阵列感应-讲课

阵列感应—讲课第1页/共38页内容

前言测井原理资料处理测井条件地质应用第2页/共38页前言1949年，道尔（H．DOLL）提出了感应测井几何因子理论，发明了第一支感应测井仪器。随后人们对感应测井理论进一步研究，并对仪器进行了多方面的改进，研制出多种类型的感应测井仪器，使其成为油田勘探开发中常用的测井项目之一。随着计算机技术的发展，20世纪80年代BPB公司首先推出了阵列感应测井仪，其后斯伦贝谢公司、阿特拉斯公司和哈里伯顿公司也相继研制出商业化的阵列感应测井仪，提高了感应测井的测量精度，拓宽了应用范围，取得了较好的效果。

2000年阵列感应测井在准噶尔盆地投入使用，目前已测井20余井次。第3页/共38页测井原理发射线圈接收线圈涡流

根据电磁感应原理提出的感应测井，在测量时通过对发射线圈供给交流电，在其周围地层中形成交变电磁场；这种交变电磁场既可在导电介质中传播，也可在非导电介质中传播。在感应几何因子理论中，设想把地层分成许多以井轴为中心的圆环，每个圆环相当于一个导电环；在交变电磁场的作用下，这些导电环就会产生感应电流，感应电流是以井轴为中心的同心圆状的闭合电流环，即涡流。当发射线圈中交流电的大小与频率恒定时，地层中涡流强度近似与地层电导率成正比。涡流本身又会形成二次交变电磁场，它在接受线圈内产生感应电动势；该电动势的大小与涡流强度有关，即与地层电导率有关。根据检测接受线圈感应电流的大小，通过与仪器参数有关的计算，可以得出地层电导率。这是感应测井的一般原理。第4页/共38页测井原理

阵列感应测井采用一个发射线圈和多个接受线圈，构成一系列多线圈距的三线圈系（一个发射线圈，两个接受线圈），其线圈系排列示意图如右图所示。接受线圈对中包括一个主接受线圈和一个辅助接受线圈，后者的主要作用是运用电磁场叠加原理消除直耦信号的影响。阵列感应测井仪采用一系列不同线圈距的线圈系测量同一地层，把采集的大量数据传送到地面，由计算机进行处理，得出具有不同径向探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线，其多道信号处理技术可提供改善了径向和纵向分辨率及做了环境影响校正的稳定可靠的仪器响应。它克服了常规感应测井仪纵向分辨率低、探测深度固定、不能解决复杂侵入剖面等缺点，不但可得出原状地层电阻率和侵入带电阻率，还可研究侵入带的变化，使用新的侵入描述参数描述侵入过渡带，进行电阻率径向成像和侵入剖面成像，成为目前一种重要的测井新方法。第5页/共38页测井原理4ft2ft1ft

可获得三种纵向分辨率（1ft、2ft、4ft）、5—6种探测深度（10in、20in、30in、60in、90in、120in）的测井曲线。4英尺2英尺1英尺第6页/共38页仪器性能指标测井原理

斯伦贝谢公司（AIT—H）、阿特拉斯公司（HDIL）和哈里伯顿公司（HARI）的阵列感应测井原理基本相同，其仪器性能指标有所差别。第7页/共38页阵列感应测井资料处理第8页/共38页基本处理预处理：消除原始数据记录中的单个坏点和校正在测量过程中由于温度变化引起的测量结果偏差。趋肤效应校正：响应信号被在发射器、地层环及接受器之间的导电地层减弱、延迟，这种现象通常被称为“趋肤效应”。使用趋肤效应校正可以减少其影响。井眼环境校正：对泥浆电导率、井眼尺寸的影响校正。真分辨率聚焦组合：在软件聚焦时，对具有不同探测深度阵列测量的数据进行一系列聚焦滤波及组合，得出一组具有固定探测深度的曲线，即聚焦合成曲线。纵向分辨率匹配：将浅探测的曲线特征组合到深探测曲线时，浅探测信号的平均影响被消除，这样既没有改变深探测曲线分辨远离井眼地层的电导率变化的能力（探测深度未变），又使得其纵向分辨率与浅探测曲线匹配，得到相同的视纵向分辨率，形成“分辨率匹配曲线”。合成双感应曲线、倾角校正资料处理第9页/共38页一维电阻率反演处理

一维电阻率反演模型假设地层电阻率只沿径向变化。反演使用的数据为经井眼校正后的纵向分辨率匹配曲线，电阻率反演方法是以不同探测深度的分辨率匹配曲线对应的径向积分几何因子为基础，在计算中考虑每条曲线的相对精度，在算法中同时进行侵入和非侵入模型的计算和判别，最后根据选择标准给出一个较合理的模型。该部分的处理可提供原状地层电阻率（Rt）、冲洗带电阻率（Rxo）及侵入带的侵入深度。资料处理第10页/共38页二维电阻率反演处理

二维电阻率反演同时考虑地层电阻率在纵向和径向上的变化，但目前在测井资料处理中还没有一种技术能够实现与测井数据完全吻合的反演。在实际反演中，通常使用一个设置的地层模型进行模拟，将得到的合成数据与实际的测井数据进行比较，通过逐步调整地层模型的参数，使两种数据近似一致（小于规定的误差），这样可以得到一个包含电阻率分布的定量地层模型。许多反演算法可以产生二维地层电阻率模型、形成二维地层电阻率图像。Rt,n-1Rt,nRt,n+1Rxo,n-1Lxo,n-1Rt,n-1Rt,nRt,n+1Rxo,nLxo,nRxo,n+1Lxo,n+1RmBHDBorehole资料处理第11页/共38页测井条件

阵列感应测井不能取代侧向测井，它与双侧向测井互为补充，分别适应不同的测井条件。阵列感应测井适应的测井条件一般为：中、低电阻率地层；相对较高的泥浆电阻率。由感应测井原理可知，如泥浆电阻率太低，对测量结果影响较大；如Rt/Rxo很大，则高度聚焦的感应测井曲线会出现“洞穴效应”。

井眼直径不能太大。如井径很大，特别对短间距阵列测量值影响很大；如加测微球型聚焦测井，可在一定程度上补偿其影响；原状地层电阻率和冲洗带电阻率有差别。如两者接近，阵列感应测井不能很好地反映地层的泥浆侵入特性。第12页/共38页地质应用泥浆侵入机理地层侵入特性描述①直观描述②径向电阻率变化③径向侵入参数和径向饱和度④泥浆滤液侵入体积划分有效渗透层识别储层流体性质

①油水层识别②气层侵入特性确定原状地层电阻率薄层评价第13页/共38页泥浆侵入机理r1dir2原状地层原状地层过渡带过渡带冲洗带冲洗带井眼

在钻井过程中，泥浆在正向压差作用下侵入地层。其具体过程大致如下：从井眼形成的瞬间开始泥浆和泥浆滤液便向渗透性地层渗透，在这段时间内还未形成泥饼，称为瞬时失水（喷失）过程；泥饼形成后，在泥浆循环状态下，泥浆失水量由大到小至恒定，这段时间属于动失水过程；在瞬时失水过程之后动失水和静失水过程交替出现，最终泥饼保持一定的厚度，累积失水量达到一定数值，最终泥饼保持一定的厚度，累积失水量达到一定数值，形成动态平衡。一般而言，瞬时失水量较小，动失水量大于静失水量；失水量越大，泥饼越厚。通常情况下，泥浆及其滤液径向侵入剖面是渐变的，根据侵入程度的变化可分为冲洗带、过渡带和原状地层。地质应用第14页/共38页地层侵入特性描述

如果泥浆滤液电阻率Rmf小于地层水电阻率Rw，对于油气层和水层深探测电阻率均小于浅探测电阻率，显示为正差异。如果Rmf大于Rw，对于水层深探测电阻率大于浅探测电阻率，显示为负差异；对于油气层则可能为正差异、重合或负差异。如果Rmf等于Rw，对于水层深探测电阻率等于浅探测电阻率，显示为重合；对于油气层则为正差异。径向深度地层电阻率油气层水层径向深度地层电阻率油气层水层径向深度地层电阻率油气层水层地质应用第15页/共38页直观描述地质应用

由于同一组阵列感应测井曲线的测井原理和垂直分辨率相同，因此进行直观解释比其它电阻率测井资料具有优越性。在非渗透层各条曲线应该重合，根据曲线之间的差异可以定性描述地层的侵入特性。LU7126井测井曲线图第16页/共38页径向电阻率变化

用径向响应函数对一组纵向分辨率匹配曲线进行反褶积，可得到对径向电阻率变化的详细描述，在不施加任何预先设想模型的情况下，建立从井眼到地层的径向电阻率剖面；使用不同的颜色表示电阻率的大小，就可形成一种电阻率图像。左图显示的是一个油气层电阻率图像实例。图像的色彩反差可以反映出由泥浆滤液侵入引起的电阻率变化。在油气层发生明显的低阻侵入，而在高阻的底部几乎没有侵入显示。地质应用第17页/共38页径向饱和度

使用预先设计的地层侵入模型对阵列感应测井资料反演，即可得到地层侵入参数并形成用彩色表示饱和度的图像。要生成径向饱和度图像，需要知道地层孔隙度、地层水电阻率、泥浆滤液电阻率和饱和度计算公式，根据径向侵入参数和径向电阻率变化计算出径向饱和度。左图为阵列感应反演得出的径向饱和度图像。图中显示，在油气层段井眼附近由于受泥浆滤液侵入的影响含油饱和度较低，而在径向较远处地层含油饱和度较高，在底部高阻层由于孔隙度低，为干层，含油饱和度很低且径向无变化。地质应用第18页/共38页划分有效渗透层

当不同探测深度的感应测井曲线之间存在差异时，说明地层受侵入作用影响，为渗透层；当不同探测深度的感应测井曲线重合时，一般为非渗透层，但在个别渗透层也存在这种现象，其原因为：①当地层电阻率与冲洗带电阻率接近（RxoRt

）时，对于水层由于侵入作用没有使储层在径向上导电性质发生大的改变，因此径向不同深度的电阻率接近，表现为各条曲线重合；②当地层水电阻率小于泥浆滤液电阻率（即Rmf>Rw）时，对于含油饱和度较低的油层和油水同层，泥浆侵入使储层中水的电阻率升高同时使其含油饱和度降低，两者影响相互抵消，表现为各条曲线重合。在这两种情况下，应结合自然伽玛、自然电位、电阻率等其它测井资料综合分析。地质应用第19页/共38页划分有效渗透层地质应用Rmf>Rw第20页/共38页划分有效渗透层地质应用Rmf=Rw第21页/共38页识别储层流体性质

当地层水电阻率明显小于泥浆滤液电阻率（即Rmf/Rw>2）时，自然电位在渗透层处有较大负差异，这是最常见的一种情况。由于储层受泥浆滤液侵入的影响，阵列感应测井曲线在水层显示为高阻侵入特性，在油层显示为低阻侵入特性，但对于含油饱和度较低油层和油水同层可能显示为高阻侵入、无侵入或低阻侵入三种情况，其差异显示取决于地层水与泥浆滤液电阻率的差异和被驱替的含油体积的大小。LU7126井测井曲线图地质应用正差异第22页/共38页识别储层流体性质LU2180阵列感应测井曲线图地质应用负差异第23页/共38页识别储层流体性质

当地层水电阻率与泥浆滤液电阻率接近（RwRmf）时，对于水层泥浆滤液驱替地层水后对于地层的导电特性影响不大，阵列感应测井曲线显示为小差异或重合；对于油气层泥浆滤液驱替油气后导致地层电阻率降低，阵列感应测井曲线显示正差异。LU2065井阵列感应测井识别储层流体性质图例地质应用第24页/共38页气层侵入特性

由于气层的含水饱和度一般较低，泥浆滤液侵入地层后引起地层电阻率变化较大，与油层和水层的侵入特性有差别。孔隙度测井曲线对于气层有明显指示，通常密度值低、声波时差值大、中子孔隙度偏小，这是由于气层侵入带中剩余天然气影响的结果。LU2065井气层侵入特征图例地质应用第25页/共38页确定原状地层电阻率

阵列感应测井曲线是通过对已进行井眼校正的阵列测量信号进行组合而得到的，它是对纵向分辨率、径向聚焦能力及井壁坍塌影响等进行最优化处理后的结果。其结果是一组纵向分辨率非常匹配的、径向探测深度逐渐增大的曲线，纵向分辨率和径向探测深度在很宽的范围内保持不变。而采用硬件聚焦的普通感应测井由于径向探测深度随地层电导率的变化而变化，在导电性很高的地层中，硬件聚焦测井资料的探测深度会大幅度降低；并且阵列感应测井深探测的深度比普通感应和侧向测井的探测深度大，因此利用阵列感应测井可较好地确定原状地层电阻率。盐水泥浆钻井条件下的阵列感应测井（HDIL）实例地质应用第26页/共38页确定原状地层电阻率淡水泥浆条件下阵列感应测井图地质应用第27页/共38页确定原状地层电阻率

在1394—1394m油层段，阵列感应90in测井曲线的电阻率值比深侧向电阻率值高3—7Ω.m；在1376—1381m水层段，阵列感应90in测井曲线的电阻率值比深侧向电阻率值低2Ω.m，阵列感应在油层和水层之间的电阻率差异明显大于深侧向的电阻率差异，区分油层和水层的效果较好，真实地反映了原状地层的电阻率。地质应用第28页/