第四章感應(yīng)課件

1、2021-7-4感應(yīng)測(cè)井1 第四章第四章 感應(yīng)測(cè)井感應(yīng)測(cè)井 電阻率測(cè)井儀要求井內(nèi)介質(zhì)必須具有一定的導(dǎo) 電能力，在 油基泥漿井和空氣鉆進(jìn)井內(nèi)無法測(cè)量， 而以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的感應(yīng)測(cè)井則可以實(shí)現(xiàn)電 阻率的測(cè)量。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井2 一、 電磁感應(yīng)原理 當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體回路中的電流變化時(shí)，在附近的另一個(gè) 導(dǎo)體回路中將出現(xiàn)感應(yīng)電流；或把一個(gè)磁鐵在一個(gè)閉合 導(dǎo)體回路附近移動(dòng)時(shí)，回路中也將出現(xiàn)感應(yīng)電流，即穿 過一個(gè)回路的磁通發(fā)生變化時(shí)，在這個(gè)回路中將出現(xiàn)感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并在回路中產(chǎn)生電流，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁通 變化率的負(fù)值。這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 第一節(jié)第一節(jié) 感應(yīng)測(cè)井原理感應(yīng)測(cè)井原理 2021-7-

2、4感應(yīng)測(cè)井3 其中：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（伏特）； 磁通量（韋伯）； t時(shí)間（秒）. dt d 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井4 二 、 感應(yīng)測(cè)井儀的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)測(cè)井儀的井下部分如圖4-1所示，它主要 有線圈系和必須的電子線路組成。其中線圈系由發(fā) 射線圈T和接收線圈R按一定方式組合而成的。各類 線圈分別用匝數(shù)N和截面積S來描述。發(fā)射線圈和接 收線圈間的距離稱為線圈距L。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井5 圖4-1雙線圈系感應(yīng)測(cè)井原理 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井6 三、感應(yīng)測(cè)井原理 單元環(huán)：將儀器周圍介質(zhì)設(shè)想成，是由以井軸為中 心，半徑為r和深度為z的各不相同的許許多多個(gè)地層圓 環(huán)組成的，這些圓環(huán)叫單元環(huán)。此時(shí)，可以把地

3、層看作 為有無數(shù)個(gè)半徑不同但同軸的線圈組成的。 1、一次磁場(chǎng) 測(cè)井時(shí)，發(fā)射線圈T（ 、 ）通有交流電，發(fā)射頻 率為20kHz。此時(shí)，在接收線圈（ 、 ）中產(chǎn)生的 R s R n T n T s 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井7 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與周圍介質(zhì)的電阻率無關(guān)，稱為無用信 號(hào)；在周圍介質(zhì)的線圈系中也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感 生電流。在單元環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感生電流 為： I l rsni de T TT 3 2 2 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井8 drdzI l rsni dI T TT 3 4 其中：介質(zhì)的電導(dǎo)率，（西門子/米），電阻率的 倒數(shù)；介質(zhì)的磁導(dǎo)率； 交變電流的角頻率； r單元環(huán)的半徑； I發(fā)

4、射電流強(qiáng)度。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井9 2、二次磁場(chǎng) 單元環(huán)內(nèi)感生電流是渦流，也是交變電流，在周圍空 間產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，二次磁場(chǎng)在接收線圈R中產(chǎn)生的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)為： drdz ll rL L Issnn de RT RTRT R 33 322 24 R l T l 、 分別為單元環(huán)到接收線圈和發(fā)射線圈的距離； 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井10 記 L Issnn K RTRT 4 22 儀33 3 2 RT ll rL g ， 其中： 叫儀器常數(shù)；g叫單元環(huán)幾何因子，僅與 單元環(huán)和線圈系的相對(duì)位置有關(guān)。 則所有單元環(huán)在接收線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 儀 K 0 drdzgKE R 儀 2021-7

5、-4感應(yīng)測(cè)井11 3、地層視電導(dǎo)率 a 地層視電導(dǎo)率等于 與儀器常數(shù)之比。 R E 0 drdzg K E R a 儀 對(duì)于如圖4-2分區(qū)均勻的介質(zhì)，視電導(dǎo)率 可以寫為： a ssttiimma GGGG 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井12 其中：Gm、Gi、Gt、Gs分別為井、侵入帶、原狀 地層、圍巖的幾何因子。 分別為井內(nèi)介質(zhì)、 侵入帶、原狀地層、圍巖的電導(dǎo)率。 m i t s 、 、 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井13 圖4-2 分區(qū)均勻介質(zhì)地質(zhì)模型 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井14 線圈系的探測(cè)特性主要包括線圈系的橫向探測(cè)特 性和縱向探測(cè)特性。 一、幾何因子的特性 33 3 2 RT ll rL g

6、線圈系的幾何因子反映了線圈系的探測(cè)特性，它滿足 歸一化條件，即 : 0 1gdrdz 第二節(jié) 感應(yīng)線圈系的探測(cè)特性 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井15 二、雙線圈系的探測(cè)特性 1、橫向幾何因子 1)、橫向微分幾何因子 線圈系的橫向微分幾何因子定義為： 其物理意義是半徑為r一個(gè)單位厚度的無限長 圓筒狀介質(zhì)的電導(dǎo)率 對(duì) 的相對(duì)貢獻(xiàn)。它可 以說明線圈系 dzzrgG r ),( a 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井16 的橫向探測(cè)特性，即井、侵入帶、原狀地層的電導(dǎo) 率對(duì) 的相對(duì)貢獻(xiàn)。 2)、橫向積分幾何因子 橫向積分幾何因子定義為： a 2 0 )( d r r drrGG 橫積 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井17 其

7、物理意義為直徑為d的無限長圓柱狀介質(zhì)電導(dǎo)率對(duì) 雙線圈系測(cè)量結(jié)果的相對(duì)貢獻(xiàn)。 、 與r的關(guān)系 曲線分別叫橫向微分及積分幾何因子曲線，如圖4-3、 4-4所示。 Gr 橫積 G 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井18 圖4-3 橫向微分幾 何因子特性曲線 圖4-4 橫向積分幾何 因子特性曲線 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井19 2、縱向幾何因子 為了研究地層厚度、圍巖對(duì)視電導(dǎo)率的影響，須 研究線圈系的縱向探測(cè)特性。 1)、縱向微分幾何因子 線圈系的縱向微分幾何因子定義為： 0 ),(drzrgGz 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井20 其物理意義是z值一定，1個(gè)單位厚度的無限延伸的 薄板狀介質(zhì)，對(duì) 的相對(duì)貢獻(xiàn)。它可以說明

8、線圈 系的縱向探測(cè)特性，即地層厚度、圍巖對(duì) 的相 對(duì)貢獻(xiàn)。 2)、縱向積分幾何因子 縱向積分幾何因子定義為： a a 2 2 )( h hz dzzGG 縱積 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井21 其物理意義為厚度為h、中心與線圈系中心重合的無限 延伸的板狀介質(zhì)對(duì)雙線圈系測(cè)量結(jié)果的相對(duì)貢獻(xiàn)。 和 與z的關(guān)系曲線分別叫縱向微分及積分幾何 因子曲線，如圖4-5、4-6所示。 Gz 縱積 G 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井22 圖4-5 縱向微分幾何因子特性曲線 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井23 圖4-6 縱向積分幾何因子特性曲線 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井24 3、雙線圈系的探測(cè)的局限性 1)、井眼、侵入帶影響大 從

9、橫向積分幾何因子曲線可以看出，r=0.5米的 圓柱狀介質(zhì)對(duì)視電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)為22.5%，r=2.5 米的圓柱狀介質(zhì)對(duì)視電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)為77%， r2.5米以外的介質(zhì)對(duì)視電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)為23% ，由此可以得出：井的影響大，探測(cè)深度淺。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井25 2)、地層厚度、圍巖影響大 從縱向積分幾何因子曲線可以看出，h=1米時(shí)，目 的層和圍巖對(duì)視電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)各為50%；當(dāng)h2m，目 的層對(duì)視電導(dǎo)率的相對(duì)貢獻(xiàn)才大于70%。即地層足夠厚 時(shí)，圍巖影響才可以忽略。 由此可以看出，雙線圈系的探測(cè)特性不理想。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井26 三、復(fù)合線圈系0.8m六線圈系探測(cè)特性 1、0.

10、8m六線圈系的組成 它有三個(gè)發(fā)射線圈和三個(gè)接收線圈組成，其結(jié)構(gòu) 如圖4-7所示。其中T0R0是主線圈對(duì)，兩線圈之間的 距離為0.8m ，叫主線圈距，記為Loo。T1、R1分別 為補(bǔ)償發(fā)射線圈和補(bǔ)償接收線圈，位于主線圈對(duì)的內(nèi) 側(cè)，其作用是消除井的影響。T2、R2分別為聚焦發(fā)射 線圈和聚焦接收線圈，位于主線圈對(duì)的外側(cè)，其作用 是減小圍巖的影響，提高線圈系的縱向分層能力。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井27 圖圖4-7 0.8m六線圈系六線圈系 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井28 2、0.8m六線圈系的探測(cè)特性 1)、0.8m六線圈系橫向探測(cè)特性 0.8m六線圈系和其主線圈對(duì)的橫向微分、積分幾何 因子特性曲線如

11、圖4-8所示。比較發(fā)現(xiàn)：0.8m六線圈 系的橫向微分幾何因子的極大值對(duì)應(yīng)的r小于主線圈 對(duì)的橫向微分幾何因子極大值對(duì)應(yīng)的r；0.8m六線圈 系的橫向積分幾何因子曲線上升比較緩慢，而主線圈 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井29 對(duì)的橫向積分幾何因子曲線上升比較快。對(duì)應(yīng)同一r ，0.8m六線圈系的橫向積分、微分幾何因子均小于 主線圈對(duì)的橫向積分、微分幾何因子。由此說明， 0.8m六線圈系的橫向探測(cè)特性優(yōu)于主線圈對(duì)的橫向 探測(cè)特性。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井30 圖4-8 0.8m六線圈系和其主線圈對(duì)的 橫向微分和積分幾何因子特性曲線 1-六線圈系的橫向微分幾何因子; 2-六線圈系的積向微分幾何因子; 3-

12、主線圈對(duì)的橫向微分幾何因子; 4-主線圈對(duì)的橫向積分幾何因子; 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井31 2)、0.8m六線圈系縱向探測(cè)特性 0.8m六線圈系和其主線圈對(duì)的縱向微分、積分幾 何因子特性曲線如圖4-9所示。比較發(fā)現(xiàn)：0.8m六線 圈系的縱向微分幾何因子的極大值小于主線圈對(duì)的縱 向微分幾何因子極大值，說明0.8m六線圈系的縱向分 辨能力強(qiáng)。0.8m六線圈系的縱向積分幾何因子曲線上 升比較快，而主線圈對(duì)的橫向積分幾何因子曲線上升 比較緩慢，說明0.8m六線圈系的縱向探測(cè)特性優(yōu)于主 線圈對(duì)的縱向探測(cè)特性。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井32 圖4-9 0.8m六線圈系和其主線圈對(duì)的縱向微分和積分幾 何因

13、子特性曲線 1-六線圈系的縱向微分幾何因子;2-六線圈系的縱向微分幾何因子; 3-主線圈對(duì)的縱向微分幾何因子;4-主線圈對(duì)的縱向積分幾何因子; 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井33 第三節(jié) 感應(yīng)測(cè)井曲線的特點(diǎn)及應(yīng)用 一一 、 感應(yīng)測(cè)井理論曲線的特點(diǎn) 感應(yīng)測(cè)井得到的一條隨深度的變化的介質(zhì)電導(dǎo)率 曲線，叫感應(yīng)測(cè)井曲線。感應(yīng)測(cè)井曲線具有以下特點(diǎn) 1、上、下圍巖相同，地層電導(dǎo)率曲線的特點(diǎn) 電導(dǎo)率曲線關(guān)于地層中心對(duì)稱。厚層的中部，電導(dǎo)率 等于地層值；隨厚度的減小，視電導(dǎo)率受圍巖電導(dǎo)率 影響增加，與地層值的差異增大，相對(duì)其他地方，地 層中部值與實(shí)際值最為接近。如圖4-10所示. 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井34 圖4

14、-10 單一低 電導(dǎo)率地層視 電導(dǎo)率曲線 (縱向每格代表2米) 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井35 2、上、下圍巖不同，地層電導(dǎo)率曲線的特點(diǎn) 電導(dǎo)率曲線為非對(duì)稱曲線。厚層的中部，電導(dǎo)率 等于地層值；隨厚度的減小，視電導(dǎo)率受圍巖電導(dǎo) 率影響增加，與地層值的差異增大，相對(duì)其他地方 ，地層中部值與實(shí)際值最為接近。如圖4-11所示。 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井36 圖4-11上、 下圍巖不 同,低電導(dǎo) 率地層視 電導(dǎo)率曲 線 (縱向每格代表 2米) 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井37 二、感應(yīng)測(cè)井曲線的影響因素 1、均質(zhì)校正 指對(duì)電磁波在均勻無限介質(zhì)中傳播時(shí)，其幅度衰減 和相位移動(dòng)的校正,如圖4-12所示。由于傳播效應(yīng)的影響 ，在均勻無限介質(zhì)中測(cè)到的視電導(dǎo)率 與真電導(dǎo)率 存在下列關(guān)系： a pppp p e p a cossin1 2 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井38 圖4-12 均質(zhì)校正圖版 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井39 其中：p傳播常數(shù)；L線圈距。 2、圍巖層厚校正 根據(jù)圖版，進(jìn)行圍巖層厚校正。 3、侵入校正 如果地層沒有泥漿侵入，則經(jīng)過均質(zhì)校正及圍巖 層厚校正后的電導(dǎo)率即為地層電導(dǎo)率。如果有泥漿 侵入，則接著做侵入校正，得到地層電導(dǎo)率。 Lp 2 1 2 2021-7-4感應(yīng)測(cè)井40 二、感應(yīng)測(cè)井曲線的應(yīng)用 1、劃分滲透層 當(dāng)?shù)貙雍穸却?/p>