礦場地球物理課件第三章側(cè)向測井.doc

《礦場地球物理課件第三章側(cè)向測井.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《礦場地球物理課件第三章側(cè)向測井.doc（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第三章 側(cè)向測井 在地層厚度較大、地層電阻率和泥漿電阻率相差不大的情況下，可以采用普通電阻率測井來求地層電阻率；但在電阻率很高的薄地層，或者在鹽水泥漿的情況下，由于泥漿電阻率很低，使得電極流出的電流大部分都在井和圍巖中流過，進入測量層的電流很少。測量的視電阻率曲線變化平緩，不能用來劃分地層巖性，無法確定巖層的真電阻率。 為了減小泥漿的分流作用和低阻圍巖的影響，提出了側(cè)向測井（聚焦測井）。它的電極系中除了主供電電極之外，上、下還裝有兩個極性相同屏蔽電極。主電流受上下屏蔽電極流出的電流的排斥作用，使得測量電流線垂直于電極系，成為沿水平方向的層狀電流流入地層，這就大大降低了井和圍巖對視電阻率的影響。 側(cè)向測井的種類較多，有三側(cè)向、七側(cè)向、雙側(cè)向及微側(cè)向、鄰近側(cè)向、微球形聚焦測井等。 第一節(jié) 三側(cè)向測井 一、三側(cè)向測井電極系 不同電阻率測井法的區(qū)別，主要反映在它們的電極系上，所以研究側(cè)向測井的原理，主要討論這種電極系的工作原理。 三電極側(cè)向測井簡稱三側(cè)向測井，根據(jù)探測深度不同可以分為深三側(cè)向電極系和淺三側(cè)向電極系。兩種電極系的工作原理相同，以深三側(cè)向為例介紹三側(cè)向測井的工作原理。 1. 深三側(cè)向電極系及其電場分布 深三側(cè)向測井電極系由三個金屬圓柱體組成，它被絕緣材料分隔成三部分，中間的A0為主電極，兩端的A1、A2為屏蔽電極，它們對稱地排列在主電極兩側(cè)，且相互短路。在電極系上方較遠處設(shè)有對比電極N和回路電極B。 測量時，主電極A0和屏蔽電極A1、A2分別通以相同極性的電流I0和Is ，保持I0為一常數(shù)。通過裝置調(diào)節(jié)，使A1、A2的電位始終保持和A0的電位相等，沿縱向的電位梯度為零。這就保證了電流不會沿井軸方向流動，而絕大部分呈水平層狀進入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，使三側(cè)向具有較高的分層能力。 2. 淺三側(cè)向電極系及其電場分布 在三側(cè)向測井中，為了準確了解徑向電阻率（如侵入帶電阻率和原狀地層電阻率）的變化，提出了淺三側(cè)向測井。淺三側(cè)向測井的探測深度較淺，其電極系結(jié)構(gòu)如圖所示。 淺三側(cè)向電場分布特點是：屏蔽電極A1、A2的尺寸比深三側(cè)向測井要短，減弱了屏蔽電流對主電流的控制作用，并在和外面加上兩個極性相反的電極B1和B2，作為主電流和屏蔽電流的回路電極，使主電流Io徑向流入地層不遠處即發(fā)散。 所測出的視電阻率主要反映井壁附近巖層電阻率的變化。在滲透層井段就反映侵入帶的Ri變化。 實際應(yīng)用的深、淺三側(cè)向電極系尺寸如下（單位為m），其中電極上面的數(shù)值表示該電極的長度，兩個電極之間的數(shù)值表示電極之間相隔的距離。 儀器全長3.6m，儀器直徑為0.089m，Kd、Ks分別表示深、淺三側(cè)向電極系系數(shù)。 二、三側(cè)向測井測量原理 測井過程中主電流Io保持不變，隨井周電阻率的變化Io產(chǎn)生的電場會發(fā)生改變，即UAo發(fā)生變化。儀器自動調(diào)節(jié)屏蔽電流Is以保證在測井過程中維持平衡條件UAo=UA1=UA2，以保證主電流以垂直地層方向流出。 三側(cè)向電極系的深度記錄點在主電極A0的中點，測量信號記錄主電極中點與對比電極N之間的電位差ΔU，三側(cè)向視電阻率的表達式為： 三、三側(cè)向理論視電阻率曲線特征 當上下圍巖電阻率相等時，在單一高阻層井段，深三側(cè)向視電阻率曲線關(guān)于地層中心對稱，對應(yīng)地層中心視電阻率出現(xiàn)極大值；當上、下圍巖電阻率不等時，則Ra曲線呈不對稱形狀，且極大值移向高阻圍巖一方。 視電阻率讀數(shù)一般取地層中點的視電阻率值或取地層中部的幾何平均值。 四、三側(cè)向視電阻率的影響因素 1. 電極系參數(shù)的影響 主要影響電極系K，包括電極系長度、主電極長度及電極系直徑。電極系愈長，主電流聚焦越好，主電流進入地層的深度也越深。 計算表明，當電極系尺寸大到一定程度后，則改變電極系長度，對探測深度幾乎沒有什么影響。另外，主電極長度對曲線的縱向分層能力有影響，主電極越短，分層能力越強。所以，為劃分地層剖面，應(yīng)選擇合適的主電極長度。 2. 層厚和圍巖的影響 當?shù)貙雍穸却笥?L時，圍巖對測量的Ra基本上沒有影響，然而對厚度小于或接近于L的地層， Ra受圍巖影響比較明顯，層厚較薄時，電流層受低阻圍巖影響而分散，使Ra值降低，地層越薄，圍巖電阻率越小， Ra值降低越多。 2. 侵入帶的影響 侵入帶的影響與電極系的聚焦能力、侵入深度和侵入帶電阻率有關(guān)，侵入越深或電極系的聚焦能力越差，侵入帶的影響則相對增加。在侵入深度相同條件下，隨著侵入帶電阻率的增加，它對Ra的影響也相對增加，并且增阻侵入比減阻侵入對Ra影響更大些。 3. 高阻鄰層的影響 一般相鄰高阻層對Ra讀數(shù)影響較小。 如圖中有上下兩個高阻層，相距4倍井徑，約1.2m，當下層電阻率由10Rm變到100Rm時，上層的Ra只變化10％。 五、三側(cè)向測井資料應(yīng)用 1.劃分巖性剖面 三側(cè)向測井受井眼、層厚、圍巖的影響較小，分層能力較強，是劃分不同電阻率地層的有效方法，特別是劃分高阻薄層，比普通電極系視電阻率曲線要清楚得多。通常在Ra曲線開始急劇上升的位置為地層界面。 2. 深淺三側(cè)向曲線重疊法判斷油水層 將深、淺三側(cè)向測井曲線重疊繪制在同一坐標系中，在油層（泥漿低侵）處，一般深三側(cè)向的視電阻率值大于淺三側(cè)向的視電阻率的值，曲線出現(xiàn)“正幅度差”；在水層（泥漿高侵）處，一般深三側(cè)向的視電阻率值小于淺三側(cè)向的視電阻率值，曲線出現(xiàn)“負幅度差”。以幅度差來判別滲透層中所含的流體。 3. 確定地層的真電阻率 對三側(cè)向測井視電阻率的影響因素可歸結(jié)為井眼、圍巖-層厚、侵入三個方面，因此可將三側(cè)向視電阻率經(jīng)過圖版校正即可得到巖層的真電阻率Rt。 首先進行井眼校正 當所解釋的巖層相當厚，無侵入時，該值可作為巖層的真電阻率值，否則必須進行校正。 其次進行圍巖-層厚校正 最后進行侵入校正 通過侵入校正得到地層的真電阻率和侵入帶直徑。首先“利用選擇進入校正圖版”選擇合適的侵入校正圖版。 用三側(cè)向視電阻率求巖層真電阻率時，必須按照井眼校正，圍巖-層厚校正、侵入校正順序進行，校正順序不能任意顛倒。 六、三側(cè)向測井的優(yōu)缺點 優(yōu)點：由于屏蔽電流的作用，主電流被聚焦，水平地流入地層，這就降低了泥漿的分流作用和上下圍巖的影響，（1）適合在高礦化度泥漿中使用；（2）有利于劃分薄層，能清楚地劃分出0.4～0.5m的薄層；（3）探測深度比普通電阻率測井深。 缺點：當侵入較深時（di>1.6m），深三側(cè)向測出的視電阻率曲線受侵入帶影響較大，使得深三側(cè)向的探測深度不夠深，受侵入帶影響大；淺三側(cè)向的探測深度又不夠淺，導(dǎo)致了在滲透層處，深淺三側(cè)向視電阻率曲線幅度差不明顯，難于判斷油水層，綜合解釋有困難。 第二節(jié) 七電極側(cè)向測井 計算表明，當電極系尺寸大到一定程度后，改變電極系長度，對探測深度幾乎沒有什么影響。為了加大深三側(cè)向電極系的探測深度和減小淺三側(cè)向電極系的探測深度，不能只靠改變屏蔽電極的長度來達到目的，只能從改變電極系的結(jié)構(gòu)入手解決問題。 七側(cè)向電極系通過調(diào)整電極系的分布比來改變屏蔽電流的大小，使其對主電流的控制作用加強或減弱，從而確定理想的探測深度，七側(cè)向電極系測井簡稱七側(cè)向測井。 一、七側(cè)向電極系 1. 深七側(cè)向電極系 由七個很小的金屬環(huán)狀電極組成，主電極A0居中，上下對稱分布三對電極，其中兩對監(jiān)督電極M1、M2和M1’、M2’，最外側(cè)為一對屏蔽電極A1、A2。回路電極和測量電極N在電極系上方較遠處。 M1、M1 ’和M2、M2’的中點分別為O2和O1 ， L=O1O2為深七側(cè)向電極系的電極距。 Lo=A1A2為電極系長度。通過調(diào)節(jié)電極系的分布比S=LO/L的大小調(diào)整屏蔽電流IS，加強對主電流Io的控制作用，實現(xiàn)增加探測深度的目的，一般S=3~3.5。電極系的記錄點為A0的中點。 2.淺七側(cè)向電極系 將回路電極分為兩部分B1、B2對稱放在深七側(cè)向屏蔽電極A1、A2的外側(cè)，由于回路電極靠近屏蔽電極， A1、A2發(fā)出的屏蔽電流Is很快形成回路，對主電流Io的控制作用減弱，Io深入地層不深即發(fā)散，從而使電極系的探測深度減小。 二、測量原理 測量時主電極發(fā)出恒定主電流Io，同時屏蔽電極發(fā)出與Io同極性的屏蔽電流Is，電路自動調(diào)節(jié)Is的大小，使得在測量過程中始終保持兩對監(jiān)督電極之間的電位相等，即UM1=UM1’ （或UM2=UM2’）。迫使Io徑向流入地層，沿井軸方向無分流。同時測量任一監(jiān)督電極與對比電極N之間的電位差，N離供電電極較遠可認為UN=0。視電阻率的表達式為： 上式中K為七側(cè)向電極系系數(shù)?？梢栽趯嶒炇抑袦y定，也可以通過下式進行計算： η1為屏蔽電流和主電流的比值，稱為屏流比。 深七側(cè)向電極系： 電極系參數(shù)：分布比S=3.27；電極系系數(shù)Kd=0.638m；電極 系長度Lo=2.07m；電極距L=0.632m。 淺七側(cè)向電極系 電極系參數(shù)：分布比S=2.4；電極系系數(shù)Ks=1.175m；電極 系長度Lo=1.07m；電極距L=0.437m。 七側(cè)向測井視電阻率曲線特點與三側(cè)向相似，深淺七側(cè)向電阻率值用RdLL7和RsLL7表示。用RdLL7和RsLL7求巖層的真電阻率值，需用七側(cè)向校正圖版進行井眼、圍巖-層厚、侵入校正。 三、七側(cè)向測井的優(yōu)缺點 七側(cè)向測井屏蔽電流對主電流的控制作用比三側(cè)向強，探測深度比三側(cè)向有所改進。 但由于深、淺七側(cè)向電極距不同，兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，縱向分辨能力不同，給資料解釋帶來困難。 三側(cè)向測井探測深度較淺，雖然七側(cè)向測井探測深度有所改善，但深淺側(cè)向電極系的電極距不同，所測兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，給解釋工作帶來困難。為此開發(fā)了雙側(cè)向測井，目前常與微球形聚焦測井組合使用，一次可測得井孔內(nèi)徑向各帶電阻率參數(shù)。 第三節(jié) 雙側(cè)向測井 一、雙側(cè)向電極系及電場分布 電極系采用兩個柱狀電極和七個體積較小的環(huán)狀電極。其中Ao是主電極，兩對監(jiān)督電極M1和M1’、M2和M2’以及一對環(huán)狀屏蔽電極A1和A1’，為增加探測深度，外加一對柱狀屏蔽電極A2 和A2’ 。 Ao居中，每對電極對稱地分布在Ao兩側(cè)，并短路相接。電極系深度記錄點為主電極的中心。 淺側(cè)向電極系中兩個柱狀電極A2和A2 ’為回路電極B1和B2。在電極系較遠處裝有對比電極N和深側(cè)向電極系的回路電極B。電極系參數(shù)：Kd=0.733m，Ks=1.505m，電極距L=0.6m。 深側(cè)向電極系由于增加了一對柱狀屏蔽電極，對主電流的控制作用加強，電極系的探測深度加深，主電流徑向流入地層至很遠處才發(fā)散與回路電極B形成回路。測量結(jié)果主要反映原狀地層的電阻率。 淺側(cè)向電極系由于柱狀回路電極B1和B2靠近電極系，使屏蔽電流對主電流的控制作用減弱，致使主電流流入地層后快速發(fā)散，探測深度較淺，所測得的視電阻率主要反映侵入帶的電阻率。 二、雙側(cè)向測井測量原理 測量時Ao電極供以恒定電流Io，兩對屏蔽電極A1和A1’ 、 A2 和A2 ’流出相同極性的屏蔽電流Is、Is’ ，通過自動調(diào)節(jié)電路保持監(jiān)督電極M1和M1’ （或M2和M2’ ）間的電位差為零，柱狀屏蔽電極A2上的電位與環(huán)狀屏蔽電極A1上的電位的比值為一常數(shù)。即（U A2/ U A1=a或U A2’/ U A1’=a）。然后，測量任一監(jiān)督電極M1和無窮遠電極N之間的電位差UM1。在主電流Io恒定不變的情況下，測得的電位差和介質(zhì)的視電阻率成正比： 其中K為雙側(cè)向的電極系系數(shù)，深側(cè)向測井K=Kd，淺側(cè)向測井K=Ks可由實驗或理論計算獲得；UM1為監(jiān)督電極M1上的電位；Io為主電流。深淺側(cè)向測井視電阻率用Rlld和Rlls表示。 深淺側(cè)向測井兩種視電阻率曲線的特點基本一致。當上下圍巖電阻率相同，單一高阻層的雙側(cè)向視電阻率曲線關(guān)于地層中點對稱，深側(cè)向在地層上下界面附近出現(xiàn)兩個小尖，隨厚度增加這兩個小尖逐漸消失；讀數(shù)應(yīng)取地層中部的視電阻率數(shù)值，小尖不作地質(zhì)解釋。 雙側(cè)向視電阻率曲線的影響因素主要為井眼、圍巖-層厚、泥漿侵入的影響。 三、雙側(cè)向測井資料的應(yīng)用 1.確定地層的真電阻率 深淺側(cè)向測井視電阻率Rlld和Rlls經(jīng)井眼、圍巖-層厚、泥漿侵入三種影響因素校正后，可以確定巖層的真電阻率Rt和侵入帶直徑di的值。 （1）井眼校正圖版 （2）圍巖校正 （3）侵入校正 應(yīng)用深淺雙側(cè)向測井視電阻率校正求得地層電阻率過程中校正順序為井眼、圍巖、侵入校正，順序不能顛倒。 2.劃分巖性剖面 由于井孔、圍巖的分流較小，雙側(cè)向的分層能力較強，視電阻率曲線在不同巖性的地層剖面上顯示清楚，一般層厚在0.6m以上的地層都可分辨，如果與鄰層電阻率差異較大，其厚度在0.4m時亦可以有明顯的異常變化。 （3）視電阻率曲線重疊，快速直觀判斷油（氣）水層 可利用兩者視電阻率曲線的幅度差，直觀判斷油(氣)、水層。在油(氣)層處，曲線出現(xiàn)正幅度差；在水層，曲線出現(xiàn)負幅度差。深、淺側(cè)向在滲透層處產(chǎn)生的幅度差，與泥漿濾液侵入深度和Rmf/R w比值有關(guān)。 當泥漿濾液侵入深度超過深側(cè)向探測范圍時、深、淺側(cè)向的視電阻率讀數(shù)幾乎一樣。對油(氣)層無正差異，對水層無負差異，解釋有困難。因此不能單憑正負幅度差大小來劃分油(氣)、水層，應(yīng)綜合判斷。