[工学]第五章感应测井.ppt

第五章感应测井 感应测井 InductionLogging 感应测井 普通电阻率侧井 侧向测井方法只有在井内介质导电时才能使用感应测井用交变电流的互感原理测量地层的电导率感应测井对淡水泥浆 电阻率中到低的地层有较好的应用价值 因而在淡水砂泥岩剖面得到广泛的应用 第一节感应测井原理 电磁感应现象 一 井下仪器 发射线圈T 接收线圈R 振荡器 20kHz 放大器 相敏检波器 二 原理的定性描述 1 给T供正弦交变电流IT 在R中产生一次感应电动势Vx 在地层中产生交变电流IL 4 交变电流IL产生二次交变电磁场 2 5 在R中产生二次感应电动势VR 2 在周围产生一次交变电磁场 1 一次感应电动势Vx与二次感应电动势VR相差90o VR与VX的相位关系 三 DOLL几何因子理论 1 单元环的概念 将地层分割成无数个以井轴为中心 截面积很小 半径不同的圆环 这些圆环的平面与井轴垂直 可把这些圆环看成导电线圈 称之为地层单元环 GroundLoop 2 DOLL几何因子理论概述 1 线圈系周围的介质是由无数个单元环组成 2 发射线圈引起的涡流分别在单元环中流动 3 每个单元环都单独存在 且在接收线圈中产生有用信号de 感应电动势 4 接收线圈中有用信号VR 感应电动势 是所有单元环的有用信号de之和 假设单元环的电磁场之间互不发生作用 假设电磁波瞬间便可通过地层 3 用几何因子理论导出VR 在通过z的子午面上 用drdz面积元代表单元环 以线圈中点为坐标原点 井轴为Z轴 建柱坐标系r z 设介质关于Z轴旋转对称 取一个半径为r的单元环 其在r z坐标系中方程为r 常数 z 常数 1 单元环中感应电动势de 涡流dI 磁通量 H 磁场强度 积分面积 1 磁偶极子的偶极距M M的方向为载流线圈平面法线方向 即井轴方向 式中 nT 发射线圈匝数ST 发射线圈面积I 发射电流的电流强度 2 M在部分球面上任一点的磁场强度矢径方向的分量HR为 3 通过部分球面的磁通 球面上面积元 4 单元环的感应电动势de 5 单元环中涡流dI 根据欧姆定律 单元环的电阻为r环为 毕奥 沙伐尔定律 圆形电流上电流元dl在轴线上任一点P处 离电流元距离为R 的磁感应强度dB为 2 接收线圈中感应电动势de 1 接收线圈处磁场强度H z z方向的 单元环上的dl 在R处的磁场强度dH 为 dH 是在Z轴与 R的平面上 且垂直于 R 整个单元环中涡流在p点的磁场强度Z分量为 2 接收线圈中磁通 磁通链数nR 一匝线圈的 接收线圈是串联的nR匝线圈 磁通总和 3 接收线圈中感应电动势de 4 接收线圈中总的电动势VR 如介质是均匀无穷的 则 可以证明 视电阻率 非均匀介质 5 DOLL几何因子 微分几何因子 g的物理意义 均匀介质 非均匀介质 g是截面积为1的单元环真电导率对视电导率贡献的百分比 相对贡献大小 如截面积 单元环 drdz 1 则 g是截面积为1的单元环的有用信号占均匀介质有用信号的百分比 单元环的位置不同 g的大小不同 6 无用信号 互感电动势 Vx 由几何因子理论得到 Vx与电导率无关 Vx与VR相位相差900 一 双线圈系的探测特性 1 横向微分几何因子gr gr的物理意义 半径为r 厚度为1的无限长圆筒状介质对测量结果的相对贡献 第二节感应测井探测特性 定义 a 半径不同的圆筒介质相对贡献大小 b r L 0 45达到极大值 说明 0 45处介质对测量结果贡献最大 0 45 c 要增大探测深度 即要增大线圈距 2 横向积分几何因子 定义 意义 表示半径为r的无限长圆柱介质对测量结果的相对贡献 探测半径定义 把径向积分几何因子Gr 0 5时的圆柱体半径定义为仪器的探测半径 纵向积分几何因子曲线 a 因Gr 0 故Gr是随r单调递增的 b 当r 0 Gr 0 r Gr 1 即全空间几何因子为1 Gr 0 5的圆柱体半径作为探测半径 约0 8m 2 纵向探测特性 1 纵向微分几何因子 设Z轴原点在双线圈系中点 定义 意义 表示纵坐标为Z 厚度为1的无限延伸的水平状介质 对测量结果的相对贡献 线圈纵向探测特性 图6 3双线圈系纵向微分几何因子 a T R之间地层贡献最大 为1 2L 之外的介质贡献按1 Z2减小 Z L b gZ决定纵向分辨力 要提高纵向分辨率 即薄层时目的层gZ占绝对大的比例 使gZ曲线的峰窄而且高 要求L要小 2 纵向积分几何因子 定义 意义 表示厚度为2Z的无限延伸的平板状地层对测量结果的相对贡献 及围岩的影响 如Gz 80 说明地层贡献占80 围岩影响占20 Gz曲线与Gr相似 单调增 Z Gz 1 纵向积分几何因子曲线 探测深度浅 r 0 8m 分辨力低 h 2m Gz 0 7 无用信号比有用信号幅度高几十甚至上千倍 3 双线圈探测特性 发射 接收 7 7 0 8 0 9 100 25 100 25 二 复合线圈系设计原理 0 8米六线圈系 由L个串连的发射线圈和m个串连的接收线圈构成的复合线圈系 将有L m个双线圈系 总探测特性是这些双线圈系叠加的结果 T1R1 主线圈对 各100匝 T2R2 补偿线圈对 各25匝 减小井影响增加探测深度 T3R3 聚焦线圈对 各7匝 提高分层能力 减小围岩影响 匝数的正和负这样规定 绕向与主发射线圈一致的发射线圈 匝数为正 否则为负 绕向与主接收线圈一致的接收线圈 匝数为正 否则为负 0 8米六线圈系 1 复合线圈系的视电导率 L个发射线圈 m个接收线圈 每个发射线圈都与全部接收线构成双线圈对 产生有用信号 共有L m个双线圈对 1 复合线圈系的全部有用信号 2 复合线圈系的线圈系系数 3 复合线圈系的视电导率 4 复合线圈系单元环微分几何因子 2 复合线圈系设计基本原理 1 确定主线圈距 a 考虑分辨率 一般主线圈距小于1 5m b 要求井眼内介质对测量结果影响小 使Gm 0 如标准井径r 0 25m 则r 0 25m在gr曲线上的位置不应超过gr最大值的2 3 匝数 决定信号的大小 常在100匝以上 可选 L 0 833 1m 一般常用1m为基础设计 2 设置补偿线圈 2 发射 接收 1 T1R1 2 T2R1 3 T1T2R1 a 在主线圈内侧 b 绕向于主线圈相反 c 匝数明显少于主线圈 2 两侧几何因子明显减小 R3 T1 T3 R1 接收 发射 1 T1R1 2 T1R3和T3R1 3 R3T1R1T3 3 设置聚焦线圈 a 在主线圈外侧 b 绕向与主线圈相反 c 匝数少于主线圈 6 使复合线圈系互感系数最小 即使总的互感系数趋于零 4 线圈系结构对称 5 有用信号损失不要过大 线圈匝数 1 0 8m六线圈系gr 2 0 8m六线圈系Gr3 主线圈对的gr 4 主线圈对的Gr 3 1 2 4 1 0 8m六线圈系的探测特性 1 3 2 4 GZ gZ Z m 1 00 90 80 70 60 50 40 30 20 1 00 51 01 52 02 53 0 3 主线圈对的gz 4 主线圈对的Gz 1 0 8m六线圈系gz 2 0 8m六线圈系Gz 1 主线圈距L 0 8m 记录点在L中点 2 井径小于0 3m Gr 0 无井眼的影响 3 当Gr 0 5时 r 1 3m 即探测半径约为1 3m 4 当目的层厚度为1 5m时 Gz 0 8 且Gz出现一段平直线 说明分层厚度约1 5m 此时围岩影响约占20 2 双感应线圈系的探测特性 1503型 图6 10双感应线圈系的横向特性1 中感应gr 2 深感应gr 3 中感应Gr 4 深感应Gr 2 深感应gr 3 中感应Gr 4 深感应Gr 1 中感应gr 双感应线圈系的横向特性曲线 1 当井径小于0 3m时 中感应Gr 0 当井径小于0 7m时 深感应Gr 0 它们的gr曲线都有负值 说明井眼补偿偏大 2 Gr 0 5中感应探测半径约为0 8m 深感应探测半径约1 7m 2 1 中感应gz 2 深感应gz 3 中感应Gz 4 深感应Gz 3 深感应gZ曲线对称 a曲线也将是对称的 而中感应gZ曲线明显不对称 a曲线也将是非对称的 4 当Gz 0 8时 中感应对应地层厚度约0 8m深感应对应地层厚度约2m 3视电导率曲线及应用 一 感应测井仪的刻度 造一个 a已知的介质 用仪器对其测量 得到VR 造 a已知的介质 用一个半径为r 电阻已知的圆环 用几何因子理论 1 把刻度环看成一个电导率为 截面积为drdz的 半径为r的单元环 环电导 造 a已知的刻度环 用一个半径为r 电阻为P的圆环 2 将刻度环套在仪器某一位置 g确定 3 视电导率 a 几何因子理论 4 给定刻度需要的 a 固定刻度环位置 计算需要的P 如0 8米六线圈系 环位于线圈中点 环半径r 0 3 5 根据横向比例尺 调节检流计光点偏移量 常取 a 200 100 50ms m 刻度环需接入的电阻分别为2 25 4 5 9欧姆米 若记录仪横向比例尺为每厘米代表50ms m 检流计光点依次偏转4 2 1厘米 z 1 设大地纵坐标为Z 原点在井口 向下为正 线圈系中点的坐标为Z 2 仪器纵坐标为 向上为正 原点在线圈系的中点 二 感应测井视电导率曲线 3 仪器坐标系中坐标为 的点 纵向微分几何因子为gz 在大地坐标系中的坐标为Z 电导率 Z 1 视电导率曲线计算 2 视电导率曲线 0 8m六线圈系 t 100ms m s 500ms mH 10m t 100ms m s 500ms mH 5m H 2m H 3m H 0 8m H 1 6m 特点 1 曲线形态对称于地层中点 2 H 2米 半幅点对应地层界面 H 2米 半幅点厚度大于地层厚度 3 地层视电导率的代表值为其极值 4 H越小 视电导率与真电导率的差别越大 3 a的校正 1 井眼校正 几何因子理论 解麦克斯韦方程 得接收线圈中感应电动势 2 均匀介质传播效应校正 Pjk 第j个发射线圈与第k个接收线圈间的传播系数 感应测井传播效应校正图版 3 感应测井的应用 1 应用条件 淡水泥浆 砂泥岩剖面 储层为中低阻 中厚层 2 双感应 聚焦测井组合仪 包括 ILD 深感应 ILM 中感应 浅聚焦 八侧向或球形聚焦 a 划分岩性剖面 H 2m 半幅点对应地层界面 b 确定Rt Sw a Rt 返回 毕奥 沙伐尔 拉普拉斯公式 圆形电流上电流元dl在轴线上