感应测井全面

感应测井技术结题报告组员：

1.感应测井技术原理及概述

感应测井是利用电磁感应原理研究岩层导电性的一种测井方法。在一个线圈中通上交流电，线圈周围就会形成交变电磁场，如果交变电磁场中有导体存在，那么在导体中会产生感应电流，这就是电磁感应原理。

实用的感应测井仪式是采用聚焦线圈系的感应测井仪。由于聚焦线圈系可以看成是几个双线圈系组合而成的,因此在说明感应测井原理时,仍以双线圈系感应测井的原理为例。双线圈系感应测井仪的测井原理图如图1所示。

T为发射线圈,R为接收线圈,两个线圈相隔一定距离固定在芯棒上。当给发射线圈一个幅度和频率均恒定的正弦交流电流i时,在其周围地层中便会产生出一个交变的电磁场Υ1。在该电磁场的作用下,地层中就会感应出许多的环绕井轴的感生电流i1(涡流)。由于i1是交变电流,因此它也可以形成一个交变的电磁场Υ2,Υ2又叫二次电磁场。由于二次电磁场的存在,在接收线圈R中便产生了感生电动势eσ,又因为eσ与地层电导率有关,故称eσ为有用信号,同时,Υ1也可以直接在接收线圈R中产生一个感生电动势e0,与地层电导率无关,故e0叫做无用信号。在略去涡流间的相互作用的情况下,可以认为eσ的相位滞后发射电流I180°,e0则滞后发射电流i90°,因此eσ和e0之间存在90°的相位差,利用这个相位差,可以通过专门的检波电路把eσ和e0分开,使地面记录系统只记录有用信

号eσ。对于均匀无限介质,可以把它划分为无限多个与井轴垂直的单元导电环,当环的截面积ds等于1时,常称为单元环,当发射和接收条件均已知的情况下,单元环在接收线圈R中产生的有用信号deσ与介质的电导率σ成正比,其表达式为deσ=Kgσds(1)式(1)中,K为仪器常数。它与发射电流的强度和频率、介质的导磁率、发射和接收线圈的匝数、截面积以及线圈距有关;g为单元环的几何因子。它仅与单元环的几何尺寸、单元环与线圈系的相对位置有关;ds为单元环的截面积。全部介质在接收线圈中产生的总有用信号eσ等于各个单元环分别在接收线圈中产生的有用信号的叠加,则有

（2）

理论上可以证明,全空间的几何因子等于1,即:

∑gds=1 (3)

于是式(2)变成

eσ=kσ(4)

该式表明,有用信号与介质的电导率成正比,因此,测井时只要测出有用信号,就可以计算出地层的电导率。但是,在实际测井中遇到的往往是非均匀介质,此时,按照上式计算出的电导率叫做视电导率σa,对于由几部分介质组成的非均匀介质,的有用信号等于各部分介质所产生的有用信号的叠加,而视电阻率等于各部分介质的电导率与其几何因子乘积的代数和。例如,有井眼、围岩和侵入带的影响时的视电导率可表示为:

σa=Gtσt+Gmσm+Gsσs+Giσi(5)

式(5)中,σt、σm、σs和σi分别为地层、泥浆、围岩和侵入带的电导率;Gt、Gm、Gs和Gi分别为地层、泥浆、围岩和侵入带的几何因子。当泥浆、围岩和侵入带的影响较小时,σa可以近似的等于σt。在此情况下,所测的有用信号的大小,可以反映出地层电导率的变化,这就是感应测井的基本原理。

2.求出地层的是电导率

•第一步：求出发射线圈在地层（即单元环）中产生的感应电动势和感应电流；

•第二步：求出地层（即所有单元环）在接收线圈中产生的感应电动；

•第三步：求出地层的电导率。

第一步：求出发射线圈在地层（即单元环）中产生的感应电动势和感应电流；

1、磁偶极距的求取

磁偶极距M等于发射线圈的面积S0乘以电流I即：

M=S0I

假设发射线圈有n匝，则磁偶极距为

M= nS0I

磁偶极距的方向与井轴方向一致。

2、磁场强度求取

假如单元环半径无限小，其面积元在发射线圈上方的中心点，则磁偶极距在面积元中心产生的磁场强度为：

3、穿过单元环磁通量的求取

磁通量是表征磁场分布情况的物理量。

设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。

4、单元环感应电动势

其中I为正弦交流电，ω是交流电的角频率，I0是常数

根据电磁感应原理，单元环的感应电动势V为

第二步：求取地层在接收线圈中产生的感应电动势

1、单元环在接收线圈处产生的磁场强度

根据毕奥-萨伐尔定率，单元环上线元dl在接收线圈处产生的磁场强度为

2、单元环在接收线圈处产生的磁通量

设接收线圈的匝数为n R，面积为S0，则单元环在接收线圈处产生的磁通量为

3、单元环在接收线圈处产生的感应电动势

与前面类似，单元环在接收线圈中产生的感应电动势为：

第三步：地层视电导率的求取

积分可得

3.感应测井技术的发展历程

•第一阶段主要是感应测井理论的提出与实现的过程，建立了比较完整的感应测井理论体系，为感应测井技术的发展打下了良好的基础，研制并装备了以双感应为主流产品的测井仪器

•第二阶段脱离了以前将虚部信号完全丢弃的方法，而是同时利用实部与虚部信号对地层特性进行更为有效的识别，致力于提高仪器的纵向分辨能力，在感应与侧向测井的组合方式上提出了数字球形聚焦的概念，研制成功了具有多频多分辨率的阵列感应测井仪器，利用相位差确定地层电阻率的感应测井仪器。

•测井技术发展的第三阶段是从20世纪末到本世纪初，这段时间虽然比较短，但在感应测井的方法和思路方面却有了重大的创新和突破，尽管有些技术和方法还没达到成熟的程度，但其前景非常乐观

4阵列感应测井新技术--三分量感应测井技术

•三分量感应测井系统是一种全新的感应测井系统,非常适合我国的地质结构和储层特性,它可以识别地层的三维特性,是人们认识地层特性,进行油、气储层评价的非常有效的方法

•三分量感应测井系统与以往的感应测井仪的最主要差别就在于其线圈系的设计。常规感应测井仪器的线圈系轴线与仪器轴(Z轴)是重合的,即线圈系平面都是在平行于井轴的平面内布局的,从而使电阻率的测量局限于一维方向,只能测量水平方向的电导率。而三分量感应测井系统则按照X、Y、Z三个方向分别布局发射和接收线圈,可以同时探测多个方向的电导率。其中,Z方向为井轴方向,其探测性能与传统方法相同,X方向和Y方向的有用信号穿越了不同的地层,又因为其涡流的大小主要取决于相邻的低电导率地层,从而保证了不会漏测含碳氢化合物的油气储层•图中Tx、Ty和Tz分别为三个方向的发射线圈,Rx、Ry和Rz分别为三个方向的接收线圈。在X、Y、Z三个方向分别布局发射和接收线圈,在XZ平面和XY平面内分别布置了交叉接收线圈

•为了屏蔽发射线圈在接收线圈中产生的直接耦合分量,来达到改善线圈系探测特性的目的,必须引入聚焦线圈。所谓的直接耦合是指发射信号在不经过地层的情况下,由于磁通的闭合特性在接收线圈中直接引起的感应信号,聚焦线圈与发射线圈的绕线方向相反,匝数不等。由于绕线方向相反,匝数根据距离和发射电流的大小来确定,所以在电导率为0的空气中,发射线圈和聚焦线圈在接收线圈中产生的感应电动势相互抵消,即发射线圈和聚焦线圈在接收线圈中产生的磁场强度相同,方向相反,这就是所谓的聚焦原理。实现聚焦后,接收线圈中的感应信号仅由地层中所产生的涡流而引起的二次场形成,即接收线圈中的感应电动势体现了地层的特性