第3章 側(cè)向測井

1、2011-2-18地球物理測井方法與原理1 /51第三章 側(cè)向測井七電極側(cè)向測井雙側(cè)向測井沖洗帶電阻率測井本章授課內(nèi)容本章授課內(nèi)容屏蔽電極屏蔽電極 雙側(cè)向和微球形聚焦測井原理重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握三電極側(cè)向測井側(cè)向測井手段的提出a) 存在問題：為了評價(jià)含油性，必須較準(zhǔn)確的求出地層的電阻率，在地層厚度較大、地層電阻率和泥漿電阻率相差不太懸殊的情況下，可以采用普通電極系測井來求地層電阻率；但在地層較薄、電阻率很高，或者在鹽水泥漿的情況下，由于泥漿和圍巖電阻率很低，使得電極流出的電流大部分都在井和圍巖中流過，進(jìn)入測量層的電流很少。因此測量的視電阻率曲線變化平緩，不能用來分層，確定Rt。b) 解決辦法 在電

2、極系主電極的上下兩側(cè)各增設(shè)一個(gè)屏蔽電極，迫使供電電極發(fā)出的電流徑向流入地層，從而減小井內(nèi)泥漿對電流的分流和圍巖的影響，提高縱向分辨能力和徑向探測深度。 側(cè)向測井種類： 三側(cè)向、雙側(cè)向、 微側(cè)向、鄰近側(cè)向、 微球形聚焦測井 1 三電極側(cè)向測井 三電極側(cè)向測井簡稱三側(cè)向測井，現(xiàn)已基本被雙側(cè)向所取代，但作為側(cè)向測井最早的一種（其它側(cè)向測井方法都是在它的基礎(chǔ)上或者是在借鑒它的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的），其聚焦的基本原理還是值得一講。 三側(cè)向測井包括： 深三側(cè)向測井：Rt 淺三側(cè)向測井: Ri深三側(cè)向測井基本原理a)電極系結(jié)構(gòu)： 由三個(gè)柱狀金屬電極組成，中間的為主電極A0，兩端的為屏蔽電極A1、A2，它們對稱地

3、排列在主電極兩側(cè)，且互相短路，電極之間用絕緣材料（簡稱絕緣環(huán)隔開），在電極系上方較遠(yuǎn)處設(shè)有對比電極N和回路電極B，如右圖。記錄點(diǎn)：A0中點(diǎn)1.1 三側(cè)向測井基本原理 b)b)深三側(cè)向電流分布和測量原理深三側(cè)向電流分布和測量原理 測井過程中，主電極測井過程中，主電極A0A0和屏蔽電極和屏蔽電極A1A1、A2A2分別分別通以相同通以相同極性的電流極性的電流I I0 0和和I Is s，并使，并使I I0 0保持為一常數(shù)保持為一常數(shù)，通過自動(dòng)控制通過自動(dòng)控制IsIs方法，使方法，使A1A1、A2A2的的電位始終保持和電位始終保持和A0A0的電位相等的電位相等，沿，沿縱向的電位梯度為零。這就保證了縱向

4、的電位梯度為零。這就保證了電流不會(huì)沿井軸方向流動(dòng)，而絕大電流不會(huì)沿井軸方向流動(dòng)，而絕大部分呈水平層狀進(jìn)入地層，這樣大部分呈水平層狀進(jìn)入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，測量的大減小了井和圍巖的影響，測量的是主電極（或任一屏蔽電極）上的是主電極（或任一屏蔽電極）上的電位值。因?yàn)橹麟娏鞅３趾愣ǎ孰娢恢?。因?yàn)橹麟娏鞅３趾愣?，故測得的電位依賴于地層電阻率的大測得的電位依賴于地層電阻率的大小。小。1.1 三側(cè)向測井基本原理恒流法：恒定不變電流恒流法：恒定不變電流Io屏蔽電流：與屏蔽電流：與Io同極性電流同極性電流Is自動(dòng)控制自動(dòng)控制Is：保持：保持U Ua1=Ua2=UaoIs對對Io屏蔽作用：屏蔽

5、作用： 主要取決于屏蔽電極的長度主要取決于屏蔽電極的長度記錄點(diǎn)：記錄點(diǎn)：Ao中點(diǎn)中點(diǎn)記錄電位差：記錄電位差： U = U （Ao中點(diǎn)）中點(diǎn)）U （N）深三側(cè)向深三側(cè)向電極系結(jié)構(gòu)及電場分布電極系結(jié)構(gòu)及電場分布1.1 三側(cè)向測井基本原理淺三側(cè)向測井基本原理a)電極系結(jié)構(gòu)： 由由5 5個(gè)柱狀金屬電極組成，個(gè)柱狀金屬電極組成，主電極主電極A A0 0在中間，在中間，A A1 1、A A2 2為為屏蔽電極，A1、A2的尺寸比深三側(cè)向測井要短，減弱了屏蔽電流Is對主電流I0的控制作用，并在屏蔽電極的外面加上兩個(gè)極性相反的電極B1和B2，作為主電流和屏蔽電流的回路電極。記錄點(diǎn)：A0中點(diǎn)1.1 三側(cè)向測井基本

6、原理b)淺三側(cè)向電流分布和測量原理 主電流I0，受屏蔽電流Is的排斥徑向、成水平層狀流入地層，由于回路電極的吸引，在地層不遠(yuǎn)處即發(fā)散。所測出的視電阻率主要反映井壁附近巖層電阻率的變化。在滲透層井段就反映侵入帶 Ri的變化電流回路電極電流回路電極屏蔽電極屏蔽電極屏蔽電極屏蔽電極主電極主電極電流回路電極電流回路電極1.1 三側(cè)向測井基本原理 下面是一種實(shí)際應(yīng)用的深淺三側(cè)向電極系（單位：m) 電極上面的數(shù)值表示該電極的長度，兩個(gè)電極之間的數(shù)值表示電極之間相隔的距離。深側(cè)向時(shí)：最外側(cè)兩個(gè)電極作為屏蔽電極，通以和主電極相 同極性的電流。淺側(cè)向時(shí)：最外側(cè)兩個(gè)電極作為回路電極，通以和主電極相 反極性的電流。

7、220111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1AAAAA220111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1BAAABKd=0.24m，Ks=0.38m 儀器全長3.6m，儀器直徑為0.089m，Kd、Ks分別表示深、淺三側(cè)向電極系系數(shù)。 1.1 三側(cè)向測井基本原理1.1 三側(cè)向測井基本原理1.2 三側(cè)向視電阻率及其影響因素 表達(dá)式 三側(cè)向電極系的深度記錄點(diǎn)在主電極的中點(diǎn)，三側(cè)向測井測量的是A0電極表面的電位U，其視電阻率Ra為：式中 U 電極表面的電位， V； I0 主電流強(qiáng)度， A； K 三側(cè)向電極系系數(shù)，m.可用理論計(jì)算方法或?qū)嶒?yàn)方法求出

8、，還可用下面的近似公式計(jì)算：式中，L: 主電極長度的一半；L0: 電極系長度的一半；r0：電極系半徑。0IUKRa004ln ( 2/)LKLr 曲線形狀 三側(cè)向測井的視電阻率理論曲線特征與電位電極系的視電阻率曲線相似，當(dāng)上下圍巖電阻率相等時(shí)，曲線關(guān)于地層中心對稱，在高阻地層中，視電阻率出現(xiàn)極大值；當(dāng)上、下圍巖電阻率不等時(shí)，則Ra曲線呈不對稱形狀，且極大值移向高阻圍巖一方。HH/d=4Rs/Rm=1Rt/Rm=4002010Ra/Rm1.2 三側(cè)向視電阻率及其影響因素 三側(cè)向影響因素 電極系參數(shù)和地層參數(shù)。前者影響電極系K，后者影響電極系的電位。 （a)電極系參數(shù)包括電極系長度、主電極長度及電

9、極系直徑 電極系愈長，主電流聚焦越好，主電流進(jìn)入地層的深度也越深。 主電極長度對曲線的縱向分層能力有影響，主電極越短，分層能力越強(qiáng)。 若電極系的直徑等于井徑（ds=d),Ra=Rt； 若dsd, RaRw時(shí)：水層增阻侵入 Rxo Rt負(fù)幅度差 油層減阻侵入 Rxo Rt 正幅度差RmfRt水層。1.3 三側(cè)向測井曲線的應(yīng)用3）確定真電阻率 對影響因素（井眼、圍巖層厚、侵入）校正后得到地層真電阻率Rt1.3 三側(cè)向測井曲線的應(yīng)用1.4 三側(cè)向測井的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）適合在高礦化度泥漿（鹽水泥漿）中使用；（2）有利于劃分薄層，能清楚地劃分出0.40.5m的薄層；（3）探測深度比普通電阻率測井深。缺

10、點(diǎn)：當(dāng)侵入較深時(shí)（ D 1.6m），深三側(cè)向測出的視電阻率曲線受侵入帶影響較大，使得深三側(cè)向的探測深度不夠深，淺三側(cè)向的探測深度又不夠淺，測量結(jié)果受原狀地層電阻率影響大，導(dǎo)致了在滲透層處，深淺三側(cè)向視電阻率曲線幅度差不明顯，難于判斷油水層，綜合解釋有困難。 三側(cè)向電極系三側(cè)向電極系： 探測深度取決于屏蔽電極長度；探測深度取決于屏蔽電極長度； 淺側(cè)向探測過深。淺側(cè)向探測過深。七側(cè)向電極系七側(cè)向電極系： 調(diào)整電極系的分布比改變屏流大小，調(diào)整電極系的分布比改變屏流大小， 使深探測變深、淺側(cè)向探測變淺。使深探測變深、淺側(cè)向探測變淺。2 七電極系側(cè)向測井七電極系側(cè)向測井七側(cè)向電極系七側(cè)向電極系及電流分布

11、及電流分布主電極主電極監(jiān)督電極監(jiān)督電極監(jiān)督電極監(jiān)督電極屏蔽電極屏蔽電極屏蔽電極屏蔽電極電極距電極距L電極系電極系Lo屏蔽電流的調(diào)節(jié)：一般通過調(diào)節(jié)屏蔽電流的調(diào)節(jié)：一般通過調(diào)節(jié)S=Lo/L實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) S不能無限大，一般為不能無限大，一般為33.5為好為好記錄點(diǎn)：主電極系的中心記錄點(diǎn)：主電極系的中心2 七電極系側(cè)向測井七電極系側(cè)向測井22211025. 0638. 0112. 025. 002. 025. 0112. 0638. 01025. 0AMMAMMAo2222111025. 05 . 0025. 025. 0083. 0167. 002. 0167. 0083. 025. 01025. 05

12、 . 0025. 0BAMMAMMABo淺七側(cè)向淺七側(cè)向深七側(cè)向深七側(cè)向分布比S=3.27；電極系長度L0=2.07m；電極距L=0.632m分布比分布比S=2.4；電極系長度；電極系長度L0=1.07m；電極距；電極距L=0.437m2 七電極系側(cè)向測井七電極系側(cè)向測井應(yīng)用： 基本上與三側(cè)向測井相同缺點(diǎn)： 由于深、淺七側(cè)向電極系電極距不同， 兩條視電阻率曲線縱向分辨能力不同， 使測井資料解釋應(yīng)用產(chǎn)生問題。2 七電極系側(cè)向測井七電極系側(cè)向測井3 雙側(cè)向測井 是在三側(cè)向和七側(cè)向的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，既有合適的探測深度（和三側(cè)向相比），又使深、淺側(cè)向電極距相同（和七側(cè)向相比）。 雙側(cè)向測井顧名思義，

13、它也分為深雙側(cè)向和淺雙側(cè)向， 深側(cè)向電阻率主要反映原狀地層電阻率， 淺側(cè)向電阻率主要反映侵入帶電阻率。 3.1 雙側(cè)向測井原理 它采用兩個(gè)柱狀電極和七個(gè)體積較小的環(huán)狀電極，電極系結(jié)構(gòu)如下圖： 深側(cè)向測量時(shí)，主電極 供以恒定電流 ，兩對屏蔽電極 和 、 和 流出與 相同極性的屏蔽電流 和 ，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)電路保持監(jiān)督電極 M1和M1（ M2和M2）間的電位差為零，同時(shí)使屏蔽電極A1、A1和A2 、A2上的電位比值為一常數(shù)。即( 或 )。然后，測量的是任一監(jiān)督電極（如M1）和無窮遠(yuǎn)電極N之間的電位差。 淺側(cè)向測量原理和深側(cè)向差不多0IoA1A1A2A2AsI0IsI11/AAUU22/AAUUIsI

14、o深側(cè)向電極系深側(cè)向電極系淺側(cè)向電極系淺側(cè)向電極系屏蔽電極屏蔽電極回路電極回路電極N 淺側(cè)向測井時(shí)，A1，和A1 為屏蔽電極，極性與A0電極相同，A2，A2為回路電極，極性與A0相反，由A0和屏蔽A1,A1流出的電流進(jìn)入地層后很快返回到A2,A2電極,減少了探測深度。雙側(cè)向電極系尺寸如下： 儀器全長9.36m。由此可見，淺雙側(cè)向與深雙側(cè)向的尺寸一樣，其不同之處在于把柱狀屏蔽電極A2和A2改成電流的回路電極B1、B2。 )(38 . 03 . 022. 0M02. 008. 002. 018. 012. 018. 002. 008. 0M02. 022. 03 . 08 . 0)(3121210

15、12122BAAMAMAAB3.1 雙側(cè)向測井原理3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正表達(dá)式 在主電流I0恒定不變的情況下，測得的電位差和介質(zhì)的視電阻率成正比： 其中：K 為雙側(cè)向電極系系數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)或理論計(jì)算獲得；UM1為監(jiān)督電極M1上的電位。01IUKRMa 曲線形狀 當(dāng)上下圍巖相同時(shí)，Ra 曲線對稱于地層中部；在地層的上下界面附近出現(xiàn)兩個(gè)小尖，隨厚度增加這兩個(gè)小尖逐漸消失；高阻厚層中部的視電阻率數(shù)值最高，且曲線平緩，變化不大，曲線應(yīng)讀地層中部的視電阻率值，小尖不作地質(zhì)解釋。HH/d=4Rs/Rm=1Rt/Rm=5 002010Ra/Rm深側(cè)向深側(cè)向淺側(cè)向淺側(cè)向3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正 影

16、響因素及校正 雙側(cè)向測井測得的視電阻率同樣受電極系特性和介質(zhì)電阻率的影響，不同電極系對視電阻率的影響不同，必須結(jié)合本地區(qū)的地質(zhì)條件(層厚變化、油水層電阻率、巖性、侵入等)選定適當(dāng)?shù)碾姌O系。確定電極系的原則是： （1）層厚影響小，分層能力強(qiáng)，即薄層電阻率曲線顯示清楚（2）井眼影響小，在相同井眼條件下，對深淺側(cè)向的影響相同。（3）深淺雙側(cè)向的探測深度差別要大，有利于判斷侵入特性。 雙側(cè)向同樣受井眼、圍巖及侵入影響，需進(jìn)行校正。 3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正圖版校正法圖版校正法 厚層、井徑厚層、井徑8in8in、井眼無環(huán)帶、無過、井眼無環(huán)帶、無過渡帶以

17、及讀數(shù)已做井渡帶以及讀數(shù)已做井眼校正。眼校正。 RLLD/Rxo=20Rxo=2 RLLD/RLLS=7.5Rt=60ohm.mDi=1.27m3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正圖版校正法圖版校正法3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型 氣、水兩相滲流方程氣、水兩相滲流方程 1)()(1)()(1wgwgcwwwwwrwwgggggrggSSPPPtSqrPKKrrrtSqrPKKrrr3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型鹽水泥

18、漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型 地層水礦化度對流傳輸方程地層水礦化度對流傳輸方程 tCSpCqrpCrKKrrmfwwmfwwwwrw1tCtCrCrDwww23.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型 地層水電阻率計(jì)算方程地層水電阻率計(jì)算方程 TCRww8 . 139825 .36470123. 0955. 0阿爾奇模型計(jì)算地層電阻率阿爾奇模型計(jì)算地層電阻率 mnwwtSabRR3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型鹽水泥漿侵入機(jī)理及動(dòng)態(tài)侵入模型 雙

19、側(cè)向測井響應(yīng)動(dòng)態(tài)計(jì)算雙側(cè)向測井響應(yīng)動(dòng)態(tài)計(jì)算0),(1),(ztzrURzrrtzrURrr01)()(ItUKtRma3.2 雙側(cè)向Ra曲線及其校正侵入校正侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正動(dòng)態(tài)侵入校正時(shí)間推移雙側(cè)向測井動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征時(shí)間推移雙側(cè)向測井動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征 氣層氣層水層水層3.3 雙側(cè)向測井資料應(yīng)用 劃分巖性界面 雙側(cè)向受影響因素小，縱向分辨能力要強(qiáng)，可分辨厚度0.6m的層； 電阻率差別較大時(shí)，厚度0.4m的層亦有明顯異常。 識(shí)別油、水層 RmfRw時(shí)：水層增阻侵入 RmRxo Rt負(fù)幅度差 油層減阻侵入 RmRxo Rt正幅度差 RmfRt水層。 確定地層電阻率 根據(jù)深、淺雙側(cè)向測出的視電阻率，可采

20、用與三側(cè)向相同的方法求出地層真電阻率Rt 3.3 雙側(cè)向測井資料應(yīng)用 3.4 雙側(cè)向和三側(cè)向測井的比較（1） 電極系結(jié)構(gòu) 三側(cè)向由三個(gè)柱狀電極構(gòu)成，雙側(cè)向由七個(gè)環(huán)狀電極和兩個(gè)柱狀電極構(gòu)成。（2） 探測深度 就探測深度而言，雙側(cè)向大于三側(cè)向。三側(cè)向探測深度淺，在泥漿侵入深時(shí)，視電阻率受侵入帶影響大，深淺三側(cè)向探測深度差別不大，給判斷油（水）、水層帶來困難。 （3）縱向分辨能力 三側(cè)向的分層能力由于主電極長度決定。由于主電極較短，主電流呈水平狀進(jìn)入地層，降低了上下圍巖的影響，縱向分層能力較強(qiáng)；雙側(cè)向的縱向分層能力與 的距離有關(guān)， 可劃分出 的地層電阻率變化。 （4）影響因素 三側(cè)向受井眼、圍巖影響

21、較小，但探測深度不深，使用受限制。層厚、圍巖對深、淺雙側(cè)向的影響是相同的，深雙側(cè)向比淺三側(cè)向受井眼影響小得多。 (5) 應(yīng)用 兩種側(cè)向測井都可用于劃分地質(zhì)剖面，判斷油水層，確定地層真電阻率和侵入帶直徑。21OO21OOh 3.4 雙側(cè)向和三側(cè)向測井的比較雙側(cè)向和三側(cè)向測井的比較4 沖洗帶電阻率測井 微電極測井（ML）雖然提高了縱向分辨率，但由于受泥餅影響較大，難以求準(zhǔn)沖洗帶電阻率，為此提出了微側(cè)向測井（MLL）、鄰近側(cè)向測井（PL）和微球形聚焦測井(MSFL)。4.1 微側(cè)向測井 微側(cè)向測井是改進(jìn)微電極測井得到的。電極間的距離為A00.016M10.012M20.012A1。利用推靠器將極板壓

22、向井壁，使電極與井壁直接接觸。探測深度：探測深度：80mm80mm10MMLLURkI方法：通過聚焦消除泥餅的影響方法：通過聚焦消除泥餅的影響4.2 鄰近側(cè)向測井 微側(cè)向測井雖然在一定程度上克服了微電極測井受泥漿和泥餅影響較大的缺陷，在泥餅不厚和泥漿電阻率低的條件下效果較好，但其探測深度仍然較淺，為此提出了鄰近側(cè)向測井。設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)目的： 增大探測深度，增大探測深度， 減小泥餅較厚減小泥餅較厚 時(shí)對沖洗帶電阻率的影響。時(shí)對沖洗帶電阻率的影響。 探測深度：150250mm (微側(cè)向?yàn)?0mm) 測量時(shí)，調(diào)節(jié)電極A的屏蔽電流Is，使得M電極的電位UM等于儀器內(nèi)已知的參考信號(hào)U參。在測量過程中保持

23、UMU參常數(shù)，通過調(diào)節(jié)A0電極的電流I0，使得UA0UM，如果兩者不等，再調(diào)節(jié)I0使它們相等，A0電極與M電極間的電位梯度為零，迫使I0沿徑向射入地層。視電阻率公式為： （恒壓法）0MP LURKI4.2 鄰近側(cè)向測井應(yīng)用特點(diǎn)：當(dāng)侵入帶深度1m，hmc19mm，RpL=Rxo當(dāng)侵入帶深度19mm時(shí),RpLRxo ，需要 對其進(jìn)行泥餅校正，但是，此方法在侵入較淺，泥餅較薄不能用。4.2 鄰近側(cè)向測井4.3 4.3 微球形聚焦測井微球形聚焦測井（Micro spherically focused log)比較：微側(cè)向聚焦弱，探測深度淺，受泥餅影響大； 鄰近側(cè)向聚焦強(qiáng)，探測深度深，受原狀地層影響大方法：優(yōu)化電極系結(jié)構(gòu)，改善探測深度。微球形聚焦測井：探測深度合理，主要反映沖洗帶電阻率， 測量結(jié)果受泥餅影響較小，且不受Rt影響， 使用范圍較寬。微球型聚焦測井原理 由A0供給的電流一部分流到輔助電極A1，成為輔助電流，用Ia表示；另一部分電流進(jìn)入地層，流經(jīng)一段距離后回到較遠(yuǎn)的回路電極B，這部分電流稱為測量