地球物理測(cè)井：陣列感應(yīng)成像測(cè)井

1、陣列感應(yīng)成像測(cè)井測(cè)井原理發(fā)射線圈接收線圈渦流 根據(jù)電磁感應(yīng)原理提出的感應(yīng)測(cè)井，在測(cè)量時(shí)通過對(duì)發(fā)射線圈供給交流電，在其周圍地層中形成交變電磁場(chǎng)；這種交變電磁場(chǎng)既可在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播，也可在非導(dǎo)電介質(zhì)中傳播。在感應(yīng)幾何因子理論中，設(shè)想把地層分成許多以井軸為中心的圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)電環(huán)；在交變電磁場(chǎng)的作用下，這些導(dǎo)電環(huán)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)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(dāng)發(fā)射線圈中交流電的大小與頻率恒定時(shí)，地層中渦流強(qiáng)度近似與地層電導(dǎo)率成正比。渦流本身又會(huì)形成二次交變電磁場(chǎng)，它在接受線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；該電動(dòng)勢(shì)的大小與渦流強(qiáng)度有關(guān)，即與地層電導(dǎo)率有關(guān)。根據(jù)檢測(cè)接受線圈感應(yīng)

2、電流的大小，通過與儀器參數(shù)有關(guān)的計(jì)算，可以得出地層電導(dǎo)率。這是感應(yīng)測(cè)井的一般原理。感應(yīng)測(cè)井原理測(cè)井原理 陣列感應(yīng)測(cè)井采用一個(gè)發(fā)射線圈和多個(gè)接受線圈，構(gòu)成一系列多線圈距的三線圈系（一個(gè)發(fā)射線圈，兩個(gè)接受線圈），其線圈系排列示意圖如右圖所示。接受線圈對(duì)中包括一個(gè)主接受線圈和一個(gè)輔助接受線圈，后者的主要作用是運(yùn)用電磁場(chǎng)疊加原理消除直耦信號(hào)的影響。 陣列感應(yīng)測(cè)井儀采用一系列不同線圈距的線圈系測(cè)量同一地層，把采集的大量數(shù)據(jù)傳送到地面，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得出具有不同徑向探測(cè)深度和不同縱向分辨率的電阻率曲線，其多道信號(hào)處理技術(shù)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(yīng)。它克服了常規(guī)感

3、應(yīng)測(cè)井儀縱向分辨率低、探測(cè)深度固定、不能解決復(fù)雜侵入剖面等缺點(diǎn)，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(jìn)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(cè)井新方法。測(cè)井原理4ft2ft1ft 可獲得三種縱向分辨率（1ft、2ft、4ft）、56種探測(cè)深度（10in、20in、30in、60in、90in、120in）的測(cè)井曲線。4英尺2英尺1英尺 儀器同時(shí)測(cè)量實(shí)部和虛部信號(hào)，得到28個(gè)測(cè)量信號(hào)，接收信號(hào)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(cè)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(yīng)測(cè)井儀器介紹 1、Schlumberger公司的陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀器AITAIT線圈系結(jié)構(gòu) 8個(gè)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(gè)頻率。實(shí)際有14個(gè)不同探測(cè)深度的28個(gè)信號(hào)。 線圈系由七個(gè)單側(cè)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(duì)數(shù)等間距布置

5、；所有子陣列同時(shí)接收包含8個(gè)頻率（10kHz，30kHz，50kHz，70kHz ，90kHz，110kHz ，130kHz，150kHz ）的時(shí)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(shí)部和虛部信號(hào)，共得到112個(gè)信號(hào)。 2、Atlas公司的高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)井儀器HDIL 2、Atlas公司的高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)井儀器HDIL 現(xiàn)場(chǎng)提供6種探測(cè)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(shí)際分

6、辨率曲線；井下接收波形進(jìn)行堆棧處理，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，易于進(jìn)行曲線異常診斷和質(zhì)量控制。HDIL線圈系結(jié)構(gòu) 7個(gè)主線圈距分別為： 6in（0.15m）到94in（2. 39m），按對(duì)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(shí)際有56個(gè)不同探測(cè)深度的112個(gè)信號(hào)。 3、Halliburton公司的高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)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(gè)接收線圈，兩個(gè)工作頻率（8kHz和32kHz），同時(shí)測(cè)量實(shí)部和虛部信號(hào)，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(dú)立實(shí)現(xiàn)。在徑向處理前，每個(gè)子陣列的測(cè)量均進(jìn)行反褶積濾波為具有相同的縱向分辨率。徑向合成處理時(shí)，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(hào)，從而使近井眼影響限制在淺測(cè)量曲線中。最終提供6種探測(cè)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(shí)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(jié)果。HRAI線圈系結(jié)構(gòu) 主發(fā)射線圈在中間，上下各5個(gè)接收線圈

8、四線圈系結(jié)構(gòu) 2種頻率： 8kHz和32kHz 陣列感應(yīng)測(cè)井頻率選擇在一定的電導(dǎo)率范圍內(nèi)，感應(yīng)測(cè)井的讀數(shù)相當(dāng)于地層各部分電導(dǎo)率的加權(quán)平均。 （1）式中，權(quán)函數(shù)為第n組線圈系在給定頻率下R或X信號(hào)的響應(yīng)。陣列感應(yīng)測(cè)井給出的合成曲線相當(dāng)于所有陣列線圈原始信號(hào)（經(jīng)過井眼校正后）的加權(quán)和； （2）式中： 陣列感應(yīng)測(cè)井曲線； 第n組線圈系測(cè)量的電導(dǎo)率； 測(cè)量線圈系的總道數(shù)；每組線圈系的加權(quán)值。陣列感應(yīng)測(cè)井軟件聚焦合成 陣列感應(yīng)測(cè)井影響因素校正1、趨膚效應(yīng)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(yù)處理：消除原始數(shù)據(jù)記錄中的單個(gè)壞點(diǎn)和校正在測(cè)量過程中由于溫度變化引起的測(cè)量結(jié)果偏差。趨膚效

9、應(yīng)校正：響應(yīng)信號(hào)被在發(fā)射器、地層環(huán)及接受器之間的導(dǎo)電地層減弱、延遲，這種現(xiàn)象通常被稱為“趨膚效應(yīng)”。使用趨膚效應(yīng)校正可以減少其影響。井眼環(huán)境校正：對(duì)泥漿電導(dǎo)率、井眼尺寸的影響校正。真分辨率聚焦組合：在軟件聚焦時(shí)，對(duì)具有不同探測(cè)深度陣列測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列聚焦濾波及組合，得出一組具有固定探測(cè)深度的曲線，即聚焦合成曲線?？v向分辨率匹配：將淺探測(cè)的曲線特征組合到深探測(cè)曲線時(shí)，淺探測(cè)信號(hào)的平均影響被消除，這樣既沒有改變深探測(cè)曲線分辨遠(yuǎn)離井眼地層的電導(dǎo)率變化的能力（探測(cè)深度未變），又使得其縱向分辨率與淺探測(cè)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(yīng)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(shè)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(cè)深度的分辨率匹配曲線對(duì)應(yīng)的徑向積分幾何因子為基礎(chǔ)，在計(jì)算中考慮每條曲線的相對(duì)精度，在算法中同時(shí)進(jìn)行侵入和非侵入模型的計(jì)算和判別，最后根據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)給出一個(gè)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(yīng)一維反演成果圖陣列感應(yīng)電阻率（m）0.22000二維電阻率反演處理 二維電阻率反演同時(shí)考慮地層電阻率在縱向和徑向上的變化，但目前在測(cè)井資料處理中還沒有一種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)完全吻合的反演。在實(shí)際反演中，

11、通常使用一個(gè)設(shè)置的地層模型進(jìn)行模擬，將得到的合成數(shù)據(jù)與實(shí)際的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)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(gè)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(yīng)二維反演成果圖Rt（m）0.22000Rxo（m）0.22000深度(m)測(cè)井條件 陣列感應(yīng)測(cè)井不能取代側(cè)向測(cè)井，它與雙側(cè)向測(cè)井互為補(bǔ)充，分別適應(yīng)不同的測(cè)井條件。

12、陣列感應(yīng)測(cè)井適應(yīng)的測(cè)井條件一般為： 中、低電阻率地層； 相對(duì)較高的泥漿電阻率。由感應(yīng)測(cè)井原理可知，如泥漿電阻率太低，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大；如Rt/Rxo很大，則高度聚焦的感應(yīng)測(cè)井曲線會(huì)出現(xiàn)“洞穴效應(yīng)”。 井眼直徑不能太大。如井徑很大，特別對(duì)短間距陣列測(cè)量值影響很大；如加測(cè)微球型聚焦測(cè)井，可在一定程度上補(bǔ)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(yīng)測(cè)井不能很好地反映地層的泥漿侵入特性。地質(zhì)應(yīng)用泥漿侵入機(jī)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(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì) 油水層識(shí)別 氣層侵入特性確定原狀地層電阻率薄層評(píng)價(jià)泥漿

13、侵入機(jī)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(shí)間內(nèi)還未形成泥餅，稱為瞬時(shí)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(shí)間屬于動(dòng)失水過程；在瞬時(shí)失水過程之后動(dòng)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(dá)到一定數(shù)值，最終泥餅保持一定的厚度，累積失水量達(dá)到一定數(shù)值，形成動(dòng)態(tài)平衡。一般而言，瞬時(shí)失水量較小，動(dòng)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(duì)于油氣層和水層深探測(cè)電阻率均小于淺探測(cè)電阻率，顯示為正差異。 如果Rmf大于Rw，對(duì)于水層深探測(cè)電阻率大于淺探測(cè)電阻率，顯示為負(fù)差異；對(duì)于油氣層則可能為正差異、重合或負(fù)差異 。 如果Rmf等于Rw，對(duì)于水層深探測(cè)電阻率等于淺探測(cè)電阻率，顯示為重合；對(duì)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(yīng)測(cè)井曲線的測(cè)井原理和垂直分辨率相同，因此進(jìn)行直觀解釋比其它電阻率測(cè)井資料具有優(yōu)越性。在非滲透層各條曲線應(yīng)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(cè)井曲線圖徑向電阻率變化 用徑向響應(yīng)函數(shù)對(duì)一組縱向分辨率匹配曲線進(jìn)行反褶積，可得到對(duì)徑向電阻率變化的詳細(xì)描述，在不施加任何預(yù)先設(shè)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(gè)油氣層電阻率圖像實(shí)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(yù)先設(shè)計(jì)的地層侵入模型對(duì)陣列感應(yīng)測(cè)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(jì)算公式，根據(jù)徑向侵入?yún)?shù)和徑向電阻率變化計(jì)算出徑向飽和度。左圖為陣列感應(yīng)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(yuǎn)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(dāng)不同探測(cè)深度的感應(yīng)測(cè)井曲線之間存在差異時(shí)，說明地層受侵入作用影響，為滲透層；當(dāng)不同探測(cè)深度的感應(yīng)測(cè)井曲線重合時(shí)，一般為非滲透層，但在個(gè)別滲透層也存在這種現(xiàn)象，其原因?yàn)椋寒?dāng)?shù)貙与娮杪逝c沖洗帶電阻率接近（RxoRt ）時(shí)，對(duì)于水層由于侵入作用沒有使儲(chǔ)層在徑向上導(dǎo)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(dāng)?shù)貙铀娮杪市∮谀酀{濾液電阻率（即RmfRw）時(shí)，對(duì)于含油飽和度較低的油層和油水同層，泥漿侵入使儲(chǔ)層中水的電阻率升高同時(shí)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(yīng)結(jié)合自然伽瑪、自然電位、電阻率等其它測(cè)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(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì) 當(dāng)?shù)貙铀娮杪拭黠@小于泥漿濾液電阻率（即Rmf/Rw 2）時(shí)，自然電位在滲透層處有較大負(fù)差異，這是最常見的一種情況。由于儲(chǔ)層受泥漿濾液侵入的影響，陣列感應(yīng)測(cè)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(duì)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(qū)替的含油體積的大小。LU7126井測(cè)井曲線圖正差異識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)LU2180陣列感應(yīng)測(cè)井曲線圖負(fù)差異識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì) 當(dāng)?shù)貙铀娮杪逝c泥漿濾液電阻率接近（RwRmf）時(shí)，對(duì)于水層泥漿濾液驅(qū)替地層水后對(duì)于地層的導(dǎo)電特性影響不大，陣列感應(yīng)測(cè)井曲線顯示為小差異或重合；對(duì)于油氣層泥漿濾液驅(qū)替油氣后導(dǎo)致地層電阻率降低，陣列感應(yīng)測(cè)井曲線顯示正差異。LU2065井陣列感應(yīng)測(cè)井識(shí)別儲(chǔ)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。孔隙度測(cè)井曲線對(duì)于氣層有明顯指示，通常密度值低、聲波時(shí)差值大、中子孔隙度偏小，這是由于氣層侵入帶