阵列感应测井方法和技术进展

阵列感应测井方法和技术进展

前言：就目前而言，测井的方法种类繁多，并且趋于系列化。其基本的方法有电、声、放射性测井三种。此外还有特殊方法，如电缆地层测试、地层倾角、成像、核磁共振测井。当然还存在其他形式的测井方法，如随钻测井。然而每种方法都只能反映岩层地质特性的某一侧面。在实际运用中应当综合地应用多种测井方法。[1] 阵列感应测井技术始于20世纪90年代初。阵列感应测井技术的原理是利用阵列在接受线圈集中在一侧的好处可大大缩短仪器长度。目前广泛应用的阵列感应测井有斯仑贝谢的AIT-A和AIT-H、Baker Altas的HDIL以及哈里伯顿的HRIA等。与传统的双感应和双侧向相比，具有测量信息多、分辨率高、探测深度大、反映侵入直观等优点。

一、国内外研究及应用现状

感应测井仪器经历了双感应测井、聚焦感应测井、阵列感应测井仪器等几个发展阶段[2]。感应测井解决了淡水和油基泥浆井中的电阻率测量问题，由于早期的普通电阻率测井、侧向测井，只能在导电的泥浆中进行测量，有时为了获取地层原始含油饱和度信息，需要用油基泥浆或空气钻井，针对这个问题，1949年Doll提出了感应测井及其在油基泥浆井中的应用理论，该理论的根据是电磁感应原理。如果忽略趋肤效应的影响，则依据电磁场Maxwell方程就可以推导出Doll几何因子表达式。1962年研制出具有商用价值的双感应测井仪器，但是该测井仪器在实际应用中出现了很多问题，例如不能进行薄层分析，分辨率低，受井眼、侵入、围岩以及趋肤效应环境影响严重等，这些不足导致测井曲线不能反映实际的地层信息。

作为一维的测量和处理方法，传统的聚焦感应测井方法不能有效地消除二维的井眼、围岩，侵入等环境影响以及趋肤效应的影响。为了解决测井方面遇到的问题，二十世纪九十年代出现了新的测井方法和测井仪器——阵列感应测井方法和阵列感应测井器。该测井方法在测井过程中易于获取丰富的井下地层信息。这种测井方法不仅能有效地消除二维的环境影响，获取地层的真电导率[3]，而且使感应测井的应用范围更广泛，进行薄层分析和复杂的侵入解释，对油气储藏的准确评价具有重要的作用。

1984年，BPB公司率先推出了商用的阵列感应测井仪器（Array Induction Sonde，AIS），该仪器采用一个发射线圈和四个接收线圈的结构。主接收线圈的间距是根据传统感应测井线圈系间距设计的，采用了单频率的工作方式，所有的接收信号经数字化后再传送到地面，由地面计算机进行处理。由于径向和纵向特性不可能分别达到最优，因此它的二维特性不是最优的。1990年斯伦贝谢（Schlumberger）公司推出了阵列感应成像测井仪器（Array Induction Tool，AIT）。最初其推出的

仪器称为AIT-B型，线圈系由一个主发射和上下非对称布置的8个接收线圈系组成。这8个线圈系都由一个主接收线圈和一个屏蔽接收线圈系组成。由于实际测井中往往会出现仪器不匀速、仪器遇卡以及仪器组合长等问题。1995年，该公司又研制出了井场适用最优的阵列感应测井仪器AIT-H型，该仪器继续保留了5种探测深度和3种分辨率的合成曲线，接收线圈系布置为单侧，使仪器的长度不超过5m，以便适应仪器的组合要求，使鼠洞的深度减小。同时其工作频率减少到一个（26.325kHZ）。该仪器还安装了加速度计测量仪器，可以用来解决井下仪器不匀速的问题。除此以外，还安装有串接球形电极和井径仪，分别用来测量泥浆电阻率和井径。这些使得该仪器能准确自适应井眼校正，具有遇卡处理能力。

1996年，阿特拉斯（Atlas）测井公司推出了高分辨率阵列感应测井仪器HDIL。HDIL是一种全数字化、全谱感应测井仪器，其线圈系由7个单侧布置的三线圈系子阵列组成，所有子阵列同时接收8种频率（10 kHz、30 kHz、50 kHz、70 kHz、90 kHz、110 kHz、130 kHz和150kHz）的时间序列波形，波形从模拟经过采样、量化、编码为数字化后送到地面，地面经过快速傅里叶变换将波形分解为实部和虚部信号，即每个测量深度点有112个信号；通过软件聚焦合成具有三种纵向分辨率（0.3m，0.6m 和1.2m）、六种径向探测深度（0.254m，0.508m，0.762m，1.524m，2.286m和3.048m）的响应曲线。该仪器具有井斜校正，由于井下接收波形需要进行堆栈处理，因此其抗干扰能力较强，而且易于诊断曲线的异常和控制曲线的质量。

2000年，Halliburton公司继其高分辨率感应测井仪器HRI之后，研发出了新型阵列感应测井仪器HRAI，该仪器也属于高分辨率测井仪器，它的线圈系以原高分辨率双感应仪器为基础，由四个线圈系组成，主发射线圈位于中部，上下分别布置了5个接收线圈，工作频率有8kHz和32kHz两种，这样实部信号和虚部的信号就可以同时测量得到。井下的数字电路将模拟数据数字化后传到地面处里。除测量感应数据以外，还能测量泥浆电阻率、仪器加速度、仪器内部温度、井径和自然电位。

2003年，中国石油集团测井公司研制成功的阵列感应测井仪器MIT，与西方斯伦贝谢公司的阵列感应测井仪器AIT类似，个3线圈的子阵列组成了其线圈系，其工作频率有三种（25.325kHz、52.65kHz和105.3kHz），五种径向探测深度（0.25m，0.50m，0.75m，1.50m，2.25m）和三种纵向分辨率（0.3m，0.6m和1.2m）的合成曲线是利用软件聚焦得到的。MIT测井仪器的信号处理结果比AIT更加稳定可靠。

三分量感应测井仪器的发射线圈由3个沿ｘ、ｙ和ｚ3个方向且相互正交的磁偶极子和5个接收线圈组成。[4]3个相互正交的接收线圈分别接收ｘ、ｙ和ｚ3个方向的信号,另外两个分别接收ｘｙ和ｘｚ交叉耦合分量,从而完全测量各向异性张量矩阵中的9个分量,这种仪器也称为三分量感应测井仪器,其目的是测量交互薄层和各

向异性地层的电阻率。贝克-阿特拉斯公司2000年率先推出三分量感应测井仪器,称为3ＤＥｘｐｌｏｒｅ或3ＤＥＸ。与常规感应仪器的发射和接收线圈平行于井轴放置方式不同,3ＤＥＸ使用三对发射-接收线圈对,一对平行于井轴,测量常规磁场分量Ｈｚｚ,用于推导地层水平电阻率Ｒｈ;另外两对相互正交,且垂直于井轴,测量磁场的垂直分量Ｈｘｘ和Ｈｙｙ,用于推导地层垂直电阻率Ｒｖ。2004年,Ｓｃｈｌｕｎｂｅｒｇｅｒ公司研制出一种新的三分量感应测井仪器,它由3个正交发射线圈、3个沿ｚ方向的短接收线圈和6组全三轴正交的接收线圈组成。比Ａｔｌａｓ的三分量感应有很大的改进。①三轴正交发射和接收线圈做到在同一位置,Ａｔｌａｓ的三轴是分离的;②三个常规短子阵列用于井眼校正。三分量感应中,井眼影响是必须考虑的重要因素,是测量误差的重要来源;③6组三轴正交的接收线圈组成阵列感应阵列,其ｚ方向信号合成阵列感应的5种不同探测深度曲线,便于侵入分析以及与常规阵列感应测井结果比较;④2个工作频率,覆盖较宽的地层电阻率范围。Ｓｃｈｌｕｎｂｅｒｇｅｒ公司设计三分量感应测井仪器的最初目的是确定地层电阻率的各向异性、测量地层倾角、产生井眼周围的地质成像。其仪器称为新一代阵列感应测井仪器。事实上,新的三份量感应测井仪器提供234条曲线,其信息不但供测井岩石物理学家使用,而且地质学家也可使用。现场算法提供地层各向异性电阻率、侵入参数、倾角和方位,以及标准阵列感应测井曲线。计算中心通过1Ｄ、2Ｄ和3Ｄ反演处理提供高分辨率的各向异性电阻率。其井眼周围地层电阻率成像对了解储层结构十分有用。

二、阵列感应测井方法的原理

阵列感应测井是以电磁感应原理为理论基础，它是通过在发射线圈中加一个幅度和频率恒定的交流电时，这个电流将在周围介质中产生一个交变磁场，这个交变磁场在介质中形成以井轴为中心的环形涡流，其强度与地层的电导率成正比，而涡流又会产生二次交变电磁场，在接收线圈中又会产生感应电动势，该电动势的大小与涡流强度有关，即与地层的电导率有关。[5]

高分辨率阵列感应测井仪仍是以电磁感应原理为理论基础，其线圈系基本单元采用三线圈系结构（一个发射，两个接收基本单元）。它运用了两个双线圈系电磁场叠加原理，实现消除直藕信号影响的目的。线圈系由七组基本接收单元（源距为6～94英寸）组成，共用一个发射线圈，使用八种频率（10KHz、30KHz、 50KHz、 70KHz、 90KHz、 110KHz、 130KHz、150KHz）同时工作，测量112个原始实分量和虚分量信号，通过多路遥测短节，把采集的大量数据传输到地面，再经计算机进行预处、趋肤校正等，得出具有不同探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线，见图1。高分辨率阵列感应（HDIL）与常规感应除了线圈系的区别外，其最大的不同之处在于记录的是7组实部和7组虚部原始的相信号，为后续处理保留了最原始的数据。在高电阻地层，信噪比和探测器的稳定性通常限制感应测井的精确度，而浅探测曲线和高度聚焦测井曲线对用于井眼校正的那些井眼参数很敏感。高分辨阵列感应测井仪器通过利用不同线圈系的不同频率数据组合校正技术，能有效提高信噪比和探测器的稳定

三、现有技术的主要优缺点及改进意见

高分辨率阵列感应测井（HDIL）的应用拓展了电阻率测井的应用领域、解决了困扰储层电阻率评价的许多难题、提高了储层电阻率评价的精度。[6] （1）复杂井眼条件下提供高精度的地层电阻率。由于高分辨率阵列感应测井技术的发展，使其能在复杂井眼条件下提供更高精度的地层电阻率，从而为油气层评价提供更准确的依据。是在大斜度井中进行的高分辨感应测井校正前后对比图，储层的电阻率和侵入特性变化很大。

（2）定性识别油、水层。对于渗透层，由于泥浆侵入而使其径向电阻率发生变化，高分辨率阵列感应测井不同径向探测深度的电阻率曲线正好反映这一变化。

3）判断油水过渡带。高分辨感应六条电阻率为正差异或重合时解释油层的依据：当地层含油气时，测井所测量的是泥浆滤液、地层水（或束缚水）、油气的一个复合流体的综合响应，有可能存在冲洗带、过渡带的复合流体响应电阻率接近的情况，即可能存在冲洗带泥浆滤液响应电阻率接近过渡带泥浆滤液加地层水加残余油气的响应电阻率，也接近原状地层地层水加油气的响应电阻率。

（4）定性描述储层渗透性好坏。在同一次测井中，泥浆电阻率值一般仅随温度变化而变化，由于泥浆的侵入使地层径向电阻率发生变化，从而使不同径向探测深度电阻率曲线产生差异。对于渗透性差的地层，因泥浆侵入量少，各条不同径向探测深度电阻率曲线基本重合；在渗透性好的地层，由于泥浆的侵入使地层径向电阻率发生明显变化，从而使各条不同径向探测深度电阻率曲线分开，曲线分开程度与地层渗透性关系密切，一般渗透性越好分开程度越大。

（5）确定侵入带电阻率Rxo和原状地层电阻率Rt。高分辨

率阵列感应测井给出6种探测深度的曲线，因此可用四参数模型进行反演，从而得出得到层界面、侵入深度、原状地层电阻率、侵入带电阻率。利用经过侵入影响校正后的原状地层电阻率Rt计算的含油饱和度精度将大大提高。

（6）准确解释薄互储层。常规感应测井仪器的垂向平均特性掩盖了一些薄储层的特性，有可能漏掉有经济价值的薄互油气储层的可能性较高，导致封堵和废弃一些可能有用的井，同时还有可能造成高阻薄储层致使整层电阻率升高，造成高阻水层。由于高分辨率阵列感应测井能够提供1ft（30.1cm）的高纵向分辨率的曲线，因而可用来准确解释薄互储层，使测井评价薄互储层的能力大大增强。

四、阵列感应测井应用前景分析

阵列感应测井技术就其基本思路而言,与横向测井一脉相承,也是采用一系列不同线圈距的线圈系测量同一地层,从而得出原状地层及侵入带电阻率等参数。所不同的是,阵列感应测井采用先进的电子技术、计算机技术及数字处理方法,把采集到的大量数据传送到地面,经计算机处理,得出具有不同探测深度和不同纵向分辨率的电阻率曲线。从国内外阵列感应测井技术的发展状况可以看出,国外的阵列感应测井技术已经成熟化、规模化、一体化,而且已经形成了技术和市场的良性循环,并在此基础上开发出了新一代仪器。

国内目前的阵列感应测井设备大部分是从国外三大测井公司引进的,近年来,国产阵列感应测井仪器的技术水平也有较大提高,但与国外的差距还是很大。目前,国内阵列感应测井技术发展的关键是在进一步研制新型阵列感应测井仪的基础上,开始三分量感应测井仪器的研究。

五、致谢

历时约一个月的时间完成读书报告,特别感谢我的论文指导老师毛志强教授的指导和帮助,感激他的启发和点拨。感谢在我的论文编写这段时间里给我提供帮助的师兄。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数十位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友,在我论文写作过程中给予我了很多建议,在论文的撰写和排版等过程中供热情的帮助。感谢父母的关心和问候!

由于我的学术水平有限,所写论文肯定有不足之处,恳请各位老师和同学批评和指正!

六、参考文献

[1] 钟建兵,刘利容. 阵列感应测井技术在识别油气储层中的应用研究[J]. 中国石油和化工标准与质量,2011,11:194.

[2] 《测井学》编写组编著．测井学[M]．北京：石油工业出版社，1998．

[3] 张建华，刘振华，仵杰编著．电法测井原理与应用[M]．西安:西北大学出版社，2002．

[4] 刘春雅,程旭. 阵列感应测井技术发展状况综述[J]. 甘肃科

技,2009,03:32-34.

[5] 李燕. 高分辨率阵列感应(HDIL)测井评价技术及应用[J]. 内江科

技,2013,01:88+105.

[6] 梁云,赵正文,绳晓庆,秦光源. 阵列感应测井资料处理方法研究[J]. 石油仪器,2006,01:32-35+2+1.

出师表

两汉：诸葛亮

先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。