第五章感应测井

1、第五章第五章 感应测井感应测井（INDUCTION LOGINDUCTION LOG）第五章第五章 感应测井感应测井普通电阻率、侧向测井存在的普通电阻率、侧向测井存在的问题问题：只能在水基泥浆井中使用，在油基泥浆井和空只能在水基泥浆井中使用，在油基泥浆井和空气钻进井中无法测量。即：气钻进井中无法测量。即：井内介质导电井内介质导电对于对于薄层、低阻层、侵入深薄层、低阻层、侵入深的地层的地层效果不好效果不好感应测井的感应测井的优势优势：利用利用交流互感原理交流互感原理测量地层的测量地层的电导率电导率井筒内井筒内有无导电有无导电泥浆都可以用泥浆都可以用对对淡水淡水泥浆，泥浆，中、低电阻率中、低电阻率

2、的地层有较好的应用的地层有较好的应用受邻层受邻层屏蔽影响小屏蔽影响小电磁感应原理1 感应测井原理地面部分是一个地面部分是一个高压高压控制面板控制面板井下仪器包括井下仪器包括线圈系线圈系和和辅助电路辅助电路线圈系由发射线圈线圈系由发射线圈T T和和接收线圈接收线圈R R组成，叫双组成，叫双线圈系线圈系(TR=L=1m)(TR=L=1m) 振荡器振荡器接在发射线圈接在发射线圈T T上作为交流上作为交流信号源信号源，放大器放大器接到接收线圈接到接收线圈R R上，接收感应上，接收感应电动势电动势经经放大检波放大检波由电缆送由电缆送到地面记录。到地面记录。一、井下仪器一、井下仪器下井仪下井仪 线圈系线圈

3、系 发射线圈发射线圈T T接收线圈接收线圈R RT和和R之间的距离叫线圈距之间的距离叫线圈距L振荡器振荡器 接在接在T T上上( (信信号源号源) )（2020KHzKHz）放大器放大器 接在接在R R上上相敏检波器相敏检波器辅助辅助电路电路二、定性原理二、定性原理1 1、给发射线圈给发射线圈T T供正弦交变电流供正弦交变电流iT 3 3、1在接收线圈中产生一次在接收线圈中产生一次感应电动势感应电动势Ex在地层中产生在地层中产生交变电流交变电流iL 4 4、交变电流交变电流iL产生产生二次交变电磁二次交变电磁场场25 5、在、在R中产生中产生二次感应电动势二次感应电动势ER2 2、在周围产生一

4、次在周围产生一次交变电磁场交变电磁场11 12 2IT=I0eit 一次感应电动势一次感应电动势Ex与发射电流与发射电流iT相差相差90o（滞后）滞后）；二次感应电动势二次感应电动势ER与发射电流与发射电流iT相差相差180o（滞后）滞后） ER与与EX的相位关系的相位关系三、几何因子理论三、几何因子理论1 1、单元环的概念：、单元环的概念：将地层分割成无数个将地层分割成无数个以井轴为中心，截面以井轴为中心，截面积很小，半径不同的积很小，半径不同的圆环，这些圆环的平圆环，这些圆环的平面与井轴垂直，可把面与井轴垂直，可把这些圆环看成导电线这些圆环看成导电线圈，称之为地层单元圈，称之为地层单元环（

5、环（Ground Loop） 2、几何因子理论概述几何因子理论概述(1)(1) 线圈系周围的介质是由线圈系周围的介质是由无数个单元环组成无数个单元环组成REd ed e全 空 间(2)(2) 发射线圈引起的发射线圈引起的涡流分别在单元环中流动涡流分别在单元环中流动(3)(3) 每个单元环都单独存在每个单元环都单独存在，且在接收线圈中产，且在接收线圈中产生有用信号生有用信号de ( (感应电动势）感应电动势）(4)(4) 接收线圈中有用信号接收线圈中有用信号ER ( (感应电动势）感应电动势）是是所有单元环的有用信号所有单元环的有用信号de之和之和 ：认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生

6、认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生作用作用认为电磁波瞬间便可通过地层认为电磁波瞬间便可通过地层3、用几何因子理论导出用几何因子理论导出ER 在通过在通过z的的子午面子午面上，上，用用drdz面面积元代表单元环积元代表单元环。以线圈中点为坐标原点，井轴以线圈中点为坐标原点，井轴为为Z Z轴，建轴，建柱坐标系柱坐标系r r z z ; ;设介质关于设介质关于Z轴轴旋转对称旋转对称; ;取一个取一个半径为半径为r的单元环的单元环，其，其在在r z坐标系中方程为坐标系中方程为r=r=常数，常数，z=常数常数; ;（1 1）单元环中感应电动势）单元环中感应电动势de、涡流涡流dI ： 2132

7、TTTdin S rdeIdtl 单元环电导单元环电导2drdzGr34TTTin S rdII drdzl 单元环感应电流单元环感应电流( (涡流涡流) )2233342TRTRRTRn n S S I LrdedrdzLl l 二次感应电动势二次感应电动势GdeId（2 2）接收线圈中感应电动势）接收线圈中感应电动势dede 单元环中涡流在空间形成二次交变电磁场，二次单元环中涡流在空间形成二次交变电磁场，二次交变电磁场又会在接收线圈中产生感应电动势交变电磁场又会在接收线圈中产生感应电动势因接收线圈很小，设其中心与井轴重合，只要求因接收线圈很小，设其中心与井轴重合，只要求出出单元环在井轴上的

8、磁场强度单元环在井轴上的磁场强度，即是接收线圈中磁，即是接收线圈中磁场强度场强度求出接收线圈中磁通求出接收线圈中磁通即可求出即可求出de 接收线圈中感应电动势接收线圈中感应电动势de 224TRTRn n S S IKL 仪3332RTrLgRdeKgdrdz仪2233342TRTRRTRn n S S I LrdedrdzLl l (3)(3)接收线圈中总电动势接收线圈中总电动势ER（二次磁场产生的）二次磁场产生的） 0REdeKgdrdzKgdrdz 仪全空间全空间如介质是如介质是均匀无穷均匀无穷的，则的，则 0REKgdrdz 仪01gdrdz 可以证明可以证明 REK仪所以REEKK有

9、 用仪仪T发射的电流在接收线圈中产生的感应电动势发射的电流在接收线圈中产生的感应电动势Ex22202TRxn n SEIL 0RTSSS E Ex x是发射线圈和接收线圈之间互感产生的感应是发射线圈和接收线圈之间互感产生的感应电动势电动势, ,与地层性质无关与地层性质无关, ,称为称为无用信号无用信号。与电流相。与电流相差差9090在仪器线路中加入在仪器线路中加入相敏检波器相敏检波器可压制无用信号可压制无用信号4 4、视电导率、视电导率a a( (非均匀介质非均匀介质) ) 0aEgd rd zK 有 用仪amitsmitsgdrdzgdrdzgdrdzgdrdzSSttiimmaGGGG视电

10、导率视电导率a a为各单元环电导率的为各单元环电导率的加权平均值加权平均值其权系数是各区域的几何因子其权系数是各区域的几何因子G G5 5、单元环几何因子、单元环几何因子g g的物理意义的物理意义 232223223333)2()2(22ZLrZLrrLrLgTR均匀介质：均匀介质： deKg drdzREKRd eg d r d zE如截面积（单元环）如截面积（单元环）drdz=1drdz=1，则：则： Rd egEg g是是均匀介质中均匀介质中截面积为截面积为1 1的的单元环的有用信号占全空间单元环的有用信号占全空间有用信号的百分比有用信号的百分比 , ,单元环的位置不同单元环的位置不同,

11、g,g的大小不同。的大小不同。非均匀介质：非均匀介质： 0RaEgdrdzK 仪g g是截面积为是截面积为drdzdrdz的的单元环真电导率对视单元环真电导率对视电导率贡献的百分比（相对贡献大小）电导率贡献的百分比（相对贡献大小） 6 6、无用信号（互感电动势）、无用信号（互感电动势）E Ex x : :2032RTxin n sEIL l由几何因子理论得到由几何因子理论得到lEx与电导率无关与电导率无关|8%|RXEElE ER R与与ExEx相位相差相位相差90900 02 探测特性rG一、一、 双线圈系的探测特性双线圈系的探测特性( ,)rGg r z dz1 1、横向微分几何因子、横向

12、微分几何因子GrGr的物理意义：的物理意义：单位厚度，单位厚度，半径为半径为r r的的无限长圆筒无限长圆筒状介质真电状介质真电导率对导率对a a的相对贡献。的相对贡献。a a、半径不同的圆筒介质的相对贡献大小、半径不同的圆筒介质的相对贡献大小要增大探测深度，需要增大线圈距要增大探测深度，需要增大线圈距b b、=0.45=0.45时，时，G Gr r 达到极大值，说明达到极大值，说明=0.45=0.45 处介质对处介质对a a的的贡献最大贡献最大2 2、横向积分几何因子、横向积分几何因子G G横积横积20( )drrGGr dr横积意义：表示意义：表示半径为半径为r r的无限长圆柱介质的无限长圆

13、柱介质对对a a的相的相对贡献。对贡献。 r=0.5m r=0.5m时介质相对贡献为时介质相对贡献为22.522.5， r=2.5mr=2.5m，相对贡献为相对贡献为7777a.a.因因g gr r 0,0,故故G G横积横积是随是随r r单调增加的单调增加的。b.b.当当r=0r=0，G G横积横积=0=0， r r， G G横积横积= =1 1c. c. G G横积横积=0.5=0.5的圆柱体半径作为探测半径的圆柱体半径作为探测半径（约（约0.80.8米）米）设设 z z轴原点在双线圈系中轴原点在双线圈系中点点0( ,)ZGg r z dr3 3、纵向微分几何因子、纵向微分几何因子21,2

14、2,82ZLZLGLLZZ意义：表示意义：表示z z值一定，单位值一定，单位厚度的无限延伸的薄板厚度的无限延伸的薄板状介质状介质，对，对a a 的相对贡献。的相对贡献。ZGa. T,Ra. T,R之间地层对之间地层对a a 贡献最大，之外的介质贡献最大，之外的介质贡献按贡献按1/z1/z2 2 减小。减小。b. Gb. Gz z 决定纵向分辨率决定纵向分辨率要提高纵向分辨率要提高纵向分辨率, , 减小减小L L4 4、纵向积分几何因子、纵向积分几何因子22( )hhZGGz dz纵积,21,42ZZLZLGLLZZ意义：意义：厚度为厚度为2z2z的地层的地层对对a a的相对贡献，及围岩的相对贡

15、献，及围岩的影响的影响G纵积a.G a.G 纵积纵积曲线与曲线与G G横积横积相似，单调增加相似，单调增加b. z=0，G纵积纵积=0； z，G纵积纵积=1h=L=1m时，目的层与围岩的贡献均为时，目的层与围岩的贡献均为50% 探测深度浅（探测深度浅（r=0.8m);r=0.8m); 分辨率低分辨率低( (h=2mh=2m，G G纵积纵积=0.7);=0.7); 无用信号比有用信号幅度高几十甚至上千倍。无用信号比有用信号幅度高几十甚至上千倍。5 5、双线圈系探测特性、双线圈系探测特性二、复合线圈系二、复合线圈系0.8m六线圈系六线圈系T T0 0R R0 0主线圈对主线圈对，各，各100100

16、匝，主线圈距匝，主线圈距L L0000=0.8 m=0.8 mT T1 1R R1 1补偿线圈对补偿线圈对，各，各-25-25匝，匝， 减小井的影响减小井的影响, ,增加探测深度增加探测深度T T2 2R R2 2 聚焦线圈对聚焦线圈对，各，各-7-7匝，匝， 提高分层能力，减小围岩影响。提高分层能力，减小围岩影响。由由l l个串联的发射线圈和个串联的发射线圈和m m个串联的接收线圈个串联的接收线圈构成的复构成的复合线圈系，将有合线圈系，将有l lm m个双线圈系，总探测特性是这些个双线圈系，总探测特性是这些线圈系叠加的结果。线圈系叠加的结果。 R2 0.6 T0 0.2 T1 0.4 R1

17、0.2 R0 0.6 T2 -7 100 -25 -25 100 -70.8m六线圈系探测特性六线圈系探测特性特性曲线特性曲线 ，见书，见书7474页，图页，图5-105-10横向微分、积分几何因子横向微分、积分几何因子n横向微分几何因子曲线横向微分几何因子曲线1 1、3 3：n当当r0.2 mr0.2 m时，时，G Gr r比比G Gr00r00低的多，而且出现负值。另低的多，而且出现负值。另外外G Gr r的最大值出现在的最大值出现在r=0.58 mr=0.58 m处，处，GrGr0000的最大值出的最大值出现在现在r=0.36 mr=0.36 m处处n说明六线圈系的微分几何因子的最大值向

18、径向深说明六线圈系的微分几何因子的最大值向径向深部推移了部推移了。n横向积分几何因子曲线横向积分几何因子曲线2 2、4 4：n当当r=0.2 mr=0.2 m时，时，G G横积横积=-0.0027=-0.0027，而，而G G横积横积0000=0.067=0.067。井。井孔对双线圈对测量结果的相对贡献为孔对双线圈对测量结果的相对贡献为6.76.7，对六，对六线圈系的相对贡献则几乎为零。线圈系的相对贡献则几乎为零。n说明，采用复合线圈系达到了降低井眼影响之目说明，采用复合线圈系达到了降低井眼影响之目的。的。n当当r=3 mr=3 m时，时，G G横积横积0000比比G G横积横积大，大，说明复

19、合线圈系探测说明复合线圈系探测深度比双线圈系深。深度比双线圈系深。纵向微分、积分几何因子纵向微分、积分几何因子n曲线曲线1 1和和3 3：六线圈系的纵向微分几何因子：六线圈系的纵向微分几何因子GzGz和双线和双线圈对的圈对的G Gz00z00比较，比较，GzGz的峰值比的峰值比G Gz00z00高而且变化较陡，高而且变化较陡，这说明六线圈系的纵向分辨能力比双线圈系强。这说明六线圈系的纵向分辨能力比双线圈系强。n在在Z=1mZ=1m附近，附近，GzGz出现负值，这个现象称为出现负值，这个现象称为“过聚过聚焦焦”，GzGz有两个过零点有两个过零点:Z=0.89m:Z=0.89m和和Z=-1.05m

20、Z=-1.05m处。处。n在六线圈系的积分特性在六线圈系的积分特性曲线曲线2 2上也可以看出上也可以看出G G纵积纵积曲曲线在两个过零点间隔内各有降低。线在两个过零点间隔内各有降低。n0.8 m0.8 m六线圈系的横、纵向探测特性均优越于双线六线圈系的横、纵向探测特性均优越于双线圈系。其测量结果受井眼影响小，在有的井中井眼圈系。其测量结果受井眼影响小，在有的井中井眼影响可忽略，探测深度稍有提高；同时纵向分辨能影响可忽略，探测深度稍有提高；同时纵向分辨能力较强。力较强。 0.8m0.8m六线圈系的六线圈系的横向微分几何因子横向微分几何因子的极大的极大值对应的值对应的r,r,小于主线圈对的横向微分

21、几何因子小于主线圈对的横向微分几何因子极大值对应的极大值对应的r;0.8mr;0.8m六线圈系的横向积分几何六线圈系的横向积分几何因子的曲线上升缓慢，主线圈对的横向积分几因子的曲线上升缓慢，主线圈对的横向积分几何因子曲线上升快。何因子曲线上升快。 0.8m 0.8m六线圈系的六线圈系的纵向微分几何因子纵向微分几何因子的极的极大值小于主线圈对的纵向微分几何因子极大值，大值小于主线圈对的纵向微分几何因子极大值，说明六线圈系的纵向说明六线圈系的纵向分辨能力强分辨能力强。0.8m0.8m六线圈六线圈系的纵向积分几何因子的曲线上升快，主线圈系的纵向积分几何因子的曲线上升快，主线圈对的纵向积分几何因子曲线

22、上升缓慢。说明六对的纵向积分几何因子曲线上升缓慢。说明六线圈系的纵向探测特性优于主线圈对纵向探测线圈系的纵向探测特性优于主线圈对纵向探测特性。特性。 3 感应测井曲线感应测井曲线一、上下围岩（导电性）相同时，单一低、高一、上下围岩（导电性）相同时，单一低、高电导率地层的视电导率曲线特点电导率地层的视电导率曲线特点1.低电导率地层视电导率曲线低电导率地层视电导率曲线 1.7hmh1.7m 曲线上出现一对曲线上出现一对“耳朵耳朵”，位置对称出现，位置对称出现 在上下界面以内，在上下界面以内，“过聚焦过聚焦”产生产生 2hmh2.2m “耳朵耳朵”逐渐合逐渐合一一 3hmh3m曲线中部为外凸圆弧状曲

23、线中部为外凸圆弧状 中部平直中部平直 曲线中部为凹形曲线中部为凹形 曲线为尖峰状曲线为尖峰状 2.高电导率地层视电导率曲线高电导率地层视电导率曲线 曲线特点和变化规律和与低电导率曲线完全相同，曲线特点和变化规律和与低电导率曲线完全相同，只是曲线偏移方向相反只是曲线偏移方向相反二、上下围岩不同时，单一低、高电导率地层二、上下围岩不同时，单一低、高电导率地层的视电导率曲线特点的视电导率曲线特点 地层电导率曲线为非对称曲线。厚层的中部，视电导地层电导率曲线为非对称曲线。厚层的中部，视电导率等于地层电导率；随地层厚度减小，视电导率受围率等于地层电导率；随地层厚度减小，视电导率受围岩电导率影响增加，与地

24、层值差异增大。岩电导率影响增加，与地层值差异增大。（1）低电导率地层低电导率地层视电导率曲线视电导率曲线地层厚度大于地层厚度大于2m 中部呈倾斜状，地层中部呈倾斜状，地层中点对应倾斜线中点中点对应倾斜线中点 （2）高电导率地层视电导率曲线高电导率地层视电导率曲线与上述基本规律一致，变化方向相反与上述基本规律一致，变化方向相反 （3）地层电导率介于上下围岩电导率之间地层电导率介于上下围岩电导率之间 曲线呈阶梯状，很难利用曲线呈阶梯状，很难利用 4 感应测井资料应用感应测井资料应用一、划分渗透层一、划分渗透层地层厚度大于地层厚度大于2m 用用“半幅点半幅点”法划分顶底界面。法划分顶底界面。上下围岩

25、不对称，上下界面用各自半幅点确定界面。上下围岩不对称，上下界面用各自半幅点确定界面。 岩层厚度为底顶界面深度之差岩层厚度为底顶界面深度之差对于薄层，用微电阻率曲线或短电极距视电阻率对于薄层，用微电阻率曲线或短电极距视电阻率曲线划分地层界面曲线划分地层界面 二、合理选取感应测井读数二、合理选取感应测井读数1目的层视电导率读取目的层视电导率读取一般读地层中点极值；或读中部平均值。一般读地层中点极值；或读中部平均值。2围岩视电导率读取围岩视电导率读取上下围岩相同，且岩性均匀，地层足够厚，读上或下围岩值上下围岩相同，且岩性均匀，地层足够厚，读上或下围岩值岩性不均匀，读取距目的层中心岩性不均匀，读取距目

26、的层中心5m部分部分上下围岩不相同，读取上下围岩平均值，即上下围岩不相同，读取上下围岩平均值，即2sssa下上三、确定岩层真电阻率三、确定岩层真电阻率 tR1校正校正(1)(1)均质校正均质校正均质校正：对电磁波在均匀无限介质中传播时，其幅均质校正：对电磁波在均匀无限介质中传播时，其幅度衰减和相对移动的校正。由于传播效应影响，在均匀度衰减和相对移动的校正。由于传播效应影响，在均匀无限介质中视电导率与电导率关系为：无限介质中视电导率与电导率关系为：21sincospaeppppp122pLp为传播参数(2)围岩围岩层厚校正层厚校正 根据图版进行校正根据图版进行校正(3)侵入校正侵入校正 无泥浆侵

27、入，只须进行前二者校正即可；无泥浆侵入，只须进行前二者校正即可；若有侵入须考虑侵入校正若有侵入须考虑侵入校正 2确定岩层真电阻率确定岩层真电阻率 tR 经上述曲线校正后，得到的电导率与地层电阻率的关系，经上述曲线校正后，得到的电导率与地层电阻率的关系，确定地层电阻率确定地层电阻率 1000ttR3确定流体性质确定流体性质 已知地层岩性、已知地层岩性、孔隙度、电阻率，孔隙度、电阻率，应用相应的关系式，应用相应的关系式，可以确定地层的含可以确定地层的含水饱和度和油气饱水饱和度和油气饱和度。和度。习题：习题：5.1 5.1 感应测井的原理是什么？感应测井的原理是什么？5.2 5.2 感应测井线圈系的

28、组成？感应测井线圈系的组成？5.3 5.3 视电导率的表达式是什么？视电导率的表达式是什么？5.4 5.4 横向几何因子及纵向几何因子表达式分横向几何因子及纵向几何因子表达式分别为什么？其物理意义如何？别为什么？其物理意义如何？5.5 0.8 m5.5 0.8 m六线圈系如何组成？六线圈系如何组成？ 5.6 5.6 感应测井理论曲线特点如何？感应测井理论曲线特点如何？ 5.7 5.7 感应测井曲线需要哪些校正？感应测井曲线需要哪些校正？5.8 5.8 感应测井资料的应用有哪些？感应测井资料的应用有哪些？ 5 电磁波传播测井 区分油水层的主要参数是电阻率（电导率）。近年随二次采油和三次采油的出现

29、，常遇到低电阻率油层和高电阻率水层。从表51看出，水的介电常数比油和其它岩石矿物高一个数量级，且矿化度的影响可忽略。因此可以用介电常数区分油水层。 在均匀介质中，求解感应测井响应时，从麦克斯韦方程组，得到波动方程 22SAAJ 磁矢势 发射电流密度 ASJ传播常数，均匀介质中为常数。 ()ii 电导率 介电常数 磁导率 感应测井中发射电流频率为20KHZ ,低频范围内 i说明发射电流频率较低时， 为了测得介电常数必须提高，即在高频电磁场中可测出介电只与介质电导率有关。常数22( )i 复介电常数， (1tan )ii/ 电磁波在导电介质中的损耗 tan /损耗角正切 极化过程中的损耗 国外的EPT测井，发射电流频率为1.1GHZ，淡水 比 高一个数量级，盐水为同一数量级。测井的响应主要取决于介质的介电常数。 使用1.1GHZ微波频率时，发射和接收器不能用线圈，只能用天线。天线是在黄铜极板上刻槽，在极板上有两个发射天线T1、T2和两个接收天线R1、R2。测井时黄