感应测井
第05章 感应测井
By Liu Diren Yangtze University
第3节 曲线特点及其应用
一.视电导率 曲线特点
上下地层对称，曲 线对称于地层中部； 对厚层，半幅点对 应层界面； 厚层中部值最接近 真值。
By Liu Diren Yangtze University
二.影响因素
井眼影响； 层厚围岩影响； 侵入影响； 传播效应的影响
2、仪器和测量
类似于声波的测量 设计
By Liu Diren Yangtze University
By Liu Diren Yangtze University
二 资料应用
1、求σ和ε
α＝ω t pl
20 × lg E1 β= E2 8.686L
对高频低电导率介质， 则
α＝ω ε σ β＝ 2 ε
ωσ
2
ωε 2 ωε 1＋（ ）＋ σ σ ωε 2 ωε 1＋（ ）－ σ σ
ωσ
2
1、介电常数与高频电磁场特性的关系
相位常数 衰减常数
α＝ β＝
ωσ
2
ωε 2 ωε 1＋（ ）＋ σ σ
1＋（
ωσ
2
ωε 2 ωε ）－ σ σ
对低频高电导率介质，
ωε σ
只与
<< 1，则
α＝ β＝
ωσ
2
σ 有关
接受线圈
涡流
二次 交变磁场
发射线圈
一次次 交变磁场
2、二次感应电动势与地层电导率
任一单元环在接收线圈上产生的二次感应 电动势（有用信号）
dVR = K g σ drdz iω nT nR sT s R I 仪器常数K = 4πL 3 L r 单元环微分几何因子g = 3 3 2 ρT ρ R
感应测井仪器实验报告
感应测井仪器实验报告一、引言感应测井是石油勘探开发领域中常用的技术手段之一，通过采集地下岩层的电磁信号，获得地层的电导率、渗透率等物理参数，为油气资源的评价和开发提供了关键信息。
感应测井仪器是实现这一过程的关键设备，本实验旨在通过测试感应测井仪器的性能参数，验证其在地质勘探中的可行性。
二、实验目的1. 理解感应测井的原理及仪器结构；2. 学习使用感应测井仪器对模拟地层进行测量；3. 分析感应测井仪器的性能参数。
三、实验设备与方法3.1 实验设备本次实验使用的设备包括：1. 感应测井仪器：型号XYZ-100；2. 模拟地层样本：包括含水率不同的模拟岩心。
3.2 实验方法1. 连接感应测井仪器并对仪器进行初始化；2. 将模拟地层样本插入测井仪器的探头中；3. 设置测量参数，如频率、测量深度等；4. 进行测量并记录测量结果；5. 分析测量结果并计算地层物理参数。
四、实验结果与分析4.1 测量结果根据实验设备与方法的步骤，我们进行了多组模拟地层的感应测量，记录了测量得到的数据，并绘制了相应的曲线图。
以频率为横坐标，电导率为纵坐标，我们绘制了不同深度下的电导率曲线图，并通过曲线的变化趋势来分析地层的性质。
4.2 分析与讨论通过对测量结果的分析与讨论，我们得出以下结论：1. 感应测井仪器在测定地层电导率方面具有较高的准确性与可靠性；2. 不同深度下的电导率曲线呈现出不同的变化趋势，由此可以判断不同地层的性质，如含水率、岩性等；3. 在实际应用中，感应测井仪器还可以与其他测井仪器相结合，对地层物性参数进行多参数综合分析，提高评价准确度。
五、实验结论通过本次实验，我们验证了感应测井仪器在地质勘探中的可行性，具体得出以下结论：1. 感应测井仪器可以准确测量地层的电导率等物理参数；2. 感应测井仪器在分析地层特性、评价油气资源方面具有重要作用；3. 进一步的研究工作可以探索感应测井仪器与其他测井技术的结合，提高勘探开发效率。
感应测井
∇• E = 0
（2-4）
式中， H 为介质空间中的磁场强度矢量； E为 介质空间中的电场强度矢量；JT 为发射线圈中 的电流密度矢量。将（2-2）代入（2-1），得 到关于 E的方程：
∇×∇× E = −iωµJT − iωµσ E
（2-5）
考虑到式（2-4）以及
∇×∇× E = ∇(∇• E) − ∇2 E
µ 对一般沉积岩， ≈ µ0 = 4π ×10 nH / m （亨/米） ， ω σ = 1～ 10−5 s/m（西门子/米）， = 2π ×104 rad / s （弧度/秒），由式（2-17）算得电磁波传播的 速度范围为： V = 3.16×105～107 m/s
2
电磁波传播一束产生的附加相移的范围为： θ=22.78～0.72（度） 可见，由于导电介质中电磁波速度的下降 ， 在感应测井范围（0.2～3m）内，介质中各场 点 Eϕ的相位存在明显的差别；即使对同一场点， 当介质的导电率不同，因传播原因而产生
iωµST NT IT r −ikR1 Eϕ = − e (1+ ikR ) 1 3 4πR1
3 T
（2-14）
S 式中， T = πa ，为发射线圈面积。式（2-14） 是在对发射线圈的尺寸作了一定限制条件下得 到的波动方程式（2-7）的解的表达式。
如果把复波数k写为k=a-ib
2 式中（2-14）可进一步写为： iωµST NT IT r −bR −iaR Eϕ = − e e (1+ ikR ) （2-16） 1 3 4πR1
第一节 无限均匀介质中感应测 井的传播理论
2.1.1.关于感应测井问题
如下页图所示，在无限均匀介质中，同轴 地放置一个发射线圈T和一个接受线圈R，设： 介质的电导率为 σ、介电常数为 、磁导率 µ ； 发射线圈半径为 aT，线圈匝数为 NR ；发射线圈 T和接收线圈R间的距离（线圈距）为L。
感应测井用途
感应测井用途感应测井是油气勘探开发过程中的一项重要技术，主要用于获取井下地层信息，帮助分析确定油气资源的性质和储量。
感应测井技术的主要用途包括以下几个方面：1. 地层电阻率测量感应测井可以通过测量岩石的电阻率来判断储层岩石的类型和含油气性质。
电阻率是岩石中流动电流时所遇到的阻力，高电阻率往往代表非常砂岩等储集层，而低电阻率往往代表含盐水或者含有油气的岩石。
2. 水性测量和水气分布评价感应测井可以通过测量地层的水含量和水气分布来评价储层的水性情况，进而判断储层是否存在脱盐岩以及评价储层的含水饱和度。
这对于油气勘探开发中的油水分离过程以及储层的开发布置有着重要的指导意义。
3. 识别储层感应测井技术可以识别储层中的油气层和盐水层，并通过测量获取油水界面的位置，帮助工程师确定油气层和盐水层的分布情况，进而确定井下目标层的位置和范围。
4. 压力解释感应测井技术可以通过测量井内的压力数据，帮助分析判断储层的压力状态，进而确定地层的储层压力分布情况。
这对于油气勘探开发过程中的地层压力管理和预测有着重要的意义。
5. 井道描述和裸眼显示感应测井技术可以通过测量井道的直径和形状，帮助确定井孔的几何形态，进而判断井下岩石的物性和岩性。
感应测井还可以提供井孔尺寸的测量结果，为工程师设计井下工具和操作流程提供重要依据。
6. 注水井和采油井评价感应测井技术可以通过测量注水井和采油井中的井筒状况和物性参数，帮助评价井筒壁面的酸化和水垢沉积情况，进而确定井筒的通透性和有效面积，为井下工程师提供有效的改造建议。
7. 沉积环境判别感应测井技术可以通过测量地层的电阻率和自然伽马谱的变化情况，帮助判断沉积岩的类型和不同层位的岩石储集条件。
这对于油气勘探开发过程中的地层分带和岩性解释有着重要的意义。
综上所述，感应测井技术在油气勘探开发中具有多个重要的应用。
通过测量井下地层的电阻率、水性、压力、井道描述等参数，可以帮助工程师判断储层的性质和含油气性能，并为油气勘探开发提供科学依据和技术支持。
5_感应测井
介质切成垂直于线圈轴的无数个单位厚度薄层。
以地层所在位置为Z轴坐标原点，把发射线圈 T和接收线圈R分别放在Z轴上-L/2和L/2两点，将g 经适当变换后得：
1 2L gz L 8z 2 L 2 L z 2 z
对r积分，即得到纵向微分几何因子gz
g z gdr
L
发射线圈T
电 磁 感 应 原 理
接收线圈R
根据电磁感应原理，对一个线圈（发射线圈）供交流电， 在它的周围空间就会形成交变电磁场。如果这个线圈周围有另 一个线圈（接收线圈），则第二个线圈中必定产生感应电流。
感应测井
3.方法原理
为了说明感应测井的原理，这里提出一个假设，即：把
地层看成是无数个环绕井轴的线圈。
状介质对视电导率的相对贡 献。
1、双线圈系的纵向探测特征
① 纵向微分几何因子
右图是纵向微分几何因子特征曲线从曲线可
以看出：
A 在线圈系所对的部分介质范围内，即在T ，R 之间的地层贡献最大 (gz 最大 ) ，且对σa 的贡献 为常数(等于1/2L)； B 在线圈系外，即在T，R外，随着z值的增大， 地层的贡献按1／z2规律减小。 C 该图也说明，双线圈系的主要信号来自线圈 系范围内的介质。
用讯号之间有近90o的相位差。
因此，用相敏检波器可以将有 用信号与无用信号区分开来，从而
记录有用信号。
总结本小节学习内容
感应测井 Induction log 学习内容
一、方法特点
二、基本原理（重点）
三、单元环几何因子理论（难点）
四、双线圈系的探测特征（难点） 五、六线圈系的探测特征
六、感应测井的曲线特征
感应测井
3.方法原理
注意 : 接收线圈 R 不仅被 φ2 穿过
感应测井
二、无用信号及与有用信号关系
1、发射线圈在接收线圈出产生的磁场强度
nT S 0 I Hz 3 2L
2、在接收线圈中产生的磁通量
nT nR S 02 z H z n R S 0 I M TR I 3 2L 2 nT n R S 0 M TR I 3 2L
MTR是接收线圈与发射线圈的互感。
由于地层由无数个这样的单元环组成，这样
这个地层在单元环中产生的感应电动势为
VR K
0
gdrdz
VR K
0
gdrdz
0
gdrdz 1
VR K
上述公式成立的前提是地层的电导率σ 无限均匀， 此时均匀介质的有用信号与其电导率成正比。
一致。
5、磁场强度
磁偶极距在面积元drdz中心产生的磁场强度在
矢径方向的分量是
M cos nT S 0 I cos H 3 3 2T 2T
θ为矢径方向与M方向的夹角。
于是
0
0
nT S 0 I 1 2 H 2 sin d sin 0 T 2
Zβ
R
设发射线圈 T 通
dH’
以 固 定 频 率 （ 20kHz ）和固 定幅度的正弦 交流电，它将 在周围介质中 L 形成一个交变 电磁场。
θ0
ρR
ψ r
dz dr z
r
ρT
T
Z
β
dH’
R
线圈周围的介质可
ρR ψ
以看成是无数个截 面积 为 drdz ，半径 为r的圆环组成， 这个圆环称为单元 L 环，这种单元环是 种闭合线圈。
第四章 感应测井
r=2.5米的圆柱状介质对测量的贡献为77％。r=0.5米以内 的介质对测量结果贡献为22.5％，说明井孔和侵入带影响 较大，这是双线圈系的一大缺点。
第二节 感应线圈系的探测特性
2、纵向几何因子 为了研究地层厚度、围岩对视电导率的影响， 需要讨论线圈系的纵向为：
20kHz。此时，在接收线圈(nR、SR）中产生的感应电动势与周 围介质的电阻率无关，称为无用信号；在周围介质的线圈系中也 产生感应电动势和感生电流。在单元环内产生的感应电动势及感 生电流分别为：
inT ST r de I 3 2lT
2
第一节 感应测井原理
inT ST r dI 3 4lT
第三章 感应测井
电阻率测井仪要求介质必须具有一定的
导电能力，在油基泥浆和空气钻井内无法测 量，为解决这一问题，1949年H.G.Doll以电 磁感应原理为基础，提出了感应测井方法， 后来出现了实际生产中常用的双感应测井，
20世纪90年代出现了阵列感应测井，并得到
广泛应用。
第一节 感应测井原理
一、电磁感应原理
ε—感应电动势（伏特）；Φ— 磁通量（韦伯）；T— 时间（秒）
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。它主要由线圈系 和必须的电子线路组成。 其中线圈系由发射线圈T和 接收线圈R按一定方式组合 而成。各类线圈分别用匝 数N和截面积S来描述。发 射线圈和接受线圈间的距
当一个导体回路中的电流变化时，在附近的另一个 导体回路中将出现感应电流；或者把一个磁铁在一个闭 合导体回路附近移动时，回路中也将出现感应电流，即 穿过一个回路的磁通发生变化时，这个回路中将出现感 应电动势，并在回路中产生电流，感应电动势等于磁通 量变化率的负值，这一现象称为电磁感应现象。
感应测井原理
感应测井原理感应测井是一种利用电磁感应原理测量地下岩石物性参数的方法。
它是通过在井内向地层发送电磁信号，然后接收地层对这些信号的响应，从而得到地层的一些物理参数，如电导率、自然伽马辐射等。
感应测井广泛应用于石油、天然气勘探和地质勘探领域，对于确定地层的含油气性、岩性、孔隙度等具有重要意义。
感应测井的原理是基于电磁感应现象。
当在地下岩石中通过交变电流时，会在周围产生交变磁场。
而地层中的导电体会对这个磁场产生响应，导致感应电流的产生。
感应电流的大小与地层的电导率有关，通过测量感应电流的大小和相位，可以推断出地层的电导率，从而得到地层的一些物理参数。
感应测井的原理可以用以下几个步骤来描述，首先，感应测井仪器在井中发射高频电磁信号；其次，这些信号在地层中传播，与地层中的导电体相互作用产生感应电流；然后，感应测井仪器接收这些感应电流，并测量其大小和相位；最后，根据感应电流的测量结果，推断出地层的电导率和其他物理参数。
感应测井的原理具有一些优点。
首先，它不需要直接接触地层，可以在井眼中进行测量，避免了传统测井方法中需要取芯的麻烦和成本。
其次，感应测井可以在井眼中实时测量地层的物性参数，为地质勘探和油气勘探提供了重要的实时数据支持。
最后，感应测井可以对地层进行全方位的测量，可以得到地层的横向和纵向分布规律，对于地质模型的建立具有重要意义。
然而，感应测井也存在一些局限性。
首先，地层中的含水量会对感应测井的结果产生影响，需要进行校正和解释。
其次，地层中的其他非导电体也会对感应测井的结果产生干扰，需要进行进一步的分析和解释。
最后，感应测井仪器本身的性能和精度也会对测量结果产生影响，需要进行仪器校准和数据处理。
综上所述，感应测井原理是一种通过电磁感应来测量地下岩石物性参数的方法。
它具有实时、全方位的测量优点，但也存在一些局限性。
在实际应用中，需要综合考虑地层特点、仪器性能和数据解释，才能得到准确可靠的测量结果。
感应测井在石油、天然气勘探和地质勘探领域有着重要的应用前景，对于资源勘探和开发具有重要的意义。
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线圈A通交流电→A周 围空间形成交变电磁 场→B线圈产生感应 电动势
交变电磁场可在导电 介质中传播，也能在 非导电介质中传播 A、B放入井中→A能在井周围地层中感应出电动势→形成 以井轴为中心的同心圆环状涡流→涡流强度与地层导电率 成正比→涡流产生二次交变电磁场→在B中又产生感应电 动势→电动势大小取决于涡流强度→取决于地层导电率— —感应测井基本原理
双线圈系 的缺陷
复合 线圈系
无用信号过大，比有用 信号大几十～几千倍
纵向和横向探测特性不 能满足要求
复合 线圈系
由串联在一起的多个发射线圈和串联在一 起的多个接收线圈组成。
它 们 分 别 用 符 号 T0 ， T1 ， … ， Tl 和 R0 ， R1，…，Rm表示。
它 们 的 匝 数 分 别 是 nT0 ， … ， nTl 和 nR0 ， … ， nRm表示。
我国常用的1503双感应测井仪线圈系结构
L深 T0R0 1.016m L中 T0r0 0.873m
深感应－对称六线圈系，中感应－不对称八线圈系
r<0.2时→gr远比groo低，且出 现负值——消除井眼影响
gr最大值在r=0.58m处 groo最大值在r=0.36m处
六线圈系的探测深度>主线圈系探测深度
r<0.2时
Gr=-0.0027 Groo=0.067
井的影响由主线圈的 6.7%降低到0.27%→0
gz远比gzoo高、而且窄
纵向分辨率提高
gz曲线的尖峰变高、变窄→称为“聚焦”现象→是线圈相 互作用所至
在z=1m附近，gz为负值→称为“过聚焦”→形成“耳朵” （一对，另一支在z=-1m处）→导致视电导率曲线独特的 “耳朵”现象
k gdrdz
的贡献
全部单元环(涡流)产生的 二次感应电动势：
VR
kgdrdz
0
P130→(4-4)
发射线圈与接收线圈直接耦合电动势
VxiM TR Ii2n TL n3RS0 2I
Vx－没经过地层，为无用信号据计算
VR 8% Vx
0 H d s0 H 2 T2 sid n
n
T
Sor2
23
I
MTI
T
MT－发射线圈与单元环间的互感。
据电磁感应原理，单元环上的电动势：
ViMTIi2nTS3or2I T
单元环的电导： G drdz －单元环导电率
2r 单元环中的电流（涡流）：
dIGVi4 nTS 30rIdrdz T
该涡流在空间形成二次电磁场，它在接收线圈处形成 的磁场强度：
dHz
r2
2R3
dI
单元环在接收线圈R的磁通 ：
dH z nRS0n 2 R SR 3 0r2dIM RdI
nR－接收线圈圈数 So－接收线圈的面积 MR－发射线圈与单元环间的互感
单元环在接收线圈中产生的电动势：
dVR i
22nTnRS02I 4L
L 2
r3
T3R3
drdz
k——仪器常数 g—— 单 元 环 几 何 因 子 ， 反映了单元环对测量结果
=0.45处的介质贡献最大→要增加探测深度， 就必须增大线圈距L——与侧向测井类似
横向积分 几何因子
将gr对r积分，就得到在径向上有限地层 的相对贡献——横向积分何几因子Gr
G r0 rg r(r)d r 1 k 2 2k 1 E (k ) 1 2 k k2K (k )
双线 圈系
Gr是随r单调增加的函数 r=0→Gr=0 r→∞→ Gr=1
复合线圈系 的仪器常数
l ,m
k
k j,k
j,k 0
各线圈对仪器 常数的总和
微分几 何因子
g
n n l , m T j Rk
L j , k 0
jk
g jk
n n l , m T j Rk
L j , k 0
jk
P139→(4-16)
微分几何因子—各线圈对几何因子gjk的加权平均值。
视电 导率
六线圈系的径向探测深度远比主线圈对的要大
六线圈系的微分几何因子除了“高峰”，还有“深 谷”—某些地方g取负值—有些线圈匝数为负的缘故
采用复合线圈系可以改进仪器的探测特性，但必须满 足一定要求
复合线圈系应满足的要求（4点）：
横向探 测特性
纵向探 测特性
gr(r) 的 最 大 点 所 对 应 的 r 应 比 主 线 圈 对 （r=0.45L)大→探测深度比主线圈深
P130→(4-3)
T
R
微分几何因子的三维图形－类似半个火山的图形。 半圆形火山口是g最大值的轨迹。在T和R处有两个峭壁
井下条件的视电导率
井下介质一般是分区均匀的——阶跃介质。
横向→井眼－侵入带－原状地层
纵向→地层是一层一层沉积的－围岩
如用m、i、t、s分别代表井眼、侵入带、原状地层、 围岩导电率，则有：
amg d rd izg d rd tzg d rd szg d
m
i
t
s
m G miG itG tsG s
Gm、Gi、Gt、Gs——井眼、侵入带、原状地层、围岩 的积分几何因子
二、横向几何因子
横向微分 几何因子
将g对z积分，就得到横向微分何几因子gr
gr反映线圈系的横向探测特性→井、侵入 带、原状地层对视电阻率相对贡献的大小
P134→(4-11)
Gr(r) 是 半 径 为 r 的 柱 面 以 内 全部介质的总相对贡献。
例如：当r=0.5L时，Gr=0.225→ 表示在r=0.5L的圆柱面 内全部介质的总相对贡献是22.5％，而柱面以外的总相对
贡献是77.5％
二、纵向几何因子
纵向微分 几何因子
将g对r积分，就 得到纵向微分何 几因子gz
思路：先计算发射线圈T在单元环感应涡流的大小→再计 算单元环涡流在接收线圈R中产生的感应电动势→最后求 出全空间所有单元环在接收线圈R中的信号总和。 磁偶极子：与研究空间比，线圈很小，可看作点状—磁偶 极子。
磁偶极子产生的偶极矩M:
MnTSoI
nT－发射线圈匝数 So－线圈的面积(a2) I－线圈中的电流强度 M－偶极矩（磁场强度）
a
gdrdz
0
与双线圈系的定义相同
线圈的匝数可以取正值，也可以取负值 nT0和nRO永远取正数
发射线圈的缠绕方向与主发射线圈T0相同→匝数为正 接收线圈的缠绕方向与主接收线圈T0相同→匝数为正
由于匝数有负，主线圈对的权系数通常大于1
0.8m六线圈系的特点
参见P140→图4-5： 微分几何因子随r和z变化的三维图形
I为正弦交流电
I I0eit
i－单位虚数 －交变电流的角频率
据电磁学，空间任一点磁场强度的矢径方向的分量H:
H
M cos 2 T3
T－测点距发射线圈的距离 －矢径方向与M方向的夹角
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单元环的磁通：通过单元环 作一球面，对球面的法线方 向的磁场强度进行积分，通 过单元环的磁通(磁感应强度 B=H， －磁到率） ：
电法测井
（十一）
第一节 感应测井原理 第二节 视电阻率和几何因子 第三节 复合线圈系 第四节 感应测井仪刻度原理 第五节 感应测井视电阻率曲线
第六节 均匀介质中感应测井响应的严格解法
第七节 几何因子理论的改进 第八节 感应测井曲线的解释
直流
电法测井
交流
普通电阻率，侧向 感应
油基探泥测浆深钻度的井 气体分条辨件率下钻的井 空气侵井入影响 井内应无用导效电果介质
对 对
互 仪 感 器 越系 常 高数 数 越
好
复合线圈系在压制无用信号时，也会影响有用信号
对称性
要求线圈系对其中点对称 发射线圈的个数＝接收线圈的个数
我国广泛使用的0.8m六线圈系主要参数与结构：
相对仪器常数＝0.3086 相对互感系数＝0.01828 有用信号对无用信号的比值提高到＝16.9倍
有时，线圈系也可不对称
井的几何因子最小→0
Gr
(
d 2
)
0
gz(z)曲线的峰值高而且窄→纵向分辨率高
相对互感 复 主 系合 线 数线 圈圈 系系 无 无 为 用用 1-信 2数 0信 号 量 号
无用信 号→0
相 对 仪 器复 常 主合 数 线线 圈圈 系系 仪仪 器小 器 常于 常 数1数
有 无
用 用增 信 信 益 号 号 相 相
线圈系
发射线圈T 接收线圈R
振荡器→正弦交流电→发射 线圈→形成交变电磁场
L－线圈距
设想地层为许多以井轴为中心的导电圆环→交变电磁场作 用→圆环产生以井轴为中心（同心环状）感应电流→涡流 →形成二次交变电磁场→接收线圈产生感应电动势
感应电动势计算
假定：单元环—井轴垂直通 过圆环中心，圆环半径r，截 面积A
g r g d 2 L k z ( 1 k 2 ) K ( k ) ( 2 k 2 1 ) E ( k ) P133→(4-9)
式中：
r L
k
1
4 2 1
K(k)－第一类完全椭圆积分
E(k)－第二类完全椭圆积分
r L
当小时，gr几乎随直线上升，当＝0.45时达 到最大值。然后，随的增加gr逐渐减小，最终 趋于0。
它们的匝数nT0和nR0一定是最大的。
我国常用的1503双感应测井仪线圈系结构
T(T0、T1、T2)－深、中感应共用的发射线圈 L深 T0R0 1.016m
R(R0、R1、R2)－深感应的接收线圈 r(r0、r1、r2、r3、r4)－浅感应的接收线圈
L中 T0r0 0.873m