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。

电阻率与电阻的关系可用电阻定律来表示：对一导电均匀的物质，其电阻值r 与导体长度L （米）成正比，与截面积S （米 ²）成反比： S

L R r = （欧姆） 比例系数R 称导体的电阻率，其值仅与导体的性质有关： L

S r R =（ 欧姆·米） 电导率是电阻率的倒数，即 R C 1=

(姆欧/米) 感应测井原理：感应测井是利用电磁感应原理来测量地层电导率的

感应测井使用交变电磁场对地层电阻率进行测量，不会因为井内不存在导电介质而受到限制。常规感应测井使用的场频较低（多数使用1kHz ），通过测量接收机的感生电动势，对地层电阻率进行分析，它已逐步发展成为常规测井系列中一个主要的电法测井项目。常规测井方法到目前已经发展的较为成熟，取得了许多成功的应用经验。随钻电阻率测量的理论依据是电磁波的传播效应，对于固定的电磁场，不同的地层由于其地质参数的差异对与电磁场的响应也各不相同，不 地 层 井 眼

发射线圈 接收线圈 感生电流 大地环 发射线圈电路 接收线圈电路

同的钻井环境（如油基钻井液，空气钻井）同样也会影响电磁场的分布，通过检测电磁场的变化，就可以获得地层和钻井环境的有关信息，随钻的含义就是在钻井的过程中，对井下的钻井参数进行实时的测量跟踪。随钻测量的优势在于：可以获得井眼周围地层最原始的地质资料；帮助工程人员及时调整钻井方案，以求得到最佳结果。

电极系的分布

在确定了电阻率测量方法之后，接下来的需要对电极的分布进行分析。首先，测量工具是安装在无磁钻铤上的，为了使得工具更加牢固，通常选择两个接收机之间的距离为6in（15cm），同时，这样的距离可以在给定的2MHz的场频下获得接近1.57rad的最大相位差。发射机到接收机的距离由发射机的功率和接收机的动态范围来确定，此外其他的一些因素也会影响测量的结果，例如：绝缘效应随着源距的增加而增强，而井眼和侵入带的影响逐渐减小，反之亦然。一般来说，源距越小，探测深度也就越浅。应当根据实际情况的需要合理调整源距，在多发射机结构中，利用不同的源距可以提供多种探测深度。

地层电阻率的动态范围很大约100dB（m

Ω

50000），因而对接收

⋅

⋅

Ω

5.0～m

机的动态范围也有较严格的要求，但扩大动态范围的同时还应考虑接收机灵敏度的问题，两者的选择彼此制约，应力求达到最佳。因此场频的选择是往往根据电阻率随钻测量系统的要求选定的。不同场频有着不同的应用环境，在可用的频带内按照如下区间划分：

200

2k

20k 200k

2M 20M

200M 2G

工作频率

图2

在实际的钻井作业中，钻井液会向地层中渗透，根据钻井液侵入地层深度的不同，以井眼为中心，划分四个不同的区域：井眼、冲洗带、过渡带和原状地层。如下图所示：其中Rm 为井眼中的泥浆电阻率；Rxo 为冲洗带电阻率；Rs 为围岩电阻率，Rmc 为泥饼电阻率；p 为测量地层的真电阻率；Di 为冲洗带直径；

图3

在随钻电阻率测量系统中，场频通常选择2MHz ，已有的经验也证实，2MHz 的随钻测量工具是行之有效的，过高的频率会增加接收机测量的动态范围，同时对工具的绝缘性能提出了很高的要求，而过低的频率会导致天线效率的下降，因

此必须增加仪器的长度，增大源距，才能达到相位测量的灵敏度要求，相应的发射机的功率也会因此而大大提高。

.参考文献：

【1】“定向钻井”[英] T. A. 英格里斯苏义脑译石油工业出版社

【2】、“随钻测量与井筒油气评价技术”曹来勇，王镇生，何炳振石油大学出版社

【3】、“地球物理测井仪器”胡澍石油工业出版社

【4】、“测井方法与资料应用”陈一鸣江汉石油学院

作者简介：

二十世纪九十年代，定向和伽玛测量仪器已经能够满足绝大多数消费者的需求，但近来消费者普遍要求增加随钻电阻率测井功能。Geolink公司在2001年底已经生产出随钻电阻率工具，并于2002年1月，在Geolink公司的目录上，对此产品（TRIM感应电阻率MWD）作了简单的介绍。

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laterologs上（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），最普遍使用的是电磁波电阻率测量仪器（操作频率1-2MHZ）。由于基于电阻率测量影响钻铤的限制，这些方法都需做些技术让步，并且通过这些方法，其加工成本昂贵，操作、维修复杂。地质学家和石油物理学家们发现把MWD仪器测井结果与通常使用的电缆感应（20KHZ）测井相关联在一起十分困难，尤其是在地层形成为各向异性（例如在水平井产层中进行测量时）的条件下，电磁波测量的广泛使用更反映了这一问题。

因此，我们的电阻率工具在设计中应采用以下四条重要的原则：

1）它必须能同现有的定向MWD系统相兼容，并可以继续升级。

2）Geolink公司的客户有能力支付此项技术的费用。

3）仪器使用简单，易操作、易维护。

4）测量值必须十分精确，前后一致，且可直接同其它测量方法的结果相比较（如Laterolog感应法）。

于是我们研制出了20KHZ频率的感应电阻率工具，它所附带的短钻铤能够与标准定向/伽马系统相对接（插入或拔出）。除了电阻率钻铤短节和将探管插入短节内所需的附件以外，其余部分都可以使用通用尺寸，因而可节省投资。另外，天线也安装在钻铤的一侧，因此测量结果中带有方位角（或方向）参数。通过对