感应电阻率测井
随钻电阻率测井原理浅析
随钻感应电阻率测井原理浅析1．电阻率的概念2．电阻率的测量方法3．电阻率的电极系分布4．电阻率测量的数学模型几何因子理论摘要：本文通过对Geolink 公司TRIM 工具测井原理的剖析，详细介绍了感应电阻率测井的原理，并将电缆测井与随钻测井进行比较主题词：MWD 电阻率感应测井原理浅析随钻测量（MWD —Measurement While Drilling ），是一项在钻井过程中，实时对井底的各种参数进行测量的技术，MWD 的最大优点在于它使得司钻和地质工作者实时看到井下正在发生的情况，可以极大的改善决策过程。
随钻测量技术极大的推动了钻井技术的发展，为地层评价提供了新的手段，由于可以直接观测井下工程参数，这就为钻井的进一步科学化提供了有利的条件，及时获得地层资料对于准确评价地层和进行地层对比以及油藏描述也具有重要的意义。
MWD 系统测量的一个十分重要的方面就是电阻率地层评价测井。
自从八十年代中期起，就有许多种不同的MWD 电阻率被测试并投入市场，包括16'短'电位电阻率，聚焦电阻率（有活动和被动聚焦能力），基于电极的装置（可利用钻头或接触按钮）,目前Sperry-Sun Drilling Service服务公司的多空间1~2MHz “电磁波电阻率相位测井” 是工业上唯一商业化的、真正的多探测深度的电阻率测井工具。
Geolink 公司应广大用户的普遍要求，也制造生产出随钻电阻率工具，它将MWD仪器测井结果与通常使用的电缆感应（20KHZ）测井相关联，用这种方法得到的响应与电缆深感应测井的探测深度相类似，其垂直分辨率优于电缆中感应测井。
这种探测深度可以减少井眼环境及泥浆侵入地层对测量产生的影响。
因而不需要对在不同泥浆（水基、油基、气基及泡沫基钻液）中作业中所产生一系列复杂的环境影响进行校正，就能够得到 Rt （地层真实电阻率值） 电阻率的概念一种物质的导电性是指这种物质传导电流的能力，常用电阻率这一物理量来 表示，导电能力差的物质电阻率高，导电能力好的物质电阻率低。
第5章感应测井
第五章感应测井前面讲的电阻率测井存在的问题：供电电极发射供电电流，流经泥浆进入地层，然后得到地层的电阻率，这些测井方法只能在水基泥浆井中使用。
对于油基泥浆井来说，由于电流无法进入地层，因此电阻率测井就无法使用了。
为了解决在油基泥浆井中测量地层电阻率，产生了感应测井，它是利用了电磁感应原理，通过研究交变电场的特性来反映地层电导率的一种测井方法。
在一定条件下，感应电阻率比普通电阻率测井方法更优越，例如以后要提到，感应测井受围岩的影响较小，对低电阻率地层反映灵敏，目前感应测井已得到广泛应用。
§5-1 感应测井的基本原理一、线圈系结构线圈系相当于普通电阻率测井的电极系，双线圈系由发射线圈和接收线圈组成（69 页图5-1 双线圈系感应测井原理图）。
发射线圈到接收线圈的距离叫线圈距，记作L。
二、感应测井的基本原理1 ．单元环理论测井原理概述：发射线圈通以频率一定，振幅稳定的交变电流，它在地层中产生交变磁场（也称一次磁场）。
根据电磁场理论，交变电场产生交变磁场, 交变磁场产生电场，因此在交变磁场的作用下，在地层中产生感应电流，它是以井轴为中心的环流，称为涡流；涡流又产生交变磁场（又称二次磁场），在接收线圈产生感应电动势。
接收线圈感应电动势取决于感应涡流的大小，而涡流的大小又取决于地层的电导率，感应测井实质即记录接收线圈感应电动势的大小并经刻度最终转化成地层的电导率。
另外，发射线圈还在接收线圈直接产生感应电动势，这个电动势与地层性质无关，称为无用信号，记作E x,也记作E无用。
而把与地层电导性质有关的感应电动势叫有用信号，记为E有用，实际测井时只记录有用信号。
有用信号同无用信号的相位差90。
，因此可以利用相敏检波器压制无用信号而直接记录有用信号。
（有用信号的大小♦涡流的大小-地层电导率）--------------------------------- ►感应测井记录的有用信号，是由于地层中感应电流（涡流）的变化，在接收线圈中产生感应电动势，要确定接收线圈感应电动势的大小，首先确定地层de d 1dtiw21(1)中感应涡流的大小。
电阻率测井小结
电阻率测井的分类
高电阻率测井
阵列电阻率测井
适用于高电阻率地层，如泥岩、页岩 等。
通过多个电极同时测量地层的电阻率， 可以
适用于低电阻率地层，如砂岩、砾岩 等。
03 电阻率测井的应用
油气勘探
01
02
03
确定油气储层
通过测量地层电阻率，可 以判断地层是否含有油气， 以及油气的聚集程度和分 布范围。
05 电阻率测井的未来发展
技术创新与改进
新型传感器技术
研发更灵敏、更耐用的传感器，提高测量精度和稳定性。
数据处理算法优化
改进数据处理算法，降低噪音干扰，提高信号识别能力。
井下仪器小型化
减小仪器体积，减轻重量，便于下井操作和运输。
应用领域的拓展
1 2
非常规资源勘探
应用于页岩气、煤层气等非常规资源的勘探和开 发。
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针对复杂地层和特殊油气藏 ，可以开展针对性的电阻率 测井技术研究，开发更加高 效、可靠的测量方案和技术 手段。
电阻率测井技术与其他地球 物理方法的结合应用也是未 来的研究方向之一，如与声 波测井、核测井等方法的综 合应用，可以更好地解决复 杂油气藏的勘探和开发问题 。
随着人工智能和大数据技术 的发展，电阻率测井数据的 自动处理和智能解释也是未 来的研究重点，可以提高数 据处理效率和解释精度，为 油气藏的快速发现和评估提 供有力支持。
电阻率测井可用于各种类型的地层，包括 砂岩、泥岩、石灰岩等，具有较广的适用 范围。
提供地层含流体信息
无损探测
电阻率测井结果可以反映地层中流体的性 质，如油、水或气，为地层含流体类型和 饱和度的判断提供依据。
测井常识
测井测井是记录钻入地壳的一口井中岩石或流体混合物不同的物理、化学、电子或其他性质的过程。
感应测井是利用电磁感应原理来研究地层电层电阻率的一种测井方法。
电阻率测井法都需要井内有导电的液体，使供电电极电流通过它进入地层，在井内形成直流电场。
然后测量井轴上的电位分布，求出地层电阻率。
这些方法只能用于导电性能好的泥浆中。
为了获得地层的原始含油饱和度，需要在个别的井中使用油基泥浆，在这样的条件下，井内无导电性介质，就不能使用普通电阻率测井方法。
感应测井就是为了解决测量油基泥浆电阻率的需要而产生的，它也能用于淡水泥浆的井中，在一定条件下，它比普通电阻率测井法优越，受高阻临层影响小、对低电阻率地层反应灵敏。
感应测井和普通电阻率测井一样记录的是一条随深度变化的视电导率曲线，也可同时记录出视电阻率变化曲线。
侧向测井是利用聚焦电流测量地层电阻率的一种测井方法。
在地层厚度较大，地层电阻率与泥浆电阻率相差不太悬殊的情况下，可以用普通电极系的横向测井，能比较准确地求出地层电阻率。
但是在地层较薄且电阻率很高，或者在盐水泥桨的条件下由于泥浆电阻率很低，使供电电极流出的电流，大部分都由井内和围岩中流过，流入测量层内的电流很少，因此测量的视电阻率曲线变化平缓，不能用来划分地层，判断岩性。
为了解决这些问题，创造了带有聚焦电极的侧向测井。
他是在主电极两侧加有同极性的屏蔽电极，把主电极发出的电流聚焦成一定厚度的平板状电流束，沿垂直于井轴方向进入地层，使井的分流作用和围岩的影响大大减小。
实践证明，侧向测井在高电阻率薄层和高矿化度泥浆的井中，比普通电阻率测井曲线变化明显。
测井系列的选择1．三侧向、七侧向、双侧向、感应测井等电阻率测井法的特点是采用了聚焦原理来加大探测深度，减小井、围岩、侵入带的影响，以便求准地层电阻率。
根据需要选用一种或两种方法。
常用深浅组合的方法，将测量的曲线进行重叠比较，可以研究储集层径向电阻率的变化，判断油气水层。
2．孔隙度测井如中子测井、密度测井、声波测井，可以定量的确定地层岩性和孔隙度。
第5章 感应测井
值的相对贡献。
地层模型
Gr g (r , z )dz
a Gr (r ) (r )dr
0
(r , z ) (r )
二、双线圈系的探测特性
2 k Gr [(1 k 2 ) K (k ) (2k 2 1) E (k )] L
r L
k
1 4 2 1
DdS q
S感应测井原理源自微分形式 D H J t
物理意义
安培环路定律
B E t
法拉第电磁感应定律 磁通连续性定律 高斯定律
S
B 0
D
麦 克 斯 韦 方 程
第一节
感应测井原理
二 、 感应测井仪的结构 感应测井仪的井下部分如图所
示，由线圈系和电子线路组成。
线圈系：T和R按一定方式组合。
线圈距L：T和R间的距离为。
线圈参数：匝数N、截面积S及
绕向。 发射线圈T通有交流电，发射频率为20kHz。
第一节
一、 感应测井原理
感应测井原理
d dt
电磁感应原理
单元环：将地层看成半径不 同、同轴的无数个圆环组成。 这个圆环称为单元环。 涡流：单元环中存在的电流。 单元环几何因子：单元环在 接收线圈产生的信号的贡献。
双线圈系感应测井原理
第一节
感应测井原理
1、发射线圈在空间产生的一次磁场 磁偶极距 m SI ISe z 磁偶极距在空间产生的磁场
分别为0.15米、 0. 8米、1.5米。计算介质的视电导率。
二、双线圈系的探测特性
2、纵向几何因子 线圈系纵向探测特性用于
地球物理测井：第02章 电阻率测井
I
MN I
I
电位： MN ，则 AN / MN 1, UMN UM
Ra 4 AM AN UMN 4 AM UM
MN
I
I
电极互换原理：
保持电极系中各电极之间的相对位置不变，只改变其功能（供电或 测量），则当测量条件不变时所测曲线完全相同，称为电极互换原理。
补充：理论计算一般用AMN；实际生产中小尺寸电极系用双极供电， 大尺寸电极系用单极供电减小干扰。
深：
Rd LL3
反映原状地层Rt
浅：
Rs LL3
反映侵入带Ri
（3）探测特性
➢ 纵向分辨率：主电流厚度(绝缘环中点O1O2间距)，约0.2 m ➢ 探测半径：横向探测深度，深rd≈1.0 m，浅rs≈0.3 m
2021/7/31
中国石油大学（华东）
23
A0：主电极（供主电流Io） A1、A2：屏蔽电极（供屏蔽电流Is，与Io同极性） M1、M1、M2、M2 ：监督电极 B1、B2：回路电极； N：对比(参考)电极，无穷远处
中国石油大学（华东）
8
有关阿尔奇公式
➢ 意义：将孔隙度测井与电阻率测井联系起来，用于计算 流体饱和度，是测井定量解释油水层的基础。
➢ 适用条件：纯岩石（不含泥质）或含泥质很少的岩石。
➢ 用法：孔隙度测井 ＋ 电阻率测井 ＋ 阿尔奇公式，在水 层（电阻率测井得出R0）可求出Rw；在油层可求出其R0 并进而确定Sw。
电阻率或电导率都是描述物质导电性质的物理量，
电阻率：单位是欧姆米（Ωm)，测井上用符号R表示；(Resistivity) 电导率：单位是姆欧/米（ /m），标准单位是西门子/米(S/m),测
井上用符号σ表示。 (Conductivity)
微电阻率扫描成像测井
192条微电阻率曲线经过主副极板上四排电极的深度对齐、平衡 处理、加速度校正、标准化、坏电极处理、图象生成等一系列步骤 得到FMI图象。通常首先计算出微电阻率资料的频率直方图，然后 把它们分成42个等级，每个等级具有相同的数据点（这使得每种颜 色在最终图象上具有相同的面积），42个等级对应着42种颜色等级， 从白色（高电阻）到黄色，一直到黑色（低电阻）。或者由灰色变 化到褐色。FMI处理可提供三种图象：
主要认识：
FMI
经成像测井分析，洋
井 周 构 造 分 析 改 进 钻 井 设 计
渡3井栖二地层（井深 4875m）以上的地层倾角总 体上为北西倾，倾向在 307~345度之间，地层倾角 9~24度；从栖二到栖一A段， 地层倾向为127~170度之间 向南倾，倾角为5~17度， 最小仅2度，表明该段处于 洋渡溪构造轴线附近并开 始进入东南翼；钻进栖一B 地层（井深4902m）后，进 入了东南翼陡带，倾角随 井深增高到84度，倾向由
4）一套冲积扇、辫状河流相 沉积的砂泥岩、砂砾岩。
本井裂缝、气孔主要集中在流纹岩和凝灰岩中，而火山角砾岩、砂砾岩井段
则不发育裂缝。裂缝性质以一条贯穿整个井壁的高角度垂直裂缝为主，在这条主 裂缝的两侧伴有同生的小的垂直裂缝和斜交裂缝，部分井段呈网状交织在一起， 主裂缝面不规则，锋内部充填的阻凝灰和泥质，主裂缝缝面倾角达80度以上，缝 宽大小不均。气孔较发育，具有一定方向性，大小不均，分布具一定规律，多发 育在3521.0~3625.0m流纹面较高的流纹岩中。
3、精细描述裂缝，识别天然裂缝与钻井诱生裂缝，描述裂缝产 状、裂缝开度、裂缝孔隙度、裂缝有效性等，应用裂缝和其它构 造特征来分析现今和古应力场。
感应测井
侧向电阻率测井 特殊钻井：
空气钻井 非导电泥浆钻井（油基泥浆）
如果在这类井中想用电极系向地层注入电流，造 成人工电场来测量电阻率是不可能的。 道尔在40年代初首先设计了用于测量地层电导率的感应 测井仪。
感应电导率测井适用于油基泥浆和空气钻井测量,也广 泛应用在淡水泥浆钻井测量
一、感应测井原理
• 为什么感应测井能在无 导电介质条件下测井？
常规测井方法原理
（32学时）
郭红
石油工程技术专业
2011/2012学年第一学期
项目一 电法测井系列
子项目5 感应测井 （ Induction Logging )
感应测井原理
感应测井曲线形状
感应测井曲线的应用
感应测井的提出
普通电阻率测井 ——直流—稳恒电场—电阻率 适用于水基泥浆钻井测量
2m 10m
8
二、感应测井曲线形状
0.5m 3m σs =100mS/m 0.8m
σt =500mS/m
5m 1.7m
2m 10m
9
二、感应测井曲线形状
10
三、感应测井曲线的应用
1、作为参考曲线
划分渗透层
厚层（h>2m）：半幅点法
不可做划分界面的唯一解释.
11
三、感应测井曲线的应用
2、确定地层电导率 井眼校正
传播校正
层厚-围岩校正 侵入带校正
12
电法测井小结
• 各类电测井方法特点
普通电阻率测井： 侧向电阻率测井： 感应电导率测井： 微电极测井： 微侧向测井： 微球形聚焦测井： 求Rt 求Rt 求Rt 求Rxo 求Rxo 求Rxo 厚层 厚或薄层 厚或薄层 厚或薄层 厚或薄层 厚或薄层 淡水泥浆 盐水泥浆 油基泥浆或空气 淡水泥浆 盐水泥浆 淡水或盐水泥浆
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3地层倾角对感应测井电阻率的影响
刘迪仁等2012年发表文章“非平行界面地层对水平井双感应测井的影响”，文中在三维数值模式匹配法的基础上，通过正演数值分析，研究了地层界面倾斜时界面倾角等对水平井双感应测井响应的影响。
结果显示，在水平井中，地层界面倾斜对双感应测井响应具有一定的影响，其影响程度的大小与界面倾角有关。
具体如下：
在研究地层界面倾角对双感应测井影响的过程中，忽略井眼和钻井液滤液侵入对测井响应的影响（经验电阻率、侵入带电阻率与目的层电阻率相同），在竖直模拟计算过程中，h=5m，Rs=2Ω·m，Rt=100Ω·m，得到双感应测井响应与界面倾角的关系（见图2）。
图2 双感应测井响应与地层界面倾角关系
由图2可以看出，随地层界面倾角增大，双感应视电阻率逐渐远离目的层电阻率而接近围岩电阻率。
井眼中心到倾斜地层界面的实际距离为Hcosθ，随着界面倾角增大，Hcosθ减小。
由于深、中感应径向探测深度是一定的，此时双感应测井响应受围岩的影响随之增大，从而使视电阻率接近围岩电阻率。
为此，在水平井测井解释工作中，受地层界面倾斜的影响，界面倾角成为双感应测井响应的重要影响因素之一，有必要对该环境下的双感应视电阻率值进行校正。
地层界面倾斜的影响程度与深、中感应的径向探测深度有关。
地层电阻率是影响油气评价的重要参数，感应测井是确定水平井中地层电阻率的常用方法。
在实际测井环境中，地层上、下界面往往是不平行的，在测井解释过程中，这种非平行界面地层环境对水平井感应测井响应的影响是一个值得关注的问题。
David，Liu Guoqiang等［7-8］通过理论研究，确定了感应测井的主要影响因素，并建立了相应的校正图版和校正方法，以便在评价解释工作中较好地消除围岩、钻井液侵入、井眼等地层环境的影响。
［7］David N，Shanjun Li，Richard C，et al. Invasion effects on time-Lapsed array induction logs ［C］//SPWLA . SPWLA 48th Annual Logging Symposium. Houston：SPWLA，2007：1-10. ［8］Liu Guoqiang，Yang Wei，Feng Qining，et al. A new method to correct the effect of skin - effect in induction logs ［C ］//SPWLA . SPWLA 41th Annual Logging Symposium. Houston：SPWLA，2000：1-9.
杜彩云2011年发表文章“阵列感应测井倾斜校正研究”，在研究地层倾角对阵列感应测井影响时，由于阵列感应测井仪MIT响应函数计算量大，因此只给出子阵列2和阵列8的响应对比曲线。
通过对阵列感应测井MIT不同阵列在高阻围岩下不同角度的响应和低阻围岩下不同角度的响应分析可以得出如下结论：（１）随着倾角的增大，地层边界处出现异常的“尖峰”现象；（2）随着倾角的增大，高阻围岩视电导率变小，视地层厚度变窄，低阻围岩厚层中视电导率幅值基本不变，视地层厚度变宽；（3）响应函数受倾角的影响，薄层比厚层严重；（4）相同角度，长阵列受倾角的影响比短阵列严重；（5）响应函数受倾角增大的影响，高阻围岩目的层比低阻围岩目的层更严重。
王昌学等2013年发表文章“井环境对阵列感应测井响应的影响分析”，文中采用三维矢量有限元法分别在椭圆形井眼、仪器偏心及对斜井条件下的阵列感应测井原始响应进行了模拟，并对环境校正和合成聚焦后的数据进行了分析。
结果表明，在井斜影响方面，浅探测曲线受井斜角大小影响相对较小，深探测曲线在井斜角为60°以上时受其影响较大而必须进行进一步处理。
在研究斜度井眼对HDIL测井响应的影响时，通过对不同地层倾角（15°，30°，45°，60°，75°，80°）的模型经模拟仪器响应后再合成聚焦出阵列测井曲线计算结果进行分析。
从分析的结果来看，斜井或倾斜地层对阵列感应测井结果的影响表现在两个方面：一是地层视厚度，二是测量地层视电阻率，当井斜≤30°对视厚度基本没有影响，当井斜在30°～60°之间影响增大，井斜≥60°时不反应实际层厚。
尽管阵列感应测井数据处理中已进行了井斜校正，但当井斜≥60°时，这种井斜校正还不完善，还必须进行进一步处理。
周功才等2009年发表文章“水平井中的感应电阻率测井响应特征及应用”，文中通过比较水平井中碎钻测井电阻率和电缆测井电阻率曲线，分析了在储层内部和界面上的曲线特征，提出了水平井中界面划分的方法，并结合其他资料可进一步确定储层界面是上界面还是下界面。
在储层内部电阻率响应，当仪器没有探测到界面位置时，随钻电阻率数值和电缆测井电阻率数值相差不大，它们都没有受到界面和上下围岩的影响，探测到的是地层真电阻率。
但随钻电阻率测井可以基本不考虑钻井液侵入或钻井液侵入较浅，而电缆测井时钻井液侵入有一定深度，因此电缆测井电阻率数值比随钻测井要小10%～50%。
在界面附近处电缆测井由于深感应先探测到储层高电阻率值，使之数值上升较快，中感应后探测到储层高电阻率值，数值上升相对滞后，在对数曲线上表现为深和中感应电阻率曲线数值表现为一定的幅度差。
随钻感应电阻率测井由于探测深度比电缆测井小和没有钻井液侵入，因此它的测井曲线幅度差和电缆测井相比要小，但随钻测井电阻率数值比电缆测井数值高50%～100%。
地层倾角与钻井井眼方向之间的夹角对电阻率测井数值有较大影响。
在储层内部仪器没有探测到地层界面时，它们之间的夹角对电阻率数值影响不大，在界面附近就应该考虑界面附近的泥岩对电阻率测井数值的影响，在水平井中界面附近的泥岩对电阻率数值影响长度较长。
仵杰等2011年发表文章“阵列感应测井斜井信号处理方法研究”，他们认为倾斜影响包括体积项的影响和电荷项的影响，斜井校正即消除体积项的影响和电荷项的影响。
文章首先从阶跃模型中提取斜井响应函数，然后利用最优化的方法设计能够同时滤除体积项和电荷项的影响的二维自适应滤波器，消除测量信号的倾斜影响。
文章在线性近似的前提下，由地层阶跃模型，提取电荷项响应函数和体积项响应函数，依据响应函数设计二维自适应滤波器，斜井中的原始测量信号经滤波处理后，层边界处的犄角消除，曲线幅度得到明显改善，处理后的信号和直井中的测量信号基本重合。
但该滤波处理没有考虑趋肤效应影响，仅适合电导率较低的测量信号，当电导率较大时，处理结果应做进一步的趋肤效应校正。