阵列感应测井基础理论
阵列感应测井仪讲义
1.前 言 2. 理论基础、测量原理 3. 仪器性能 4. 仪器刻度 5.测 井 6. 仪器电路描述 7. 仪器常规检查 8. 信号处理 9. 地质应用简介
前言
传统聚焦型感应测井仪存在如下问题：
•电阻率测量范围小，测量精度低。 •聚焦线圈系的探测深度与垂直分辨率难以调和， 只能折中兼顾，造成仪器的两个主要技术指标不 能满足生产需要。 •常规聚焦型感应仪器只提供深、中、浅三条电阻 率曲线，测量信息不够丰富，不能确定侵入深度， 更不能对复杂侵入剖面做出正确解释。 •浅电阻率测量仪器（八侧向或球形聚焦测井仪） 不能用于油基泥浆测井。
理论基础、测量原理
电磁感应原理为理论基础
线圈系结构
6
•三线位于
4
它们之间的补偿线圈；接收线圈和相应的补偿
线圈构成一个接收阵列
3
•多阵列
7个接收阵列（源距为6～94英寸）
2
•多频率
1
8种频率（10、30、50、70、90、
110、130、150KHz）
0
地面信号处理流程
进行傅立叶变 上传8道时间域 换,在频域中 采样,每道信号 得到8个频率
96个采样点 的实部与虚部 分量,共
7*8*2+1*8*2 =128个分量
计算视电 导率，得
到 7*8*2=11
2个视电导 率值
进行趋 肤效应 校正， 得到7条
视电导 率曲线
进行井 眼校 正，得 到7条视
电导率 曲线
T
仪器的总体结构、测量原理
指数 令据
编码译码 电路
控制测量 电路
前置放大 电路
控制信号
参考信号
接收线圈阵列ROR7
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。
感应测井基本原理
趋肤效应
0.100
0.010
0.001 0.001
0.010
0.100
1.00010.000地层电导率 (S/m)
1米双线圈系视电导率与地层电导率的关系
2016/10/31
产生趋肤效应的原因： 电磁波在导电媒质中传播时电磁感应产生的涡
流导致的能量损耗和相位改变。
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趋肤效应影响因素 频率选择考虑的因素
k 2 is
(2) 直耦电动势（直耦信号）
iI T AT N T AR N R Vm 3 2L
2016/10/31
(3) 视电导率（测量信号）
定义
V Vm sa K
2 2 AT AR N T N R I T K 4L
仪器常数
一般表达式
2i ikL 1 ikLe 1 sa 2 L
（4）趋肤深度
(2 (s ))
12
结论：均匀地层中，视电导率是L/δ的函数。
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（5）多线圈系的视电导率计算公式
sa
j 1 i 1 M
M
N
Ni N j
j 1 i 1
Lij N N N i j Lij
s aij
式中，M是发射线圈个数，N是接收线圈个数， Ni和Nj分别是发射线圈和接收线圈匝数，Lij是发射 与接收线圈间距。
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N B N R
3
(3) 视电导率
NT NR NT NB s aTR + s aTB LTR LTB sa NT NR NT NB + LTR LTB
2i 1 ikL ikL sa ( 1 ikL ) e ( 1 ik L ) e L2 1 2
阵列声波测井技术基础和应用
四、阵列声波测井基础
P-波：也就是纵波，它取“Primary”的字首，表示初至波的 意思。（也叫 Compressional Wave） S-波：就是横波，它取“Secondary”的字首，表示次到波的 意思。（也叫 Shear Wave）
四、阵列声波测井基础
斯通利波（Stoneley Wave）：是一种沿井壁传播的、在井 壁和声波探头之间环状空间中的流体（一般是井内泥浆）中 产生的导波，即当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时 就会产生斯通利波。斯通利波在全波列上具有波幅相对较 大、频率较低、速度低于井内的流体纵波声速等突出的特 点。斯通利波的相速度一般为纵波速度的0.89-0.96倍，其频 率小于5000Hz，斯通利波在流体和固体交界面处波幅最大， 在流体介质中斯通利波的衰减最快。 应用：利用它的衰减可以进行地层渗透率的评价。
(MIRL 3206)
PA
小探头 ———
——— ———
9.0″ 5.5″
24″
550
井眼居中测量
五、阵列声波测井仪
三大测井公司 1、斯仑贝谢公司：DSI 2、阿特拉斯公司：MAC、XMAC 3、哈里伯顿公司：WaveSonic
六、声波慢度的提取
波形区分方法：
（1）、在声波全波列图上，横波幅度大于纵波幅度； （2）在声波全波列图上，纵波和横波首波相位是相反的，即相位相差180°； （3）从到达时间上区分速度较快的纵波和速度较慢的横波及其它速度更慢的 斯通利波。
增加井内液柱压力，将减小井眼周围的应力集中，当有 效切向应力变为拉伸并达到岩石的抗拉强度时，地层容易 张性破裂，在井壁上产生裂缝。当岩石受最大切向应力 时，θ应为90°，得到地层破裂时
3σ x − σ y − Pm − α Pp = −St
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
zh4x2hdil_curve_1400_wrong
zh105x1hdil_subarray0_2920_ok
zh105x1hdil_subarray3_2920_ok
zh105X1Hdil_curve_2920_OK
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。
高分辨率阵列感应测井的原理及应用
一、地层水矿化度在阵列 实例一 感应曲线上的反映
地层水矿化度 14000ppm
增阻侵入
地层水矿化度 14000ppm
减阻侵入
地层水矿化度
无侵入
3000ppm
一、不同地层水矿化度在阵列 感应曲线上的反映
地层水矿化度 14000ppm
增阻侵入
地层水矿化度 14000ppm 日产油 9吨
减阻侵入
地层水矿化度
密度没 Ω•m
有明显 变化
阵列感应120in 电阻率为
13Ω •m
二、在咸水泥浆中应用
解释失误原因： 1.侧向电阻率上
下没有差别
2.三孔隙度没有 明显含气指示 3.阵列感应120in 21462148m试油， 日产气 108143方
曲线有异常假像
二、在咸水泥浆中应用
海水泥浆（矿化
度30000ppm)
1英尺深探测阵 薄层电阻率 曲线
列感应曲线
分辨率： 薄层电阻率>阵列 感应电阻率>深侧 向电阻率
深侧向电阻率 曲线
基本应用
在泥岩层和非渗
透性储层，阵列 感应曲线基本重 合
渗透性府层
在渗透性储层， 阵列感应曲线呈 增阻或减阻侵入
泥岩层
致密层
基本应用
当泥浆滤液矿化
度小于地层水矿 化度时，在水层 一般呈现增阻侵 入特征
无侵入
3000ppm
二、在咸水泥浆中应用
1.海上储层物性较好 2.海上地层水矿化度较高，造成储层电
阻率相对较低
3.海上一般使用咸水泥浆，泥浆侵入较
深，常规电阻率测井很难测到地层真电
阻率
二、在咸水率为 40Ω •m 侧向电 侧向电 阻率约 阻率约 为5-6 为5-6 Ω•m Ω•m 度时差 侧向电 有差别， 阻率约 中子、 为5-6
高分辨率阵列感应测井资料应用研究
第1章高分辨率阵列感应测量原理1.1 感应测井的回顾感应测井是利用电磁感应原理测量地层电导率，基本测量单元是双线圈系，一个发射线圈和一个接收线圈。
常规感应测井采用复合线圈系结构，根据电磁场的叠加原理，采用多个基本测量单元进行组合，即多个发射线圈和多个接收线圈进行串联，产生具有直藕信号近似为零的多个测量信号矢量叠加，实现硬件聚焦的效果，从而测量具有一种或两种探测深度的地层电导率。
感应测井主要存在以下几方面的问题。
a. 感应测井不能用来划分薄层b. 对高电率地层求得的地层真电阻率误差较大c. 对减阻侵入较深的油层不能如实反映地层电阻率1.2 高分辨率阵列感应测量原理高分辨率阵列感应测井仪仍以电磁感应原理为理论基础，其线圈系采用三线圈系结构（一个发射，两个接收基本单元）。
它运用了两个双线圈系电磁场叠加原理，实现消除直藕信号影响的目的，线圈系由七组基本接收单元（其源距为6-94英寸）组成，共用一个发射线圈，使用八种频率（10KHz、30KHz、50KHz、70KHz、90KHz、110KHz、130KHz、150KHz）同时工作(其测量电路图示意如图1-1)，共测量112个原始实分量和虚分量信号。
采用软件进行数字聚焦和环境校正，可获得三种纵向分辨率、六种探测深度的测井曲线。
第2章高分辨率阵列感应测井的数字处理高分辨率阵列感应测井在采用多种频率阵列测量的同时，应用软件数字聚焦、环境校正、和反演技术。
通过对资料的数字处理可以大大提高其测量效果。
2.1新的趋肤影响校正感应仪器是假设在均质环境中测量，其校正方法只适应于同步信号的计算，在高电导率地层该方法存在一定问题。
在双相量感应（DPIL）、阵列感应（AIT）仪器中是使用积分曲线进行趋肤影响校正，该方法克服了高电导率的影响，但在低电导率时积分信号变得不可靠。
高分辨率阵列感应数字处理采用一种新的趋肤影响校正方式，即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，该方法类似于积分法但克服了低电导率的影响。
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。