第五章感应测井

第五章感应测井（INDUCTIONLOG）第五章感应测井普通电阻率、侧向测井存在的问题：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：井内介质导电对于薄层、低阻层、侵入深的地层效果不好感应测井的优势：利用交流互感原理测量地层的电导率σ井筒内有无导电泥浆都可以用对淡水泥浆，中、低电阻率的地层有较好的应用受邻层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高压控制面板井下仪器包括线圈系和辅助电路线圈系由发射线圈T和接收线圈R组成，叫双线圈系(TR=L=1m)

振荡器接在发射线圈T上作为交流信号源，放大器接到接收线圈R上，接收感应电动势经放大检波由电缆送到地面记录。一、井下仪器下井仪

线圈系

发射线圈T接收线圈RT和R之间的距离叫线圈距L振荡器接在T上(信号源)（20KHz）放大器接在R上相敏检波器辅助电路二、定性原理1、给发射线圈T供正弦交变电流iT

3、Φ1在接收线圈中产生一次感应电动势Ex在地层中产生交变电流iL

4、交变电流iL产生二次交变电磁场Φ25、在R中产生二次感应电动势ER2、在周围产生一次交变电磁场Φ1Φ1Φ2IT=I0eiωt

一次感应电动势Ex与发射电流iT相差90o（滞后）；二次感应电动势ER与发射电流iT相差180o（滞后）

ER与EX的相位关系三、几何因子理论1、单元环的概念：将地层分割成无数个以井轴为中心，截面积很小，半径不同的圆环，这些圆环的平面与井轴垂直，可把这些圆环看成导电线圈，称之为地层单元环（GroundLoop）2、几何因子理论概述(1)线圈系周围的介质是由无数个单元环组成(2)发射线圈引起的涡流分别在单元环中流动(3)

每个单元环都单独存在，且在接收线圈中产生有用信号de(感应电动势）(4)接收线圈中有用信号ER

(感应电动势）是所有单元环的有用信号de之和：认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生作用认为电磁波瞬间便可通过地层3、用几何因子理论导出ER

在通过z的子午面上，用drdz面积元代表单元环。以线圈中点为坐标原点，井轴为Z轴，建柱坐标系r

z;设介质关于Z轴旋转对称;取一个半径为r的单元环，其在r

z坐标系中方程为r=常数，z=常数;（1）单元环中感应电动势de、涡流dI

：´单元环电导单元环感应电流(涡流)二次感应电动势（2）接收线圈中感应电动势de

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因接收线圈很小，设其中心与井轴重合，只要求出单元环在井轴上的磁场强度，即是接收线圈中磁场强度求出接收线圈中磁通即可求出de

接收线圈中感应电动势de

(3)接收线圈中总电动势ER（二次磁场产生的）

如介质是均匀无穷的，则

可以证明

所以T发射的电流在接收线圈中产生的感应电动势Ex

Ex是发射线圈和接收线圈之间互感产生的感应电动势,与地层性质无关,称为无用信号。与电流相差90°在仪器线路中加入相敏检波器可压制无用信号4、视电导率σa(非均匀介质)

视电导率σa为各单元环电导率的加权平均值其权系数是各区域的几何因子G5、单元环几何因子g的物理意义

均匀介质：

如截面积（单元环）drdz=1，则：

g是均匀介质中截面积为1的单元环的有用信号占全空间有用信号的百分比,单元环的位置不同,g的大小不同。非均匀介质：

g是截面积为drdz的单元环真电导率对视电导率贡献的百分比（相对贡献大小）

6、无用信号（互感电动势）Ex:由几何因子理论得到Ex与电导率无关ER与Ex相位相差900§2

探测特性一、双线圈系的探测特性1、横向微分几何因子Gr的物理意义：单位厚度，半径为r的无限长圆筒状介质真电导率对σa的相对贡献。a、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b、η=0.45时，Gr

达到极大值，说明η=0.45处介质对σa的贡献最大2、横向积分几何因子G横积意义：表示半径为r的无限长圆柱介质对σa的相对贡献。r=0.5m时介质相对贡献为22.5％，r=2.5m，相对贡献为77％a.因gr

>0,故G横积是随r单调增加的。b.当r=0，G横积=0，r→∞，

G横积=1c.G横积=0.5的圆柱体半径作为探测半径（约0.8米）设z轴原点在双线圈系中点3、纵向微分几何因子意义：表示z值一定，单位厚度的无限延伸的薄板状介质，对σa的相对贡献。a.T,R之间地层对σa贡献最大，之外的介质贡献按1/z2减小。b.Gz

决定纵向分辨率要提高纵向分辨率,减小L4、纵向积分几何因子意义：厚度为2z的地层对σa的相对贡献，及围岩的影响a.G

纵积曲线与G横积相似，单调增加b.z=0，G纵积=0；z→∞，G纵积=1h=L=1m时，目的层与围岩的贡献均为50%

探测深度浅（r=0.8m);分辨率低(h=2m，G纵积=0.7);无用信号比有用信号幅度高几十甚至上千倍。5、双线圈系探测特性二、复合线圈系——0.8m六线圈系T0R0—主线圈对，各100匝，主线圈距L00=0.8mT1R1—补偿线圈对，各-25匝，减小井的影响,增加探测深度T2R2—聚焦线圈对，各-7匝，提高分层能力，减小围岩影响。由l个串联的发射线圈和m个串联的接收线圈构成的复合线圈系，将有l×m个双线圈系，总探测特性是这些线圈系叠加的结果。

R20.6T00.2T10.4R10.2R00.6T2-7100-25-25100-70.8m六线圈系探测特性特性曲线，见书74页，图5-10横向微分、积分几何因子横向微分几何因子曲线1、3：当r<0.2m时，Gr比Gr00低的多，而且出现负值。另外Gr的最大值出现在r=0.58m处，Gr00的最大值出现在r=0.36m处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。横向积分几何因子曲线2、4：当r=0.2m时，G横积=-0.0027，而G横积00=0.067。井孔对双线圈对测量结果的相对贡献为6.7％，对六线圈系的相对贡献则几乎为零。说明，采用复合线圈系达到了降低井眼影响之目的。当r=3m时，G横积00比G横积大，说明复合线圈系探测深度比双线圈系深。纵向微分、积分几何因子曲线1和3：六线圈系的纵向微分几何因子Gz和双线圈对的Gz00比较，Gz的峰值比Gz00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。在Z=1m附近，Gz出现负值，这个现象称为“过聚焦”，Gz有两个过零点:Z=0.89m和Z=-1.05m处。在六线圈系的积分特性曲线2上也可以看出G纵积曲线在两个过零点间隔内各有降低。0.8m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，在有的井中井眼影响可忽略，探测深度稍有提高；同时纵向分辨能力较强。

0.8m六线圈系的横向微分几何因子的极大值对应的r,小于主线圈对的横向微分几何因子极大值对应的r;0.8m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何因子曲线上升快。0.8m六线圈系的纵向微分几何因子的极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分辨能力强。0.8m六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特性。

§3

感应测井曲线一、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1.低电导率地层视电导率曲线

＞1.7m曲线上出现一对“耳朵”，位置对称出现在上下界面以内，“过聚焦”产生

＞2.2m“耳朵”逐渐合一

＞3m曲线中部为外凸圆弧状

中部平直

曲线中部为凹形

曲线为尖峰状

2.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，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，与地层值差异增大。（1）低电导率地层视电导率曲线地层厚度大于2m中部呈倾斜状，地层中点对应倾斜线中点（2）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

（3）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

§4

感应测井资料应用一、划分渗透层地层厚度大于2m用“半幅点”法划分顶底界面。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

二、合理选取感应测井读数1．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。2．围岩视电导率读取上下围岩相同，且岩性均匀，地层足够厚，读上或下围岩值岩性不均匀，读取距目的层中心5m部分上下围岩不相同，读取上下围岩平均值，即三、确定岩层真电阻率

1．校正(1)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：(2)围岩—层厚校正

根据图版进行校正(3)侵入校正

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2．确定岩层真电阻率

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3．确定流体性质已知地层岩性、孔隙度、电阻率，应用相应的关系式，可以确定地层的含水饱和度和油气饱和度。习题：5.1感应测井的原理是什么？5.2感应测井线圈系的组成？5.3视电导率的表达式是什么？5.4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？5.50.8m六线圈系如何组成？5.6感应测井理论曲线特点如何？5.7感应测井曲线需要哪些校正？5.8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，常遇到低电阻率油层和高电阻率水层。从表5—1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——磁矢势

——发射电流密度

γ——传播常数，均匀介质中为常数。

σ——电导率

——介电常数

μ——磁导率

感应测井中发射电流频率为20KHZ

低频范围内

说明发射电流频率较低时，

为了测得介电常数必须提高ω，即在高频电磁场中可测出介电γ只与介质电导率有关。常数ε——复介电常数，

——电磁波在导电介质中的损耗

——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。测井时黄铜极板贴靠井壁测量。

发射天线T1发出1.1GHZ的电磁波，经泥饼进入地层。在泥饼与地层的交界面发生折射，服从Snell定律——界面上的入射角

——界面上的折射角

——冲洗带岩层的介电常数

——泥饼的介电常数

＞＞当

（临界角），

时，透射入地层中的地磁波沿着界面，以地层中的传播速度滑行。R1收到界面的滑行波（按T1AB1R1路径到达R1）

反射波（路径T1DR1）和直达波（路径T1R1）。反射波和直达