第3章 侧向测井

1、2011-2-18地球物理测井方法与原理1 /51第三章 侧向测井七电极侧向测井双侧向测井冲洗带电阻率测井本章授课内容本章授课内容屏蔽电极屏蔽电极 双侧向和微球形聚焦测井原理重点掌握重点掌握三电极侧向测井侧向测井手段的提出a) 存在问题：为了评价含油性，必须较准确的求出地层的电阻率，在地层厚度较大、地层电阻率和泥浆电阻率相差不太悬殊的情况下，可以采用普通电极系测井来求地层电阻率；但在地层较薄、电阻率很高，或者在盐水泥浆的情况下，由于泥浆和围岩电阻率很低，使得电极流出的电流大部分都在井和围岩中流过，进入测量层的电流很少。因此测量的视电阻率曲线变化平缓，不能用来分层，确定Rt。b) 解决办法 在电

2、极系主电极的上下两侧各增设一个屏蔽电极，迫使供电电极发出的电流径向流入地层，从而减小井内泥浆对电流的分流和围岩的影响，提高纵向分辨能力和径向探测深度。 侧向测井种类： 三侧向、双侧向、 微侧向、邻近侧向、 微球形聚焦测井 1 三电极侧向测井 三电极侧向测井简称三侧向测井，现已基本被双侧向所取代，但作为侧向测井最早的一种（其它侧向测井方法都是在它的基础上或者是在借鉴它的基础上发展起来的），其聚焦的基本原理还是值得一讲。 三侧向测井包括： 深三侧向测井：Rt 浅三侧向测井: Ri深三侧向测井基本原理a)电极系结构： 由三个柱状金属电极组成，中间的为主电极A0，两端的为屏蔽电极A1、A2，它们对称地

3、排列在主电极两侧，且互相短路，电极之间用绝缘材料（简称绝缘环隔开），在电极系上方较远处设有对比电极N和回路电极B，如右图。记录点：A0中点1.1 三侧向测井基本原理 b)b)深三侧向电流分布和测量原理深三侧向电流分布和测量原理 测井过程中，主电极测井过程中，主电极A0A0和屏蔽电极和屏蔽电极A1A1、A2A2分别分别通以相同通以相同极性的电流极性的电流I I0 0和和I Is s，并使，并使I I0 0保持为一常数保持为一常数，通过自动控制通过自动控制IsIs方法，使方法，使A1A1、A2A2的的电位始终保持和电位始终保持和A0A0的电位相等的电位相等，沿，沿纵向的电位梯度为零。这就保证了纵向

4、的电位梯度为零。这就保证了电流不会沿井轴方向流动，而绝大电流不会沿井轴方向流动，而绝大部分呈水平层状进入地层，这样大部分呈水平层状进入地层，这样大大减小了井和围岩的影响，测量的大减小了井和围岩的影响，测量的是主电极（或任一屏蔽电极）上的是主电极（或任一屏蔽电极）上的电位值。因为主电流保持恒定，故电位值。因为主电流保持恒定，故测得的电位依赖于地层电阻率的大测得的电位依赖于地层电阻率的大小。小。1.1 三侧向测井基本原理恒流法：恒定不变电流恒流法：恒定不变电流Io屏蔽电流：与屏蔽电流：与Io同极性电流同极性电流Is自动控制自动控制Is：保持：保持U Ua1=Ua2=UaoIs对对Io屏蔽作用：屏蔽

5、作用： 主要取决于屏蔽电极的长度主要取决于屏蔽电极的长度记录点：记录点：Ao中点中点记录电位差：记录电位差： U = U （Ao中点）中点）U （N）深三侧向深三侧向电极系结构及电场分布电极系结构及电场分布1.1 三侧向测井基本原理浅三侧向测井基本原理a)电极系结构： 由由5 5个柱状金属电极组成，个柱状金属电极组成，主电极主电极A A0 0在中间，在中间，A A1 1、A A2 2为为屏蔽电极，A1、A2的尺寸比深三侧向测井要短，减弱了屏蔽电流Is对主电流I0的控制作用，并在屏蔽电极的外面加上两个极性相反的电极B1和B2，作为主电流和屏蔽电流的回路电极。记录点：A0中点1.1 三侧向测井基本

6、原理b)浅三侧向电流分布和测量原理 主电流I0，受屏蔽电流Is的排斥径向、成水平层状流入地层，由于回路电极的吸引，在地层不远处即发散。所测出的视电阻率主要反映井壁附近岩层电阻率的变化。在渗透层井段就反映侵入带 Ri的变化电流回路电极电流回路电极屏蔽电极屏蔽电极屏蔽电极屏蔽电极主电极主电极电流回路电极电流回路电极1.1 三侧向测井基本原理 下面是一种实际应用的深浅三侧向电极系（单位：m) 电极上面的数值表示该电极的长度，两个电极之间的数值表示电极之间相隔的距离。深侧向时：最外侧两个电极作为屏蔽电极，通以和主电极相 同极性的电流。浅侧向时：最外侧两个电极作为回路电极，通以和主电极相 反极性的电流。

7、220111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1AAAAA220111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1BAAABKd=0.24m，Ks=0.38m 仪器全长3.6m，仪器直径为0.089m，Kd、Ks分别表示深、浅三侧向电极系系数。 1.1 三侧向测井基本原理1.1 三侧向测井基本原理1.2 三侧向视电阻率及其影响因素 表达式 三侧向电极系的深度记录点在主电极的中点，三侧向测井测量的是A0电极表面的电位U，其视电阻率Ra为：式中 U 电极表面的电位， V； I0 主电流强度， A； K 三侧向电极系系数，m.可用理论计算方法或实验方法求出

8、，还可用下面的近似公式计算：式中，L: 主电极长度的一半；L0: 电极系长度的一半；r0：电极系半径。0IUKRa004ln ( 2/)LKLr 曲线形状 三侧向测井的视电阻率理论曲线特征与电位电极系的视电阻率曲线相似，当上下围岩电阻率相等时，曲线关于地层中心对称，在高阻地层中，视电阻率出现极大值；当上、下围岩电阻率不等时，则Ra曲线呈不对称形状，且极大值移向高阻围岩一方。HH/d=4Rs/Rm=1Rt/Rm=4002010Ra/Rm1.2 三侧向视电阻率及其影响因素 三侧向影响因素 电极系参数和地层参数。前者影响电极系K，后者影响电极系的电位。 （a)电极系参数包括电极系长度、主电极长度及电

9、极系直径 电极系愈长，主电流聚焦越好，主电流进入地层的深度也越深。 主电极长度对曲线的纵向分层能力有影响，主电极越短，分层能力越强。 若电极系的直径等于井径（ds=d),Ra=Rt； 若dsd, RaRw时：水层增阻侵入 Rxo Rt负幅度差 油层减阻侵入 Rxo Rt 正幅度差RmfRt水层。1.3 三侧向测井曲线的应用3）确定真电阻率 对影响因素（井眼、围岩层厚、侵入）校正后得到地层真电阻率Rt1.3 三侧向测井曲线的应用1.4 三侧向测井的优缺点优点：（1）适合在高矿化度泥浆（盐水泥浆）中使用；（2）有利于划分薄层，能清楚地划分出0.40.5m的薄层；（3）探测深度比普通电阻率测井深。缺

10、点：当侵入较深时（ D 1.6m），深三侧向测出的视电阻率曲线受侵入带影响较大，使得深三侧向的探测深度不够深，浅三侧向的探测深度又不够浅，测量结果受原状地层电阻率影响大，导致了在渗透层处，深浅三侧向视电阻率曲线幅度差不明显，难于判断油水层，综合解释有困难。 三侧向电极系三侧向电极系： 探测深度取决于屏蔽电极长度；探测深度取决于屏蔽电极长度； 浅侧向探测过深。浅侧向探测过深。七侧向电极系七侧向电极系： 调整电极系的分布比改变屏流大小，调整电极系的分布比改变屏流大小， 使深探测变深、浅侧向探测变浅。使深探测变深、浅侧向探测变浅。2 七电极系侧向测井七电极系侧向测井七侧向电极系七侧向电极系及电流分布

11、及电流分布主电极主电极监督电极监督电极监督电极监督电极屏蔽电极屏蔽电极屏蔽电极屏蔽电极电极距电极距L电极系电极系Lo屏蔽电流的调节：一般通过调节屏蔽电流的调节：一般通过调节S=Lo/L实现实现 S不能无限大，一般为不能无限大，一般为33.5为好为好记录点：主电极系的中心记录点：主电极系的中心2 七电极系侧向测井七电极系侧向测井22211025. 0638. 0112. 025. 002. 025. 0112. 0638. 01025. 0AMMAMMAo2222111025. 05 . 0025. 025. 0083. 0167. 002. 0167. 0083. 025. 01025. 05

12、 . 0025. 0BAMMAMMABo浅七侧向浅七侧向深七侧向深七侧向分布比S=3.27；电极系长度L0=2.07m；电极距L=0.632m分布比分布比S=2.4；电极系长度；电极系长度L0=1.07m；电极距；电极距L=0.437m2 七电极系侧向测井七电极系侧向测井应用： 基本上与三侧向测井相同缺点： 由于深、浅七侧向电极系电极距不同， 两条视电阻率曲线纵向分辨能力不同， 使测井资料解释应用产生问题。2 七电极系侧向测井七电极系侧向测井3 双侧向测井 是在三侧向和七侧向的基础上发展起来的，既有合适的探测深度（和三侧向相比），又使深、浅侧向电极距相同（和七侧向相比）。 双侧向测井顾名思义，

13、它也分为深双侧向和浅双侧向， 深侧向电阻率主要反映原状地层电阻率， 浅侧向电阻率主要反映侵入带电阻率。 3.1 双侧向测井原理 它采用两个柱状电极和七个体积较小的环状电极，电极系结构如下图： 深侧向测量时，主电极 供以恒定电流 ，两对屏蔽电极 和 、 和 流出与 相同极性的屏蔽电流 和 ，通过自动调节电路保持监督电极 M1和M1（ M2和M2）间的电位差为零，同时使屏蔽电极A1、A1和A2 、A2上的电位比值为一常数。即( 或 )。然后，测量的是任一监督电极（如M1）和无穷远电极N之间的电位差。 浅侧向测量原理和深侧向差不多0IoA1A1A2A2AsI0IsI11/AAUU22/AAUUIsI

14、o深侧向电极系深侧向电极系浅侧向电极系浅侧向电极系屏蔽电极屏蔽电极回路电极回路电极N 浅侧向测井时，A1，和A1 为屏蔽电极，极性与A0电极相同，A2，A2为回路电极，极性与A0相反，由A0和屏蔽A1,A1流出的电流进入地层后很快返回到A2,A2电极,减少了探测深度。双侧向电极系尺寸如下： 仪器全长9.36m。由此可见，浅双侧向与深双侧向的尺寸一样，其不同之处在于把柱状屏蔽电极A2和A2改成电流的回路电极B1、B2。 )(38 . 03 . 022. 0M02. 008. 002. 018. 012. 018. 002. 008. 0M02. 022. 03 . 08 . 0)(3121210

15、12122BAAMAMAAB3.1 双侧向测井原理3.2 双侧向Ra曲线及其校正表达式 在主电流I0恒定不变的情况下，测得的电位差和介质的视电阻率成正比： 其中：K 为双侧向电极系系数，可由实验或理论计算获得；UM1为监督电极M1上的电位。01IUKRMa 曲线形状 当上下围岩相同时，Ra 曲线对称于地层中部；在地层的上下界面附近出现两个小尖，随厚度增加这两个小尖逐渐消失；高阻厚层中部的视电阻率数值最高，且曲线平缓，变化不大，曲线应读地层中部的视电阻率值，小尖不作地质解释。HH/d=4Rs/Rm=1Rt/Rm=5 002010Ra/Rm深侧向深侧向浅侧向浅侧向3.2 双侧向Ra曲线及其校正 影

16、响因素及校正 双侧向测井测得的视电阻率同样受电极系特性和介质电阻率的影响，不同电极系对视电阻率的影响不同，必须结合本地区的地质条件(层厚变化、油水层电阻率、岩性、侵入等)选定适当的电极系。确定电极系的原则是： （1）层厚影响小，分层能力强，即薄层电阻率曲线显示清楚（2）井眼影响小，在相同井眼条件下，对深浅侧向的影响相同。（3）深浅双侧向的探测深度差别要大，有利于判断侵入特性。 双侧向同样受井眼、围岩及侵入影响，需进行校正。 3.2 双侧向Ra曲线及其校正3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正图版校正法图版校正法 厚层、井径厚层、井径8in8in、井眼无环带、无过、井眼无环带、无过渡带以

17、及读数已做井渡带以及读数已做井眼校正。眼校正。 RLLD/Rxo=20Rxo=2 RLLD/RLLS=7.5Rt=60ohm.mDi=1.27m3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正图版校正法图版校正法3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正动态侵入校正动态侵入校正盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型 气、水两相渗流方程气、水两相渗流方程 1)()(1)()(1wgwgcwwwwwrwwgggggrggSSPPPtSqrPKKrrrtSqrPKKrrr3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正动态侵入校正动态侵入校正盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型盐水泥

18、浆侵入机理及动态侵入模型 地层水矿化度对流传输方程地层水矿化度对流传输方程 tCSpCqrpCrKKrrmfwwmfwwwwrw1tCtCrCrDwww23.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正动态侵入校正动态侵入校正盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型 地层水电阻率计算方程地层水电阻率计算方程 TCRww8 . 139825 .36470123. 0955. 0阿尔奇模型计算地层电阻率阿尔奇模型计算地层电阻率 mnwwtSabRR3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正动态侵入校正动态侵入校正盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型盐水泥浆侵入机理及动态侵入模型 双

19、侧向测井响应动态计算双侧向测井响应动态计算0),(1),(ztzrURzrrtzrURrr01)()(ItUKtRma3.2 双侧向Ra曲线及其校正侵入校正侵入校正动态侵入校正动态侵入校正时间推移双侧向测井动态响应特征时间推移双侧向测井动态响应特征 气层气层水层水层3.3 双侧向测井资料应用 划分岩性界面 双侧向受影响因素小，纵向分辨能力要强，可分辨厚度0.6m的层； 电阻率差别较大时，厚度0.4m的层亦有明显异常。 识别油、水层 RmfRw时：水层增阻侵入 RmRxo Rt负幅度差 油层减阻侵入 RmRxo Rt正幅度差 RmfRt水层。 确定地层电阻率 根据深、浅双侧向测出的视电阻率，可采

20、用与三侧向相同的方法求出地层真电阻率Rt 3.3 双侧向测井资料应用 3.4 双侧向和三侧向测井的比较（1） 电极系结构 三侧向由三个柱状电极构成，双侧向由七个环状电极和两个柱状电极构成。（2） 探测深度 就探测深度而言，双侧向大于三侧向。三侧向探测深度浅，在泥浆侵入深时，视电阻率受侵入带影响大，深浅三侧向探测深度差别不大，给判断油（水）、水层带来困难。 （3）纵向分辨能力 三侧向的分层能力由于主电极长度决定。由于主电极较短，主电流呈水平状进入地层，降低了上下围岩的影响，纵向分层能力较强；双侧向的纵向分层能力与 的距离有关， 可划分出 的地层电阻率变化。 （4）影响因素 三侧向受井眼、围岩影响

21、较小，但探测深度不深，使用受限制。层厚、围岩对深、浅双侧向的影响是相同的，深双侧向比浅三侧向受井眼影响小得多。 (5) 应用 两种侧向测井都可用于划分地质剖面，判断油水层，确定地层真电阻率和侵入带直径。21OO21OOh 3.4 双侧向和三侧向测井的比较双侧向和三侧向测井的比较4 冲洗带电阻率测井 微电极测井（ML）虽然提高了纵向分辨率，但由于受泥饼影响较大，难以求准冲洗带电阻率，为此提出了微侧向测井（MLL）、邻近侧向测井（PL）和微球形聚焦测井(MSFL)。4.1 微侧向测井 微侧向测井是改进微电极测井得到的。电极间的距离为A00.016M10.012M20.012A1。利用推靠器将极板压

22、向井壁，使电极与井壁直接接触。探测深度：探测深度：80mm80mm10MMLLURkI方法：通过聚焦消除泥饼的影响方法：通过聚焦消除泥饼的影响4.2 邻近侧向测井 微侧向测井虽然在一定程度上克服了微电极测井受泥浆和泥饼影响较大的缺陷，在泥饼不厚和泥浆电阻率低的条件下效果较好，但其探测深度仍然较浅，为此提出了邻近侧向测井。设计目的：设计目的： 增大探测深度，增大探测深度， 减小泥饼较厚减小泥饼较厚 时对冲洗带电阻率的影响。时对冲洗带电阻率的影响。 探测深度：150250mm (微侧向为80mm) 测量时，调节电极A的屏蔽电流Is，使得M电极的电位UM等于仪器内已知的参考信号U参。在测量过程中保持

23、UMU参常数，通过调节A0电极的电流I0，使得UA0UM，如果两者不等，再调节I0使它们相等，A0电极与M电极间的电位梯度为零，迫使I0沿径向射入地层。视电阻率公式为： （恒压法）0MP LURKI4.2 邻近侧向测井应用特点：当侵入带深度1m，hmc19mm，RpL=Rxo当侵入带深度19mm时,RpLRxo ，需要 对其进行泥饼校正，但是，此方法在侵入较浅，泥饼较薄不能用。4.2 邻近侧向测井4.3 4.3 微球形聚焦测井微球形聚焦测井（Micro spherically focused log)比较：微侧向聚焦弱，探测深度浅，受泥饼影响大； 邻近侧向聚焦强，探测深度深，受原状地层影响大方法：优化电极系结构，改善探测深度。微球形聚焦测井：探测深度合理，主要反映冲洗带电阻率， 测量结果受泥饼影响较小，且不受Rt影响， 使用范围较宽。微球型聚焦测井原理 由A0供给的电流一部分流到辅助电极A1，成为辅助电流，用Ia表示；另一部分电流进入地层，流经一段距离后回到较远的回路电极B，这部分电流称为测量