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。
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。
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
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(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。
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第四节 电阻率测井仪器的分类及适用范围
(1)普通电阻率测井
包括电位和梯度电极系测井,普通电阻率测井仪器属 于非聚焦电极,它受井眼和邻层的影响很大,对于薄层、 低电阻率地层以及侵入较严重的地层,测量精度会受到影 响。尤其在盐水泥浆井中,供电电极发出的电流大部分被 井内导电的盐水泥浆所分流,因此测出的视电阻率曲线难 以反映地层真电阻率。
式中, Cw—地层水矿化度 T—地层温度
第一节 岩电方程
3、地层电阻率和饱和度方程
abRw Rt= ————
Swnφm 式中, a、b—常数
m—胶结指数或孔隙度指数 n—饱和度指数
第二节 电阻率测井及测井环境
一、电阻率测井
电阻率测井方法主要分为两种: 第一种是传导电流法,该方法使用直流电,需要井
第三节 电阻率测井的历史背景与发展
1942年——Archie公式诞生。 1943年——带有照相井斜仪的三臂倾角仪研制成功, 它可以同时确定地层倾斜的方位和角度。 1949年——Doll提出感应测井几何因子理论,第一台 感应测井仪器研制成功。 1951年——Doll首先提出侧向测井的原理,研制出侧 向测井仪器,这是第一个聚焦式深探测的电阻率测井仪器。 20世纪50年代末——六线圈系的感应测井仪投入使用。 1963年——研制出双感应测井仪器。 1972年——研制出双侧向测井仪器。
第三节 电阻率测井的历史背景与发展
1983年——BPB公司首先推出了早期的阵列感应测井 仪(数字感应测井仪,AIS) 。
1990年——斯仑贝谢公司发表了AIT仪器的初步研究 成果,并进入商用阶段。
1992年——Atlas公司开始研究高分辨率阵列仪HDIL, 1995年生产出仪器样机。
1995年——戴维斯等研制成新一代侧向测井仪-方位 电阻率成像测井仪ARI;史密斯等研制出高分辨率方位侧 向测井电极系HALS。
眼中有导电泥浆。传导电流法测量的是电阻率。 第二种是感应法,使用交流电,井内可以含有任何
流体(空气、任何导电或不导电泥浆)。感应法测量的 是电导率。
第二节 电阻率测井及测井环境 二、井眼附近的测井环境
围岩
井 眼
冲 洗 带
过 渡 带
渗 透 层
围岩
井眼附近的地层模型
第三节 电阻率测井的历史背景与发展
1998年——斯仑贝谢公司推出阵列侧向测井仪器。
第四节 电阻率测井仪器的分类及适用范围
1、传导电流型
传导电流法测井也称直流电法测井,它是用供电电极 把电流注入地层,在井周围地层中形成电场,通过测量周 围地层中电场或电位的分布,来确定地层的电阻率。
要求:井内有导电泥浆,提供电流通道。 普通电阻率测井仪器和侧向测井都属于传导电流型测 井仪器。
1931年——斯仑贝谢兄弟完善了连续记录的方法,研 制成第一台笔记录仪,测井曲线包括自然电位和普通电阻 率测井曲线。
1936年——照相胶片记录仪诞生,电测井曲线已包括 自然电位、短电位、长电位以及长梯度电极系电阻率曲线。
1938年——Dress-Atlas公司使用电测井进行服务。 1939年——翁文波先生在四川隆昌的一口井中测出了 中国第一条电测井曲线(点测)。
主讲人:
第一章 电阻率测井基础
第一节 岩电方程
第二节 电阻率测井及测井环境 第三节 电阻率测井的历史背景与发展
主 第四节 电阻率测井仪器的分类及适用范围 要 第二章 阵列感应测井
第一节 引言
内 第二节 阵列感应测井线圈系结构设计 第三节 阵列感应测井பைடு நூலகம்率选择
容 第四节 阵列感应测井的优化聚焦合成处理 第五节 阵列感应测井影响因素校正 第六节 径向电阻率反演 第七节 阵列感应测井的测井环境和工艺要求 第八节 阵列感应测井原始资料的质量控制 第三章 高分辨率阵列感应(HDIL)处理软件
二、阵列感应测井仪器介绍 1、Schlumberger公司的阵列感应成像测井仪器AIT
仪器同时测量实部和虚部 信号,得到28个测量信号,接 收信号数字化后传到地面,由 地面软件聚焦合成得到5种不 同探测深度10in(0.25m), 20in(0.50m),30in (0.75m),60in(1.50m), 90in(2.25m)的3组分辨率1ft (0.3m),2ft(0.6m),3ft (1.2m)曲线。
第一章 电阻率测井基础
第一节 岩电方程
1、电阻率与电导率 UA
R= —— ·—— IL
式中, U—物体两端的电压 I—通过的电流 A—物体的横截面积 L—物体的长度
σ=1/R
2、地层水电阻率
第一节 岩电方程
3647.5
82
Rw=(0.0123+ ————) ·————
Cw0.955 1.8T+39
(2)侧向测井 当井眼充满高矿化度泥浆,井眼电阻率较低、地层
电阻率较高(如碳酸盐岩或地层被高电阻率的淡水所饱 和),使得侵入带电阻率小于地层电阻率形成低侵(也 称减阻侵入)时,一般使用双侧向测井来确定地层电阻 率。双侧向测井仪器的响应范围为0.2-40000Ω·m。
第四节 电阻率测井仪器的分类及适用范围
2、感应型
当井眼充满低矿化度泥浆,井眼电阻率较高、 地层电阻率较低,使得侵入带电阻率大于地层电 阻率(但是地层电阻率不是太低),形成高侵 (也称增阻侵入)时,一般使用感应测井来确定 地层电阻率。
第二章 阵列感应测井
第一节 引言
一、问题的提出
二、阵列感应测井仪器介绍 1、Schlumberger公司的阵列感应成像测井仪器AIT
20世纪初——地面电法勘探; 20世纪20年代后期——电测井; (世界上第一条测井曲线是1927 年由法国人斯仑贝谢兄弟在法国 东北部阿尔萨斯省皮切尔布朗油 田的一口井内通过点测测得的。
第三节 电阻率测井的历史背景与发展
1929年8月17日——壳牌石油公司在美国加利福尼亚 进行了美国的第一次电阻率测井。