陣列感應(yīng)測井方法和技術(shù)進(jìn)展

1、.陣列感應(yīng)測井方法和技術(shù)進(jìn)展前言：就目前而言，測井的方法種類繁多，并且趨于系列化。其基本的方法有電、聲、放射性測井三種。此外還有特殊方法，如電纜地層測試、地層傾角、成像、核磁共振測井。當(dāng)然還存在其他形式的測井方法，如隨鉆測井。然而每種方法都只能反映巖層地質(zhì)特性的某一側(cè)面。在實際運(yùn)用中應(yīng)當(dāng)綜合地應(yīng)用多種測井方法。1陣列感應(yīng)測井技術(shù)始于 20 世紀(jì) 90 年代初。陣列感應(yīng)測井技術(shù)的原理是利用陣列在接受線圈集中在一側(cè)的好處可大大縮短儀器長度。目前廣泛應(yīng)用的陣列感應(yīng)測井有斯侖貝謝的 AIT-A 和AIT-H 、Baker Altas 的HDIL 以及哈里伯頓的 HRIA 等。與傳統(tǒng)的雙感應(yīng)和雙側(cè)向相比

2、，具有測量信息多、分辨率高、探測深度大、反映侵入直觀等優(yōu)點(diǎn)。一、國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀感應(yīng)測井儀器經(jīng)歷了雙感應(yīng)測井、 聚焦感應(yīng)測井、陣列感應(yīng)測井儀器等幾個發(fā)展階段 2 。感應(yīng)測井解決了淡水和油基泥漿井中的電阻率測量問題， 由于早期的普通電阻率測井、側(cè)向測井，只能在導(dǎo)電的泥漿中進(jìn)行測量，有時為了獲取地層原始含油飽和度信息，需要用油基泥漿或空氣鉆井，針對這個問題， 1949 年 Doll 提出了感應(yīng)測井及其在油基泥漿井中的應(yīng)用理論，該理論的根據(jù)是電磁感應(yīng)原理。如果忽略趨膚效應(yīng)的影響，則依據(jù)電磁場 Maxwell 方程就可以推導(dǎo)出 Doll 幾何因子表達(dá)式。 1962 年研制出具有商用價值的雙感應(yīng)測井

3、儀器， 但是該測井儀器在實際應(yīng)用中出現(xiàn)了很多問題，例如不能進(jìn)行薄層分析，分辨率低，受井眼、侵入、圍巖以及趨膚效應(yīng)環(huán)境影響嚴(yán)重等，這些不足導(dǎo)致測井曲線不能反映實際的地層信息。作為一維的測量和處理方法， 傳統(tǒng)的聚焦感應(yīng)測井方法不能有效地消除二維的井眼、圍巖，侵入等環(huán)境影響以及趨膚效應(yīng)的影響。為了解決測井方面遇到的問題，二十世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了新的測井方法和測井儀器陣列感應(yīng)測井方法和陣列感應(yīng)測井器。該測井方法在測井過程中易于獲取豐富的井下地層信息。這種測井方法不僅能有效地消除二維的環(huán)境影響， 獲取地層的真電導(dǎo)率 3 ，而且使感應(yīng)測井的應(yīng)用范圍更廣泛，進(jìn)行薄層分析和復(fù)雜的侵入解釋，對油氣儲藏的準(zhǔn)確評價具

4、有重要的作用。1984 年， BPB公司率先推出了商用的陣列感應(yīng)測井儀器（ Array Induction Sonde ， AIS ），該儀器采用一個發(fā)射線圈和四個接收線圈的結(jié)構(gòu)。主接收線圈的.間距是根據(jù)傳統(tǒng)感應(yīng)測井線圈系間距設(shè)計的，采用了單頻率的工作方式，所有的接收信號經(jīng)數(shù)字化后再傳送到地面，由地面計算機(jī)進(jìn)行處理。由于徑向和縱向特性不可能分別達(dá)到最優(yōu)，因此它的二維特性不是最優(yōu)的。1990 年斯倫貝謝（ Schlumberger）公司推出了陣列感應(yīng)成像測井儀器（Array Induction Tool，AIT ）。最初其推出的儀器稱為 AIT-B 型，線圈系由一個主發(fā)射和上下非對稱布置的8個接

5、收線圈系組成。 這8 個線圈系都由一個主接收線圈和一個屏蔽接收線圈系組成。由于實際測井中往往會出現(xiàn)儀器不勻速、儀器遇卡以及儀器組合長等問題。 1995 年，該公司又研制出了井場適用最優(yōu)的陣列感應(yīng)測井儀器 AIT-H 型，該儀器繼續(xù)保留了 5種探測深度和 3種分辨率的合成曲線，接收線圈系布置為單側(cè)，使儀器的長度不超過 5m ，以便適應(yīng)儀器的組合要求，使鼠洞的深度減小。同時其工作頻率減少到一個（ 26.325kHZ ）。該儀器還安裝了加速度計測量儀器，可以用來解決井下儀器不勻速的問題。除此以外，還安裝有串接球形電極和井徑儀，分別用來測量泥漿電阻率和井徑。這些使得該儀器能準(zhǔn)確自適應(yīng)井眼校正，具有遇卡

6、處理能力。1996 年，阿特拉斯（Atlas ）測井公司推出了高分辨率陣列感應(yīng)測井儀器 HDIL 。 HDIL 是一種全數(shù)字化、全譜感應(yīng)測井儀器，其線圈系由 7個單側(cè)布置的三線圈系子陣列組成，所有子陣列同時接收 8種頻率（ 10 kHz 、30 kHz 、50 kHz 、70 kHz 、 90 kHz 、110 kHz 、130 kHz 和150kHz ）的時間序列波形，波形從模擬經(jīng)過采樣、量化、編碼為數(shù)字化后送到地面，地面經(jīng)過快速傅里葉變換將波形分解為實部和虛部信號，即每個測量深度點(diǎn)有 112 個信號；通過軟件聚焦合成具有三種縱向分辨率（ 0.3m ，0.6m 和 1.2m ）、六種徑向探測

7、深度（ 0.254m ，0.508m ，0.762m ，1.524m ，2.286m 和3.048m ）的響應(yīng)曲線。該儀器具有井斜校正，由于井下接收波形需要進(jìn)行堆棧處理，因此其抗干擾能力較強(qiáng)，而且易于診斷曲線的異常和控制曲線的質(zhì)量。2000 年，Halliburton 公司繼其高分辨率感應(yīng)測井儀器 HRI 之后，研發(fā)出了新型陣列感應(yīng)測井儀器 HRAI ，該儀器也屬于高分辨率測井儀器， 它的線圈系以原高分辨率雙感應(yīng)儀器為基礎(chǔ)，由四個線圈系組成，主發(fā)射線圈位于中部，上下分別布置了5個接收線圈，工作頻率有8kHz 和32kHz 兩種，這樣實部信號和虛部的信號就可以同時測量得到。井下的數(shù)字電路將模擬數(shù)

8、據(jù)數(shù)字化后傳到地面處里。除測量感應(yīng)數(shù)據(jù)以外，還能測量泥漿電阻率、儀器加速度、儀器內(nèi)部溫度、井徑和自然電位。.2003 年，中國石油集團(tuán)測井公司研制成功的陣列感應(yīng)測井儀器 MIT ，與西方斯倫貝謝公司的陣列感應(yīng)測井儀器 AIT 類似，個 3 線圈的子陣列組成了其線圈系，其工作頻率有三種（25.325kHz 、52.65kHz 和105.3kHz ），五種徑向探測深度（0.25m ， 0.50m ，0.75m ， 1.50m ， 2.25m ）和三種縱向分辨率（ 0.3m ，0.6m 和 1.2m ）的合成曲線是利用軟件聚焦得到的。 MIT 測井儀器的信號處理結(jié)果比AIT 更加穩(wěn)定可靠。三分量感應(yīng)

9、測井儀器的發(fā)射線圈由3個沿、和 3 個方向且相互正交的磁偶極子和 5個接收線圈組成。 43 個相互正交的接收線圈分別接收、和3 個方向的信號 ,另外兩個分別接收和交叉耦合分量,從而完全測量各向異性張量矩陣中的 9個分量 ,這種儀器也稱為三分量感應(yīng)測井儀器,其目的是測量交互薄層和各向異性地層的電阻率。貝克- 阿特拉斯公司 2000 年率先推出三分量感應(yīng)測井儀器,稱為 3或 3 。與常規(guī)感應(yīng)儀器的發(fā)射和接收線圈平行于井軸放置方式不同 ,3使用三對發(fā)射 -接收線圈對 ,一對平行于井軸 ,測量常規(guī)磁場分量 ,用于推導(dǎo)地層水平電阻率 ;另外兩對相互正交 ,且垂直于井軸 ,測量磁場的垂直分量和 ,用于推導(dǎo)

10、地層垂直電阻率。 2004 年 ,公司研制出一種新的三分量感應(yīng)測井儀器 ,它由 3 個正交發(fā)射線圈、 3 個沿方向的短接收線圈和 6組全三軸正交的接收線圈組成。比的三分量感應(yīng)有很大的改進(jìn)。 三軸正交發(fā)射和接收線圈做到在同一位置 ,的三軸是分離的 ;三個常規(guī)短子陣列用于井眼校正。 三分量感應(yīng)中 ,井眼影響是必須考慮的重要因素 ,是測量誤差的重要來源 ;6 組三軸正交的接收線圈組成陣列感應(yīng)陣列 ,其方向信號合成陣列感應(yīng)的 5種不同探測深度曲線 ,便于侵入分析以及與常規(guī)陣列感應(yīng)測井結(jié)果比較 ; 2個工作頻率 ,覆蓋較寬的地層電阻率范圍。公司設(shè)計三分量感應(yīng)測井儀器的最初目的是確定地層電阻率的各向異性、

11、測量地層傾角、產(chǎn)生井眼周圍的地質(zhì)成像。其儀器稱為新一代陣列感應(yīng)測井儀器。事實上 ,新的三份量感應(yīng)測井儀器提供 234 條曲線 ,其信息不但供測井巖石物理學(xué)家使用 ,而且地質(zhì)學(xué)家也可使用?，F(xiàn)場算法提供地層各向異性電阻率、侵入?yún)?shù)、傾角和方位 ,以及標(biāo)準(zhǔn)陣列感應(yīng)測井曲線。計算中心通過 1 、 2和 3反演處理提供高分辨率的各向異性電阻率。其井眼周圍地層電阻率成像對了解儲層結(jié)構(gòu)十分有用。二、陣列感應(yīng)測井方法的原理陣列感應(yīng)測井是以電磁感應(yīng)原理為理論基礎(chǔ)，它是通過在發(fā)射線圈中加一個幅度和頻率恒定的交流電時，這個電流將在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生一個交變磁場，.這個交變磁場在介質(zhì)中形成以井軸為中心的環(huán)形渦流，其強(qiáng)度與

12、地層的電導(dǎo)率成正比，而渦流又會產(chǎn)生二次交變電磁場， 在接收線圈中又會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢的大小與渦流強(qiáng)度有關(guān)，即與地層的電導(dǎo)率有關(guān)。 5高分辨率陣列感應(yīng)測井儀仍是以電磁感應(yīng)原理為理論基礎(chǔ)，其線圈系基本單元采用三線圈系結(jié)構(gòu)（一個發(fā)射，兩個接收基本單元）。它運(yùn)用了兩個雙線圈系電磁場疊加原理，實現(xiàn)消除直藕信號影響的目的。線圈系由七組基本接收單元（源距為 6 94 英寸）組成，共用一個發(fā)射線圈， 使用八種頻率 （10KHz 、30KHz 、 50KHz 、 70KHz 、 90KHz 、 110KHz 、 130KHz 、 150KHz ）同時工作，測量 112 個原始實分量和虛分量信號，通過多路

13、遙測短節(jié)，把采集的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，再?jīng)計算機(jī)進(jìn)行預(yù)處、趨膚校正等，得出具有不同探測深度和不同縱向分辨率的電阻率曲線，見圖 1。高分辨率陣列感應(yīng)（ HDIL ）與常規(guī)感應(yīng)除了線圈系的區(qū)別外， 其最大的不同之處在于記錄的是 7組實部和 7 組虛部原始的相信號，為后續(xù)處理保留了最原始的數(shù)據(jù)。在高電阻地層，信噪比和探測器的穩(wěn)定性通常限制感應(yīng)測井的精確度，而淺探測曲線和高度聚焦測井曲線對用于井眼校正的那些井眼參數(shù)很敏感。高分辨陣列感應(yīng)測井儀器通過利用不同線圈系的不同頻率數(shù)據(jù)組合校正技術(shù)，能有效提高信噪比和探測器的穩(wěn)定三、現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)意見高分辨率陣列感應(yīng)測井（ HDIL ）的應(yīng)用拓展了電

14、阻率測井的應(yīng)用領(lǐng)域、解決了困擾儲層電阻率評價的許多難題、提高了儲層電阻率評價的精度。6.（1 ）復(fù)雜井眼條件下提供高精度的地層電阻率。由于高分辨率陣列感應(yīng)測井技術(shù)的發(fā)展，使其能在復(fù)雜井眼條件下提供更高精度的地層電阻率，從而為油氣層評價提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。是在大斜度井中進(jìn)行的高分辨感應(yīng)測井校正前后對比圖，儲層的電阻率和侵入特性變化很大。（2 ）定性識別油、水層。對于滲透層，由于泥漿侵入而使其徑向電阻率發(fā)生變化，高分辨率陣列感應(yīng)測井不同徑向探測深度的電阻率曲線正好反映這一變化。3）判斷油水過渡帶。高分辨感應(yīng)六條電阻率為正差異或重合時解釋油層的依據(jù)：當(dāng)?shù)貙雍蜌鈺r，測井所測量的是泥漿濾液、地層水（或束

15、縛水）、油氣的一個復(fù)合流體的綜合響應(yīng)，有可能存在沖洗帶、過渡帶的復(fù)合流體響應(yīng)電阻率接近的情況，即可能存在沖洗帶泥漿濾液響應(yīng)電阻率接近過渡帶泥漿濾液加地層水加殘余油氣的響應(yīng)電阻率，也接近原狀地層地層水加油氣的響應(yīng)電阻率。（4 ）定性描述儲層滲透性好壞。在同一次測井中，泥漿電阻率值一般僅隨溫度變化而變化，由于泥漿的侵入使地層徑向電阻率發(fā)生變化，從而使不同徑向探測深度電阻率曲線產(chǎn)生差異。對于滲透性差的地層，因泥漿侵入量少，各條不同徑向探測深度電阻率曲線基本重合；在滲透性好的地層，由于泥漿的侵入使地層徑向電阻率發(fā)生明顯變化，從而使各條不同徑向探測深度電阻率曲線分開，曲線分開程度與地層滲透性關(guān)系密切，一

16、般滲透性越好分開程度越大。（5）確定侵入帶電阻率Rxo 和原狀地層電阻率Rt。高分辨率陣列感應(yīng)測井給出 6 種探測深度的曲線，因此可用四參數(shù)模型進(jìn)行反演，從而得出得到層界面、侵入深度、原狀地層電阻率、侵入帶電阻率。利用經(jīng)過侵入影響校正后的原狀地層電阻率 Rt 計算的含油飽和度精度將大大提高。（6 ）準(zhǔn)確解釋薄互儲層。常規(guī)感應(yīng)測井儀器的垂向平均特性掩蓋了一些薄儲層的特性，有可能漏掉有經(jīng)濟(jì)價值的薄互油氣儲層的可能性較高，導(dǎo)致封堵和廢棄一些可能有用的井，同時還有可能造成高阻薄儲層致使整層電阻率升高，造成高阻水層。由于高分辨率陣列感應(yīng)測井能夠提供1ft（ 30.1cm ）的高縱向分辨率的曲線，因而可用

17、來準(zhǔn)確解釋薄互儲層，使測井評價薄互儲層的能力大大增強(qiáng)。四、陣列感應(yīng)測井應(yīng)用前景分析.陣列感應(yīng)測井技術(shù)就其基本思路而言 ,與橫向測井一脈相承 ,也是采用一系列不同線圈距的線圈系測量同一地層 ,從而得出原狀地層及侵入帶電阻率等參數(shù)。 所不同的是 ,陣列感應(yīng)測井采用先進(jìn)的電子技術(shù)、 計算機(jī)技術(shù)及數(shù)字處理方法 ,把采集到的大量數(shù)據(jù)傳送到地面 ,經(jīng)計算機(jī)處理 ,得出具有不同探測深度和不同縱向分辨率的電阻率曲線。從國內(nèi)外陣列感應(yīng)測井技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r可以看出 ,國外的陣列感應(yīng)測井技術(shù)已經(jīng)成熟化、規(guī)?；?、一體化 ,而且已經(jīng)形成了技術(shù)和市場的良性循環(huán) ,并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了新一代儀器。國內(nèi)目前的陣列感應(yīng)測井設(shè)備大

18、部分是從國外三大測井公司引進(jìn)的 ,近年來 ,國產(chǎn)陣列感應(yīng)測井儀器的技術(shù)水平也有較大提高 ,但與國外的差距還是很大。 目前 ,國內(nèi)陣列感應(yīng)測井技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是在進(jìn)一步研制新型陣列感應(yīng)測井儀的基礎(chǔ)上 ,開始三分量感應(yīng)測井儀器的研究。五、致謝歷時約一個月的時間完成讀書報告 ,特別感謝我的論文指導(dǎo)老師毛志強(qiáng)教授的指導(dǎo)和幫助 ,感激他的啟發(fā)和點(diǎn)撥。 感謝在我的論文編寫這段時間里給我提供幫助的師兄。 感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)十位學(xué)者的研究文獻(xiàn) ,如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā) ,我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友 ,在我論文寫作過程中給予我了很多建議 ,在論文的撰寫和排版等過程中供熱情的幫助。感謝父母的關(guān)心和問候 !由于我的學(xué)術(shù)水平有限 ,所寫論文肯定有不足之處 ,懇請各位老師和同學(xué)批 評和指正 !六、參考文獻(xiàn)1 鐘建兵 ,劉利容 . 陣列感應(yīng)測井技術(shù)在識