各向异性地层性质及测井响应
1. 均匀各向异性介质中的电阻率测井响应均匀各向异性介质中电偶极子和磁偶极子视电阻率表达式，即普通电阻率测井和感应测井的测量结果为：a R R =gm R =2V H H VR R σλσ==为各向异性系数； θ为相对地层倾角；对于层状地层，垂向电阻率总是大于水平电阻率：V H R R ≥，因此，各向异性系数α通常总是大于1的。
下面给出两种特殊情况的结果：1） 对于θ=0的特殊情况，即直井情况，H a R R =；2） 对于θπ=/2（90度）的特殊情况，即水平井情况，a R =。
因此，在有倾角的各向异性地层中，普通电阻率测井或感应测井仪器反映的是地层垂向电阻率和水平电阻率的加权平均：由0度时的H R 变化到90度时的从物理机制看，感应测井在直井中的涡流是水平方向的，因此仅得到水平电阻率，而在斜井中由于涡流存在于两个方向，所以其读数为垂向和水平向电阻率的平均值。
在直井中，感应测井只是反映地层水平电阻率，普通电阻率测井或侧向测井也主要反映地层水平电阻率，这是常规电测井在反映各向异性方面的局限性。
2. 各向异性指数系数[2,4,12]在各向异性地层中，电阻率测井的响应还与井下仪器的结构有关，不同测井仪器测量出的视电阻率之间往往存在明显的差异。
如在泥岩层中，感应测井仪测量的视电阻率明显低于0.4m 电位测井仪；在砂泥岩互层，梯度测井仪测量值异常地低。
因而利用各种电测井仪的响应差异可识别电阻率各向异性地层。
在垂直井眼中，假定地层是水平的，砂泥岩薄互层、不同粒度大小的砂岩层、岩层中薄层的电阻性或电导性条带等都使地层表现为各向异性。
各向异性指数主要与砂泥岩电阻率反差程度和砂泥岩相对厚度有关。
图1是砂泥岩互层水平电阻率、垂直电阻率与各向异性指数关系图。
图1中R sh =1.0Ω·m ，Rsd=10.0Ω·m 。
h sh =h sd 目处是各向异性指数2λ最大的地方，约为3，此时R h 约为1.8Ω·m ，而R v 约为5.5Ω·m 。
R h o r R v (Ω.m )Vsh (%)实验室里已经观测到页岩的电导率具有各向异性，其系数λ介于1~3之间(Schlumberger 等，1934年；Keller 和Frischknecht ，1966年)。
各向异性系数只在横向各向同性的情况下才有意义[4]。
图4-3所示为典型的电阻率各向异性的直方图。
从图4-3中可以看出，对于大多数油藏，电阻率比值小于1.5，而较高的电阻率各向异性一般小于2.2[12]。
3. 各向异性系数与孔隙结构的关系[8]各向异性系数λ===式中，f f b x φσσ=反映裂缝附加导电性的大小。
x 值愈大，附加导电性愈强，反之附加导电性愈弱，本文称之为裂缝附加导电性系数。
各向同性的介质中x=0；λ=1。
f φ为裂缝孔隙度；σb 、σf 分别为基岩和裂缝内流体的电导率；Ω为裂缝的倾角。
图1为接近双201井参数计算的裂缝角度与各向异性系数的关系。
由于深侧向测井聚焦优于浅侧向测井，近似的有深侧向测井视电导率σLLD=σh，浅侧向测井视电导率σLLS=σσ。
当砂岩具有裂缝时，对于高角度裂缝(一般大于70°)，由于裂缝引起地层纵向电阻率比水平方向电阻率低，此时，各向异性系数λ<1，故出现正差异，即深侧向大于浅侧向；反之，对于低角度裂缝砂岩(一般小于40°)，λ>1，纵向电阻率大于水平方向电阻率，此时，出现负异常，即深侧向小于浅侧向。
裂缝产状40°～70°时，深、浅侧向测井相近(见图2)。
4. 各向异性地层的各电测井响应层状各向异性地层中双侧向测井响应特征[2]双侧向测井主要受水平电阻率的影响，而垂直电阻率对深浅侧向响应的影响程度不一样。
浅侧向由于回流电极靠近电流发射电极，主电流在回流至回流电极时，一部分电流沿着地层的垂直方向流动，因而其测井响应包含部分垂直电阻率信息;而深侧向由于回流电极较远，主电流在流向地层深处时就发散了，因此，相对浅侧向来说，深侧向受垂直电阻率的影响程度就要小得多。
在层状各向异性地层中，深浅侧向出现了相当程度的分离，从某种意义上讲，这也是侧向测井的“双轨”现象。
因此，在实际测井中，如若出现所谓的泥岩层“双轨”现象，这时就要考虑是否由岩层的各向异性所引起。
由于深浅侧向受地层各向异性影响程度不一样，这样可通过测量值来考查它们与各向异性指数的关系。
图3是在层状各向异性地层中的浅深侧向测井值的比值R LLs /R LLd 与各向异性指数λ的关系图，泥浆电阻率为 1.0Ω·m ，井眼直径为0.20m ，图中忽略了R LLs 小于R LLd 的部分。
由图3可以看出，浅深侧向测井值的比值与地层各向异性指数的对数呈正比关系，且近似线性。
地层各向异性系数（2V H H VR R σλσ==）对双侧向测井响应的影响[11] 图１的计算条件：井眼直径２０ｃｍ，泥浆电阻率１Ω·ｍ，目的层厚１０ｍ，各向异性目的层水平方向电阻率Ｒｈ＝２０Ω·ｍ，围岩电阻率Ｒｓ＝２Ω·ｍ。
从图１可以看出，在直井（井斜０°）和水平井（井斜９０°）环境中双侧向测井响应随地层各向异性系数的变化关系的差异非常大。
直井中双侧向仪器所发出的电流面方向平行于地层水平方向，仪器所测得的视电阻率基本反映各向异性地层水平方向的电阻率，随各向异性系数基本不变化。
而在水平井中仪器发出电流面垂直于水平地层，双侧向测井响应受到垂向电阻率的影响明显。
层状各向异性地层中双感应测井响应特征[2]在垂直井中，双感应测井不受地层垂直电阻率的影响，可直接得到更为准确的各向异性地层的水平电阻率。
在垂直井眼中，对于层状各向异性地层，感应发射线圈发射电磁波，在地层中感应出的涡流沿水平方向流动，这时在接收线圈上测得的信号反映的是地层水平电阻率信息。
如要利用感应测井测量地层垂直电阻率，必须使发射线圈和接收线圈轴与垂直电阻率方向垂直或保持一定角度。
在层状各向异性地层中，双侧向和双感应的测井响应特征是大有差异的，双感应的深、中感应测井曲线完全重合，而双侧向的深、浅侧向测井曲线则出现了一定程度的分离，由这些特性即可判断出低阻地层的各向异性存在与否。
另外：各向异性层状沉积岩层的双侧向响应特征[5]在直井中，沉积岩层理面与井轴垂直。
图2为不同井眼条件下无限厚电性各向异性地层的双侧向测井响应。
由图2可知，深、浅视电阻率不仅与井径dh、泥浆电阻率Rm大小有关，还与地层各向异性系数λ有关。
深、浅侧向视电阻率随着地层各向异性系数的增大而增大，且浅侧向视电阻率RLLS受地层各向异性的影响更为明显，与深侧向视电阻率RLLD出现了明显差异，其原因主要是深、浅侧向的聚焦能力不同。
图2中Rh为地层层理方向电阻率。
图3为Rm=0.1Ω·m，Rh=10Ω·m条件下计算的地层层理方向电阻率与深、浅侧向视电阻率的比值随地层倾角的变化关系。
由图3可知，在水平地层情况下，深、浅侧向视电阻率值主要反映地层层理方向电阻率。
对于倾斜地层，随着地层倾角的变大，垂向电阻率Rv对视电阻率的影响变大，特别是水平井视电阻率将主要反映地层垂向电阻率。
对于有限厚地层，其电测井的响应还要受到围岩的影响。
考虑最简单的三层介质情况，假设目的层厚度为3m，层理方向电阻率为 1.9Ω·m，垂向电阻率为10.5Ω·m，其电性各向异性系数为2.351，上、下围岩电阻率为1Ω·m，泥浆电阻率为0.1Ω·m，井眼直径为20cm。
不同倾角情况下，地层的视电阻率响应曲线如图4。
随着地层倾角θ的增大，地层视厚度(由曲线的半幅点确定)增大，视电阻率也增大。
由于受到地层厚度的限制，对于垂直地层(对应水平井)情况，深、浅侧向的测井值均未接近垂向电阻率，这主要是受围岩的影响造成的。
对于水平地层，从电性各向同性到明显的各向异性，深、浅双侧向也从正差异转向负差异，而且和高倾角地层的深、浅电阻率存在明显差异，如图5。
图5的计算条件:地层厚度为5m，围岩电阻率为1Ω·m，冲洗带地层层理方向电阻率为4Ω·m，原状地层层理方向电阻率为20Ω·m，井径为20cm，泥浆电阻率为0.1Ω·m，泥浆侵入半径为0.8m。
对于倾斜地层，由于各向异性的影响，深、浅双侧向的幅度差异特征则更为复杂。
随地层倾角的增大，深、浅双侧向从负差异向正差异过渡(图6)。
图6的计算条件:地层各向异性系数为3，其他条件同图5。
因此，对于倾斜各向异性地层来说，单纯利用深、浅电阻率的正负差异来识别油、气、水层则更为困难。
结论：(1)深、浅侧向视电阻率与地层各向异性有关，且浅侧向视电阻率受地层各向异性的影响更为明显。
(2)地层倾角较小时，深、浅侧向视电阻率主要反映地层层理方向的电阻率；随着地层倾角的变大，地层垂向电阻率对视电阻率的影响变大。
(3)含油气地层深、浅侧向视电阻率幅度差异受地层倾角和地层各向异性影响，不能简单地利用双侧向幅度差异来识别油气层。
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非均质各向异性地层中方位随钻电磁测井响应三维有限体积法数值模概要
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 7 (2016 079101 为(θT = 0◦ , θR = 0◦ , (θT = 0◦ , θR = 45◦ 和(θT = 45 , θR = 0 的三种线圈系组合形成的随钻电磁测井仪器的响应曲线变化均较为平缓, 在层界面附近均没有出现跳跃; 高阻层上的幅度比与相位差相对较小, 而低阻层上则相对较大, 且在所有的地层上均有较明显的响应; (θT =0 , θR = 45 和(θT = 45 , θR = 0 这两种线圈系组合的随钻电磁测井仪器的响应曲线完全重合在一起, 这是由于在 -4 -2 0 2 4 Depth/m 6 8 10 12 14 (a 16 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 Amplitude ratio 2.8 3.0 θT=0O θR=0O θT=45O θR=0O θT=0O θR=45O θT=45OθR=45O 直井中这两种线圈系的组合是等价的. 而倾角为(θT = 45◦ , θR = 45◦ 的随钻方位电磁测井仪器的响应曲线与前三种情况存在较大差异: 幅度比与相位差的值明显变大; 在层界面附近出现犄角, 曲线形态更复杂, 这主要是层界面上积累面电荷的影响造成的. 此外, 特别需要指出的是, 相位差曲线在 0.5 m 的薄层上的响应比幅度比曲线更加明显, 说明前者具有更高的纵向分辨率. -4 -2 0 2 4 Depth/m 6 8 10 12 14 (b 16 -5 0 5 10 15 20 25 30 Phase difference/(O 35 θT=0O θR=45O θT=45O θR=45O θT=0O θR=0O θT=45O θR=0O ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 图6 (网刊彩色直井中四种不同倾角的方位随钻电磁测井响应的对比 (a 幅度比; (b 相位差 Fig. 6. (color online The logging response of logging while drilling (LWD with different angles coil tilted angles in vertical borehole: (a Amplitude ratio; (b phase difference. -4 -2 0 2 4 Depth/m 6 8 10 12 14 (a 16 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 θT=0O θR=0O θT=45O θR=0O θT=0O θR=45O θT=45O θR=45O -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 (b 16 -5 0 θT=0O θR=0O θT=45O θR=0O Depth/mθT=0O θR=45O θT=45O θR=45O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Phase difference/(O Amplitude ratio 图7 (网刊彩色30◦ 斜井 11 层模型中四种不同倾角的方位随钻电磁测井响应的对比 (a 幅度比; (b 相位差 Fig. 7. (color online The logging response of LWD with different angles coil tilted angles in 30◦ inclined borehole: (a Amplitude ratio;(b phase difference. 079101-10物理学报 Acta Phys. Sin. -4 -2 0 2 4 Depth/m 6 8 10 12 14 (a 16 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 Amplitude ratio 2.8 3.0 θT=0O θR=45O θT=0O θR=0O θT=45O θR=0O Vol. 65, No.7 (2016 079101 -4 -2 0 2 4 Depth/m 6 8 10 12 14 16 θT=0O θR=0O θT=45O θR=0OθT=0O θR=45O θT=45O θR=45O θT=45O θR=45O (b 50 0 10 20 30 40 Phasedifference/(O 图8 (网刊彩色60◦ 斜井 11 层模型中四种不同倾角的方位随钻电磁测井响应的对比 (a 幅度比; (b 相位差 Fig. 8. (color online The logging response of LWD with different angles coil tilted angles in 60◦ inclined borehole: (a Amplitude ratio; (b phase difference. 图 7 和图 8 分别是30◦ 和60◦ 斜井情况下 (如图 1 (b, 方位随钻电磁测井四种线圈系组合的幅度比与相位差曲线响应. 可以看出, 在井眼倾斜情况下, (θT = 0 , θR = 0 的线圈系组合的响应曲线变化较小, 但(θT = 0 , θR = 45 , (θT = 45 , θR = 0 以及(θT = 45 , θR = 45 线圈系组合的测井响应曲线均出现了较大的变化, 这时由于在倾斜井眼中地层电导率在仪器坐标系中已变成完全各向异性, 电导率的交叉分量不等于零造成的, 也说明完全各向异性地层上测井曲线的处理和解释会更加困难. ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 数值结果表明: 钻铤、电导率各向异性、层边界均对方位随钻电磁波测井响应产生较大的影响; 在电阻率较大的地层, 幅度比和相位差响应越小; 发射线圈和接收线圈同时倾斜时, 幅度比和相位差响应受地层的影响更灵敏. 参考文献 [1] Li Q M, Omeragic D, Chou L, Yang L, Duong K, Smits J, Yang J 2005 SPWLA 46th Annual Logging Symposium New Orleans, USA, June 26–29, 2005 SPWLA-2005-UU [2] Seydoux J, Legendre E, Mirto E, Dupuis C, Denichou J M, Bennett N, Kutiev G, Kuchenbecker M, Morriss C, Schlumberger L Y 2014 SPWLA 55th Annual Logging Symposium Abu Dhabi, UAE, May 18–22, 2014 SPWLA-2014-LLLL [3] Neville T J, Weller G, Faivre O, Sun H 2007 SPE Reserv. Eval. 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Vol. 65, No. 7 (2016 079101 Three-dimensional finite volume simulation of the response of azimuth electromagnetic wave resistivity while drilling in inhomogeneous anisotropic formation∗ Wang Hao-Sen1 Yang Shou-Wen1 Bai Yan12 Chen Tao2 Wang Hong-Nian1† 1 (College of Physics, Jilin University, Changchun 130012, China 2 (China Petrol eum Logging Co., Ltd, Xi’an 710077, China ( Received 13 November 2015; revised manuscript received 17 January 2016 Abstract The azimuth electromagnetic wave resistivity while drilling is a new type of well logging technique. It can realtime detect the formation boundary, realize geosteering and borehole imaging in order to keep the tool always drilling in the some meaning reservoir. Foreffectively optimizing tool parameters, proper explanation and evaluation of the data obtained by azimuth electromagnetic wave resistivity while drilling, the efficient numerical simulation algorithm is required. In this paper, we use the finite volume algorithm in the cylindrical coordinate to establish the corresponding numerical method so that we can effectively simulate the response of the tool in various complex environments and investigate the influences of the change in formation and tool parameters on the tool response. Therefore, according to the typical coil architecture of the instrument of azimuth electromagnetic wave re sistivity while drilling, we firstintroduce the electrical and magnetic dyadic Green’s functions in inhomogeneous anisotropic formation by the electrical current source in the cylindrical coordinate. Through superposition principle, we derive the integral formula to compute the electric field intensity excited by tilted transmitter coils and the induction electrical potential on tilted receiving coils both mounded on the drill collar. Then, we use the coupled electrical potentials of the dyadic Green’s funct ions to overcome the low induction number problem during modeling the electrical fields in inhomogeneous anisotropic formation. Furthermore, we use Lebedev grid in both ρ and z directions to reduce the number of grid nodes, and the standard method to compute the equivalent conductivity in heterogeneous units for enhancing the discrete precision. On the basis, by the three-dimensional finite volume method, we discrete the equations about the coupled electrical potentials in the cylindrical coordinates and obtain the large sparse algebraic equation sets about the coupled electrical potentials field on the Lebedev grid. A combination of incomplete LU decomposition with the bi-conjugate gradient stabilization is used to solve the numerical solution. Finally, we validate the algorithm by comparing the numerical results obtained by two different methods, study the effects of the drill collar, anisotropy, the tilted angles of both coil, and borehole on the instrument response in inhomogeneous anisotropic formation. The numerical results show that the tool response obtained by the three-dimensional finite volume algorithm in the cylindrical coordinate system in anisotropic formation accord with that those obtained by other algorithms. The drill collar, inhomogeneous anisotropic n the formation will lead to both the smaller amplitude ratio and the smaller phase difference. In addition, when the coils of both transmitting and receiving coils are tilted, the amplitude ratio and phase difference of the tool are more sensitive to t he change in formation parameter. Keywords: finite volume method, inhomogeneous anisotropic media, Lebedev grid, azimuth electromagnetic wave resistivity while drilling PACS: 91.25.Qi, 02.30.Zz, 41.20.–q DOI:10.7498/aps.65.079101 * Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41574110 and the National Science and Technology Major Projectof the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2011ZX0520-001. † Corresponding author. E-mail: wanghn@ 079101-13。
各向异性地层性质及测井响应
各向异性地层性质及测井响应1. 均匀各向异性介质中的电阻率测井响应均匀各向异性介质中电偶极⼦和磁偶极⼦视电阻率表达式，即普通电阻率测井和感应测井的测量结果为：a R R =gm R =2V H H VR R σλσ==为各向异性系数；θ为相对地层倾⾓；对于层状地层，垂向电阻率总是⼤于⽔平电阻率：V H R R ≥，因此，各向异性系数α通常总是⼤于1的。
下⾯给出两种特殊情况的结果：1）对于θ=0的特殊情况，即直井情况，H a R R =；2）对于θπ=/2（90度）的特殊情况，即⽔平井情况，a R =。
因此，在有倾⾓的各向异性地层中，普通电阻率测井或感应测井仪器反映的是地层垂向电阻率和⽔平电阻率的加权平均：由0度时的H R 变化到90度时的从物理机制看，感应测井在直井中的涡流是⽔平⽅向的，因此仅得到⽔平电阻率，⽽在斜井中由于涡流存在于两个⽅向，所以其读数为垂向和⽔平向电阻率的平均值。
在直井中，感应测井只是反映地层⽔平电阻率，普通电阻率测井或侧向测井也主要反映地层⽔平电阻率，这是常规电测井在反映各向异性⽅⾯的局限性。
2. 各向异性指数系数[2,4,12]在各向异性地层中，电阻率测井的响应还与井下仪器的结构有关，不同测井仪器测量出的视电阻率之间往往存在明显的差异。
如在泥岩层中，感应测井仪测量的视电阻率明显低于0.4m 电位测井仪；在砂泥岩互层，梯度测井仪测量值异常地低。
因⽽利⽤各种电测井仪的响应差异可识别电阻率各向异性地层。
在垂直井眼中，假定地层是⽔平的，砂泥岩薄互层、不同粒度⼤⼩的砂岩层、岩层中薄层的电阻性或电导性条带等都使地层表现为各向异性。
各向异性指数主要与砂泥岩电阻率反差程度和砂泥岩相对厚度有关。
图1是砂泥岩互层⽔平电阻率、垂直电阻率与各向异性指数关系图。
图1中R sh =1.0Ω·m ，Rsd=10.0Ω·m 。
h sh =h sd ⽬处是各向异性指数2λ最⼤的地⽅，约为3，此时R h 约为1.8Ω·m ，⽽R v 约为5.5Ω·m 。
泥浆侵入电阻率各向异性对多分量感应测井影响分析
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯｉ ａ ｄ Ｇａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｊ ｎ ２ １ Ｖｏ． ４ Ｎｏ ６ ｏ ｒ ａ ｌ ｎ ｓ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｕ ． ０ ２ ｏ １３ ．
பைடு நூலகம்
２１年 ６ ０２ 月 第３卷 第６ ４ 期
・ ５ ８ ・
泥 浆 侵 入 电 阻 率 各 向 异 性 对 多 分 量 感 应 测 井
一
二 Ｔ （ 一 Ｚ ） 】 ｘ （ ｉ ｓ ｅ ｐ － ｉｈ ２ ． ）２ Ｔ ｒ ｅｐ － ｋ ） Ｅ ｘ （ ｋＲ）
（ ４）
引 入 Ｈｅｔ 势 ， ｒｚ 与电场 的关 系为 ： ｒｚ Ｈｅｔ 势
（ ５）
Ｘ、 Ｚ方 向上 的单位 磁偶极 子在 均匀 各 向异 性介 质 中产生 的 Ｈｅｔ 势可 分别 表示 为嘲 ： Ｙ、 ｒｚ
（， ｒ ＝ ＝ ＝ Ａ
——■ 一
（ ｒ ） 一 — ｐ（ ｖ ） ｒ， ｅ ｉ Ｓ ｘ － ｋ
的磁 偶极 子 。 收 线圈 中测得 的磁 场张 量 再 为 ： 接
Ｆ ￣ Ｈ ｘ Ｈ Ｘ ］ Ｈ ｘ ｙ Ｚ
Ｈ ＝ ｘ Ｈｙ Ｈ Ｉ ＝ Ｈｙ ：ｌ ｙ
Ｌ ｚ Ｈ Ｈ ｘ
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ０ ２—０ —２ ３ ｏ
（） ３
Ｈ ｚ Ｚ
［ 基金项 目］ 国家 自然科学基金项目 （ ０ ７０ ３ 。 ４ ７ ４ ７ ） ［ 作者简介］刘迪仁 （ ９ ５一 ，男 ，１８ １６ ） ９６年江汉石油学院毕业 ，博士 ，副教授 ，现主要从 事电法测井正反 演、复杂储层 测井评价 及 光 纤 传 感 技 术 等 方 面 的 理论 和应 用研 究 工 作 。
・
８ ６・
石 油 天 然 气 学 报
水平井各向异性地层双感应测井响应数值模拟
水平井各向异性地层双感应测井响应数值模拟胡松;周灿灿;王昌学;孔强夫;袁超【摘要】地层电阻率是影响油气评价的重要参数,水平井中常利用感应测井确定地层电阻率,由于水平井与直井测量环境有较大差异,响应方式势必与直井不同.基于三维数值模式匹配法模拟了水平井各向异性地层双感应的测井响应,分析了地层各向异性系数、围岩层厚、地层界面距离、泥浆侵入、不同地层对比度以及围岩和各向异性对各双感应测井响应的影响.模拟结果表明:目的层高阻时,水平井中双感应受围岩影响较大,低阻时受围岩影响较小;当目的层较薄时,围岩影响要大于各向异性影响;水平井中双感应幅度差主要受围岩影响,各向异性较小时,其幅度差可忽略.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)011【总页数】5页(P10-13,26)【关键词】双感应;水平井;数值模拟;各向异性;围岩层厚;幅度差【作者】胡松;周灿灿;王昌学;孔强夫;袁超【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE142随着非常规油气的大规模勘探开发，水平井技术已成为油气勘探中一种不可缺少的技术［1］，特别是在泥页岩储层中。
这类储层，砂泥薄，地层电阻率表现出宏观各向异性［2］，由于水平井中，仪器不再是水平轴向对称［3］，导致电阻率各向异性对测井响应产生影响。
测得的视电阻率往往偏离地层的真值。
各向异性地层同时也受到井眼、围岩层厚以及泥浆侵入等影响，造成仪器响应规律十分复杂。
因此，针对水平井各向异性地层双感应进行正演数值模拟，分析各种因素的影响是很有必要的。
运用三维数值模式法［4—9］对水平井中各向异性地层的双感应测井(深、浅侧向电阻率)响应进行了数值模拟，分别分析了地层各向异性系数、围岩层厚、地层界面距离、泥浆侵入对各向异性地层双感应测井响应的影响，数值模拟结果可指导水平井双感应资料解释。
随钻测井四极子探测地层横波各向异性
其 中Ｒ是转置矩阵 ：
ｒ ａ ｃ
ｆ
＾。 ｌ
新的硬度张量就变为 ：
０
Ｏ
ｏ ‘ ｉ口 ｌ
ｌ ０
‘
０
０
Ｏ
Ｏ
筐
匡 苣
日 ＾一十谴ｎ ２ 矗■ 十
直 ）ｔ ￣ １ 。 ｌ ｉ ｏ ＇
ｔ ｏ
… … … ＾ ｐ ～ …
这与Ｔ介质 中电缆 偶极子仪器 的测量结果相似 Ｉ 。
“）● － ’－越 －
本 文利用有限 差分方法 模拟 四极子 波的传播 ，用 横向各 向同 性 （ Ｉ 模型来描述地层的各向异性 。１介质的弹性刚度张量为 ： Ｔ） 广 Ｉ
ＣＩ ＣＩ ＣＢ 】 ２ Ｃｌ Ｃ” Ｉ ｃ＝
偶极子频散曲线也不能逼近真实 的地层横波速度 。这些特性使得四极 子比偶极子在随钻测井 中更具有优势 。现场实例 已经证明了用四极子 测量 硬地层 和软地层横波速度 的有效性“ 一。在此基 础上 ，本文 着重
研究通过随钻测井环境下四极子波形模拟以及速度分析来探测识别地 层横波各向异性 。
质 Ｔｍ 数 ： ； ％ ；＝ 毫 。ｈ 参 为 ： ｏ。 ， 坠 ＝
对 于沉积岩 和结晶岩 ，参数 有很大的 变化 。当波阵 面是 椭 圆 时， 选择 ＝ 的特殊情况 。用 不均匀的有限差分格 子，选择井眼大 小 为８ 英寸 ，泥浆 比重为 １ ｌ ｇｌ ． ５ １ｂ ａ。假设泥浆硬度和水 的硬度相同 ， ／ 已知泥浆慢度 为２７ ｓｆ，钻铤的 内部直径 为 ２ ２ ＃／ ｌ 英寸 ，外 部直径为 ７ 寸 。纵波 、横 波 慢 度分 别 为５ ／ 和 ９ ／ ／ ，钻 环 密度 为 英 ２ ７ａ ｓ
基于偶极横波测井的地层各向异性研究
ｌｇ ｄ ｔ． Ｔｈ ｒ ｃｉａ ｏ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｒ ｖ ｈ ｔｔ ｅａ ｏ ｅｍ ｅｈ ｄ ａ ｄ ｐ ｉｃｐ ｅａ ｅｍ ｕ ｈ ｂ ｔ ｏ ａａ ｅ ｐ ａ ｔ ｌｌｇ ａ ｐ ｉ ｔｏ ｓｐ ｏ ｅｔ ａ ｈ ｂ ｖ ｔ ｏ ｎ ｒｎ ｉｌ ｒ ｃ ｅ— ｃ ｃ
第 ３ ２卷第Biblioteka ５期 测井技
术
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｏｃ ２ ０ ｔ ０ ８
２０ ０ ８年 １ Ｏ月
Ｗ ＥＩＩ ）； ＮＧ Ｉ（ （Ｇ１ ＴＥＣＨＮ（ Ｉ（ （Ｙ ） ，）
文 章 编 号 ：０ ４１ ３ （０ ８ ０ —４ ２０ １ ０ —３ ８ ２ ０ ） ５０ １—５
Ａｂ ｔａ ｔ Ｓ ｒ ｔ ｍ ｎｓ ｔｏ ｙ ｏ ａ ｂ ｎ ｔ ｅ ｅ ｖ ｉ ｉ ｒ ｏ ｉｉｎ ｉ ａ ａｙ ｅ ｔ Ｉｌｇ ｄ ｔ Ｏ ｓｒ ｃ ： ｔａ ｕ ａ ｉｏ ｒ ｐ ｆｃ ｒ ｏ ａｅｒ ｓ ｒ ｏｒ ｎ ｏ ｄ ｖｃａ ｓ ｎ ｌ ｚｄ ｗｉ ＤＳ ｏ ａ ａＳ ｈ ａ ｏ ｄ ｔｒ ｉｅｆａ ｔ ｒ ｒｅ ｔｔ ｎ ａ ｄｍ ａｎ ｈ ｒｚ ｎ ａ ｅ ｔ ｎｃｓｒ ｓ ｒｍ ｕ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ ｓｔ ｅｅ ｍ ｎ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｉｎ ａ ｉ ｎ ｉ ｏ ｉｏ ｔ ｌ ｃｏ ｉ ｔｅ ｓｉ Ｔａ ｉ Ｉ ｐ ｕ ｅｄ ｐ ｎ ｅ ｏ ｔ ｎ ｒ
基 于 偶 极 横 波 测 井 的地 层 各 向异 性 研 究
祁 斌 ，夏宏泉 ，房 国庆 ， 白新 国
（ 西南石油 大学石油Ｔ程测 井实验 室 ， 四川 成都 ６ ０ ０ ） １ ５０ 摘要 ：为确定塔 中 Ｉ 断裂坡折构造 带裂缝走向和水平主应力方位 ， 号 利用偶极横 波成像测 井资料进行 奥陶系碳 酸 盐岩储层各 向异性研 究 。在分析偶极 横波测井仪发射与接收信号特征 的基础上 ， 研究 了横 波分裂现 象在裂缝性地 层 和构造应 力不均衡地层中的响应特征 。综合利用 Ａｌ ｒ ｆ ｄ旋转分析法与反演分析 法提取 了地层快 、 ｏ 慢横波 的慢度 与方位 ， 以此评价地层各 向异性 。参考 Ｆ 成像资料对塔 中 Ｉ号断 裂坡折构造带部分 井奥 陶系碳 酸盐岩储层 的各 ＭＩ 向异性进 行了分析 ， 研究认 为快 、 慢横波在评价 由裂缝和构造应力不 均衡 引起 的地层各 向异性 中具 有 良好 的应用
岩石各向异性在水平井测井解释中的应用
1998年
岩石各向异性的实验装置及测量结果
由于目前用的赫斯勒型夹持器只适用于圆柱形 岩样, 为此设计制造了适合于方形岩样的常温高压 多参数夹持器, 最大围压为60 M Pa, 最大轴压为70 M Pa, 最大流压为30 M Pa。研制的高温高压多参数 探头可以在温度100℃、压力100 M Pa 下同时测量 岩样的纵、横波速度、电阻率、渗透率和温度。图1是 夹持器示意图。把经加工制备好的岩样放入夹持器, 可在相同条件下同时测量某个方向的多个参数, 通 过改变岩样方向, 得到不同方向的测量值。还可用这 套装置进行驱替实验, 图2是用该夹持器进行油驱水 得到的电阻率增大系数 I 与含水饱和度 S w 的关系 图。
的电阻率。 用下式计算岩样纵波和横波各向异性系数
m = V H V V = (V X + V Y ) (2V Z ) (2) 式中 m ——声波各向异性系数;
V H、V V ——平行和垂直层界面方向的声速; V X、V Y、V Z ——沿岩样 X 、Y、Z 方向的声速。 图3是一口垂直井的测井曲线, 在该井的3 097 ～ 3 150 m 是打水平井的目的层段, 油层厚度约53 m , 上部岩性较好, 下部岩性较差, 层内有明显的高 阻夹层, 上部油层的平均电阻率为12 8 m , 声波时 差平均值为287 Λs m , 密度值为213～ 2135 g m 3, 中 子孔隙度为18 p. u. , 泥浆电阻率为0155 8 m。水平 井穿过该层的中上部, 距油层顶界面约5 m 左右, 水 平段最大波动幅度为113 m , 水平段长度为37316 m。图4是水平井中物性较好段的测井曲线, 从图中 可以看出储层的横向非均质性较大, 出现许多高阻
ΚR H 1 + (Κ2 - 1) co s2Η
随钻电阻率各向异性影响机理分析
阻 率影 响增 大 ， 其值 增 大 ； 不 同 源距 的电阻 率 ， 使 对
２ 井斜角（ 地层倾 角） 和地层各 向异性 对 随 钻 电 阻率 的影 响分 析
图２ ～图 ３是相 对夹 角与 电阻率 的关 系。 然 ， 显
地层水平 电阻率 Ｒ ，所 以 Ｒ 曲线越接近地层的水 平 电阻率， 越有利于准确的地层评价。 由于各 向异 但 性 的存在， 电测 曲线偏离水平 电阻率， 会使 偏离程度 严重时会导致地层评价结果可靠性变差。电阻率 的
在各向异性介质计算 中利用的 １ 和 仃 有效 ３ ＂ 值来 自于层状地层的电导率和厚度 （ 体积百分 比） 。 如果层状地层包括具有电导率 １ 和 仃 的两种介 ３ ＂ ： 质， 体积百分 比分别为 ａ １ａ各 向异性电导率由 和 －，
式中： Ｒ、 盯 分别为地层水平方向、 Ｒ 和 仃 和 垂直 方向的电阻率或 电导率。
通常 ， 在直井 中测量的电阻率是水平电阻率 。 当 地层倾角相对较小时 ， 通常可忽略各 向异性的影响 ， 但 当地层倾角较大时 ， 各向异性的影响很大。 图 １ 从
不 难看 出各 向异性 与地 层 产状 间的关 系 。
看作为等同于类似水平 电阻产生的平均电导率。垂 直 电导率控 制着 电流垂 直 流到地层 面 。该 电流看 作
是 电阻率 等 同于一 系列 电 阻产生 的平均 电阻率 。
（） １ 各向异性可能造成直井 电缆电阻率测井和 Ｌ ＷＤ电 阻率测 井 曲线 出现偏 离 ，当相对 夹角 ０较
高 时更 为突 出 ；
随着 ０增大， 各向异性对深探测的电阻率值影响最 大（ 越明显） ； 各向异性随 ０变化对 电阻率影响表现 为， 对相位电阻率的影响大于对衰减 电阻率的影响 ； 频率低 ， 非均质性对实测 电阻率影响越小 ； （ ）当小于 ４ 。时， ３ ０ 地层各 向异性对 Ａ Ｃ Ｒ （Ｄ ＭＰ Ｅ ） ＤＬ测 量 结 果 的 影 响 甚 微 ， Ｃ Ｒ、 Ｒ、 ＷＲ 和 Ｉ 两 者测量值基本保持一致且非常接近 地层真 电阻率
各向异性地层电磁脉冲测井响应的FDTD模拟
第 ３ 卷第 ２期 １
２０ ０ ８年 ４月
勘 探 地 球 物 理 进 展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｐ ｏ ａ ｉｎ Ｇｅ ｐ ｙ ｉｓ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｅｘ ｌ ｒ ｔ ｏ ｈ ｓｃ ｏ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ２ １３ ， ． Ａｐ ． ２ ０ ｒ，０ ８
向 电阻率 的影 响 。
异性地 层 中 的电磁 脉 冲测 井 响应 特征 ， 考查 复 杂各 向异性 地 层对 电磁 脉 冲测 井 响应 的影 响 。
１ 电磁脉冲测井理论及数值计算方法
１ １ 电磁脉 冲测 井理 论 ．
本研 究 中， 电磁 脉 冲测 井 仪器采 用 单发 双收 线 圈系 。发射 线 圈通 高斯脉 冲激 励 电流 ， 冲底座 宽 脉
度 为 纳 秒 数 量 级 。 对 于 各 向 异 性 地 层 ， 用 采
Ｗａ ＿提 出 的 方 法 计 算 视 电 阻 率 ， 两 接 收 线 圈 ｉ６ ｔ 即
ＲｌＲ２ ， 的脉 冲响 应 为 Ｖ１ ｆ 和 Ｖ２ ｆ ， Ｖｌ ｆ 一 ０ （） （） 设 （） 的 时刻为 ｔ， （） Ｖｚｆ 一０的时 刻 为 ｔ， 别 称 为接 收 ｚ分
线圈 Ｒ 和 Ｒｚ脉 冲 响 应 通 过 零 点 的 时 间 ， 地 层 则
视 电阻率 表示 为
一
和径向探测深度之间 的矛盾 ， 且具有频带宽、 信息
量大 ， 能在 时 间域 内 提取 目标 信 息 等 优 点 ， 因此 受
到更 大 的关 注 。１ ５ ９ １年 ， ｉ６就 对 瞬 态 电 磁 波 Ｗａ ＿ ｔ］ 的距 离 。
已发 现 的 油 气 藏 中 ， 向 异 性 油 气 藏 约 占 各 ２ ～３ ， 地 层 电阻率参 数测 量 的准 确程 度直 Ｏ／ Ｏ／ 对 ９ ６ ９ ６
地层方位各向异性
地层方位各向异性第l1卷第6期圉虾曲乞勘摞747④谣方位各向异性Bertchenin等着Ch,enlnJB主题词方位各向异性交叉偶极横波分裂裂缝你对钻井过程中的井眼稳定性存在疑问吗?产层具有裂缝渗透率吗?裂缝方向是怎样的?局部应力状态是怎样影响增产计划的?厚殖,衽叶,l寸,所有这些问题都有一个共同点.要回答这些问题,就需要测量地层的方位各向异性自1927年在法国首次采用电缆测井以来,井眼中记录的大多数信息都表明地层特性是随井中的深度或井旁的深度而变化的.这个数据是一维的,因为只有深度是可变的.当今复杂的油藏评估需要更广泛地反映地下情况.不仅要弄清物理性质是怎样随深度变化的,而且还要掌握井眼附近这些特性的方位分布本文介绍了测量地层方位各向异性的创新技术,这就是交叉偶极声波测量法.探测仪探测仪除了具有一个单极发射源和一组单极接收阵列以外,还包括能排成一线或排成互相垂直的两个偶极声渡发射器和一组8个偶极的接收器.偶极发射源及接收器发送或接收与其表面垂直的质点运动.每个偶极接收器记录着称作轴和Y轴的两个水平,正交轴上的数据.实际上,每个X,Y轴方向都有一个发射器和8个接收器.仪器简图如图1所示对于8个当中的每一个接收器,测井仪记录4个分量,这4个分量为:删——方向作为发射源,方向接收器记录的波形皿L_一方向作为发射源,Y方向接收器记录的波形.n._一Y方向作为发射源,Y方向接收器记录的渡形.——Y方向作为发射源,方向接收器记录的波形.图2示出了由8个接收器当中的一个得到的4个单一分量的数据集.取决于岩石的压实作用,探测深度是1R一4n,这个穿透深度是很重要的特征.与之相反,以往研究的大多数技术都是依据探测深度很浅的电阻率数据或井下声波成像仪获得的数据来估算各向异性的.横波和各向异性在各向同性介质中,偶极源产生的挠曲渡(横渡)沿井眼传播,且质点运动与传播方向垂直.让我们假设一个各向异性模型是由南北向的一叠垂向平板建成的(图3).这个简单模型代表裂缝性地层.平行于平板方向的横渡速度()较快,而垂直于平板方向的速度()较慢.当偶极源和接收器顺着平板的方向(南北向)排列时,质点运动方向与平板是平行的,并且*收稿日期:1999年6月1日.原文有图8幅.编时删去其中1幅,图号重新排序.ZL,CPT泽荣宝牛748国外油气勘探10f3图1撂测杖.图中显示了发射器,隔离器厦接收器部分,该仪器直径3.88i~.,可在直径45in一21in的井中使用.谊杖器适台于在400.F的温度,:~0000psi的压力下剐量999缸图28个接收器之一记录的波形.该图显示了4个分量:,,W厦YX图3描述各向异性介质中横渡性能的简单模型图4措波的分裂.产生的横波分裂成两个子波,较?的子波与裂缝平行,较?l蔓的子波与裂缝垂直第11卷第6期地层方位各向异性"裂缝"是看不见的.而测井攸仅测出.然而,当偶极源和接收器与平板方向垂直时,质点运动就会受到每个板之间界面的影响,这时仪器测出慢横波速度(K).当偶极源既不平行也不垂直于"裂缝"方向时,原先的挠曲横波分裂成两个子波.一个子渡以快横波速度()传播,并且质点运动与裂缝方向平行;而另一个子波则以慢横波速度()传播.这种现象称作横渡分裂或横渡双折射(图4).交叉偶极数据处理处理交叉偶极数据的常规方法是利用Afford(1986)描述的分析法将4分量偶极阵列(,皿,,YY,YX)旋转成两个主波阵列,然后单独处理每一个单一的波列,从而获得快,慢横渡速度称作Afford旋转法的该项技术还应用于垂直地震剖面(VSP)这项技术的主要缺点是,当速度分析误差值达到快,慢横波速度的差值时,用:Mford旋转法确定方位有90~的双值性这要求我们开发出新的处理方法Tang和Chunduru(1997)研究了一种能降低方位双值性,又能准确测量各向异性参数的新的反演技术.新方法是根据各接收器之间的波形拟合进行的.根据这种仪器的构型,能在每个深度点对32对接收器进行估值.在对数据集中所有接收器对接收的时间和振幅延迟进行多次对比之后,再应用迭代全局最小值的处理方法,Tang-Chundum方法同时得到快速方向和,值因此,该项新技术不受与Afford旋转法有关的方位双值性的影响.美国中大陆区应用实例我们阐述该探1测器在美国中大陆的应用实例.常规测井分析表明该区有70ft厚的含少许白云岩的钙质砂岩.孔隙度范围4%～8%,层段上部孔隙度较高该层顶部一个小泥饼的形成表明层段上部的渗透率有限.由于该砂层孔隙度和渗透率较低,因此不像是一个好的远景区为了证明该测量结果具有重复性,用探测器在相同层段记录了3次.图5表明了两个轴向分量XX和的基本处理过程.左边记录道的曲线是伽马射线测井曲线2号道(左边第二个道)示出了分量方位该实例中,探测仪在砂层段旋转360~.3号道是XX和IT分量的视横波速度曲线.视速度随探测仪在井下的旋转而变化,这清楚地表明了地层的方位各向异性.然而,在该处理阶段,由于测量值是有限的,故没有指出各向异性值和方位.图6显示了利用Tang和Chundum(1997)的反演技术进行全交叉偶极处理的结果. 所有3次都经过处理,表明了处理的稳定性.第1道显示了伽马射线测井曲线和仪器方位.在所有这3次中,仪器每50fi旋转一圈第2道的曲线表明了地层的慢与快横波速度以及井孔XY方向的直径.第3道的曲线,称作ISO.s1,是一个反演过程的有效性标志.反演过程中,同时考虑了各向同性和各向异性模型.当快横渡分量的模拟和测量的速度拟合较好时,ISO—s1的值为正,否则为负.当IS0一S1为负值时,推测地层是各向同性的.第4道显示了各向异性程度和由多次计算得出的标准偏差值右边的最后一道是各向异性方向(或裂缝走向)以及根据3次测井计算出的标准偏差.该特殊实例中,各向异性位于砂岩段,并且总是东西向.特别强调的是,各向异性方向与仪器的实际位置无关.尽管测井当中探测仪总是快速旋转,但各向异性的方向仍保持不变.这种恒定性证实了该过程的有效性.以更多的"用户友好的"方式显示信息是可能的图7的显示中,图反映的是井眼附近横5'50国外油气勘探999矩■畦船譬科艇薯三uq霹辞匠霉譬田惟智田惦辉譬赳.崃定雌崃譬掣霹蝌鲁丰面譬掣纂寒蓉k哪奄嫜÷窄恬田星星广,<)'∽P-,,一,宕—量一置霉毒昌惜0:}昌鲁:厘趔噬:柽蘑霉厘牝暑虽莩C§ll\,/.,—一窖^-一,r,斟亲羞.●第11卷第6期地层方位各向异性75l图7旋转360~所显示的信息图一图中色彩的变化表示井眼周围横波速度的变化波速度的变化情况.这种情况下,快横渡速度指向东西向各向异性与平行于快横波速度的的裂缝系统有关.裂缝的显示表明该砂层是一很有前景的层段,即使岩石渗透率较低,从该地层借助裂缝也可产出有经济价值的流体.译自TheLeod/ng&,,T(.1.18,No.2,1999译者简介牛宝荣女.助理工程师.1962年生,自学英语大专毕业,一直在吐哈研究院从事情报工作曾发表译文数篇.(本文编辑宋焙)。