4微电极系测井

地球物理测井课件河北工程大学主讲人：周俊杰2.5微电极系测井为了提高纵向分辨能力，不漏掉薄层和求准目的层厚度；直观地判断渗透层；准确地测出冲洗带电阻率等目的，建立了微电阻率测井。一、微电极系测井原理为达到上述目的，设计了一个电极距很小，但测井结果又不受泥浆影响的井下装置—微电极系，其外貌结构见图4-1所示。在主体上装有三个弹簧片扶正器，弹簧片之间的夹角为120°，其中一个弹簧片上装有硬橡胶绝缘极板，极板上嵌有三个电极A、M1、M2，A为供电电极，M1和M2为测量电极，电极间的距离均为0.025m。弹簧片扶正器使电极系紧贴井壁进行测量，消除泥浆对测量结果的影响。一、微电极系测井原理按等距离直线排列在极板上的三个电极组成两种不同类型的微电极系。其中A0.025M10.025M2为微梯度电极系，其电极距是0.0375m；A0.05M2组成微电位电极系，它的电极距为0.05m。微电位电极系的探测深度为100mm，微梯度为40mm。因此前者所测视电阻率主要反映渗透层井段的冲洗带电阻率；而后者测量的结果主要反映泥饼电阻率。一、微电极系测井原理为保证微电位和微梯度电极系在相同的接触条件下测量，必须采用微电位和微梯度同时测量的方式进行测井，其原理线路见图。这种测量方式不仅避免了接触条件影响，而且提高了效率。为保证纵向分辨能力强的特点，测井时电极系提升速度不宜过快。一、微电极系测井原理微电极系测井的视电阻率曲线，除受泥饼、侵入带、原状地层的影响外，还与极板形状和大小有关，其视电阻率表达式为式中△U—微梯度测井时，△U=△UM1M2；微电位测井时，△U=△UM2N为对比电极，一般用主体作N极）；K—微电极系系数，与电极距、极板的形状和大小有关，一般在微电极系校验池中测量得到。每次测井前均应作K值校验工作，以确保测井曲线的可靠性。IUKRML二、微电极系测井曲线通常采用重叠法将微电位和微梯度两条测井曲线绘制在成果图中，见图4-3。两条曲线在有的井段是重合的，有的井段是分离的，曲线分离叫有幅度差。二、微电极系测井曲线当微电位曲线幅度大于微梯度曲线幅度时，称“正幅度差”；当微电位曲线幅度小于微梯度曲线幅度时，称“负幅度差”，渗透层井段在微电极系曲线上的基本特征就是有幅度差，因为渗透层大部分都有泥浆侵入，侵入结果使井壁上有泥饼和形成冲洗带，一般冲洗带电阻率Rxo比泥饼电阻率Rmc大5倍以上。所以探测深度不同的两种微电极系所测的视电阻率必然出现幅度差，且一般为正幅度差。幅度差的大小决定于Rmc/Rxo值以及泥饼的厚度。二、微电极系测井曲线非渗透性地层处的微电极系曲线无幅度差或有正、负不定的较小的幅度差。在砂泥岩剖面中泥岩是常见的非渗透性岩层，其电阻率较低，见图4-3中1525m—1531m井段。泥质粉砂岩，随泥质含量的增多微电极曲线幅度下降，而且幅度差变小。非渗透性的石灰岩和白云岩薄层在微电极系曲线上幅度极高且无幅度差或者具有很小的正、负不定的幅度差，见图4-3中1568—1568.7m井段曲线特点，该层是夹在砂岩和泥质粉砂岩中的石灰岩薄层。三、微电极系测井资料应用1．划分岩性剖面首先利用微电极系曲线是否有幅度差这一特点，将渗透层和非渗透层区分开。再根据曲线的幅度大小和幅度差的大小详细地划分岩性。含油砂岩和含水砂岩都有明显的幅度差。如果岩性相同，含水砂岩的幅度和幅度差都略低于含油砂岩，砂岩的含油性越好，这种差异越明显。这是由于砂岩的冲洗带中有残余油存在的缘故。如果砂岩含泥质较多，含油性变差，则微电极曲线幅度和幅度差均要降低。泥岩微电极曲线幅度低，没有幅度差或有很小的正、负不定的幅度差，曲线呈直线状，具有砂泥岩剖面中典型的非渗透性岩层的曲线特征。致密灰岩微电极曲线幅度特别高，常呈锯齿状，有幅度不大的正或负的幅度差。灰质砂岩微电极曲线幅度比普通砂岩高，但幅度差比普通砂岩小。生物灰岩微电极曲线幅度很高，正幅度差特别大。孔隙、裂缝性石灰岩微电极曲线幅度比致密石灰岩低得多，一般有明显的正幅度差。三、微电极系测井资料应用2．确定岩层界面微电极曲线的纵向分辨能力较强，划分薄互层组和薄夹层比较可靠。渗透层的界面可用两条微电极曲线的分歧点的深度位置来确定。一般砂泥岩剖面中划分渗透层多以微电极曲线作为主要依据。三、微电极系测井资料应用3．确定含油砂岩的有效厚度由于微电极曲线具有划分薄层和区分渗透和非渗透性岩层两大特点，所以利用它将油气层中的非渗透性的致密薄夹层划分出来，并把其厚度从含油气层总厚度中扣除就得到油气层的有效厚度。三、微电极系测井资料应用4．确定井径扩大井段在井内如有井壁坍塌形成的大洞穴或石灰岩的溶洞（当洞穴直径大于微电极系扶正器的直径）时，在这些井段中微电极系的极板悬空，所测视电阻率曲线幅度降低，接近于泥浆电阻率幅度。2.6聚流电极系电阻率法测井对于普通电极系电阻率法测井，在地层比较厚、油层电阻率不太高，并且泥浆电阻率不是太低的情况下，能够获得较好的结果。然而，有时会遇到钻井泥浆的矿化度很高（盐水泥浆）、地层电阻率很高并且很薄，因而邻层和围岩的影响很大的情况。这时泥浆的分流作用很强，大部分供电电流进不到地层中去。为了解决这个问题，发展了带聚流电极的电阻率法测井。2.6聚流电极系电阻率法测井按电极系结构特点和电极数目不同，聚流电极系电阻率测井又分为：三电极侧向测井、七电极侧向测井、微侧向测井、邻近侧向测井和微球形聚焦测井。在这里主要讲述三侧向测井原理及应用。一、基本原理三侧向测井的基本原理是在主供电电极两侧加上两个屏蔽电极，并向屏蔽电极供以相同极性的电流，使其电位与主电极相等，迫使主电极电流不能在井眼中上下流动，而成水平片状进入地层，把井的分流作用和围岩影响减到最小。由于迫使电流只向侧向流动，电流的方向垂直于电极系的轴线，因此称作侧向测井。一、基本原理中间的电极A0称为主电极，上下两侧的电极A1、A2称为屏蔽电极，主电极和屏蔽电极之间有很薄的绝缘层将它们隔开。电极的记录点为主电极的中点。屏蔽电极A1和A2是用导线连接在一起的，彼此短路。主电极A0与屏蔽电极A1、A2通以相同极性的电流并保持等电位。一、基本原理在测量过程中，当电极系运行到不同电阻率的地层时，A0与A1、A2的电位将不相等。它们之间的电位差就会被传送到专门的装置，自动调节装置就会自动调节供给A1、A2的电流，以保持整个电极系处于等电位状态。主电极的电流I0被A1、A2屏蔽电极的电流I1、I2所屏蔽，不能像普通电极系供电电流那样向各个方向流动，只能近似成水平片状进入地层。一、基本原理主电极和屏蔽电极之间的电位平衡可以通过多种方法实现，常用的一种是在主电极和屏蔽电极之间加一个数值很小的电阻，使主电极和屏蔽电极基本上处于相同的电位。3.测得的视电阻率由于主电极电流成薄片状水平进入地层，它的接地电阻可以看作是电流片范围内井内泥浆电阻rm、侵入带电阻ri和地层未被侵入部分的电阻rt在水平方向上串联起来的结果r0＝rm＋ri＋rt（3.3）画成等效电路，如图。一、基本原理在测量过程中要保持三点：主电极的电位与屏蔽电极之间的电位相等，若不相等通过自动调节装置供给一个屏蔽电流给屏蔽电极，使之相等。主电极和屏蔽电极之间的电流极性相等。I0恒定，主电极电流强度恒定。2.三侧向电极A0主电极，A1、A2为屏蔽电极书写7.1025.015.0025.07.1201AAA1.71.70.150.0250.0253.测得的视电阻率V是电极表面的电位，I0位主电极的电流强度，K是一个与电极的尺寸和结构有关的常数，称为三电极侧向测井的电极系数。可用实验方法或理论计算方法求得电极系数K。实验方法是把电极系放入电阻率为已知的均匀介质中，（已知电阻率溶液的大水池中），根据测得电极表面的电位和主电极电流强度反算出0IVKRanndLLdLLK2lg73.22ln200L0=Lm+2eL=L0+2L屏L0判断三侧向测井划分地层薄层异常。二、三侧向测井仪工作原理利用屏蔽电极使主电极的电流“聚焦”并水平进入地层，以克服井内液体的分流作用。由于聚流后的主电流成水平片状，所以电流片上下介质对测量结果的影响就大大减小。为了达到使主电流“聚焦”成水平片状，就必须使主电极和屏蔽电极之间的电位差为零，并且，当电极系在井内移动时，能自动调整屏蔽电极的电流，使主电极“聚流”状态不受周围介质电阻率不断变化的影响。二、三侧向测井仪工作原理为了说明主电流经过的空间各部分对测量结果的相对影响，引进所谓几何因子的概念。几何因子是指与介质空间位置、体积大小和形状等几何因素有关的各种影响因素的总和。几何因素的影响是和电极系聚流能力紧密相关的，主电流经过的整个空间的几何因子看作是1，这样，空间各部分对接地电阻的贡献，可以看作是各部分几何因子与它的电阻率两部分影响的总和，写成视电阻率的表示式为Ra＝JmRm＋JiRi＋JtRt（3.4）式中Jm、Ji和Jt分别为泥浆、泥浆侵入带和岩层未被侵入部分的几何因子。三、影响视电阻率的因素三侧向视电阻率，一方面决定于介质的电阻率，另一方面又决定于和电极系特点有关的几何因子。电极系长度L、电极系直径dn、主电极长度Lm和电极间距离（即绝缘物厚度e），对视电阻率都有影响。三、影响视电阻率的因素探测深度:指在这个范围内主电极的电流片厚度没有明显增大，主电极接地电阻和这部分介质的关系还比较密切，而超出这个范围电流片则明显变厚。电极系总长度L愈大主电流聚焦愈好，成层状的电流束进入地层的深度就愈大。实际上屏蔽电极也不能做得很长。做得太长，会给运输和下井带来不便，其次，井底不能测量的地层段也会太长(主电极只能下到离井底还差一个屏蔽电极长度的地方),第三，屏蔽电极的屏蔽作用也不会随屏蔽电极长度的增加而无限增大。三、影响视电阻率的因素当L大于地层厚度h时，Ra随着L的增加而增加，但增加得很少。分析不同层厚的曲线表明，电极系越长主电流聚焦得越好，但L大到一定长度后，无论厚层还是薄层，改变电极系长度，对侧向测井探测深度都不会产生多大的影响。一般认为，电极系总长度保持在6d至15d较好。三、影响视电阻率的因素根据L和探测深度的关系，通过改变屏蔽电极长度和B电极的位置，可构成探测深度不同的三侧向电极系。把B电极放在电极系之外距电极系较远的地方（可看作是无穷远），这种电极系探测深度较大，称为深三侧向电极系。如将B电极分成两个，并分别放在电极系内靠近A1、A2的地方，则主电流片发散较快，其探测深度相应减小，这种电极系称为浅三侧向电极系。三、影响视电阻率的因素2．主电极长度L0的影响(a）在厚地层（hL)，一般情况下，L0的变化对视电阻率影响不大。(b)在薄地层，L0增加，视电阻率将降低。L0愈小，视电阻率极大值Ramax愈接近Rt。当L0h时，Ra急剧下降，并趋于围岩电阻率。这是因为L0增大使电流片变厚，通过围岩的电流增多，接地电阻变小，则Ra接近围岩电阻率。三、影响视电阻率的因素2．主电极长度L0的影响L0时，Ramax随减小而迅速减小；L0时，Ramax基本上和L0无关；L0的影响随的增大而增加。可以根据所研究地区地层剖面特点和分层要求，适当选择L0。4h0Lh4hstRR三、影响视电阻率的因素3．电极系直径对视电阻率的影响电极系直径对视电阻率也有一定影响，电极系直径愈小，从电极系到井壁之间的泥浆层厚度愈大，因此泥浆的影响愈大。但是，泥浆层厚度和电流片深入到地层的深度相比，是很小的。即使在泥浆电阻率较高的情况下，由于电极系直径不同而引起的视电阻率变化也不大。我国使用的深探测三电极侧向测井电极系的尺寸如下：L＝3.6m，Lm＝0.15m，e＝0.025m，Lo＝0.17m，dn＝0.089m三、影响视电阻率的因素4．井眼直径和泥浆的影响如果井眼没有明显扩大，井内充满高矿化度泥浆，井眼直径对所测视电阻率的影响基本上可以忽略。当井眼直径比电极系直径大很多时，就会使测量电流散开，泥浆分流影响很大。因为电流层的截面积增大，接地电阻减小，于是所测视电阻率值下降。在这种情况下，就需要进行井眼影响校正。三、影响视电阻率的因素5．层厚和围岩的影响对