感應(yīng)測(cè)井基本原理

2024/11/23感應(yīng)測(cè)井基本原理仵杰西安石油大學(xué)2024/11/23感應(yīng)測(cè)井基本原理

一、感應(yīng)測(cè)井測(cè)量原理

1.電阻率測(cè)井模型

2.電磁感應(yīng)原理

3.感應(yīng)測(cè)井基本概念

4.三線圈系測(cè)量原理二、幾何因子理論

1.Doll幾何因子

2.各種幾何因子比較

3.幾何因子應(yīng)用提綱：2024/11/23一、感應(yīng)測(cè)井測(cè)量原理1.

電阻率測(cè)井模型電阻率測(cè)井的目的：獲取原狀地層電阻率。(1)裸眼井剖面基本地層模型

原狀地層周圍的狀況：

井眼及泥漿電阻率、泥餅及其電阻率、沖洗帶及其電阻率、過(guò)渡帶(或環(huán)帶)及其電阻率、上下圍巖及其電阻率、儀器偏心、井眼的粗糙度和井洞、電各向異性、地層傾斜等。

2024/11/23泥餅原狀地層侵入帶沖洗帶下圍巖上圍巖井眼(1)裸眼井剖面基本地層模型

2024/11/23原狀地層侵入帶下圍巖上圍巖井眼(2)最簡(jiǎn)單的二維地層模型

2024/11/23

一、感應(yīng)測(cè)井測(cè)量原理1.電磁感應(yīng)原理法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系Maxwell電磁感應(yīng)定律磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系SJ2024/11/232T2T)(zzr-+=r),(zPr2R2R)(zzr-+=rLRzTjJsRTzjJ產(chǎn)生渦流的電流環(huán)雙線圈系電磁感應(yīng)測(cè)井原理O2024/11/233.感應(yīng)測(cè)井基本概念式中(2)直耦電動(dòng)勢(shì)（直耦信號(hào)）(1)接收線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（測(cè)量電壓）2024/11/23(3)視電導(dǎo)率（測(cè)量信號(hào)）儀器常數(shù)定義一般表達(dá)式2024/11/23實(shí)部與虛部分離，冪級(jí)數(shù)展開(kāi)（4）趨膚深度結(jié)論：均勻地層中，視電導(dǎo)率是L/δ的函數(shù)。2024/11/23（5）多線圈系的視電導(dǎo)率計(jì)算公式

式中，M是發(fā)射線圈個(gè)數(shù)，N是接收線圈個(gè)數(shù)，Ni和Nj分別是發(fā)射線圈和接收線圈匝數(shù)，Lij是發(fā)射與接收線圈間距。2024/11/23（6）趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)誤差定義因?yàn)榱钜蚨校?024/11/231米雙線圈系視電導(dǎo)率與地層電導(dǎo)率的關(guān)系趨膚效應(yīng)2024/11/23產(chǎn)生趨膚效應(yīng)的原因：電磁波在導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播時(shí)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致的能量損耗和相位改變。2024/11/23趨膚效應(yīng)影響因素

（1）地層電導(dǎo)率（或電阻率）的測(cè)量范圍；（2）線圈間距的大??；（3）儀器的測(cè)量精度；（4）縱向分辨率和徑向探測(cè)深度；（5）與信號(hào)合成處理的關(guān)系；（6）趨膚效應(yīng)校正。頻率選擇考慮的因素2024/11/234.三線圈系測(cè)量原理(1)原理2024/11/23（2）直耦抵消原理三線圈系的直耦信號(hào)直耦信號(hào)抵消條件：2024/11/23(3)視電導(dǎo)率2024/11/23實(shí)部與虛部分離，冪級(jí)數(shù)展開(kāi)式中2024/11/23二、幾何因子理論Doll幾何因子

Doll幾何因子是Doll（1949）在提出感應(yīng)測(cè)井方法同時(shí)為了描述地層各部分對(duì)測(cè)量信號(hào)貢獻(xiàn)，即感應(yīng)測(cè)井測(cè)量信號(hào)來(lái)源而提出的。它將地層看作由很多小的導(dǎo)電環(huán)組成，不考慮導(dǎo)電環(huán)之間的相互影響。對(duì)于雙線圈系，Doll幾何因子的表達(dá)式為

2024/11/23（1）徑向微分幾何因子含義：?jiǎn)挝缓穸葻o(wú)限長(zhǎng)薄圓筒地層對(duì)測(cè)量信號(hào)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小。

dρ2024/11/23（2）徑向積分幾何因子含義：半徑為R無(wú)限長(zhǎng)圓柱狀地層對(duì)測(cè)量信號(hào)的相對(duì)貢獻(xiàn)。2024/11/23（3）縱向微分幾何因子含義：?jiǎn)挝缓穸人奖訉?duì)測(cè)量信號(hào)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小

。

2024/11/23（4）縱向積分幾何因子含義：厚度為H的水平地層對(duì)測(cè)量信號(hào)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小dz應(yīng)用舉例2024/11/232.各種幾何因子比較表達(dá)式物理?xiàng)l件應(yīng)用范圍Doll幾何因子均勻地層由很多小導(dǎo)電環(huán)組成，不考慮導(dǎo)電環(huán)之間的相互作用。適用于電導(dǎo)率很小，無(wú)趨膚效應(yīng)影響情形，用于分析儀器的理想徑向和縱向探測(cè)特性。Gianzero幾何因子均勻地層由很多小導(dǎo)電環(huán)組成，考慮導(dǎo)電環(huán)之間渦流的相互影響。適用于均勻地層；非均勻地層，只有實(shí)部描述了測(cè)量信號(hào)的實(shí)部，虛部不反映測(cè)量信號(hào)的虛部。Moran幾何因子均勻地層電導(dǎo)率是從零通過(guò)擾動(dòng)逐漸建立起來(lái)的，積分表示了這過(guò)過(guò)程。適用于均勻地層；非均勻地層，只有實(shí)部描述了測(cè)量信號(hào)的實(shí)部，虛部不反映測(cè)量信號(hào)的虛部。Born幾何因子非均勻地層在背景電導(dǎo)率上的擾動(dòng)，這是對(duì)應(yīng)于背景電導(dǎo)率幾何因子。不適用于均勻地層，只適用于非均勻地層的擾動(dòng)描述，且實(shí)部和虛部必須獨(dú)立使用。3.幾何因子應(yīng)用

二維幾何因子反映了測(cè)井時(shí)井眼、沖洗帶、侵入、圍巖等環(huán)境影響。因此，在陣列感應(yīng)測(cè)井儀中，二維幾何因子用來(lái)描述二維環(huán)境影響。徑向微分和積分幾何因子描述了儀器的徑向探測(cè)特性。積分幾何因子用于定義儀器徑向探測(cè)深度；在解釋中，徑向幾何因子用來(lái)分析井眼、沖洗帶、侵入等徑向地層對(duì)原狀地層的影響。縱向微分和積分幾何因子描述了儀器的縱向探測(cè)特性。縱向積分幾何因子用于定義儀器的縱向分辨率；在解釋中，縱向幾何因子用來(lái)分析儀器的縱向分層能力和圍巖的影響。

一般的感應(yīng)測(cè)井中，用Doll幾何因子來(lái)定義儀器徑向探測(cè)深度和縱向分辨率，當(dāng)?shù)貙与妼?dǎo)率不為零時(shí)，用其它考慮趨膚效應(yīng)的幾何因子來(lái)分析儀器的探測(cè)特性。（1）幾何因子在感應(yīng)測(cè)井儀器特性分析和測(cè)井異常解釋中的應(yīng)用2024/11/23（2）幾何因子在感應(yīng)測(cè)井測(cè)量信號(hào)處理中

用幾何因子描述測(cè)井儀器響應(yīng)函數(shù)，它是感應(yīng)測(cè)井信號(hào)處理的基礎(chǔ)。

二維幾何因子------儀器二維響應(yīng)特性縱向微分幾何因子------儀器縱向響應(yīng)特性徑向微分幾何因子------儀器徑向響應(yīng)特性

2024/11/23雙線圈系感應(yīng)測(cè)井TR雙線圈系結(jié)構(gòu)縱向微分幾何因子徑向微分幾何因子徑向積分幾何因子2024/11/23雙線圈系二維響應(yīng)2024/11/233.傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井:儀器結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井儀器的線圈系布置方式測(cè)井響應(yīng)特性2024/11/23

傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井存在的問(wèn)題（1）深感應(yīng)分辨率低，有兩個(gè)“耳朵”，中感應(yīng)響應(yīng)函數(shù)不對(duì)稱。90%定義：深7m，中：1.3m。深中2024/11/23

傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井存在的問(wèn)題深感應(yīng)空間頻域存在盲頻率，不能用信號(hào)處理提高分辨率。不能滿足薄層（1m）分析需要。深中2024/11/23

傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井存在的問(wèn)題（2）徑向響應(yīng)函數(shù)在井眼附近出現(xiàn)負(fù)值.

僅提供深、中兩條曲線，侵入分析不清楚。探測(cè)深度：深1.6m，中0.75m。深中2024/11/23深中（3）二維特性在井眼附近變得復(fù)雜，出現(xiàn)較多負(fù)值。井眼不規(guī)則及井洞高電導(dǎo)率侵入將嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。沒(méi)有消除的辦法。圖3.10對(duì)比度為10的一系列無(wú)侵地層模擬（實(shí)線均為地層模型）

(a)測(cè)量信號(hào)，單點(diǎn)劃線—深，虛線—中。(b)1.2米處理結(jié)果，單點(diǎn)劃線—深，虛線—中，雙點(diǎn)劃線—深匹配。(c)0.6米處理結(jié)果，虛線—中，雙點(diǎn)劃線—深匹配。

圖3.11電阻率對(duì)比度為100的一系列無(wú)侵地層模擬（實(shí)線均為地層模型）(a)測(cè)量信號(hào)，單點(diǎn)劃線—深，虛線—中。(b)1.2米處理結(jié)果，單點(diǎn)劃線—深，虛線—中，雙點(diǎn)劃線—深匹配。(c)0.6米處理結(jié)果，虛線—中，雙點(diǎn)劃線—深匹配。大慶t34井的處理結(jié)果

傳統(tǒng)處理結(jié)果新方法處理結(jié)果大慶t30井的處理結(jié)果

傳統(tǒng)處理結(jié)果新方法處理結(jié)果大慶W281井的處理結(jié)果

傳統(tǒng)處理結(jié)果新方法處理結(jié)果大慶x27井的處理結(jié)果

傳統(tǒng)處理結(jié)果新方法處理結(jié)果試油表井號(hào)射

孔

井

段

(m)方

式油水礦化度

小層號(hào)(t)(m3)T341311.4-1313.2MFE-Ⅱ抽汲6.92

工業(yè)油層

5

W2811497.4-1517.4MFE-Ⅱ抽汲15.672

工業(yè)油層3、6

T301138.8-1150.0MFE-Ⅱ抽汲20.128.51

10059.5含水工業(yè)

1-4

油層1138.8-1142.0MFE-Ⅱ抽汲1.255

工業(yè)油層1、2

X271586-1590

油層hidhd上圍巖井眼泥餅沖洗帶過(guò)渡帶或環(huán)帶原狀地層jd下圍巖裸眼井剖面基本模型

實(shí)際問(wèn)題、簡(jiǎn)化模型和解決方法實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化模型解決方法實(shí)際測(cè)井：三維復(fù)雜模型。信號(hào)來(lái)源：目的層、圍巖、侵入、井眼。影響因素：趨膚效應(yīng)、圍巖效應(yīng)、井眼大小、井眼形狀、井眼泥漿電阻率、井洞、儀器偏心、斜地層或井斜、各項(xiàng)異性。均勻地層嚴(yán)格解，幾何因子縱向水平多層數(shù)值解，幾何因子徑向侵入多層數(shù)值解，幾何因子無(wú)井眼旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地層數(shù)值解，幾何因子有井眼旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地層，儀器居中數(shù)值解，幾何因子有井眼旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地層，儀器偏心數(shù)值解，幾何因子縱向多層斜地層數(shù)值解微觀各向異性地層數(shù)值解一般地層，水平井?dāng)?shù)值解三、陣列感應(yīng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理技術(shù)2.數(shù)據(jù)處理原理數(shù)據(jù)處理目的：消除測(cè)量信號(hào)中的各種影響，提取用戶所需信息。數(shù)據(jù)處理方法：（1）合成聚焦處理，幾何因子理論。（2）反演，快速數(shù)值計(jì)算技術(shù)。三、陣列感應(yīng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理技術(shù)2.信號(hào)合成聚焦原理

儀器

地層信息

測(cè)量信號(hào)合成聚焦的數(shù)學(xué)描述陣列感應(yīng)信號(hào)合成原理響應(yīng)函數(shù)描述測(cè)量信號(hào)處理的理論基礎(chǔ)測(cè)量背景擾動(dòng)思想：Born近似理論

一維幾何因子(b)徑向幾何因子(c)徑向積分幾何因子(a)縱向幾何因子子陣列1子陣列2子陣列3子陣列4

8個(gè)子陣列的二維空間響應(yīng)函數(shù)原始二維響應(yīng)函數(shù)子陣列5子陣列6子陣列7子陣列8

8個(gè)子陣列的二維空間響應(yīng)函數(shù)原始二維響應(yīng)函數(shù)HRAI子陣列2HRAI子陣列3(a)深度=0.25m,分辨率=0.3m(b)深度=0.50m,分辨率=0.6m一組二維真分辨率合成結(jié)果(c)深度=0.75m,分辨率=1.2m(d)深度=1.50m,分辨率=1.5m

一組二維真分辨率合成結(jié)果(e)深度=2.25m,分辨率=1.8m一組二維真分辨率合成結(jié)果(a)深度=0.25m(b)深度=0.50m二維響應(yīng)函數(shù)的分辨率匹配(分辨率=0.6m)(c)深度=0.75m(d)深度=1.50m二維響應(yīng)函數(shù)的分辨率匹配(分辨率=0.6m)(e)深度=2.25m二維響應(yīng)函數(shù)的分辨率匹配(分辨率=0.6m)5、實(shí)際應(yīng)用（1）薄層分析HDIL處理結(jié)果(1ft)HRAI處理結(jié)果(1ft)（b）侵入指示HRAI處理結(jié)果(1ft)（c）求準(zhǔn)地層電阻率---深探測(cè)深度HRAI處理結(jié)果(1ft)4.陣列感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)與時(shí)間推移測(cè)井?dāng)?shù)值模擬相結(jié)合時(shí)間推移測(cè)井模擬方法利用多孔介質(zhì)中的相滲流理論和擴(kuò)散理論，建立泥漿濾液侵入地層的物理模型，再由巖電理論求出地層電性參數(shù)。通過(guò)陣列感應(yīng)聚焦合成幾何因子將動(dòng)態(tài)徑向電阻率分布轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)測(cè)井響應(yīng)。陣列感應(yīng)同時(shí)提供6條(或5條)不同探測(cè)深度曲線，當(dāng)已知井況（泥漿浸泡時(shí)間、井眼與地層壓差、地層孔隙度、飽和度、滲透率等參數(shù)）時(shí)，就可以用時(shí)間推移測(cè)井模擬不同泥漿浸泡時(shí)間時(shí)徑向電阻率分布、測(cè)井響應(yīng)、水飽和度、水礦化度、水電阻率等儲(chǔ)層參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化特性。當(dāng)泥漿浸泡時(shí)間為0時(shí)就是沒(méi)有侵入時(shí)的地層電阻率。通過(guò)調(diào)整地層儲(chǔ)層參數(shù)使模擬響應(yīng)與實(shí)際測(cè)井響應(yīng)吻合，可以反推地層的儲(chǔ)層參數(shù)，了解地層的實(shí)際狀況，分析測(cè)井異常解釋結(jié)果，有助于正確評(píng)價(jià)油氣儲(chǔ)層。5.淡水泥漿侵入地層的測(cè)井響應(yīng)特征油層5.淡水泥漿侵入地層的測(cè)井響應(yīng)特征油水同層（a）