5700测井技术介绍—阵列感应测井原理及应用

05700测井技术介绍—阵列感应测井原理及地质应用目录一、前言...................................................................1二、阵列感应测井原理及应用..................................................11.阵列感应测井原理简介.................................................................................................................12阵列感应资料处理.........................................................................................................................23.阵列感应测井的地质应用...........................................................................................................10三、阵列感应测井实例分析...................................................141、低矿化度泥浆侵入含高矿化度地层水的储层.........................................................................142、高矿化度泥浆侵入含低矿化度地层水的储层.........................................................................173、在稠油井中的应用效果.............................................................................................................204、水淹层解释应用效果.................................................................................................................215、在判断地层水矿化度方面的应用效果.....................................................................................23四、总结和建议.............................................................241一、前言阵列感应测井是测井发展史上的一个飞跃，自从测井公司引进了阿特拉斯的阵列感应测井仪HDIL后，经过多年的使用，已经成为测井中一项不可缺少的项目，特别是在沙泥岩地层和低电阻率地层中，发挥了其它测井项目不可替代的作用。二、阵列感应测井原理及应用1.阵列感应测井原理简介阵列感应测井的最基本原理与普通感应测井原理类似，但它在硬件上采用简单的三线圈系结构，这种线圈系没有硬件聚焦功能，它采用数学方法对呈不对称形状的纵向响应曲线进行软件聚焦处理。它由7组接收线圈对和1个共用的发射线圈组成，实际上相当于具有7种线圈距的三线圈系。在接收线圈系的设计上充分考虑了以下几个问题：（1）、消除直藕信号；（2）、三线圈子阵列纵向特性的频率响应没有盲频；（3）、要有若干子阵列分别反映浅部和深部地层信息；（4）、各接收子阵列之间的间距应按一定规律变化和分布；（5）、离发射线圈较远的接收子阵列应考虑发射功率和接收信号的强度。高分辨率阵列感应测井仪在硬件设计时充分考虑了上述因素，它的每个接收线圈系都由两个相互对称的线圈组成，即一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，它利用了两个线圈电磁场叠加原理，来实现消除直藕信号影响的目的。在线圈系的排列上设计了最小线圈距为6in，最大线圈距为94in，在这两个线圈距之间采用了近似于指数形式的线圈系分布，即全部子阵列间距为6in、10in、15.7in、24.5in、38.5in、60in、94in。这种排列方式不仅有利于采集浅部地层和深部地层信号，而且有利于径向有效信息的均匀采样。发射信号是加到一个单独的发射线圈上的，这种方法能使发射器的有效功率变为最大，由发射线圈发射出的是一个形状为方形的电压波形（即方波），发射波采用方波是由于其具有较高的发射频率，对于给定的电压能使发射线圈的功率变为最大。而且它具有宽的频谱，它包括了方波频率（约等于10KHZ）及所有的奇次谐波的能量，因此每个线圈可以在10、30、50、70、90、110、130、150KHZ共8个频率下同时进行工作。2在阵列感应测井中，接收线圈子阵列接收到测量信号为复信号，即R信号和X信号，R信号也称为实部信号，与发射电流相位相同或相反；X信号又叫虚部信号，与发射电流相位垂直。该阵列感应测井仪器在测井数据采集方面使用了先进的多道全数字化采集技术，能够同时采集7组子阵列在8个工作频率上的R信号和X信号，共112个测量信号。再对这些原始测量信号进行“软件聚焦”，就可得出三种纵向分辨率和六种探测深度的阵列感应合成曲线。2阵列感应资料处理2.1趋肤影响校正高分辨率阵列感应测井属交流电测井。测井时交变发射电流在周围介质中建立的场是交变电磁场，当电磁场以波动方式向远处传播时，相位会发生位移，而且幅度随传播距离和传播常数的增加而按指数规律衰减，这种现象称为趋肤效应。图2-2-1中第一道为井径曲线和自然伽玛曲线；从第二道到第八道是0-6图2-2-1、测量数据受趋肤效应影响示意图3子阵列的原始测量数据；第九道为经过多频趋肤校正后的全部子阵列数据。从图中可以看出，在一般正常情况下，对于浅子阵列而言，其测量值随工作频率的增加无明显的变化，说明浅子阵列由于其径向探测深度较浅，电磁波在地层中的传播距离较短，受趋肤效应的影响较小；而深子阵列的测量值随工作频率的增大变化比较大，说明深子阵列的径向探测深度较深，故而受趋肤效应的影响较大。而且发现在泥岩地层深子阵列受到的趋肤效应影响比在砂岩地层的影响大。说明随着地层电导率值的增加，各个子阵列的测量值受趋肤效应的影响程度增加。理论和实践都说明阵列感应的测量值受趋肤效应影响的程度主要受地层电导率值和测井仪器工作频率的控制。在前期的感应测井解释处理中，一般都采用与实部（R）信号一起测量的虚部（X）信号对其进行趋肤效应校正。但是在实践中发现，由于虚部（X）信号容易受到测量环境的影响（例如泥浆滤液中含磁性物质的影响），特别是在低电导率地层中虚部（X）信号测量精度较低，校正后的感应测量值与实际地层电导率值的误差较大。高分辨率阵列感应在实际处理过程中，采用多频趋附校正技术进行趋肤影响校正，较好的解决了这一问题（见图2-2-2）。该项校正技术认为在实部（R）信号中，即使是最浅的零子阵列中最小工作频率10KHZ的测量值，都离道尔（Doll）极限相距甚远，因此不可能简单的使用某一频率的测量值来代表零频时的地层电导率值。但是通过分析发现，这些测量值之间具有较好的相关性。可以采用数学方法对每个测量深度点上的每个子阵列在不同工作频率上的测量值进行最佳曲线拟合，然后将该拟合曲线外推至零工作频率时的电导率作为真实地层的电导率值（即经过趋肤校正后的地层电导率值）。通过多频趋肤校正改进了测井仪器响应和地层电导率之间的线性关系，从而确保了在均质地层中电导率测量值的正确性。2.2井眼校正图2-2-2、多频趋肤校正图4高分辨率阵列感应测井仪由于采用了简单的三线圈系作为基本的阵列测量单元，其原始测量值受井眼影响比常规聚焦型感应测井仪器更严重。阵列感应实际处理中，井眼校正是最重要的部分。图2-2-3给出了经过多频趋附校正后的7个子阵列几何响应图。从图2-2-3中不难看出，以正峰和负峰形式表示的测量敏感区主要集中在接近测井仪器轴附近的地方，即测井仪器和井筒之间的区域会对测量值有较大的影响，而且对于几个浅子阵列的影响最大，也就是说浅子阵列受井眼的影响最大。感应测井响应的本质特性使它不可能只依赖信号处理技术，就能从浅子阵列测量值中自动去除井眼的影响，因此必须在合成感应测井曲线前对阵列感应测量值进行井眼校正。根据道尔的几何因子理论，可以得到以下井眼校正公式：)1(*GGFmmeas-+=sssGGmmeasF--=1*sss井眼校正公式中：σmeas为测量的电导率值。σm为泥浆电导率值。σF为地层真实的电导率值。G为井眼几何因子。图2-2-3、经多频趋附校正后的几何响应函数图一般情况下，根据这个经验公式进行井眼校正的方法称为标准井眼校正法，这种方法认为井眼信号是泥浆电导率（σm）、井眼尺寸（r）、仪器偏离距（x）5和测量的电导率值的函数。该方法要求准确知道井中每一个深度点上的泥浆电导率（σm）、井眼尺寸（r）、仪器偏离距（x）。由于在测井过程中不可能十分精确的获取到上述参数，高分辨率阵列感应测井仪在采用标准校正方法进行井眼影响校正的同时，另外设计了一个以2D模型加偏心效应为基础的正演模型来进行井眼校正。这个模型的理论基础是对一个泥浆电导率（σm）周围为均匀地层电导率（σf）的柱状井眼环境中的麦克斯韦方程的求解。正演模型假定仪器轴心是与井轴平行，测井仪器可以置于井内的任何地方，其偏离距（仪器与井壁的距离）可以是任意数值。该正演模型假设泥浆电导率（σm）、井眼尺寸（r）、仪器偏离距（x）和地层电导率（σf）这四个参数为已知。然后分别计算仪器对这些测量条件的响应，可以知道该阵列感应测井仪器所接收到的任何一个测量信号都是这四个环境参数（σm、r、x、σf）的函数。在下面四个环境参数变化范围内，利用这个正演模型分别计算不同工作频率下，每一个接收子阵列的R相位和X相位上测量到的响应。这四个环境参数变化范围为：泥浆电导率（σm）和地层电导率（σf）值为0.01—50000毫西门子/米；井眼尺寸（r）的值为5—16in；仪器偏离距（x）的值为0.25in到仪器居中。从这个响应的范围表中可以看出该阵列感应测井仪可以在水基和油基泥浆的情况下进行井眼校正。利用这些实验数据，计算出了由最小二乘法拟合得到的多项式近似值。从而提高了井眼校正的速度。而在实际测井过程中，求取准确的地层电导率是阵列感应仪器测井的目的，因此必须把这个正演模型反过来，建立一个基于原始测量数据和三个井眼参数（σm、r、x）为已知的反演模型，以便就一组给定的测量信号求解地层电导率。在实际处理过程中，它首先采用三个浅接收子阵列（即6in、10in、15.7in子阵列）的测量值来尝试重建这个井眼参数组。采用这种方法是因为浅子阵列的测量值中包含大量的井眼信息，但由于这三个浅子阵列在探测范围上有相当大的重复，因此其所包含的井眼信息不足以同时求解所有的井眼参数。实际上通过三个浅子阵列测量值的反演能够准确确定的井眼参数只有两个，由于地层电导率始终是未知的，因此靠这种反演方法确定的井眼参数就只有一个，也就是说使用这种方法能够优化一个不确定的井眼参数，另两个参数必须靠其它测量方法获得。一但找到一套适当的井眼参数，就可以通过最小平方技术，将阵列感应仪器测量响应与模型测量响应之间的偏差降至最小，估算出6最佳平均地层电导率（σ）。再利用计算出的最佳平均地层电导率（σ），对全部接收子阵列由正演模型直接计算井眼的校正量。这种井眼校正的方法称为自适应井眼校正法。利用这种方法能够求解四个环境参数（σm、r、x、σf）的任意组合以便与浅子阵列的数据相匹配。因此即使井眼参数不准确仍能得到较好的结果。图2-2-4是一个用自适应井眼校正法和标准井眼校正法进行井眼校正的对比图。图中的第一道为XY双井径曲线和自然伽玛曲线；从双井径曲线中可以看出该段井眼垮塌比较严重，测井仪器在这种情况下