各类感应仪器的测井原理分析及对比

各类感应仪器的测井原理分析及对比

[摘要]本文按照感应仪器的发展进程，分别对单感应测井、双感应测井、相量感应测井、阵列感应测井、三分量感应测井的原理进行了详细的分析探讨，并阐述了感应仪器的发展进程，对各类感应仪器进行了对比研究。

[关键词]原理、单感应、双感应、相量感应、阵列感应

中图分类号：p631.32文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）21-0000-00

引言

早期的石油勘探主要是探明厚油层的储量，对感应测井精度要求低，不必考虑仪器的分辨率和井眼附近的影响，起初人们使用单感应、双感应测井仪器，已足够估计地层电阻率，用于地层解释评价。随着石油工业的发展，测井的重要性逐渐增强，测井分析家希望测井提供地层的丰富信息，以便精确评价地下油气储藏，如了解复杂的侵入剖面，不但可精确求出地层真电阻率，而且是油气可动性，即产油能力的揭示，精细评价和进一步开采油气需要进行薄层分析。于是感应测井仪器逐步发展，经历了单感应，双感应，相量感应，高分辨率感应、阵列感应、三分量感应测井测井仪器等几个发展阶段。下面就分别对这六种感应的测井的原理进行详细的分析介绍，同时进行对比探讨。

1、（单）感应测井的基本原理

由感应发射电路向发射线圈提供稳定的20khz的正弦发射电流

it，在井内及外介质空间中建立起一次电磁场，即发射电流场。在一次场作用下，由地层介质中出现的感应电流，激发二次电磁场，即涡流场，在感应接受线圈上形成感应电动势。由于地层介质电导率不同则地层中产生的涡流大小也不同，涡流大小不同则形成的感应电动势不同，所以接收线圈上形成的感应电动势反应的就是地层的电导率。

2、双感应测井：

双感应测井是由探测深度不同的两种感应测井构成。探测深度较大的称为深感应测井，另一个探测深度较浅的称为中感应测井。由于两种线圈系探测特性的差异，深感应电动势主要反映了原状地层中的涡流大小及地层电导率，中感应电动势主要反映了冲洗带地层中的涡流大小及其电导率。

3、相量感应测井：

普通感应测井仪只记录和发射电流同相的感应电动势分量，而忽略了正交分量。随着技术的发展，在传统双感应聚焦线圈系基础上，引入其它领域发展的数字测量和传输技术，精确测量感应测井中的虚部信号，提出了相量双感应测井仪器。该仪器用趋肤效应几何因子描述趋肤效应的影响，应用反褶积滤波进行围岩效应校正，利用虚部响应函数与实部趋肤效应误差函数的相似性，将虚部进行变换和放大来拟合趋肤效应误差，第一次从空间上进行了趋肤效应校正。相量双感应测井仪器中的另一个创新是选择了多频率10、20

和40khz。在1. 0ω·m地层中，其探测深度比传统的深探测深度

增加30 %，多频率测量可指示低电阻率环带油气层。

4、阵列感应成像测井仪

对于相量感应测井仪器来说，采用的是传统的井下聚焦线圈系来消除井眼周围的环境影响，用地面信号处理来消除围岩效应影响、趋肤效应影响和改善纵向分辨率。各种信号处理均是基于传统感应测井或这些新型感应测井的一维信号处理。为了进行二维的环境影响校正，传统的井下聚焦线圈系设计已不可能，二维的信号处理要求测井仪器必须提供足够的井下二维信息。理论研究和实际测井的发展以及其它领域成熟的高科技，如高速数据传输、先进数字电子技术、强大的计算机处理功能以及材料和工艺技术等，均为新仪器提供了条件，从而诞生了提供丰富地层信息的阵列感应测井成像仪器。

阵列感应测井采用一系列不同线圈距的线圈系测量同一地层，从而得出原状地层及侵入带电阻率等参数。所不同的是阵列感应测井采用先进的电子、计算机技术及数字处理等先进方法，通过多路遥测短节，把采集的大量数据送到地面，再经过计算机进行处理，得出具有不同探测深度和不同纵向分辨率曲线。与双感应、浅聚焦测井不同，阵列感应测井除得出原状地层和侵入带电阻率外，还可以研究侵入带的变化，确定过渡带的范围。根据获得的基本数据进行二维电阻率径向成像和侵入剖面的径向成像。

以阿特拉斯公司1996年推出新型的阵列感应测井仪器hdil为例，hdil是数字化、全谱感应测井仪器，hdil高分辨率感应测井

仪采用三线圈系结构（一个发射，两个接收基本单元）（图1）。线圈系由七个接收阵列组成，共用一个发射线圈，采用八种频率同时工作，共测量112个原始实分量和虚分量信号，传输到地面经计算机处理，实现软件数字聚焦，获得三种纵向分辨率、六种探测深度的测井曲线。经过处理可以得到具有3种不同纵向分辨率和6种不同径向探测深度的测井曲线；运用一维、二维反演技术，可以反演出地层真电阻率、冲洗带电阻率及侵入深度，可对储层进行径向侵入特征的定量描述。

5、新一代阵列感应测井——三分量感应测井仪

三分量感应测井仪器的发射线圈由3个沿x、y和z3个方向且相互正交的磁偶极子和5个接收线圈组成。3个相互正交的接收线圈分别接收x、y和z3个方向的信号，另外两个分别接收xy和xz交叉耦合分量，从而完全测量各向异性张量矩阵中的9个分量，这种仪器也称为三分量感应测井仪器，其目的是测量交互薄层和各向异性地层的电阻率。贝克- 阿特拉斯公司2000年率先推出三分量感应测井仪器，称为3dexp lore或3dex。与常规感应仪器的发射和接收线圈平行于井轴放置方式不同，3dex使用三对发射- 接收线圈对，一对平行于井轴，测量常规磁场分量，用于推导地层水平电阻率；另外两对相互正交，且垂直于井轴，测量磁场的垂直分量，用于推导地层垂直电阻率。2004年，schlunberger公司研制出一种新的三分量感应测井仪器，它由3个正交发射线圈、3个沿z方向的短接收线圈和6组全三轴正交的接收线圈组成。比atlas的三分

量感应有很大的改进。①三轴正交发射和接收线圈做到在同一位置，atlas的三轴是分离的；②三个常规短子阵列用于井眼校正。三分量感应中，井眼影响是必须考虑的重要因素，是测量误差的重要来源；③6组三轴正交的接收线圈组成阵列感应阵列，其z方向信号合成阵列感应的5种不同探测深度曲线，便于侵入分析以及与常规阵列感应测井结果比较；④2个工作频率，覆盖较宽的地层电阻率范围。schlunberger公司设计三分量感应测井仪器的最初目的是确定地层电阻率的各向异性、测量地层倾角、产生井眼周围的地质成像。其仪器称为新一代阵列感应测井仪器。事实上，新的三分量感应测井仪器提供234条曲线，其信息不但供测井岩石物理学家使用，而且地质学家也可使用。现场算法提供地层各向异性电阻率、侵入参数、倾角和方位，以及标准阵列感应测井曲线。计算中心通过1d、2d和3d反演处理提供高分辨率的各向异性电阻率。其井眼周围地层电阻率成像对了解储层结构十分有用。

结论

进入80年代后，国外感应测井仪器和理论研究迅速发展。测井响应的数值模拟研究从一维模型经历二维发展到三维复杂模型，也研究了一维和二维模型的反演，目前正致力于大斜度井和水平井等三维模拟研究以及快速反演研究。仪器发展从传统模拟感应测井仪器经历数字相量感应测井仪器，很快发展为多频率阵列感应测井仪器。它不仅提供丰富的测井信息，还提高了测量精度，拓宽了应用范围，不但能够准确确定地层真电阻率，而且能够准确地分析侵入