第5章感应测井.ppt

第四章 感应测井,电阻率测井仪要求井内介质必须具有一定的导电能力，在油基泥浆井和空气钻进井内无法测量，而以电磁感应原理为基础的感应测井则可以实现电阻率测量电导率：电阻率的倒数 感应测井仪输出：地层电导率或地层电阻率 （中感应RILM和深感应RILD）,一、 电磁感应原理 当一个导体回路中的电流变化时，在附近的另一个导体回路中将出现感应电流；或把一个磁铁在一个闭合导体回路附近移动时，回路中也将出现感应电流，即穿过一个回路的磁通量发生变化时，在这个回路中将出现感应电动势，并在回路中产生电流，感应电动势等于磁通变化率的负值这一现象称为电磁感应现象第一节 感应测井原理,一、 电磁感应原理,第一节 感应测井原理,麦克斯韦方程,二 、 感应测井仪的结构 感应测井仪的井下部分如图所示，由线圈系和电子线路组成 线圈系：T和R按一定方式组合 线圈距L：T和R间的距离为 线圈参数：匝数N、截面积S及绕向第一节 感应测井原理,发射线圈T通有交流电，发射频率为20kHz双线圈系感应测井原理,单元环：将地层看成半径不同、同轴的无数个圆环组成这个圆环称为单元环 涡流：单元环中存在的电流 单元环几何因子：单元环在接收线圈产生的信号的贡献。

第一节 感应测井原理,一、 感应测井原理,电磁感应原理,,磁偶极距,,磁偶极距在空间产生的磁场,,旋转对称性决定φ分量为零,过单元环的磁通量确定？,第一节 感应测井原理,1、发射线圈在空间产生的一次磁场,r,r,,,通过单元环的磁通量如何确定？,对上式稍加修改,第一节 感应测井原理,r,r,lT是T到单元环的距离,2）在单元环内产生的感应电动势,3）单元环内的感生电流,ds：单元环电导=,根据电磁感应原理，电动势,第一节 感应测井原理,,2、单元环中的涡流,单元环内感生电流在周围空间产生二次磁场，二次磁场在接收线圈R中产生的感应电动势为：,,第一节 感应测井原理,,T,R,3、涡流在R处产生的二次磁场,,,,,4、接收线圈的感应电动势,,,,、,—分别为单元环到接收线圈和发射线圈的距离单元环内感生电流在周围空间产生二次磁场，二次磁场在接收线圈R中产生的感应电动势为：,第一节 感应测井原理,,—仪器常数； g—单元环几何因子，与单元环和线圈系的相对位置有关接收线圈的感应电动势,第一节 感应测井原理,5、单元环几何因子理论,6、地层视电导率,地层视电导率等于 与仪器常数之比。

第一节 感应测井原理,直接在接收线圈中产生的感应电动势Ex与周围介质的电阻率无关有用信号,第一节 感应测井原理,7、无用信号与有用信号差异,无用信号,图4-2 分区均匀介质地质模型,例：写出如图4-2分区均匀的介质的视电导率线圈系的探测特性主要包括线圈系的横向探测特性和纵向探测特性归一化:,第二节 感应线圈系的探测特性,一、几何因子的特性,,二、双线圈系的探测特性,1)、横向微分几何因子,1、横向几何因子,地层模型,半径为r、单位厚度无限长圆筒状介质电导率对测量值的相对贡献第一类完全椭圆积分,第二类完全椭圆积分,二、双线圈系的探测特性,J. Spanier 和K. B. Oldham 给出了近似公式，,二、双线圈系的探测特性,横向微分几何因子曲线,1)、横向微分几何因子,二、双线圈系的探测特性,2)、横向积分几何因子,直径为d的无限长圆柱状介质电导率对 的相对贡献二、双线圈系的探测特性,,,图4-3 横向微分几何因子特性曲线,图4-4 横向积分几何因子特性曲线,二、双线圈系的探测特性,例：轴对称电介质如下图所示，从内向外各层电介质的电导率分别为2000毫西门子/米、 500毫西门子/米、 200毫西门子/米、 100毫西门子/米；外边界距井轴距离分别为0.15米、 0. 8米、1.5米。

计算介质的视电导率二、双线圈系的探测特性,1)、纵向微分几何因子,2、纵向几何因子,地层模型：,线圈系纵向探测特性用于研究地层厚度、围岩对视电导率的影响二、双线圈系的探测特性,纵向微分几何因子特性曲线,二、双线圈系的探测特性,其物理意义是z值一定，1个单位厚度的无限延伸的薄板状介质，对 的相对贡献它可以说明线圈系的纵向探测特性，即地层厚度、围岩对 的相对贡献二、双线圈系的探测特性,2)、纵向积分几何因子—纵向积分几何因子定义为,厚度有限的地层的相对贡献，称为纵向积分几何因子条件：设地层厚度为2z，中点与线圈系中点一致二、双线圈系的探测特性,纵向积分几何因子特性曲线,二、双线圈系的探测特性,物理意义：厚度为h、中心与线圈系中心重合的无限延伸的板状介质电导率对视电导率的相对贡献二、双线圈系的探测特性,例：水平层状电介质如下图所示，从内向外各层电介质的电导率分别为20毫西门子/米、 100毫西门子/米、 10毫西门子/米；外边界距中心面距离分别为0. 5米、 1米计算介质的视电导率二、双线圈系的探测特性,2019/10/28,感应测井,30,3、双线圈系的探测特性特点及其局限性 希望横向积分几何因子，在r较小时，取值比较小；纵向积分几何因子，在Z较小时，取值比较大。

1)、井眼、侵入带影响大 从横向积分几何因子曲线，r=0.5米的圆柱状介质对视电导率的相对贡献为22.5%，r=2.5米的圆柱状介质对视电导率的相对贡献为77%，r2.5米以外的介质对视电导率的相对贡献仅为23%，由此知：双线圈系受井的影响大，探测深度浅二、双线圈系的探测特性,2)、地层厚度、围岩影响大 根据纵向积分几何因子曲线知，h=1米时，目的层和围岩对视电导率的相对贡献各占50%；当h2m，目的层对视电导率的相对贡献才大于70%即地层足够厚时，围岩影响才可以忽略 所以，双线圈系的探测特性不理想二、双线圈系的探测特性,1、0.8m六线圈系的组成 它有三个发射线圈和三个接收线圈组成，其结构如图4-7所示0.8m六线圈系,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,T0R0是主线圈对，两线圈之间的距离为0.8m ，叫主线圈距，记为L0T1、R1为补偿发射线圈和补偿接收线圈，位于主线圈对的内侧，消除井的影响T2、R2为聚焦发射线圈和聚焦接收线圈，位于主线圈对的外侧，减小围岩的影响，提高线圈系的纵向分层能力三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,2、复合线圈系的视电导率 复合线圈系是由j个发射线圈和k 个接受线圈分别串联而成，j=1~l，k=1~m。

三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,If s=const,,2、复合线圈系的视电导率,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,,代入,,得到,,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,3、复合线圈系的设计原理 1）确定主线圈距 主线圈系的探测特性决定了复合线圈系的探测特性主线圈系的线圈距控制仪器的分层能力，它应小于常见储层的最小厚度； 主线圈系的线圈距也控制仪器的探测深度，如果要求井眼附近介质的影响小，则L又不能太小，因此一般线圈距的要求是0.833~1.5m，一般常用的是1m三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,2）设置补偿线圈 补偿井眼的影响，增加或减小探测深度，在主线圈系内增设补偿线圈，其绕向与主线圈相反 以T1R1R2为例说明线圈系补偿特性，R1R2反向连接，故T1R2具有负的横向微分几何因子，T1R1有正的几何因子，二者共同作用相当于二者迭加，由此，靠近井轴部分的微分几何因子约为零，说明井的影响大大减小，同时较远处的影响也变小 通过增设补偿线圈可以改善线圈系的探测特性三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,3）设置聚焦线圈 为了减小围岩的影响，提高分层能力，应该尽可能较小线圈系以外介质的贡献，即它们的几何因子减小 在主线圈系外增设聚焦线圈，使它与相邻的主线圈构成聚焦线圈，而且具有负的几何因子。

如图（page 135图6-6），T1R3和T3R1的几何因子与主线圈对的几何因子相加后，复合线圈系的几何因子明显变陡，从而减小了围岩的影响三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,4）线圈系结构对称 补偿线圈和聚焦线圈都是偶数个，其位置对主线圈具有对称性，同名线圈对的匝数相等，测量的视电导率曲线具有对称性 5）有用信号损失小 补偿线圈和聚焦线圈均使得有用信号的强度减小，因而应通过选择线圈的匝数尽可能小的减小有用信号三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,6）复合线圈系的互感系数最小,使总的互感系数减小，应尽可能使之为零,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,图中可知：0.8六线圈系的径向探测深度远比它的主线圈对的要大而且除了“高山”，还有“深谷”这是由于某些地方的ｇ取负值的缘故，即这些地方的匝数为负值横向微分几何因子,4、0.8m六线圈系的横向探测特性,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,1—横向微分几何因子； 2—横向积分几何因子； 3—主线圈对的横向微分 几何因子； 4—主线圈对的横向积分 几何因子；,4、0.8m六线圈系的横向探测特性,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,1—纵向微分几何因子； 2—纵向积分几何因子； 3—主线圈纵向微分几何 因子； 4—主线圈对纵向积分几何因子；,4、0.8m六线圈系的纵向探测特性,三、复合线圈系——0.8m六线圈系探测特性,四、Doll几何因子计算视电导率,横向阶跃介质,纵向阶跃介质,原状地层电导率为1000毫姆欧/米，泥浆滤液电导率为100毫姆欧/米，侵入半径r。

线圈距为0.8m，外层介质电导率为1姆欧/米，厚度为2m，内层介质电导率为0.1姆欧/米,用Doll几何因子计算得到的视电导率有一定的误差，下图为严格解法视电导率与真电导率的比值与真电导率的关系曲线,可以看出，随着s增大，sa偏离就越明显.当s=1,其比值只有0.779主要是趋肤效应增加，当增大到一定程度时，就不能不再考虑趋肤效应的影响四、Doll几何因子计算视电导率,用Doll的几何因子理论处理感应测井响应方程，具有简单、明了的特点用他来计算视电导率常常有很大的误差，特别是当传播系数P特别大时为了改善这种情况，人们提出了各种新的几何因子的理论，以期保持Doll几何因子的特点，又能给出较准确的结果为了严格求解，张庚骥就是从Maxwell方程出发,推导出波动方程,并选取一定的背景值,对 原始的波动方程进行转换,得出他的几何因子.,五、张庚骥对几何因子的改进,1、双线圈系的张庚骥几何因子,,五、张庚骥对几何因子的改进,2 复合线圈系的张庚骥几何因子 张庚骥复合线圈系几何因子,五、张庚骥对几何因子的改进,0.8米六线圈系的h随r、z变化的三维图形(),五、张庚骥对几何因子的改进,0.8米六线圈系的h随r、z变化的三维图形(σ0=0.1姆欧/米),,五、张庚骥对几何因子的改进,背景值为分别0.1姆欧/米和0姆欧/米时几何因子的差值图,,五、张庚骥对几何因子的改进,0.8米六线圈系的h随r、z变化的三维图形(σ0=0.5),,五、张庚骥对几何因子的改进,背景值为分别0.5姆欧/米和0姆欧/米时几何因子的差值图,,五、张庚骥对几何因子的改进,3、横向微分几何因子,,,张庚骥横向微分几何因子不同背景值对比图,五、张庚骥对几何因子的改进,4、横向积分几何因子,张庚骥横向积分几何因子不同背景值对比图,,,五、张庚骥对几何因子的改进,5、纵向微分几何因子,不同背景值下张庚骥纵向微分几何因子对比图,五、张庚骥对几何因子的改进,6、纵向积分几何因子,不同背景值下张庚骥纵向积分几何因子对比图,,,五、张庚骥对几何因子的改进,0.8米六线圈系视电导率和真电导率关系,,,,,六、张庚骥对几何因子的改进—视电导率,（1）纵向阶跃介质,使用张庚骥几何因子计算的不同背景值下的视电导率曲线,,六、张庚骥对几何因子的改进—视电导率,（2）横向阶跃介质,横向阶跃介质中四种计算结果对比图,,六、张庚骥对几何因子。