地球物理測井：陣列感應成像測井

1、陣列感應成像測井測井原理發(fā)射線圈接收線圈渦流 根據(jù)電磁感應原理提出的感應測井，在測量時通過對發(fā)射線圈供給交流電，在其周圍地層中形成交變電磁場；這種交變電磁場既可在導電介質(zhì)中傳播，也可在非導電介質(zhì)中傳播。在感應幾何因子理論中，設想把地層分成許多以井軸為中心的圓環(huán)，每個圓環(huán)相當于一個導電環(huán)；在交變電磁場的作用下，這些導電環(huán)就會產(chǎn)生感應電流，感應電流是以井軸為中心的同心圓狀的閉合電流環(huán)，即渦流。當發(fā)射線圈中交流電的大小與頻率恒定時，地層中渦流強度近似與地層電導率成正比。渦流本身又會形成二次交變電磁場，它在接受線圈內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢；該電動勢的大小與渦流強度有關，即與地層電導率有關。根據(jù)檢測接受線圈感應

2、電流的大小，通過與儀器參數(shù)有關的計算，可以得出地層電導率。這是感應測井的一般原理。感應測井原理測井原理 陣列感應測井采用一個發(fā)射線圈和多個接受線圈，構成一系列多線圈距的三線圈系（一個發(fā)射線圈，兩個接受線圈），其線圈系排列示意圖如右圖所示。接受線圈對中包括一個主接受線圈和一個輔助接受線圈，后者的主要作用是運用電磁場疊加原理消除直耦信號的影響。 陣列感應測井儀采用一系列不同線圈距的線圈系測量同一地層，把采集的大量數(shù)據(jù)傳送到地面，由計算機進行處理，得出具有不同徑向探測深度和不同縱向分辨率的電阻率曲線，其多道信號處理技術可提供改善了徑向和縱向分辨率及做了環(huán)境影響校正的穩(wěn)定可靠的儀器響應。它克服了常規(guī)感

3、應測井儀縱向分辨率低、探測深度固定、不能解決復雜侵入剖面等缺點，不但可得出原狀地層電阻率和侵入帶電阻率，還可研究侵入帶的變化，使用新的侵入描述參數(shù)描述侵入過渡帶，進行電阻率徑向成像和侵入剖面成像，成為目前一種重要的測井新方法。測井原理4ft2ft1ft 可獲得三種縱向分辨率（1ft、2ft、4ft）、56種探測深度（10in、20in、30in、60in、90in、120in）的測井曲線。4英尺2英尺1英尺 儀器同時測量實部和虛部信號，得到28個測量信號，接收信號數(shù)字化后傳到地面，由地面軟件聚焦合成得到5種不同探測深度10in（0.25m），20in（0.50m），30in（0.75m），60

4、in（1.50m），90in（2.25m）的3組分辨率1ft（0.3m），2ft（0.6m），3ft（1.2m）曲線。陣列感應測井儀器介紹 1、Schlumberger公司的陣列感應成像測井儀器AITAIT線圈系結構 8個主線圈距分別為：6in，9in，12in，15in，21in，27in，39in，72in。三種頻率為：26.325kHz,52.65kHz,105.3kHz8組線圈使用同一頻率，又有6組線圈使用其他相鄰的兩個頻率。實際有14個不同探測深度的28個信號。 線圈系由七個單側布置的三線圈系子陣列組成；主接收線圈間距從6in（0.15m）到94in（2. 39m），按對數(shù)等間距布置

5、；所有子陣列同時接收包含8個頻率（10kHz，30kHz，50kHz，70kHz ，90kHz，110kHz ，130kHz，150kHz ）的時間序列波形，波形數(shù)字化后送到地面，地面用快速傅立葉變換將波形分解為實部和虛部信號，共得到112個信號。 2、Atlas公司的高分辨率陣列感應測井儀器HDIL 2、Atlas公司的高分辨率陣列感應測井儀器HDIL 現(xiàn)場提供6種探測深度10in（0.25m），20in（0.50m），30in（0.75m），60in（1.50m），90in（2.25m）和120in（3.05m）的3組分辨率1ft（0.3m），2ft（0.6m），3ft（1.2m）和實際分

6、辨率曲線；井下接收波形進行堆棧處理，具有較強的抗干擾能力，易于進行曲線異常診斷和質(zhì)量控制。HDIL線圈系結構 7個主線圈距分別為： 6in（0.15m）到94in（2. 39m），按對數(shù)等間距布置； 8種頻率： 10kHz，30kHz，50kHz，70kHz ，90kHz，110kHz ，130kHz，150kHz7組線圈分別使用8種頻率實際有56個不同探測深度的112個信號。 3、Halliburton公司的高分辨率陣列感應測井儀器HRAI 線圈系由四線圈系組成，中間為主發(fā)射線圈，上下各布置5個接收線圈，兩個工作頻率（8kHz和32kHz），同時測量實部和虛部信號，井下數(shù)字電路將數(shù)據(jù)數(shù)字化后

7、傳到地面處理。其徑向處理和縱向處理獨立實現(xiàn)。在徑向處理前，每個子陣列的測量均進行反褶積濾波為具有相同的縱向分辨率。徑向合成處理時，除最淺的0.25m和0.50m外，其余深曲線合成不使用淺子陣列信號，從而使近井眼影響限制在淺測量曲線中。最終提供6種探測深度10in（0.25m），20in（0.50m），30in（0.75m），60in（1.50m），90in（2.25m）和120in（3.05m）的3組分辨率1ft（0.3m），2ft（0.6m），3ft（1.2m）和實際分辨率曲線。提供3參數(shù)（地層電阻率、沖洗帶電阻率和侵入直徑）反演結果。HRAI線圈系結構 主發(fā)射線圈在中間，上下各5個接收線圈

8、四線圈系結構 2種頻率： 8kHz和32kHz 陣列感應測井頻率選擇在一定的電導率范圍內(nèi)，感應測井的讀數(shù)相當于地層各部分電導率的加權平均。 （1）式中，權函數(shù)為第n組線圈系在給定頻率下R或X信號的響應。陣列感應測井給出的合成曲線相當于所有陣列線圈原始信號（經(jīng)過井眼校正后）的加權和； （2）式中： 陣列感應測井曲線； 第n組線圈系測量的電導率； 測量線圈系的總道數(shù)；每組線圈系的加權值。陣列感應測井軟件聚焦合成 陣列感應測井影響因素校正1、趨膚效應影響校正2、井眼環(huán)境校正3、傾角校正4、深度校正資料基本處理預處理：消除原始數(shù)據(jù)記錄中的單個壞點和校正在測量過程中由于溫度變化引起的測量結果偏差。趨膚效

9、應校正：響應信號被在發(fā)射器、地層環(huán)及接受器之間的導電地層減弱、延遲，這種現(xiàn)象通常被稱為“趨膚效應”。使用趨膚效應校正可以減少其影響。井眼環(huán)境校正：對泥漿電導率、井眼尺寸的影響校正。真分辨率聚焦組合：在軟件聚焦時，對具有不同探測深度陣列測量的數(shù)據(jù)進行一系列聚焦濾波及組合，得出一組具有固定探測深度的曲線，即聚焦合成曲線?？v向分辨率匹配：將淺探測的曲線特征組合到深探測曲線時，淺探測信號的平均影響被消除，這樣既沒有改變深探測曲線分辨遠離井眼地層的電導率變化的能力（探測深度未變），又使得其縱向分辨率與淺探測曲線匹配，得到相同的視縱向分辨率，形成“分辨率匹配曲線”。合成雙感應曲線、傾角校正一維電阻率反演處

10、理 一維電阻率反演模型假設地層電阻率只沿徑向變化。反演使用的數(shù)據(jù)為經(jīng)井眼校正后的縱向分辨率匹配曲線，電阻率反演方法是以不同探測深度的分辨率匹配曲線對應的徑向積分幾何因子為基礎，在計算中考慮每條曲線的相對精度，在算法中同時進行侵入和非侵入模型的計算和判別，最后根據(jù)選擇標準給出一個較合理的模型。該部分的處理可提供原狀地層電阻率（Rt）、沖洗帶電阻率（Rxo）及侵入帶的侵入深度。 高分辨率陣列感應一維反演成果圖陣列感應電阻率（m）0.22000二維電阻率反演處理 二維電阻率反演同時考慮地層電阻率在縱向和徑向上的變化，但目前在測井資料處理中還沒有一種技術能夠實現(xiàn)與測井數(shù)據(jù)完全吻合的反演。在實際反演中，

11、通常使用一個設置的地層模型進行模擬，將得到的合成數(shù)據(jù)與實際的測井數(shù)據(jù)進行比較，通過逐步調(diào) 整地層模型的參數(shù)，使兩種數(shù)據(jù)近似一致（小于規(guī)定的誤差），這樣可以得到一個包含電阻率分布的定量地層模型。許多反演算法可以產(chǎn)生二維地層電阻率模型、形成二維地層電阻率圖像。Rt,n-1Rt,nRt,n+1Rxo,n-1Lxo,n-1Rt,n-1Rt,nRt,n+1Rxo,nLxo,nRxo,n+1Lxo,n+1RmBHDBorehole高分辨率陣列感應二維反演成果圖Rt（m）0.22000Rxo（m）0.22000深度(m)測井條件 陣列感應測井不能取代側向測井，它與雙側向測井互為補充，分別適應不同的測井條件。

12、陣列感應測井適應的測井條件一般為： 中、低電阻率地層； 相對較高的泥漿電阻率。由感應測井原理可知，如泥漿電阻率太低，對測量結果影響較大；如Rt/Rxo很大，則高度聚焦的感應測井曲線會出現(xiàn)“洞穴效應”。 井眼直徑不能太大。如井徑很大，特別對短間距陣列測量值影響很大；如加測微球型聚焦測井，可在一定程度上補償其影響； 原狀地層電阻率和沖洗帶電阻率有差別。如兩者接近，陣列感應測井不能很好地反映地層的泥漿侵入特性。地質(zhì)應用泥漿侵入機理地層侵入特性描述 直觀描述 徑向電阻率變化 徑向侵入?yún)?shù)和徑向飽和度 泥漿濾液侵入體積劃分有效滲透層識別儲層流體性質(zhì) 油水層識別 氣層侵入特性確定原狀地層電阻率薄層評價泥漿

13、侵入機理r1dir2原狀地層 原狀地層 過渡帶過渡帶沖洗帶沖洗帶井眼 在鉆井過程中，泥漿在正向壓差作用下侵入地層。其具體過程大致如下：從井眼形成的瞬間開始泥漿和泥漿濾液便向滲透性地層滲透，在這段時間內(nèi)還未形成泥餅，稱為瞬時失水（噴失）過程；泥餅形成后，在泥漿循環(huán)狀態(tài)下，泥漿失水量由大到小至恒定，這段時間屬于動失水過程；在瞬時失水過程之后動失水和靜失水過程交替出現(xiàn)，最終泥餅保持一定的厚度，累積失水量達到一定數(shù)值，最終泥餅保持一定的厚度，累積失水量達到一定數(shù)值，形成動態(tài)平衡。一般而言，瞬時失水量較小，動失水量大于靜失水量；失水量越大，泥餅越厚。 通常情況下，泥漿及其濾液徑向侵入剖面是漸變的，根據(jù)侵

14、入程度的變化可分為沖洗帶、過渡帶和原狀地層。地層侵入特性描述 如果泥漿濾液電阻率Rmf小于地層水電阻率Rw，對于油氣層和水層深探測電阻率均小于淺探測電阻率，顯示為正差異。 如果Rmf大于Rw，對于水層深探測電阻率大于淺探測電阻率，顯示為負差異；對于油氣層則可能為正差異、重合或負差異 。 如果Rmf等于Rw，對于水層深探測電阻率等于淺探測電阻率，顯示為重合；對于油氣層則為正差異。徑向深度地層電阻率油氣層水層徑向深度地層電阻率油氣層水層徑向深度地層電阻率油氣層水層直觀描述 由于同一組陣列感應測井曲線的測井原理和垂直分辨率相同，因此進行直觀解釋比其它電阻率測井資料具有優(yōu)越性。在非滲透層各條曲線應該重

15、合，根據(jù)曲線之間的差異可以定性描述地層的侵入特性。LU7126井測井曲線圖徑向電阻率變化 用徑向響應函數(shù)對一組縱向分辨率匹配曲線進行反褶積，可得到對徑向電阻率變化的詳細描述，在不施加任何預先設想模型的情況下，建立從井眼到地層的徑向電阻率剖面；使用不同的顏色表示電阻率的大小，就可形成一種電阻率圖像。左圖顯示的是一個油氣層電阻率圖像實例。圖像的色彩反差可以反映出由泥漿濾液侵入引起的電阻率變化。在油氣層發(fā)生明顯的低阻侵入，而在高阻的底部幾乎沒有侵入顯示。徑向飽和度 使用預先設計的地層侵入模型對陣列感應測井資料反演，即可得到地層侵入?yún)?shù)并形成用彩色表示飽和度的圖像。要生成徑向飽和度圖像，需要知道地層孔

16、隙度、地層水電阻率、泥漿濾液電阻率和飽和度計算公式，根據(jù)徑向侵入?yún)?shù)和徑向電阻率變化計算出徑向飽和度。左圖為陣列感應反演得出的徑向飽和度圖像。圖中顯示，在油氣層段井眼附近由于受泥漿濾液侵入的影響含油飽和度較低，而在徑向較遠處地層含油飽和度較高，在底部高阻層由于孔隙度低，為干層，含油飽和度很低且徑向無變化。劃分有效滲透層 當不同探測深度的感應測井曲線之間存在差異時，說明地層受侵入作用影響，為滲透層；當不同探測深度的感應測井曲線重合時，一般為非滲透層，但在個別滲透層也存在這種現(xiàn)象，其原因為：當?shù)貙与娮杪逝c沖洗帶電阻率接近（RxoRt ）時，對于水層由于侵入作用沒有使儲層在徑向上導電性質(zhì)發(fā)生大的改變

17、，因此徑向不同深度的電阻率接近，表現(xiàn)為各條曲線重合；當?shù)貙铀娮杪市∮谀酀{濾液電阻率（即RmfRw）時，對于含油飽和度較低的油層和油水同層，泥漿侵入使儲層中水的電阻率升高同時使其含油飽和度降低，兩者影響相互抵消，表現(xiàn)為各條曲線重合。在這兩種情況下，應結合自然伽瑪、自然電位、電阻率等其它測井資料綜合分析。劃分有效滲透層RmfRw劃分有效滲透層Rmf=Rw識別儲層流體性質(zhì) 當?shù)貙铀娮杪拭黠@小于泥漿濾液電阻率（即Rmf/Rw 2）時，自然電位在滲透層處有較大負差異，這是最常見的一種情況。由于儲層受泥漿濾液侵入的影響，陣列感應測井曲線在水層顯示為高阻侵入特性，在油層顯示為低阻侵入特性，但對于含油飽和

18、度較低油層和油水同層可能顯示為高阻侵入、無侵入或低阻侵入三種情況，其差異顯示取決于地層水與泥漿濾液電阻率的差異和被驅替的含油體積的大小。LU7126井測井曲線圖正差異識別儲層流體性質(zhì)LU2180陣列感應測井曲線圖負差異識別儲層流體性質(zhì) 當?shù)貙铀娮杪逝c泥漿濾液電阻率接近（RwRmf）時，對于水層泥漿濾液驅替地層水后對于地層的導電特性影響不大，陣列感應測井曲線顯示為小差異或重合；對于油氣層泥漿濾液驅替油氣后導致地層電阻率降低，陣列感應測井曲線顯示正差異。LU2065井陣列感應測井識別儲層流體性質(zhì)圖例氣層侵入特性 由于氣層的含水飽和度一般較低，泥漿濾液侵入地層后引起地層電阻率變化較大，與油層和水層的侵入特性有差別?？紫抖葴y井曲線對于氣層有明顯指示，通常密度值低、聲波時差值大、中子孔隙度偏小，這是由于氣層侵入帶