感应测井基本原理

2020/4/19感应测井基本原理仵杰西安石油大学2020/4/19感应测井基本原理一、感应测井测量原理1.电阻率测井模型2.电磁感应原理3.感应测井基本概念4.三线圈系测量原理二、几何因子理论1.Doll几何因子2.各种几何因子比较3.几何因子应用提纲：2020/4/19一、感应测井测量原理1.电阻率测井模型电阻率测井的目的：获取原状地层电阻率。(1)裸眼井剖面基本地层模型原状地层周围的状况：井眼及泥浆电阻率、泥饼及其电阻率、冲洗带及其电阻率、过渡带(或环带)及其电阻率、上下围岩及其电阻率、仪器偏心、井眼的粗糙度和井洞、电各向异性、地层倾斜等。2020/4/19HhLmchxoLiL泥饼原状地层侵入带冲洗带下围岩上围岩井眼(1)裸眼井剖面基本地层模型2020/4/19HhLiL原状地层侵入带下围岩上围岩井眼(2)最简单的二维地层模型2020/4/19一、感应测井测量原理1.电磁感应原理dtdVSsdBSLsdBtldE法拉第电磁感应定律磁通量与磁感应强度的关系Maxwell电磁感应定律HB磁感应强度与磁场强度的关系SJ2020/4/192T2T)(zzr+r),(zPr2R2R)(zzr+rLRzTjJsRTzjJ产生涡流的电流环双线圈系电磁感应测井原理O2020/4/193.感应测井基本概念ikLeikLLNANAIiV)1(23RRTTTf2式中2TRaAAsik2(2)直耦电动势（直耦信号）3RRTTT2LNANAIiVm(1)接收线圈中的感应电动势（测量电压）2020/4/19(3)视电导率（测量信号）KVVmasLINNAAK4TRTRT22仪器常数1122ikLaeikLLis定义一般表达式2020/4/19++5431051181152321ssLLLLaR++53210511522132ssLLLLaX21))(2(s实部与虚部分离，幂级数展开（4）趋肤深度结论：均匀地层中，视电导率是L/δ的函数。2020/4/19（5）多线圈系的视电导率计算公式MjNiijjiMjNiaijijjiaLNNLNN1111ss式中，M是发射线圈个数，N是接收线圈个数，Ni和Nj分别是发射线圈和接收线圈匝数，Lij是发射与接收线圈间距。2020/4/19（6）趋肤效应趋肤效应误差定义aGFssssaRGFsRsssaXsXsssXsRsisss+aXaRaisss+因为令因而有：2020/4/190.0010.0100.1001.00010.0000.0010.0100.1001.00010.000视电导率(S/m)地层电导率(S/m)σGFσaRσaX1米双线圈系视电导率与地层电导率的关系趋肤效应2020/4/19产生趋肤效应的原因：电磁波在导电媒质中传播时电磁感应产生的涡流导致的能量损耗和相位改变。2020/4/19趋肤效应影响因素（1）地层电导率（或电阻率）的测量范围；（2）线圈间距的大小；（3）仪器的测量精度；（4）纵向分辨率和径向探测深度；（5）与信号合成处理的关系；（6）趋肤效应校正。sfLL频率选择考虑的因素2020/4/194.三线圈系测量原理O),(zPrLjJTzjJ产生涡流的电流环aL观测点TRBTrRrBr(1)原理2020/4/19（2）直耦抵消原理三线圈系的直耦信号++3TBBBTT3TRRRTTTTBTR2LNANALNANAIiVVVmmmR3BNN直耦信号抵消条件：LLTRTRTBLL2020/4/19(3)视电导率TBBTTRRTTBTBBTTRTRRTLNNLNNLNNLNNaaa++sssLikikLaeLikeikLLis)1()1(112222020/4/19实部与虚部分离，幂级数展开++52742632523111051111811115211321xxxxaRss++527325224231110511115211211132xxxxaXss式中Lx2020/4/19二、几何因子理论1.Doll几何因子Doll几何因子是Doll（1949）在提出感应测井方法同时为了描述地层各部分对测量信号贡献，即感应测井测量信号来源而提出的。它将地层看作由很多小的导电环组成，不考虑导电环之间的相互影响。对于双线圈系，Doll几何因子的表达式为333Doll2),(TRrrLzgrr2020/4/19（1）径向微分几何因子dzzggRGF),()(rr含义：单位厚度无限长薄圆筒地层对测量信号的相对贡献大小。ρdρ012345-0.20.00.20.40.60.81.0RGF(1/m)ρ(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19（2）径向积分几何因子RRGFIRGFdgRg0)()(rr含义：半径为R无限长圆柱状地层对测量信号的相对贡献。R0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0IRGFR(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19（3）纵向微分几何因子含义：单位厚度水平薄层对测量信号的相对贡献大小。0),()(rrdzgzgVGF-5-4-3-2-1012345-0.20.00.20.40.60.81.0VGF(1/m)z(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19（4）纵向积分几何因子含义：厚度为H的水平地层对测量信号的相对贡献大小2/2/)()(HHVGFIVGFdzzgHgdz应用举例2020/4/192.各种几何因子比较表达式物理条件应用范围Doll几何因子均匀地层由很多小导电环组成，不考虑导电环之间的相互作用。适用于电导率很小，无趋肤效应影响情形，用于分析仪器的理想径向和纵向探测特性。Gianzero几何因子均匀地层由很多小导电环组成，考虑导电环之间涡流的相互影响。适用于均匀地层；非均匀地层，只有实部描述了测量信号的实部，虚部不反映测量信号的虚部。Moran几何因子均匀地层电导率是从零通过扰动逐渐建立起来的，积分表示了这过过程。适用于均匀地层；非均匀地层，只有实部描述了测量信号的实部，虚部不反映测量信号的虚部。Born几何因子非均匀地层在背景电导率上的扰动，这是对应于背景电导率几何因子。不适用于均匀地层，只适用于非均匀地层的扰动描述，且实部和虚部必须独立使用。RTikrRikrTDeikreikrg+1121),,(srzgG32RTrrLr),(zgDrsssdeikreikrgRTikrRikrTD0)1()1(1),,(srzgMRTikrRikrTDeikreikrg)1()1(),,(bBzgsr3.几何因子应用二维几何因子反映了测井时井眼、冲洗带、侵入、围岩等环境影响。因此，在阵列感应测井仪中，二维几何因子用来描述二维环境影响。径向微分和积分几何因子描述了仪器的径向探测特性。积分几何因子用于定义仪器径向探测深度；在解释中，径向几何因子用来分析井眼、冲洗带、侵入等径向地层对原状地层的影响。纵向微分和积分几何因子描述了仪器的纵向探测特性。纵向积分几何因子用于定义仪器的纵向分辨率；在解释中，纵向几何因子用来分析仪器的纵向分层能力和围岩的影响。一般的感应测井中，用Doll几何因子来定义仪器径向探测深度和纵向分辨率，当地层电导率不为零时，用其它考虑趋肤效应的几何因子来分析仪器的探测特性。（1）几何因子在感应测井仪器特性分析和测井异常解释中的应用2020/4/19（2）几何因子在感应测井测量信号处理中用几何因子描述测井仪器响应函数，它是感应测井信号处理的基础。二维几何因子------仪器二维响应特性纵向微分几何因子------仪器纵向响应特性径向微分几何因子------仪器径向响应特性2020/4/19双线圈系感应测井TR双线圈系结构纵向微分几何因子径向微分几何因子径向积分几何因子012345-0.20.00.20.40.60.81.0RGF(1/m)ρ(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.0012345-0.20.00.20.40.60.81.0IRGFR(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.0-5-4-3-2-1012345-0.20.00.20.40.60.81.0VGF(1/m)z(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19双线圈系二维响应2020/4/193.传统双感应测井:仪器结构5r1T1R2T2R3rO2r1r3R3T4r传统双感应测井仪器的线圈系布置方式测井响应特性2020/4/19传统双感应测井存在的问题-5-4-3-2-1012345-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.8VGF(1/m)z(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.0（1）深感应分辨率低，有两个“耳朵”，中感应响应函数不对称。90%定义：深7m，中：1.3m。-5-4-3-2-1012345-0.20.00.20.40.60.81.01.21.4VGF(1/m)z(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.0深中2020/4/19传统双感应测井存在的问题深感应空间频域存在盲频率，不能用信号处理提高分辨率。不能满足薄层（1m）分析需要。深中0.00.10.20.30.40.50.00.20.40.60.81.0幅度频率σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.00.00.10.20.30.40.50.00.20.40.60.81.0幅度频率σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19传统双感应测井存在的问题（2）径向响应函数在井眼附近出现负值.仅提供深、中两条曲线，侵入分析不清楚。探测深度：深1.6m，中0.75m。深中012345-0.2-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.8RGF(1/m)ρ(m)σ=0.0σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.0012345-0.20.00.20.40.60.81.01.21.4RGF(1/m)ρ(m)σ=0.0　σ=0.5σ=1.0σ=5.0σ=9.02020/4/19深中（3）二维特性在井眼附近变得复杂，出现较多负值。井眼不规则及井洞高电导率侵入将严重影响测量结果。没有消除的办法。253035404550556065701101001000z(m)电电电(Ω.m)253035404550556065701101001000电电电(Ω.m)253035404550556065701101001000电电电(Ω.m)图3.10对比度为10的一系列无侵地层模拟（实线均为地层模型）(a)测量信号，单点划线—深，虚线—中。(b)1.2米处理结果，单点划线—深，虚线—中，双点划线—深匹配。(c)0.6米处理结果，虚线—中，双点划线—深匹配。253035404550556065701101001000z(m)电电电(Ω.m)253035404550556065701101001000电电电(Ω.m)253035404550556065701101001000电电电(Ω.m)图3.11电阻率对比度为100的一系列无侵地层模拟（实线均为地层模型）(a)测量信号，单点划线—深，虚线—中。(b)1.2米处理结果，单点划线—深，虚线—中，双点划线—深匹配。(c)0.6米处理结果，虚