的贡献相对小些，因此复合线圈系的横向探测深度得到加强。3.复合线圈系的纵向探测特性 复合线圈系的纵向探测特性如图5-11，75页，0.8m六线圈系和它的主线圈对的纵向微分几何因子（1，3）、纵向积分几何因子特性曲线（2，4）。 从曲线1、3看，六线圈系的纵向微分几何因子Gz较主线圈对峰值高且变化陡些，说明六线圈系的分辨率高；从积分几何因子曲线2、4也可以看出，对六线圈系来说，线圈系附近地层介质对测量值的贡献较主线圈对来说相对大些，也可以说明复合线圈系的纵向分辨率得到提高。另外，在z=1m附近Gz出

16、现了负值，这个现象称为“过聚焦”，积分曲线上，在两个过零点间隔内各有降低。4.常用的探测六线圈系简介 深探测六线圈系和浅探测六线圈系，如书中75页和76页，主要区别也就是探测深度不同。§6-3 感应测井曲线一、上下围岩相同，单一低电导率和高电导率地层的视电导率曲线1低电导率地层视电导率曲线 对于不同厚度的地层模型计算得到的感应测井曲线如图5-12，单一低电导率地层视电导率曲线。 对于厚地层，曲线上出现一对“耳朵”，这是“过聚焦”产生的局部极值，地层中部曲线呈凸圆弧状，地层厚度变薄时，耳朵逐渐合一（2m时，中部呈凹形，1.7m时呈尖峰状）； 薄地层，视电导率曲线幅度降低，受围岩影响加强

17、；2高电导率地层视电导率曲线 曲线特点和变化规律同低电导率相同，偏移方向恰相反。二、上下围岩不同，单一低电导率和高电导率地层的视电导率曲线 t<s上<s下,视电导率曲线如5-14，受围岩影响不同而中部曲线呈不对称状； t>s上>s下，视电导率曲线与上述基本规律一致，变化方向相反； s上<t<s下，视电导率曲线呈阶梯状，不予阐述。§5-4 感应测井资料应用 感应测井资料作为确定地层电阻率（电导率）一种重要方法，在确定地层含油性等方面有着广泛的应用，尤其是对低阻油气层，具有比电阻率测井更优越的方面，具体看看它的应用。一、划分渗透层 在对地层进行解释时，

18、一般要首先确定地层界面，感应测井采用半幅点法确定地层界面。二、合理读取感应测井读数1目的层电导率的读取 根据感应测井曲线的特点，地层中点处测井值更接近地层的真值。 对于高阻目的层（储集层），电导率曲线上取对应地层中点处的极小值； 对于低阻目的层（低阻储集层），电导率曲线上取对应地层中点处的极大值； 实际测井时，地层很厚时中部没有明显的极大值，而呈现波动变化，此时一般取地层中部附近测井值的平均值。2上下围岩电导率的读数 对于上下围岩电导率相同时，围岩足够厚，且岩性均匀，则可任选上部或下部感应测井测井值； 当围岩岩性不均匀时，应取靠近目的层的围岩测井值； 对于上下围岩电导率不相同时，分别读取上部和

19、下部围岩感应测井测井值，然后取算术平均值： 三、确定岩层真电阻率1均质校正1.1理论依据 均质校正也称传播效应校正，指电磁波在均匀介质中传播时幅度衰减和相位移动的校正。 在几何因子理论中，单元环被看成单独存在的，彼此之间不受影响，电磁波在传播过程中，它的幅度以及相位是不发生变化的，也就是说不存在传播效应。实际上单元环之间的影响是客观的，其结果是电磁波传播过程中导致幅度以及相位的变化，但是对于低频、探测范围是近区场（短距离传播）、低电导率介质，传播效应的影响比较小，感应测井可以不做此校正。但对于高频、高电导率介质单元环之间的影响比较大，传播效应的影响也就比较突出，研究发现均匀无限大介质感应测井得

20、到的视电导率值与介质真实电导率之间具有下列关系： 其中P为传播参数，w是角频率，L为线圈距，为介质电导率，为介质磁导率。由此可以看出，P与角频率w、线圈距L、介质电导率、介质磁导率有关，w、越大，P越大。测量过程中，角频率w、线圈距L是不变的，介质磁导率是常数，因此传播参数P取决于地层的电导率，地层的电导率大时，P增大，传播效应影响增大，具体体现在视电导率与真电导率差别变大。1.2校正方法 在进行均质校正前，首先要进行井眼校正，利用均质校正图版进行校正，方法较为简单。校正图版纵坐标为视电导率值，横坐标为无传播效应影响的电导率值，根据视电导率值，作横轴平行线交校正曲线一点，该点的横坐标即为无传播

21、效应影响的电导率值。2围岩层厚校正 当地层不太厚时，测井值受到围岩的影响，且随地层变薄围岩对感应测井的影响加大，为消除围岩层厚的影响需进行视电导率的围岩层厚校正。 围岩层厚校正图版有11张，分别对应不同的井眼和围岩情况，即，泥浆电阻率为，围岩电导率s=2000、1000、665、500、450、400、330、285.7、250、200mS/m,实际可根据围岩电导率值选取校正图版。 校正图版：横坐标是地层厚度，纵坐标是地层视电导率，图版中的一族实线，其号码即为地层的真实电阻率。 校正方法：根据地层厚度、地层视电导率，找到交会点，根据落点与实线的相对位置确定地层的电阻率（落点对应的实线号码或利用内叉法确定）。3. 侵入校正 经过围岩层厚校正后，进行侵入校正。视电导率值受