随钻电磁波传播电阻率测井

1、4地层倾角对随钻电阻率测井的影响范宜仁等2013年发表文章“倾斜各向异性地层随钻电磁波响应模拟”，文中通过坐标变换的方法，基于柱坐标系时域有限差分（FDTD）模拟和分析了倾斜各向异性地层随钻电磁波响应。为了研究各向异性系数对相位（幅度）电阻率的影响，模拟了不同各向异性系数条件下倾斜地层随钻电磁波测井响应，模拟结果表明：当地层倾角小于30°时，不同水平电阻率条件下，各向异性系数对视电阻率影响较小，随钻电磁波视电阻率主要反映地层水平电阻率；随地层倾角增大，视电阻率受各向异性的影响增大，且地层水平电阻率越低，随钻电磁波测井响应受地层各向异性影响越大，相位电阻率比幅度电阻率更加敏感；当地层倾

2、角较大时，随着各向异性系数增大，视电阻率甚至会超过垂直电阻率。为了研究不同发射频率对各向异性系数的敏感性，模拟了地层各向异性系数为10，水平电阻率为0.5·时不同地层倾角条件下随钻电磁波响应，模拟结果显示：随发射频率增大，视电阻率受各向异性影响增强，当地层倾角较大时，随钻电磁波视电阻率甚至会远远超过垂直电阻率。夏宏泉等2008年发表文章“随钻电阻率测井的环境影响校正主次因素分析”，文中分析了随钻电阻率测井中地层倾角（或井斜角）等环境因素对测井结果的影响及其校正方法。在大斜度井和水平井测井中，大部分仪器的测量值要受到井斜角或地层倾角的影响，实测曲线出现“异常”和“变形”。在直井中，如果

3、地层是水平的，则仪器测量的是水平电阻率。但如果仪器在钻开同样地层的水平井时，则测量电流会流过地层的水平面和垂直面，视电阻率测量值Ra是水平电阻率Rh和垂直电阻率Rv合成的3-6。假设在水平井中地层存在各向异性，垂直层界面方向的电阻率为Rv，平行层界面方向的电阻率为Rh，径向上（与地层平行的方向）为宏观各向同性，可推导出地层视电阻率Ra、Rh、Rv的关系为Ra=Rhcos2+sin2式中，为地层电阻率的各向异性系数，=（Rv/Rh）0.5；为相对倾角，即井轴与地层面法线的相对夹角，可由井斜角和地层倾角求得。由此可见，地层视电阻率主要与地层电性各向异性系数和相对倾角有关，其值介于Rh（Rv

4、3;Rh）0.5之间。对于2MHz的随钻电阻率测井仪器，相对夹角在0°30°时影响不大（即在直径中随钻视电阻率等于水平电阻率，可以忽略地层电性各向异性的影响），大于30°时相对夹角影响较大，则必须考虑各向异性的影响。各向异性影响很大程度取决于地层和井眼的相对角度。如忽略各向异性的影响，则在大斜度井中，Rps相位电阻率、Rad衰减电阻率测井曲线的差异可能导致错误的侵入剖面解释，这是因为2MHz电阻率仪器的这2种曲线在各向异性地层中的响应特征是不同的，在30°时，Rps曲线更多地反映垂向电阻率，从而导致2条曲线的分离。但是如果井眼垂直于地层，即使K值很大，它

5、对随钻电阻率测井值无明显影响，2条曲线基本重合。此外，当相对夹角变大，即使各向异性系数不变，Rps和Rad曲线仍可出现明显的分离，因此2条电阻率曲线分离与否可以间接地指示地层的各向异性。冯湘子等2011年发表文章“水平井随钻测井影响因素分析和校正”，文中就井眼与地层的相对夹角等影响因素是如何影响随钻测井的展开研究分析。在勘探、开发过程中钻井后进行测井，但是在超过 65 度的大斜度井或水平井，电缆很难将仪器放入测量，所以在钻井过程中同时进行的测井，仪器穿过地层时各种岩石物理量的响应称之为随钻测井（ LWD） 。主要的电阻率测井是衰减电阻率和相位差电阻率。由于钻井过程中测井及地层倾斜的情况下，会对

6、测井产生测井响应的 “提前”、“延迟”、“变形”、“跳跃”等现象1。1.2 相对倾角和地层各向异性的影响电阻率的各向异性影响是由于地层厚度小于测量仪器的分辨率或地层倾斜引起水平电阻率（ Rh） 与垂直电阻率（ Rv） 不一致而引起的2。地层存在各向异性时，Rh不等于Rv。常规电缆测井评价中使用的地层真电阻率常指地层水平电阻率 Rh。由于各向异性和井斜角或地层倾角的存在，常使电测曲线偏离水平电阻率，偏离程度严重时会导致地层评价结果可靠性变差。在大斜度井和水平井测井中，大部分仪器的测量会受到井斜或地层倾角的影响，在穿过电阻率差变化较大的地层使所测量的测井曲线“异常”和“变形”（图1）3。在垂直井中

7、，如果地层是水平的，则仪器测量的是水平电阻率。但如果仪器在钻开同样地层的水平井中，则测量电流会流过地层的水平面和垂直面，视电阻率测量值 Ra是水平电阻率Rh和垂直电阻率Rv的合成。假设在水平井中地层各向异性，垂直层界面方向的电阻率为Rv，平行层界面方向的电阻率为Rh，径向上（ 与地层平行的方向） 为各向同性，可以推导出地层视电阻率Ra与Rh，Rv的关系为如图 2。图 2 理想地层模型Rv=aR1+bR2+cR3 （1）1Rh=aR1+bR2+cR3 （2）求其均方根得：Rm=RhRv （3）由式（ 1）、式（ 2）、式（ 3）得Ra=Rm1+（2-1）cos2。式中，为地层电阻率的各向异性系数

8、（ =（ Rv/ Rh）0.5）；为井轴与层界面法线的相对倾角4。由此可以看出，地层视电阻率主要与相对倾角和地层电性相关。随着相对倾角的增大，各向异性对随钻电阻率影响逐渐增大。当小于40°时，各向异性对随钻电阻率值影响较小，视电阻率很接近水平电阻率。说明在相对倾角较小时，各向异性对随钻电阻率测量值的影响较小；当大于40°时，随着相对倾角的增大，随钻电阻率值受地层各向异性影响的增大而增大。地层电性各向异性是随钻电阻率测井中最主要的影响因素。1 王 伟，殷 凯大斜度井和水平井随钻测井曲线形态异常分析及在地层划分中的应用中国海上油气，2009； 21（ 1） : 27282 覃世

9、银，管志宁，王昌学，等层状各向异性地层的识别与评价测井技术，2003； 27（ 3） : 1953 陈 冬，王彦春，汪中浩，等水平地层电阻率各向异性研究物探与化探，2007； 31（ 1） : 4334344 夏宏泉，刘之的，朱 猛，等随钻电阻率测井的环境影响校正主次因素分析 测井技术，2008； 32（ 2） : 160朱頔等2008年发表文章“水平井随钻测井曲线的对比分析与校正”，文中将随钻电阻率测井曲线与电缆测井曲线进行对比，对比结果显示经校正后的随钻测井响应更能反映地层真电阻率。在水平井或大角度斜井中，绝大多数仪器会受到井斜或地层倾角的影响，使所得曲线“变形”，不能真实反映地层电阻率。

10、如果钻开水平井，测量电流会流过地层的水平面和垂直面，视电阻率Ra由Rh和Rv共同组成。设泥-砂-泥3层从上到下的厚度在整个模型中所占的比例依次为a、b、c，它们满足的关系式为a+b+c=1。上围岩、砂岩、下围岩电阻率值依次为R1、R2、R3。用水平层状的3层介质模型模拟水平井中各向异性地层的平面模型（图2）。图 2 理想地层模型Rv=aR1+bR2+cR3 （1）1Rh=aR1+bR2+cR3 （2）求其均方根得：Rm=RhRv （3）由式（1）、式（2）、式（3）得Ra=Rm1+（2-1）cos2。从各项异性和相对倾角对相移电阻率和衰减电阻率影响关系图版（图3）中可以看出:1当增大时，视电阻

11、率Ra增大。对于不同源距的Ra，随着的增大，地层各向异性的影响也会增大。2当<40度时，地层各向异性的影响较小。3当>40度时，地层各向异性的影响较大。对于不同源距的仪器，各校正曲线不重合，且相移电阻率的分离程度大于衰减电阻率的分离程度。随钻测井过程中，地层各向异性是最主要的影响因素，必须对其进行校正。在相对倾角较小时，影响较小，且随着H的增大，地层各向异性的影响也会增大，当视电阻率Ra增大时，地层各向异性对深探测的影响大于对浅探测的影响。唐宇等2006年发表文章“大斜度井和水平井地层评价中的经验、问题和发展方向”，通过实例研究发现相对井斜越大，测井曲线解释过程中出现的问题越多。曲

12、线形态取决于所测量的特定的井眼和地层，但从过去几年对仪器响应的分析和数值模拟中可得到以下观测结果。（1）斜井中所有的测井仪器响应均受影响，其影响来源于井眼和地层间的相对倾角以及仪器类型；（2）对斜度小于30°的井，所有测井曲线稍作校正即可作定量解释。（3）对斜度为30°60°的井，电阻率曲线可通过数值模拟手段进行视倾角校正。（4）对斜度60°80°的井， 地层电阻率Rt可由电阻率曲线确定，但受多种因素影响不可能准确（如各向异性、地层倾角、侵入、井眼条件以及仪器偏心等）。（5）对斜度大于80°的井，就定量评价和解释而言，所有曲线都受到影

13、响。解释成功与否关键取决于由井眼成像测井确定的井眼与地层间的关系以及用于确定真垂直厚度（TVT）和真地层厚度（TST）的倾角精度。这些参数如不很准确，任何解释最多也只能是定性的。通过对电磁波传播电阻率测井响应图分析可以发现，井斜角越大，曲线上极化角幅度也越大，这是由仪器特殊的响应函数引起的。同样在伽马和电阻率曲线上可观察到层边界附近延伸的围岩响应。在相对倾角达到60°70°时极化角开始出现，它可指示层边界的位置，这对地质导向很有用。 HA/HZ井与垂直井间电阻率测井响应上的差异会引起解释上的问题。由于很多含油层存在各向异性，HA/HZ井的电阻率值会异常地高。随钻测井的侵入时

14、间很短，侵入影响通常很小。感应和电磁波传播电阻率测井表明电阻率各向异性对测井响应产生影响。图1中，这2种仪器在地层中所产生的感应电流是绕仪器轴呈圆环状流动。对砂泥岩互层，直井中电流是平行于层平面流动，而大斜度井中电流被迫依次流过砂岩层和泥岩层。实际的物理过程远比这种简单的电流流向复杂，但LWD电阻率响应在这2种情况下就有明显不同。夏宏泉等2007年发表文章“随钻电阻率测井的各向异性影响及校正方法研究”，文章分析了随钻电阻率测井与各向异性和相对倾角的关系，对校正图版曲线采用最优拟合得到校正公式，来实现随钻电阻率测井的各向异性的自动校正。1 地层电性各向异性和相对倾角对随钻电阻率的影响研究在大斜度

15、井和水平井测井中，大部分仪器的测量会受到井斜或地层倾角的影响，使所测量的测井曲线“异常”和“变形”。在垂直井中，如果地层是水平的，则仪器测量的是水平电阻率。但如果仪器在钻开同样地层的水平井中，则测量电流会流过地层的水平面和垂直面，视电阻率测量值Ra是水平电阻率Rh和垂直电阻率Rv的合成。假设在水平井中地层各向异性，垂直层界面方向的电阻率为Rv，平行层界面方向的电阻率Rh，径向上（与地层平行的方向）为各向同性，可以推到出地层视电阻率Ra与Rh、Rv的关系为：Ra=Rhcos2+sin22 （1）式中，为地层电阻率的各向异性系数（=（Rv/Rh）0.5）；为井轴与层界面法线的相对倾角。由此可以看出

16、，地层视电阻率主要与相对倾角和地层电性各向异性系数有关，其值介于Rh和（Rh·Rv）0.5之间。文中以电磁波传播电阻率测井仪ARC675/825/900为例，通过对斯伦贝谢公司的多张各向异性和相对倾角与随钻电阻率的关系图版以及项目研究编绘的关系图版进行综合分析，得到如下认识：（1）随着相对倾角的增大，各向异性对实测的LWD电阻率影响增大，使其值增大。对不同源距的电阻率，随倾角的增大，各向异性对深探测的电阻率值影响最大（越明显）。各向异性随倾角变化对电阻率影响表现为，对相位电阻率的影响大于对衰减电阻率的影响；对不同源距的电阻率，随各向异性系数的增大，深探测电阻率值受到的影响最大（越明显

17、），且对相位电阻率的影响大于对衰减电阻率的影响。（2）当小于40°时，各向异性对随钻电阻率值影响较小，视电阻率很接近水平电阻率。说明在相对倾角较小时，各向异性对随钻电阻率测量值的影响可以忽略。（3）当大于40°时，随着相对倾角的增大，随钻电阻率值受地层各向异性影响的增大而增大。ARC的不同源距的相位移电阻率Rps曲线不重合，逐渐分离，差异变大，衰减电阻率Rad曲线具有同样的情况，且Rps曲线的分离程度大于Rad曲线的分离程度。这一规律可以判断井下地层是否存在电性各向异性。孙金浩等2010年发表文章“随钻电磁波测井影响因素分析”5井斜角和地层各向异性影晌在大斜度井和水平井测井

18、中,大部分仪器的测量会受到井斜或地层倾角的影响,所测得的测井曲线“异常”和“变形”。仪器在水平井中,则测量电流会流过地层的水平面和垂直面,视电阻率测量值Ra是水平电阻率Rh和垂直电阻率Rv的合成。模拟研究随钻电阻率与相对倾角和各向异性的关系,可知:(1)随着相对倾角的增大,各向异性对实测的随钻电阻率影响增大,使其值增大。各向异性随倾角变化对电阻率影响表现为:相位电阻率的影响大于对衰减电阻率的影响;对不同源距的电阻率,随各向异性系数的增大,深探测电阻率值受到的影响最大,且对相位电阻率的影响大于对衰减电阻率的影响。(2)当小于45°左右时,各向异性对随钻电阻率值影响较小,视电阻率很接近水平电阻率,各向异性对随钻电阻率测量值的影响可以忽略。(3)当大于45°左右时,随着相对倾角的增大,随钻电阻率值受地层各向异性影响的增大而增大。不同源距的相位移电阻率相位衰减曲线不重合,逐渐分离,差异变大,且相位衰减曲线的分离程度大于幅度衰减曲线的分离程度。这一规律可以用来判断井下地层是否存在电性各向异性。(4)对于随钻传播电阻率仪器,相对夹角对相位电阻率比衰减电阻率的影响更严重。大斜度井中,地层各向异