阵列感应
第11讲阵列感应测井
z2.物理基础与方法原理
常规感应测井仪线圈系 z各种浅探测测量结果都受到井眼不规则和井眼 附近的其它因素影响。所带来的后果，特别是由 于一系列井眼不规则导致的测量噪声，常常影响 处理后的深电阻率读值。 z针对常规感应测井中深感应探测特性和纵向分 辨率的不足，1987年HES在常规感应线圈系的基 础上对线圈系进行了重新设计，研制出高分辨率 感应测井HRI（High Resolution Induction）。
z1.发展历程
z感应测井先后经历：常规感应测井（包括简单 的双线圈系、复合六线圈系、双感应组合测井 等）、高分辨率感应测井、高分辨率阵列感应测 井等几个阶段。 z1985年，SLB推出相量双感应测井仪器，能测 量感应测井中的虚部信号。 z1985年，英国BPB公司首次实现“软件聚焦”思 想，推出了商用的阵列感应测井仪器AIS（Array Induction Sonde），线圈系为一个发射线圈和四 个接收线圈。
z1.发展历程
z1957年，A.Poupon提出了阵列感应和“软件聚焦” 的思想，由于技术的限制，当时在测井仪器上未 能实现。 z感应测井最初设计是应用在不能使用直流电测 井的环境，如油基泥浆井、没有泥浆的井、塑料 套管井等。 z生产实践逐渐证实，在淡水泥浆井、原状地层 电阻率较低的地层也有非常好的应用价值。
z2.物理基础与方法原理
z1949年，Doll把电磁感应现象引入测井中，阐述 了感应测井的基本原理。 z发射线圈中的交流电流在接收线圈中产生一次 感应电动势。发射线圈和接收线圈均在井内，线 圈周围的介质可看成是由无数个小单元环组成。 z发射线圈的交流电流必然要在井周围闭合的小 单元环中感应出涡流，此涡流产生的二次交变电 磁场在接收线圈中也必然产生二次感应电动势； 二次感应的电动势与地层的电导率有关。
阵列感应测井原理及应用
阵列感应测井原理及应用摘要：本文探讨了阵列感应测井原理，论述了在判断地层水矿化度方面的应用效果，阵列感应在使用中也存在一些缺陷，阵列感应在处理中，人为因素较大，不同的参数处理结果差异较大，这就造成了阵列感应在使用过程中对解释有一定的误导，引起对阵列感应可靠性的怀疑，这在以后的处理方法中有待改进。
关键词：阵列感应测井矿化度应用效果一、阵列感应测井原理简介阵列感应测井的最基本原理与普通感应测井原理类似，但它在硬件上采用简单的三线圈系结构，这种线圈系没有硬件聚焦功能，它采用数学方法对呈不对称形状的纵向响应曲线进行软件聚焦处理。
它由7组接收线圈对和1个共用的发射线圈组成，实际上相当于具有7种线圈距的三线圈系。
在接收线圈系的设计上充分考虑了以下几个问题：（1）、消除直藕信号；（2）、三线圈子阵列纵向特性的频率响应没有盲频；（3）、要有若干子阵列分别反映浅部和深部地层信息；（4）、各接收子阵列之间的间距应按一定规律变化和分布；（5）、离发射线圈较远的接收子阵列应考虑发射功率和接收信号的强度。
高分辨率阵列感应测井仪在硬件设计时充分考虑了上述因素，它的每个接收线圈系都由两个相互对称的线圈组成，即一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，它利用了两个线圈电磁场叠加原理，来实现消除直藕信号影响的目的。
在线圈系的排列上设计了最小线圈距为6in，最大线圈距为94in，在这两个线圈距之间采用了近似于指数形式的线圈系分布，即全部子阵列间距为6in、10in、15.7in、24.5in、38.5in、60in、94in。
这种排列方式不仅有利于采集浅部地层和深部地层信号，而且有利于径向有效信息的均匀采样。
发射信号是加到一个单独的发射线圈上的，这种方法能使发射器的有效功率变为最大，由发射线圈发射出的是一个形状为方形的电压波形（即方波），发射波采用方波是由于其具有较高的发射频率，对于给定的电压能使发射线圈的功率变为最大。
而且它具有宽的频谱，它包括了方波频率（约等于10KHZ）及所有的奇次谐波的能量，因此每个线圈可以在10、30、50、70、90、110、130、150KHZ共8个频率下同时进行工作。
高分辨率阵列感应测井评价技术多媒体2002
测量信息进行井眼环境影响
校正，然后进行优化合成， 可以形成多种纵向分辨率电 阻率曲线曲线。
多种径向探测深度
常规感应采用硬件聚焦， 其探测深度随地层的电导率 的变化而变化，在高电导率 地层，探测深度降低。而
HDIL采用先进的数字处理
技术，可以同时获得六种不
同径向探测深度的电阻率曲
zh4x2hdil_subarray4_1400_wrong
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HDIL测井资料的应用
六种探测深度、 四组纵向 深、中两种探测深度曲 分辨率曲线 线 10in、 20in、 30in、 60in、 90in、120in 中感应：0.81 米 深感应：1.63 米 中感应：0.81 米 深感应：1.63 米 0.2-200Ω ·m
1ft、2ft、4ft 和实际分 纵向分辨率 辨率 测量范围 0.2-2000Ω ·m
原状地层电阻率
率。常规感应是在代表特定模拟
条件的点之间进行插值，其模拟 采用“台阶剖面”三参数（Rxo、
侵入半径
侵入带地层电阻率
di、Rt）模型。HDIL1、r2、Rt）模型
侵入剖面
计算Rxo、Rt、侵入半径。
多种纵向分辨率
常规感应测井响应是径 向聚焦和纵向聚焦的一种折 中结果，提高纵向分辨率就 增大了对井眼附近地层的影 响，即扩大了井眼影响。而 HDIL测井曲线是通过对阵列
高分辨率阵列感应几何因子示意图 HDIL采用的新的趋肤影响校正 方法是建立在操作频率上的一个函 数，其信号变化的比例随频率而变 化。新的趋肤影响校正降低了噪音 的影响，平滑了不同阵列、不同频 率之间的影响。
第二章 第二节阵列感应成像测井仪AIT
6ft分辨率，曲线符号AS10、AS20、 AS30、 AS60、 AS90 6ft分辨率 曲线符号AS10、AS20、 AS30、 AS60、 分辨率，
现在的AIT有三种垂向分辨率：1ft、2ft、4ft,它们的探测深度 现在的AIT有三种垂向分辨率：1ft、2ft、4ft,它们的探测深度
仍然是10in 20in、30in、60in、90in。 仍然是10in、20in、30in、60in、90in。 10in、 Atlas:1ft垂向分辨率是设计在光滑井眼中使用、2ft分辨率曲线组 Atlas:1ft垂向分辨率是设计在光滑井眼中使用、2ft分辨率曲线组 垂向分辨率是设计在光滑井眼中使用 孔洞效应不甚敏感、4ft或6ft垂向分辨率曲线组对孔洞效应 垂向分辨率曲线组对孔洞效应极不 对孔洞效应不甚敏感、4ft或6ft垂向分辨率曲线组对孔洞效应极不 敏感。 敏感。
1990年，阿特拉斯研制出了向量双感应测井仪，测量R分量和X分 年 阿特拉斯研制出了向量双感应测井仪，测量 分量 分量和 分 研制出了向量双感应测井仪 地面进行反褶积 采用了10、 、 反褶积， 工作频率改变探测半 量，地面进行反褶积，采用了 、20、30khz工作频率改变探测半 工作频率改变 同时扩大了电阻率测量的动态范围。 电阻率测量的动态范围 径，同时扩大了电阻率测量的动态范围。
90年代，斯伦貝谢研制出了阵列感应测井仪（AIT)。采用几种工作 年代，斯伦貝谢研制出了阵列感应测井仪（ 年代 。采用几 频率来控制探测深度 采用阵列线圈测量R分量 同时提取X分量 探测深度， 分量， 分量, 频率来控制探测深度，采用阵列线圈测量 分量，同时提取 分量 获得几组具有相同纵向分辨率， 探测深度不同的电阻率曲线 几组具有相同纵向分辨率 的电阻率曲线。 获得几组具有相同纵向分辨率，但探测深度不同的电阻率曲线。可 得到一幅径向含水饱和度的垂直剖面，并能看到侵入带的全貌。 径向含水饱和度的垂直剖面 得到一幅径向含水饱和度的垂直剖面，并能看到侵入带的全貌。
阵列感应测井的影响因素分析
八组接收线圈和一个发射线圈 ， 每组线圈分别接收 具有不同探测深度和不同纵向分辨率的地层实部信 号和虚部信号； 在测井数据采集方面使用 了先进的 多道全数字化采集技术， 能够 同时采集 ２ ８ 个测量信
号。再对这些原始测量信号进行聚焦合成处理， 就 可得出具有 ３ 种纵向分辨率和 ５ 种探测深度的 １ ５ 条
就越大。通过仪器刻度 ， 接受线 圈中测量 的二次感 应 电动势就可 以转化为地层电导率。 阵列 感应 测 井原 理 与 普通 感应 测 井 一样 ， 在 普
通感 应 测井 的基 础上 ， 采 用 了 阵列 的线 圈结构 和 多
５ ０
国 外 测 井 技 术
２ ０ １ ３ 年１ Ｏ 月
（ ２ ） 不同线圈系频率越高， 其值越小 ， 频率越低， 其
值越高， 不应出现不同线圈系不同频率乱序的现象； （ ３ ） 全井段 不能 出现 “ 直段 曲线 ” 的情况 。 在 现场测 井 曲线验 收时 ， 通常应 用 “ 不反不 乱不 直” 的“ 三不验收法” 进行 曲线验收 ， 即： 曲线不反序 、 不乱序 、 不出现直段 曲线 即为合格 曲线 。图 １ 是长
０引
言
阵列 感 应 成 像 测 井 仪 （ Ｍ Ｉ Ｔ ： Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ — Ａ ｒ ｒ ａ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ｏ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｏ ｏ １ ） 不 同于 常 规 感 应 测 井 仪 ， 它 是在原始测量信号的基础上， 采用软件聚焦合成处 理的方法生成不同径向探测深度且具有多种纵 向分 辨率 的多条 电阻率 曲线 的测井方法 ， 提供 了更加丰 富的地质信息 ， 具有纵 向分辨率高 、 分辨率统一 、 径 向探测 深度 大 、 测 量 精 度高 、 能 够 详 细描 述 侵 入剖 面、 划分薄层 、 准确计算地层真实 电阻率等多种优 点， 在识别 和评 价油 气层方面 发挥 了重 大作 用 ， 成 为
阵列感应测井原理
阵列感应测井原理阵列感应测井（Array Induction Logging）是一种用于获取地下水文和岩性信息的测井方法。
其原理是基于电磁感应，利用工具中的多个感应线圈和测量电磁场的变化来研究地层的性质和含水情况。
本文将详细介绍阵列感应测井的原理及其应用。
一、阵列感应测井的原理阵列感应测井通过感应线圈测量地下电磁场的变化来分析地层的性质和含水情况。
其原理是基于法拉第定律和麦克斯韦方程组的电磁感应现象。
当工具经过地下时，感应线圈感应到的电磁场的变化反映了地层的电导率和磁导率的变化，从而获得地层的相关信息。
阵列感应测井工具通常由多个线圈组成，分别位于测井仪内部和侧向。
内部线圈用于感应地层中电流的分布情况，而侧向线圈则用于测量地层中电流的方向。
通过对这些电磁数据的处理和解释，可以获得地下地层的电导率和磁导率等信息。
二、阵列感应测井的应用阵列感应测井广泛应用于地下水文和岩性信息的研究。
其主要应用有以下几个方面：1. 地层电导率的研究地层的电导率是阵列感应测井的主要目标。
电导率反映了地层中的含水量和盐度等参数。
通过测量电磁场的变化，可以推断地下含水层和非含水层的位置，进而判断地下水的分布情况。
2. 岩性分析阵列感应测井还可以用于岩性分析。
不同的岩石有着不同的电导率和磁导率，因此可以通过测量电磁场的变化来判断地下岩石的类型和性质。
这对于油田勘探和开发具有重要意义。
3. 水文地质研究阵列感应测井能够提供水文地质研究中的许多重要参数，如含水层的渗透率、饱和度和盐度等。
这对于地下水资源的评估和管理非常关键。
4. 油气勘探阵列感应测井在油气勘探中也有重要的应用。
通过测量地下油气层中电磁场的变化，可以推断油气层的位置、厚度和含量等信息。
这对于油气勘探和储量评估非常重要。
总之，阵列感应测井是一种重要的地球物理勘探方法，可以提供地下水文和岩性的信息。
通过测量电磁场的变化，可以研究地层的电导率和磁导率等参数，为地下水资源评估、油气勘探和岩性分析等提供有力的支持。
高分辨率阵列感应测井技术
高阻层
高分辨率感应测井的应用—薄层评价
●薄层评价优势（淡水泥浆）
高分辨率阵列感 应测井所提供的 1ft（0.3048m)的 高纵向分辨率的 曲线，可用来划 分薄地层，精确
65号层：油49.1/102吨
反映储层电阻率 的细微变化，与 自然伽马曲线有 非常好的对应关 系，对于发现常 规电阻率测井资 料无法识别的薄 层有很大帮助。
与双侧向、双感应相比，高分辨率阵列感应具有较大的探 测深度，具有较强的纵向分层能力。
利用高分辨率阵列感应多种不同探测深度曲线间正负差异
关系，可定性判别油、水层。 高分辨率阵列感应资料可以反映泥浆污染地层情况，求取 泥浆侵入半径。 对于泥浆侵入低阻储层及薄互层低阻储层，在3700常规测
井系列基础上加测高分辨率阵列感应测井项目效果很好。
利用高的垂向分辨率特性进行薄层评价
高分辨率感应测井的应用—利用深探测电阻率数值评价流体性质
淡水泥浆
高分辨率阵列感应
测井能够提供径向探测
深度为120in的电阻率 曲线，径向探测深度达 到3m，基本上能够反映
油10.85/102吨，水1.8/0方
原状地层信息。
油2.92/34.8吨，水5.34/131方
高分辨率感应测井的应用—利用深探测电阻率数值评价流体性质
盐水泥浆
ZH5
1,2号层日产： 油65.6吨，气29591方
3号层日产： 油87.9吨，气14799方
高分辨率感应测井的应用-利用不同径向探测深度电阻率曲线幅
度差异识别流体性质
利用不同径向探测深度电阻率曲线差异评价流体性质是阵列感应测井特有的一种流体性 质评价方法。 淡水泥浆条件下： 油层：M2RX≥M2R9≥M2R6≥M2R3≥M2R2＞M2R1 水层：M2RX≤M2R9≤M2R6≤M2R3≤M2R2＜M2R1
MIT阵列感应测井
MIT高分辨率阵列感应测井1 引言随着油气勘探程度的不断深入，勘探对象也变得越来越复杂，常规测井技术已无法很好的解决存在的问题。
高分辨率阵列感应测井技术的诞生，较好的解决了常规测井仪器存在的纵向分辨率低、探测深度浅且不固定、不能解决复杂的侵入剖面等问题。
吐哈油田自引入高分辨率阵列感应测井来，在各个区块得到了应用，并取得了良好的地质应用效果。
2 阵列感应测井原理及仪器简介阵列感应测井基本思路与横向测井一脉相承，它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、计算机技术及数字处理等先进方法，通过多路遥测短节，把采集的大量数据送到地面，再经过计算机进行处理，得出具有不同探测深度和不同纵向分辨率曲线。
与双感应、浅聚焦测井不同，阵列感应测井除得出原状地层和侵入带电阻率外，还可以研究侵入带的变化，确定过渡带的范围。
根据获得的基本数据进行二维电阻率径向成像和侵入剖面的径向成像。
以阿特拉斯公司的MIT测井仪器为例，MIT高分辨率感应测井仪采用三线圈系结构（一个发射，两个接收基本单元）（图1）。
线圈系由七个接收阵列组成，共用一个发射线圈，采用八种频率同时工作，共测量112个原始实分量和虚分量信号，传输到地面经计算机处理，实现软件数字聚焦，获得三种纵向分辨率、六种探测深度的测井曲线。
经过处理可以得到具有3种不同纵向分辨率和6种不同径向探测深度的测井曲线；运用一维、二维反演技术，可以反演出地层真电阻率Rt、冲洗带电阻率Rxo及侵入深度，可对储层进行径向侵入特征的定量描述。
3阵列感应测井优越性及处理随着油气勘探程度的逐渐加深和难度的加大，要求测井不但要具有较高的纵向分辨率和径向探测深度，在三维空间中能探测到更多的地层信息，而且能胜任非均质地层和薄储层的测井地质精细解释。
电阻率测井仪器是目前探测半径最大的测井仪器，其它测井仪器很难探测到原状地层的情况。
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曲线探测深度（in） 10、20、30、60、90 精度 ±0.7ms/m 或±2%
10、20、30、60、90、120 10、20、30、60、90、120 ±1ms/m 或±2% ±1ms/m 或±4%
斯伦贝谢公司（AIT H）、阿特拉斯公司 HDIL） 阿特拉斯公司（ 斯伦贝谢公司（AIT—H）、阿特拉斯公司（HDIL）和哈里伯顿公司 HARI）的阵列感应测井原理基本相同，其仪器性能指标有所差别。 （HARI）的阵列感应测井原理基本相同，其仪器性能指标有所差别。
测井原理
仪器性能指标
AIT-H HDIL 27ft(8.27m) 3.63in(92.2mm) 433 lb (196.4kg) 1800ft/h 350℉(175℃) HARI 27.83ft（8.48m） 3 5/8 in(92.7mm) 415 lb（188.6 kg） 3600 ft/h 300℉（149℃） 20000psi（138 MPa） 4 1/2 in 24 in 4 点/ft 0.1—2000Ω.ｍ 1ft、2ft、4ft 16.0ft（4.88m） 3 7/8 in(98.4mm) 250 lb (113.4kg) 3600 ft/h 257℉（125℃）
阵列感应 测井资料处理
资料处理
基本处理
预处理： 预处理：消除原始数据记录中的单个坏点和校正在测量过程中由于温 度变化引起的测量结果偏差。 趋肤效应校正： 趋肤效应校正：响应信号被在发射器、地层环及接受器之间的导电地 层减弱、延迟，这种现象通常被称为“趋肤效应”。使用趋肤效应校 正可以减少其影响。 井眼环境校正： 井眼环境校正：对泥浆电导率、井眼尺寸的影响校正。 真分辨率聚焦组合： 真分辨率聚焦组合：在软件聚焦时，对具有不同探测深度阵列测量的 数据进行一系列聚焦滤波及组合，得出一组具有固定探测深度的曲线， 即聚焦合成曲线。 纵向分辨率匹配： 纵向分辨率匹配：将浅探测的曲线特征组合到深探测曲线时，浅探测 信号的平均影响被消除，这样既没有改变深探测曲线分辨远离井眼地 层的电导率变化的能力（探测深度未变），又使得其纵向分辨率与浅 探测曲线匹配，得到相同的视纵向分辨率，形成“分辨率匹配曲线”。 合成双感应曲线、 合成双感应曲线、倾角校正
地质应用
•泥浆侵入机理 •地层侵入特性描述
① ② ③ ④ 直观描述 径向电阻率变化 径向侵入参数和径向饱和度 泥浆滤液侵入体积
•划分有效渗透层 •识别储层流体性质
① 油层电阻率 •薄层评价
地质应用
泥浆侵入机理
在钻井过程中，泥浆在正向压差 作用下侵入地层。其具体过程大致如 下：从井眼形成的瞬间开始泥浆和泥 浆滤液便向渗透性地层渗透，在这段 时间内还未形成泥饼，称为瞬时失水 （喷失）过程；泥饼形成后，在泥浆 循环状态下，泥浆失水量由大到小至 恒定，这段时间属于动失水过程；在 瞬时失水过程之后动失水和静失水过 程交替出现，最终泥饼保持一定的厚 度，累积失水量达到一定数值，最终 泥饼保持一定的厚度，累积失水量达 到一定数值，形成动态平衡。一般而 言，瞬时失水量较小，动失水量大于 静失水量；失水量越大，泥饼越厚。 通常情况下，泥浆及其滤液径向 侵入剖面是渐变的，根据侵入程度的 变化可分为冲洗带、过渡带和原状地 层。
资料处理
二维电阻率反演处理
二维电阻率反演同时考虑地 层电阻率在纵向和径向上的变化， 但目前在测井资料处理中还没有 一种技术能够实现与测井数据完 全吻合的反演。在实际反演中， 通常使用一个设置的地层模型进 行模拟，将得到的合成数据与实 际的测井数据进行比较，通过逐 步调 整地层模型的参数，使两 种数据近似一致（小于规定的误 差），这样可以得到一个包含电 阻率分布的定量地层模型。许多 反演算法可以产生二维地层电阻 率模型、形成二维地层电阻率图 像。
长度 直径 重量 测速 耐温 耐压 最小适合井眼 最大适合井眼 采样率 测量范围 纵向分辨率
20000 psi（138 MPa） 20000 psi（138 MPa） 4 3/4in 20in 4 点/ft 0.01—1000Ω.ｍ 1ft、2ft、4ft 4 1/2in 20in 4 点/ft 0.1—2000Ω.ｍ 1ft、2ft、4ft
Borehole Rt,n-1 Rxo,n-1 Lxo,n-1 Rt,n-1 Rm
Rt,n
Rxo,n BHD
Lxo,n
Rt,n
Rt,n+1
Rxo,n+1
Lxo,n+1
Rt,n+1
测井条件
阵列感应测井不能取代侧向测井，它与双侧向测井互为补充，分别适应 不同的测井条件。阵列感应测井适应的测井条件一般为： • 中、低电阻率地层； • 相对较高的泥浆电阻率。由感应测井原理可知，如泥浆电阻率太低，对测 量结果影响较大；如Rt/Rxo很大，则高度聚焦的感应测井曲线会出现“洞穴 效应”。 • 井眼直径不能太大。 如井径很大，特别对 短间距阵列测量值影 响很大；如加测微球 型聚焦测井，可在一 定程度上补偿其影响； • 原状地层电阻率和 冲洗带电阻率有差别。 如两者接近，阵列感 应测井不能很好地反 映地层的泥浆侵入特 性。
资料处理
一维电阻率反演处理
一维电阻率反演模型假设地 层电阻率只沿径向变化。反演使 用的数据为经井眼校正后的纵向 分辨率匹配曲线，电阻率反演方 法是以不同探测深度的分辨率匹 配曲线对应的径向积分几何因子 为基础，在计算中考虑每条曲线 的相对精度，在算法中同时进行 侵入和非侵入模型的计算和判别， 最后根据选择标准给出一个较合 理的模型。该部分的处理可提供 原状地层电阻率（Rt）、冲洗带 电阻率（Rxo）及侵入带的侵入 深度。
如果Rmf大于Rw，对于水层 深探测电阻率大于浅探测电阻率， 显示为 差异 对于油气层 为正差异 差异 。 如果Rmf 于Rw，对于水层 深探测电阻率 于浅探测电阻率， 显示为 对于油气层 为正 差异。
地质应用
直观描述
由于同一组阵列感应测井曲线的测井原理和垂直分辨率 相同，因此进行直观解释比其它电阻率测井资料具有优越性。 在非渗透层各条曲线应该重合，根据曲线之间的差异可以定 性描述地层的侵入特性。
原状 过 渡 冲 洗 井 地层 带 带 眼
冲洗 过渡 带 带
原状 地层
r1 di r2
地
地层侵入特性描述
地
如果泥浆滤液电阻率Rmf小 于地层水电阻率Rw，对于油气层 和水层深探测电阻率均小于浅探 测电阻率，显示为正差异。
地 层 电 阻 率
层 电 阻 率 油气层 水层
径向深度 油气层 水层 径向深度 地 层 电 阻 率 水层 径向深度 油气层