双侧向仪器工作原理
《测井仪器方法及原理课程》第一章 双侧向测井
第一章 双侧向测井双侧向测井是应用最广泛的一种电阻率测井方法，它测量地层电阻率。
自然界中不同岩石和矿物的导电能力是不相同的尤其地层中所含流体性质不同时，导电性能差别很大。
因此 ，电阻率是地层的重要的物理参数之一。
在油气井中进行电阻率测井是我们寻找和定量确定油气存在的基本方法。
根据所测得的电阻率，可以区分含导电流体（如盐水，泥浆滤液）的地层和含非导电流体（如油气）的地层，应用阿尔奇公式，可以计算出地层中油气水的比例：2WW S FR =ρ （1-1） 式中：ρ—地层电阻率；R W —地层水电阻率；S W —地层含水饱和度；F ——地层因素。
电阻率测井是发展最早并一直沿用至今的一种测井方法。
最早使用的电阻率测井方法称普通电阻率测井。
经改进后，发展成为目前广泛使用的聚焦式电阻率测井，或称侧向测井。
自1950年，首批侧向测井仪投入商业使用后，老式的普通电阻率测井方法就逐渐被淘汰。
1.1 普通电阻率测井原理为测量某一电阻的阻值R ，可应用一个电源给该电阻供电，测量流过该电阻的电流I 和电阻两端的电压降V 。
由欧姆定律即可求出该电阻的阻值。
IV R = （1-2） 普通电阻率测井原理也是采用与此类似的方法，测量地层电阻率。
在介质中设置一个供电电极A ，回流电极B 放在距电极A 无限远的地方，在距电极A 一定距离处放置一对测量电极M,N （见图1-1），进行电位差测量。
假定电极为点电极，介质是均匀无限的，介质电阻率为ρ。
则从电极A 流出的电流呈辐射状向四面八方均匀散开，等电位面是以A 为球心的球面，如果测量电极M,N 与供电电极的距离分别为AM ，AN （注意电阻ρ的量纲为m ⋅Ω长度量纲为m ）则M 点的电位：AM I V M πρ4=（1-3） N 点的电位： ANI V N πρ4= （1-4） 式中I 为电极A 流出的电流强度（安培）。
由上式可得M,N 两点的电位差V ：I ANAM MN V V V N M ρπ4=-=电阻率：I V MN AN AM ⋅=πρ4 （1-5） 式中，MN 为电极M,N 两点间的距离令 MNAN AM K π4= 则 IV K ⋅=ρ （1-6） 式中：K 称为电极系常数。
HRDL6504双侧向培训讲义
A2
A1*
A1
M2 M1 A0 M1 ′M2 ′
A1 ′ A1* ′
A2 ′
主电极：
A0
监督电极： M1、M2 屏蔽电极： A1、A2 辅助监控电极：A1*
三、电极系结构及工作原理
小 结 高分辨率双侧向电极系结构外观上看与普通双侧向没有什 么区别，但是各电极尺寸都不相同，最重要的是中间一组电极 承担的功能与普通双侧向完全不同。
高分辨率双侧向深、浅聚焦工作基本原理与普通双侧向一
致，区别在于高分辨率双侧向的主流由两个电极共同发射，再
加上电极尺寸和各电极间距离以及监控电位等因素，形成一种
过聚焦工作状态，从而实现仪器的高分辨率，但带来直接的问 题是井眼影响严重。
仪器原理框图
双侧向测井仪原理框图
双侧向测井仪工作流程
井下仪器加电后，由DSP产生初始控制命令，控制仪器工作状态和深浅屏流。 由井下DSP直接输出经控制的可变直流供屏流源产生信号，浅电流送往A１、 A0电极，由Ａ２电极返回；深电流送往Ａ２、Ａ１、Ａ０电极，由Ｂ电极 （电缆外皮）返回。 由主监控放大器调节Ａ０和Ａ１电极的电位，使Ｍ１、Ｍ２之间的电位差趋 于零；由辅监控放大器调节ＡＩ、Ａ２电极的电位，使A1*和Ａ２之间的电位 差趋于零，使主电流呈圆盘状进入地层。 测量Ｍ２和Ｎ电极之间的电位差，放大滤波成直流后送入采集电路；测量主 流通道的电流，经放大滤波成直流后，送入采集电路。 由测量电路送来的四路电压、电流信号，经程控放大、Ａ／Ｄ转换送入主控 单片机，计算深浅电阻率值，根据所测电阻率值产生新的控制命令，控制深 浅屏流源，形成闭环回路；另一路送接口单片机，进行数据格式编排，在Ｇ Ｏ脉冲和ＵＣＫ时钟的作用下，经三总线送往ＴＣＣ。 由地面发出控制命令字，经译码控制井下仪器刻度、测井工作状态及N电极选 择。根据不同的地质情况，N电极可放在井下也可以放在地面。
对双侧向测井仪的几点认识
引言随着社会的不断进步，对于能源的需求也是越来越大。
尤其是对于原油资源的需要，其中石油能源的热能值较高，很多产品的生产都需要用到石油，是当今最为稀缺的能源之一。
1 双侧向测井仪的基本介绍侧向测井也称为聚焦式电阻率测井。
它包括三侧向、七侧向、双侧向、微测向等方法。
其中双侧向测井是在三侧向和七侧向测井的基础上发展出来的测井方法，双侧向的突出优点就是具有良好的聚焦特性，并可以同时测量深、浅两种探测深度的电阻率曲线。
双侧向电机系有9个电极。
主电极A0位于中央，其余八个电极以主电极为中心，上下对称分布，每对电极分别用短路线进行连接。
电极M、M1’和N1、N1’为两队监督电极，电极A1、A1’和A2、A2’为两队聚焦电极。
进行深探测时，聚焦电极保持等电位，屏流I1与主电流I0为同级性，由于聚焦电极较长，加强了屏流对主电流的聚焦作用，因此主电流层在进入地底深处后才会逐渐扩散;进行浅探测时，电极A2、A2’以回流电极的作用，减弱了屏流对主电流的聚焦作用，所以主电流在进入地底不远处就开始扩散。
2 双侧向测井仪使用中的影响因素2.1 双侧向测井曲线形状的影响因素(1)研究表明当探测井内的泥浆与井外媒介的电阻率均为定值时，探测井的内径的大小不一样，深浅测响应分裂的程度也不一样，探测井内径变大会导致曲线的变化趋势减缓，而泥浆电阻率与底层电阻率的反差不断增加的话，曲线的棱角会变得愈发的清晰可见。
(2)在探测时，探测深度在2米到4米的范围内是，曲线的变化不大，当探测深度大于4米时，曲线在地层中部出现平顶。
2.2 双侧向测井幅度差的影响因素双侧向测井幅度差是探测队确定地下油气和水层的重要参考数据，因此研究双侧向测井的幅度差是非常重要的，尤其是对于解释“双轨”这类现象更具有现实意义，为了考察影响双侧向测井幅度差的因素，针对典型的三层介质底层模型做了迹象检测：（1）泥浆电阻率以及地层厚度对于RLLD/ RLLS比值的影响：（2）围岩电阻率对于RLLD/RLLS比值的影响：（3）侵入带电阻率以及侵入深度对于RLLD/RLLS比值的影响。
双侧向测井仪说明书
双侧向测井教学实验装置使用说明书陕西巨丰思源科技有限公司2007年8月双侧向测井教学实验装置目录1 模拟实验装置概述 (1)1.1实验装置测量原理 (1)1.2实验装置的组成 (2)1.3实验装置的应用目的 (4)2 实验装置的电路构成 (4)2.1仪器工作原理 (4)2.2电源电路 (5)2.3控制信号源 (5)2.4浅屏流源 (6)2.5深屏流源 (6)2.6平衡监控回路 (7)2.7电流信号检波 (8)2.7电压信号检波 (9)2.8模拟刻度 (12)3 双侧向实验装置的安装 (12)3.1机械安装 (12)3.2注意事项 (13)3.3接插件连线定义 (13)4 实验仪器的测试 (14)4.1仪器准备 (14)4.2深外刻测量 (15)4.3深内刻测量 (15)4.4浅外刻测量 (15)4.5浅内刻测量 (15)4.6测量结果分析 (16)5. 附件 (21)5.1浅发射板元件布置图 (21)5.2深发射板元件布置图 (21)5.3电流检测板元件布置图 (22)5.4电压检测板元件布置图 (22)5.5平衡板元件布置图 (22)1 模拟实验装置概述双侧向测井仪是一种常规电法测井仪器，主要探测浸入带电阻率和地层真电阻率。
主电流成圆盘状进入地层，两对监督电极保证主流能够垂直进入地层，两对屏蔽电极分别对主流进行深浅屏蔽确保探测深度，测量地层电阻率。
本装置是用来学习双侧向测井基本原理和仪器电子线路结构特点。
在仪器的内部结构上完全模拟工程测井中的实际测井仪器。
应用该实验装置可以进一步了解双侧向测井仪电极系的工作原理，电流聚焦特性，深浅探测特性；学习双侧向测井仪电路部分各功能模块的结构和工作原理；掌握仪器刻度、测井过程、数据处理相互关系。
1.1 实验装置测量原理双侧向测井方法由于具有较好的聚焦特性，并可以完成深、浅两种探测深度的电阻率测量，它完全取代了三侧向和七侧向测井。
是目前应用较广的一种聚焦式电阻率测井方法。
测井方法9-双侧向概述
双侧向尺寸
3 0.3 0.22 0.02 0.12 0.02 0.02 0.3 3 0.8 0.22 0.08 0.18 0.18 0.08 0.22 0.8 ( B2 ) A2 A2 M2 M2 A0 M1 M1 A1 A1( B1 )
电极系k值：kd =0.733m，ks=1.505m 仪器全长：9.36m 仪器直径：0.089m 屏蔽电极A1、A2很长→确保深侧向探测深度大
四、双侧向测井资料应用
电阻率测井在油气勘探开发中应用非常广泛
⑴地层对比 ⑵裂缝识别
主要 应用
⑶油、气、水层判别
⑷计算地层含水饱和度 ⑸估算裂缝参数
⑴地层对比
决定地层电 岩石名称 阻率大小的 粘土 主要因素 页岩
疏松砂岩
主要岩石、矿物的电阻率
电阻率 10－100 白云母 41011
一是岩石的组织结构
烟煤 10－10000 600－105 石油 10 －10
致密砂岩
磨溪地区储层多井测井对比图
⑵裂缝识别
四川测井研究所水槽模型实 验结果：裂缝的产状与深、 浅双侧向的“差异”有着直 接关系
深、浅侧向电极系的尺寸完全一样。不同处：将深侧向的 屏蔽电极 A1 、 A2 改成回路电极后，就构成了浅侧向电极 系→这样，深、浅侧向的纵向分辨率是相同的，且受围岩、 层厚影响基本一样→用深、浅侧向测出的电阻率判别油、 气、水层具有良好效果。
电极系确定原则：分层能力强（ 0102间距离要小）、探 测深度大（ A1、A2要长）、井眼影响小
井眼、围岩、侵入
实测双侧向曲线
双侧向 双侧向
碎屑岩地层
碳酸盐岩地层
三、双侧向、三侧向、七侧向比较
1.探测深度
三侧向—探测深度小，侵入影响大，深浅三侧向探测深度 差异不大，判别油、气水层效果差。原因：主电极与屏蔽 电极同电位，电极系长度有限，主电流发散快
测井方法9-双侧向
一、测井原理
电极系
与七侧向类似，不同的是在七电极系的外面再加上两个屏 蔽电极 A1′、 A2′。为了增加探测深度，屏蔽电极 A1′、 A2′不是环状，而是柱状（与三侧向屏蔽电极相同）
测井原理
测井时，主电极 A0 发出恒 定电流 I0 ，并通过两对屏 蔽电极 A1 、 A1 和 A2 、 A2 发 出与 I0 极性相同的屏蔽电 流I1和I1。
烟煤 10－10000 600－105 石油 10 －10
致密砂岩
磨溪地区储层多井测井对比图
⑵裂缝识别
四川测井研究所水槽模型实 验结果：裂缝的产状与深、 浅双侧向的“差异”有着直 接关系
低角度（ 60 以下）缝， “负差异” 高角度（ 75 以上）缝， “正差异” 6075裂缝，差异较小和无差异 45裂缝时， “负差异”，且差异幅度最大
井眼、围岩、侵入
实测双侧向曲线
双侧向 双侧向
碎屑岩地层
碳酸盐岩地层
三、双侧向、三侧向、七侧向比较
1.探测深度
三侧向—探测深度小，侵入影响大，深浅三侧向探测深度 差异不大，判别油、气水层效果差。原因：主电极与屏蔽 电极同电位，电极系长度有限，主电流发散快
七侧向—探测深度高于三侧向，但高侵时，探测深度变浅。 原因：采用监督电极 M1´、M1´同电位来控制电流场。分布 比s↑→屏流↑→屏蔽电极电位↑→探测深度↑ 双侧向—探测深度最大。原因：将屏蔽电极分成多段（两 对）加长→控制各段电压→探测深度↑
四、双侧向测井资料应用别
主要 应用
⑶油、气、水层判别
⑷计算地层含水饱和度 ⑸估算裂缝参数
⑴地层对比
决定地层电 岩石名称 阻率大小的 粘土 主要因素 页岩
疏松砂岩
主要岩石、矿物的电阻率
双侧向测井原理及误差因素分析
７ 【
， ．
２ ｒ 兀ｆ
就得 到 了由钻井液 、侵入 带和 原状地 层 的电 阻率 响
应 之和 所推 演 出的视 电阻率 。在 钻井 液 的导 电性 相
＝
一
【
是．
＝ ・ ｎ
对 好 、侵 入程 度低 且地层 电阻率很 高 时，视 电阻率
近 似 于地层 真 电阻率 。 双 侧 向测井 仪按 工作方 式可 分为 很多种 类 ，这 里选择 较 典型 的恒 功 率式进 行介 绍 ，如我所 目前 生
２０ 年 第 ４ 期 ｏ８
声 学与 电子 工程
总第 ９ ２期
双侧 向测井原理及 误差 因素分析
吴先海 （ 第七一五研 究所 ，杭 州，３０ １ １ ０２）
摘要 简要介绍 了双侧 向测井仪的 电阻率 的测量原理 ，分析 了双侧 向测 井产 生误差的因素并总结 了在
Hale Waihona Puke 使用 中的注意事项 。 关键词 双侧 向测井 ：聚焦 ；绝缘
根 据 电位 和 电场 强度 Ｅ的关系 ：
Ｅ：一 （ ３）
ｄ ： 一尉 ｒ： 一 ４ ｃ 丁 ｒ
（ ４）
对 上式积 分得 ：
一
房＝ ｃ ㈣ ＋
０ ，故常数 ｃ ０ － ，则 点 电源
图 ｌ地层 电阻率测量 示意图
当 ｒ ｏ时， ｏ
吴先海 ：双侧 向测 井原 理 及误 差 因素分析
双 侧 向测 井 是 在 七 侧 向和 三 侧 向 的基 础 上 发 展起 来 的一种 深 、浅 测 向的组 合测井 。双 侧 向测 井 仪是 一种 高技术 裸 眼井石 油测 井仪 ，是 电阻率测 井
的主 要方法 之 一 ，主 要用 于测 量 由盐水 钻井 液钻 井 的裸 眼井 的地层 电阻率 。通 过组 合测 井 ，可 测得 侵
测井原理的重点
第一章、双侧向测井1、双侧向测井的基本原理双侧向测井是一种聚焦的电阻率测井。
为了使深浅侧向有足够的探测深度和浅侧向能较好地反映侵入带特性，这类仪除设计上使用了同时调整主电流与屏蔽电流的方法，用两对屏蔽电极实行双层屏蔽，增加电极长度和电极距。
主电流受到上、下屏蔽电极流出的电流的排斥作用，使得测量电流线垂直于电极系，成为水平方向的层状电流射入地层，这就大大降低了井和围岩影响。
可以同时进行深浅侧向的测量。
目前聚焦测井主要包括：双侧向、微侧向及微球聚焦、邻近侧向等。
是目前最流行的电阻率测井，与其它电阻率测井方法相比具有分层能力强、探测深度大等优点，适用于薄层发育地层、电阻率中、高的地层。
2、双侧向测井的作用a、判断岩性、划分储层；b、划分油气层，油气层深侧向电阻率是邻近水层的1.5 倍以上；c、深侧向电阻率一般认为是原状地层电阻率,所以它可以确定地层的真电阻率。
d、进行地层对比。
e、计算储层的含油饱和度。
f、用浅侧向确定侵入带电阻率，计算侵入带的含油饱和度。
第二章、微侧向测井1、微侧向测井基本原理微侧向测井采用极板贴井壁测量。
在极板上镶入一个主电极，三个监督电极与屏蔽电极与主电极呈环状分布，这样的设计使得主电流被聚焦成束状流入地层，增加了探测深度，减小了泥饼的影响。
测出监督电极与无穷远电极之间的电位差，经过适当转换，就可以得到微侧向视电阻率曲线。
2、微侧向测井的应用、a、确定冲洗带电阻率进而进行可动油、气分析和定量计算。
b、划分薄层c、地层对比。
3、微球测井基本原理微球型聚焦测井原理类似于微侧向测量原理，只是微球型聚焦的电极排列像球型聚焦。
4、微球测井的应用、a、可探测过渡带电阻率，比微侧向探测深度大；b、划分薄层能力强于微侧向第三章、电极电阻率测量基本原理电极电阻率测井也称普通电阻率测井。
在井内进行电阻率测井时，都设有供电线路，通过供电电极A供给电流I，通过供给电B供给电流-I，在井内建立电场，然后用测量电极进行电位测量。
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仪器工作原理
1、1229双侧向测井仪器
1229双侧向测井仪是采用电流聚焦方式的测井仪，即采用电屏蔽方法，使主电流聚焦后水平流入地层，因而大大减小了井眼和围岩影响，因此，电流聚焦测井不仅是盐水泥浆和膏盐剖面井的必测项目，也是淡水泥浆测井的主要方法之一，1229双侧向仪器，一次下井可同时测得深、浅两条视电阻率曲线，为了实现深、浅同时并测，仪器采用频分供电，深、浅侧向供电频率分别为32Hz和128Hz，该仪器采用了先屏流后主流的设计，即由屏流源首先发送屏流，然后由监控回路产生主电流，相对于先主流后屏流，这种方式可以降低对监控回路增益的要求，1229双侧向的深、浅侧向屏流源均受深侧向电压的控制。
在4#号电极和电缆外皮之间加进一个32Hz受控恒流源，而在4号和5号电极间加进一个128Hz的受控恒压源，由屏流信号电流在2号和3号电极间形成的电位差直接接到快速补偿放大器输入端，因此，把2、3电极间电位差放大，而快速补偿放大器输出端接1号电极，因为它的快速补偿作用使1号电极和4号电极等电位，因此使得1号电极发送的测井电流和屏蔽电流是同极性，同相位，根据同性相斥的原理，迫使主电流呈圆盘状进入地层。
这样的设计，扩展了测量的动态范围。
2、DLLT-B测井仪
DLLT是一种测量地层电阻率的电极系仪器。
它可以获得LLD、LLS、MSFL 三条电阻率曲线以及SP和CALIPER两条辅助曲线。
DLLT是通过测量电极系流入井眼周围地层的电流的情况来测量地层电阻率信息的。
深测向和浅侧向是通过相同的电极进行测量的，通过分时使用电极，使得LLD和LLS两
种电阻率的测量相互之间的相互干扰降到最低。
深侧向的测量信号频率是131.25Hz，浅侧向的测量信号频率是1050Hz。
整个电极系由13个电极组成，其中 A4、A3、A*和M1、M2、M3为成对电极、A0为主发射电极。
测井过程中，A4、A3、A*和A0电极都和回流电极之间形成一个电位差，其中测量电压V0是在地面参考电极和一个监督电极之间获得，并通过一个电压测量电路进行测量。
测量电流就是A0电极流出的电流，通过一个专门的电流测量电路进行测量。
同时A3、A4流出的电流为动态聚焦电流，迫使测量电流流入目的地层，而不是通过泥浆或其它电阻率较低的路径流回到回流电极，这样保证仪器的探测深度以及垂直分辨率。
主要推荐在咸水泥浆，或泥浆电阻率与地层水电阻率比值小于2.5或者地层电阻率大于200OHMM的情况下使用。
一般和微球聚焦一起组合测量，这样LLD、LLS和MSFL三条电阻率曲线能够非常好地确定井眼周围的电阻率。
3、1239增强型双侧向测井仪器
1239双侧向仪器是一种强聚焦型双侧向测井仪器，用于测量地层电阻率，研究地层径向电阻率的变化。
它保留了常规双侧向的标准测井模式，增加了具有双层屏蔽的浅侧向和三层屏蔽的深侧向的强聚焦模式。
标准模式可以保证普通井眼测井，有利于研究径向电阻率变化；强聚焦模式可以在大井眼、高矿化度钻井的情况下，减少井眼影响，更精确的反映地层电阻率的变化。
仪器同时提供了格罗宁根效应较政治，保证仪器在套管口附近也能精确测量地层电阻率。
该仪器可以是以适应于一切水基泥浆的测井，具有更广泛的适用性，是双侧向仪器再一次突破性发展。
仪器包括两部分：电路部分和电极部分。
所有的电子线路都包含
在电子线路部分中，电极中无电子线路。
电路部分包括屏流参考驱动电路、测量电路、刻度及补偿控制电路等。
电极的中心是1#电极，1#电极的两边排列着同名电极2#、3#、4#、4A#、5#电极，电子线路外壳连接在电极的上部是5#电极的一部分，同样连接在电极下部的任何仪器的外壳是下部5#电极的一部分，所以必须应用绝缘短节来限定5#电极的范围。
仪器工作后，由深侧向屏流供电电路供出32Hz的深屏流，浅侧向屏流供电电路供出128Hz的浅屏流，同时供出主电流，并通过相应电极进入地层。
对于深侧向，在标准模式通过1#、4#、5#电极进入地层，回路是上部鱼雷，即电缆外皮；在格罗宁根模式回路是仪器下部电极，即电缆外皮。
对于浅侧向，浅标准模式通过1#、4#电极进入地层，回路是5#电极；前增强模式通过1#、4#、5#电极进入地层，回路是6#电极。
进入地层的电流在2#、3#电极上产生一定的电位差，该电压经平衡电路放大率波，再经多反馈电路对供电回路进行调节，使2#、3#电极电位差趋于零。
在浅增强模式，对于深、浅测量系统应用独立的反馈控制电路；在浅标准模式，深、浅测量系统应用同一控制电路。
在浅增强模式维持4#、5#电极间小于0.7Ω.m的电阻，减少了极间阻抗，在浅标准模式对于深侧向4#、5#电极间等电位。
通过电流测量电路测量有主电极流入地层的深、浅主电流信号电压ID、IS，深电压测量电路测量2#电极至深参考电极之间的深电压信号ED及相差90º的电压信号QED，浅电压测量电路测量2#电极至浅参考电极之间的浅电压信号ES。
另外，由辅助测量电路测的一个底部参考电极至2#电极的电压信号LED。
电压、电流信号经放大率波相敏检波转换成直流量。