1、（北京）（北京）本科生课程本科生课程地球物理测井方法地球物理测井方法第第 1 章章 电法测井电法测井（Electrical Logging）第第1节节 普通电阻率测井普通电阻率测井第第2节节 自然电位测井自然电位测井第第3节节 侧向测井侧向测井第第4节节 感应测井感应测井CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM第1页，共73页。第第3節節 側向測井側向測井l三侧向测井三侧向测井l七侧向测井七侧向测井l双侧向测井双侧向测井l微侧向和微侧向和微球聚焦测井微球聚焦测井l地层微电阻率成像测井地层微电阻率成像测井l方位电阻率成像测井方位电阻率成像测井 GaoJ-1-32第2页，共73页
2、。侧向测井侧向测井又称为又称为电流聚焦测井电流聚焦测井，一种，一种电阻率电阻率测井方法测井方法在供电电极在供电电极A上下方加两个上下方加两个(或多个或多个)与与A同极性的屏蔽同极性的屏蔽电极，电极，使供电电流聚焦成薄板状径向流入地层使供电电流聚焦成薄板状径向流入地层，在，在适当适当位置位置发散流到回路电极发散流到回路电极B。由于电流线沿电极轴线的。由于电流线沿电极轴线的侧向流入地层，习惯上称为侧向流入地层，习惯上称为侧向测井侧向测井侧向测井是目前在盐水泥浆井、高阻薄层或碳酸盐岩地侧向测井是目前在盐水泥浆井、高阻薄层或碳酸盐岩地层广泛使用的电阻率测井方法层广泛使用的电阻率测井方法GaoJ-1-3
3、3第3页，共73页。1 三侧向测井三侧向测井1.电极系及电场分布电极系及电场分布直径很小的直径很小的圆柱状圆柱状电极电极A0：主电极，长：主电极，长0.15mA0、A1、A2同极性同极性A1、A2：屏蔽电极：屏蔽电极,各长各长1.7m绝缘环：主电极与屏蔽电极之间，绝缘环：主电极与屏蔽电极之间，各厚各厚0.025mB：回路电极：回路电极N：测量参考电极：测量参考电极GaoJ-1-34第4页，共73页。深三侧向深三侧向：B在在A1 上方较远处，全长上方较远处，全长3.6m1021.70.151.70.0250.025AAA浅三侧向浅三侧向：B1、B2在在A1、A2外侧外侧110221.10.40.
4、150.41.10.20.0250.0250.2BAAAB浅三侧向电极结构浅三侧向电极结构GaoJ-1-35第5页，共73页。A0同极性同极性(1)(2)I0恒定，用恒定，用UA0A1，调节调节IS(3)测量测量 UA0N=UA0(A0电极的表面电位电极的表面电位)2.测量原理测量原理A1，A2I0 IS使使A0，A1，A2等电位等电位 GaoJ-1-36第6页，共73页。(5)探测特性探测特性深度记录点：深度记录点：分辨率：分辨率：探测深度探测深度（径向半径）：（径向半径）：0A0aURKI(4)视电阻率视电阻率K为电极系系数为电极系系数(形状因子形状因子）A0 中点中点A0长度决定长度决定
5、(0.175m)深深1.0m，浅的，浅的0.33mGaoJ-1-37第7页，共73页。3.电场计算电场计算(电极系系数理论计算公式电极系系数理论计算公式)地层均匀、各向同性、无穷大，电阻率为地层均匀、各向同性、无穷大，电阻率为Rt简化和假设：简化和假设：只有电极和地层只有电极和地层电极为无绝缘环的电极为无绝缘环的线电极线电极 电极上电流密度均匀（因电极上电流密度均匀（因VA0=VA1=VA2，地层是均匀，地层是均匀的，的，E=JR）线电极可分成无限多个小的电流元线电极可分成无限多个小的电流元dI(点电极点电极)GaoJ-1-38第8页，共73页。设坐标原点在电极系中点，设坐标原点在电极系中点，
6、Z轴与电极轴线重合轴与电极轴线重合 02IJL设电极全长设电极全长2L0,主电极长主电极长2L,电极半径电极半径r0,且且r0L0 设整个电极流出电流设整个电极流出电流I，主主电流电流I0，电流均匀分布在线电电流均匀分布在线电极上，电流密度为：极上，电流密度为：GaoJ-1-39第9页，共73页。在线电极上任取一电流元在线电极上任取一电流元d，它在介质中任意一它在介质中任意一点点M(x，y，z)处产生的电位为：处产生的电位为：M224()tRdIdUrZ02IdIJddL0M228()tR IddULrZrRIU4GaoJ-1-310第10页，共73页。00000MM228()LLtLLR I
7、dUdULrZ)()()()(ln8020202020LZLZrLZLZrLIRt记录点在记录点在A0中点，其坐标为中点，其坐标为r=r0，z=0，则记录点处的电位（测量的电位）为：则记录点处的电位（测量的电位）为：GaoJ-1-311第11页，共73页。02220000A20ln8trLLR IULr0020200ln4rLLrLIRt因因r0L0，上式近似为：上式近似为：000A02ln4tR ILULr0A00042lntULRLIr)/(2ln400rLLKGaoJ-1-312第12页，共73页。4.接地电阻接地电阻 rg 及视电阻率及视电阻率Ra00NAIU主电流流经路径的主电流流经
8、路径的等效电阻等效电阻 0A0NaKURI()agmxotRKrK rrrmxotmitmxotLLLKRKRKRSSSammxoxottRG RG RG RgrGaoJ-1-313第13页，共73页。5.侧向测井的影响因素和适用条件侧向测井的影响因素和适用条件(1)井眼井眼 扩径：使视电阻率降低扩径：使视电阻率降低Rm越小，对越小，对Ra影响越小，影响越小，适用于盐水泥浆适用于盐水泥浆mmxoxotatG RG RGRRRxo、di ，对，对Ra影响越大，影响越大，适用于低侵，侵入适用于低侵，侵入不深的地层（探测深度）不深的地层（探测深度）(2)钻井液侵入钻井液侵入GaoJ-1-314第14
9、页，共73页。RsRt：围岩排斥主电流，围岩排斥主电流，rt，适用于高阻适用于高阻碳酸盐岩剖面碳酸盐岩剖面。（围岩对（围岩对主电流层主电流层形状的影响）形状的影响）RtRs RtRw时：水层时：水层增阻侵入增阻侵入 负差异（负差异（）油层油层减阻侵入减阻侵入 正差异（正差异（）RmfRt水层，且油层水层，且油层处差异比水层处的差异大。处差异比水层处的差异大。33dsLLLLRR33dsLLLLRR储层径向电阻率分布示意图储层径向电阻率分布示意图GaoJ-1-322(a)高侵剖面高侵剖面(b)低侵剖面低侵剖面第22页，共73页。分区均匀介质地层模型示意图分区均匀介质地层模型示意图围围 岩岩侵入带
10、侵入带围围 岩岩mRxoRtRsRsRdi井眼井眼原状地层原状地层举例举例GaoJ-1-323负差异负差异正差异正差异第23页，共73页。2 七七侧向测井侧向测井1.电极系及电场分布电极系及电场分布A0：主电极主电极体积较小的体积较小的环状电极环状电极A1、A2：屏蔽电极屏蔽电极B:回流电极回流电极（远处）（远处）N:测量参考电极测量参考电极深七侧向电极系深七侧向电极系M1,M1,M2,M2:监督电极监督电极O2,O1:M1M1,M2M2中点中点GaoJ-1-324第24页，共73页。22112010.0250.020.0250.638M 0.112M 0.250.25M 0.112M 0.6
11、38AAA2211220110.0250.0250.020.0250.0250.50.25M 0.083M 0.1670.167M 0.083M 0.250.5BAAAB深、浅七侧向电极系深、浅七侧向电极系主电流层的厚度不同GaoJ-1-325M1和和M2相连，相连，M1 和和M2 相连。相连。第25页，共73页。2.测量原理测量原理 A0I0 A1A2IS I0、Is同极性同极性(1)(2)I0恒定，恒定，用用UM1M1调节调节IS，使使M1 M1等电位等电位(3)测量任意一个监督电极的电位测量任意一个监督电极的电位UM1(M1与与N的电位差的电位差)GaoJ-1-326第26页，共73页。
12、M 10aURKI(4 4)视电阻率视电阻率K为电极系系数为电极系系数浅七侧向电极系和电流分布浅七侧向电极系和电流分布 GaoJ-1-327第27页，共73页。3.电场计算（深七侧向）电场计算（深七侧向）简化和假设：简化和假设：l地层均匀、各向同性、无穷大地层均匀、各向同性、无穷大,电阻率为电阻率为Rtl 只有电极和地层只有电极和地层l电极为电极为点电极点电极(几个几个?)11MMUU10M011121111488A MA MA MttstsR IR IR IU自己推导出自己推导出KGaoJ-1-328第28页，共73页。4.电极系结构与特性电极系结构与特性(探测特性探测特性)(1)电极系长度
13、电极系长度L0：012A AL 主要影响探测深度，主要影响探测深度，L0增加，探测深度增大增加，探测深度增大(2)电极距电极距L：主要决定纵向分辨率，主要决定纵向分辨率，L较小时分辨率高较小时分辨率高 12O OL GaoJ-1-329第29页，共73页。(3)分布比分布比s：主要影响主电流层的形状主要影响主电流层的形状 LLs/01sRw时：水层时：水层增阻侵入增阻侵入 负差异负差异（）油层油层减阻侵入减阻侵入 正差异正差异（）RmfRt水层。水层。(3)双侧向测井资料应用双侧向测井资料应用LLDLLSRRLLDLLSRRGaoJ-1-343第43页，共73页。C 确定地层真电阻率确定地层真
14、电阻率l 影响因素：井眼 层厚围岩 泥浆侵入l 校正方法：基于测井解释图版，逐个因素进行校正，得到地层真电阻率地层真电阻率Rt,-,tLLDLLSiRRRd 井眼校正 层厚 围岩校正 侵入校正Rxo(由微电阻率测井获得由微电阻率测井获得)GaoJ-1-344第44页，共73页。双侧向测井井眼校正图版双侧向测井井眼校正图版45第45页，共73页。双侧向测井层厚双侧向测井层厚-围岩校正图版围岩校正图版46双侧向测井侵入校正图版（双侧向测井侵入校正图版（厚厚层、无井眼影响层、无井眼影响）RLLD/RxoRLLD/RLLSRt/RxodiRt/RLLD第46页，共73页。根据双侧向测井确定真电阻率？根
15、据双侧向测井确定真电阻率？Rxo=3.0.m，RLLS=40.0.m，RLLD=75.0.m，h=20.0ft，dh=8.0in.，Rs=1.0.m，Rm=0.25.mRt=?举例举例GaoJ-1-347第47页，共73页。(A)井眼校正井眼校正,LLDhtmLLDcLLDLLDcLLDuRdRRRRRu由,LLShtmLLScLLSLLScLLSvRdRRRRRv 由18tCmmRR72.838.4LLDcLLScRR40m,75m,8in.,0.25mLLSLLDhmRRdR0.97,0.96uv双侧向测井视电阻率井眼校正图版双侧向测井视电阻率井眼校正图版(a)深侧向；深侧向；(b)浅侧向
16、浅侧向GaoJ-1-348第48页，共73页。(B)层厚层厚围岩校正围岩校正,LLDcsLLDccLLDcLLDccLLDcRhRu RuRRR由,LLScsLLSccLLScLLSccLLScRhRv RvRRR 由10238.4LLDccLLSccRR72.8m38.4m20ft,1mLLDcLLScsRRhR 1.4,1.0uv双侧向测井视电阻率围岩校正图版双侧向测井视电阻率围岩校正图版(a)深侧向；深侧向；(b)浅侧向浅侧向GaoJ-1-349第49页，共73页。(C)侵入校正侵入校正,LLDccLLDccLLSccxotLLDccitLLDcciRRRRRRdRRduvuv由LLDc
17、cLLSccRRLLDccxoRRtLLDccR R129.5m,0.71mtiRd102m38.4m3mLLDccLLSccxoRRR 1.27,28.0uvGaoJ-1-350第50页，共73页。A0:主电极主电极(点点),电流电流I0A1:屏蔽电极屏蔽电极,电流电流IsM1、M2:监督电极监督电极分辨率：分辨率：4.4cm探测深度：探测深度：8 cm探测特性：探测特性：A00.016M10.012M20.012A1 GaoJ-1-351测量测量冲洗带冲洗带电阻率电阻率(Rxo)的的聚焦测井聚焦测井1.微微侧向测井侧向测井(MLL:Micro-LateroLog)4 微微侧向测井和微球形侧
18、向测井和微球形聚焦聚焦测井测井(1)电极系电极系（极板型极板型）第51页，共73页。GaoJ-1-352微电极微电极(左左)和微侧向和微侧向(右右)电流分布的比较电流分布的比较第52页，共73页。(2)测量原理测量原理l I0与与Is同极性同极性l I0恒定，自动调节恒定，自动调节Is，使使UM1=UM2l 测测UM1M10aURKIl 视电阻率：视电阻率：(3)应用：确定应用：确定RxoRMLL校正为校正为Rxo(自学）自学）实验确定实验确定KGaoJ-1-353第53页，共73页。2.微球形微球形聚焦聚焦测井测井(MSFL:Micro-Spherically Focused Log)测量测
19、量冲洗带冲洗带电阻率的电阻率的聚焦聚焦测井方法测井方法IIa：在泥饼中流动：在泥饼中流动I0：在冲洗带中流动，：在冲洗带中流动，等等位面为球面位面为球面解决问题的思路：解决问题的思路：GaoJ-1-354第54页，共73页。(1)电极系电极系A0：主电极：主电极（发射（发射I0和和Ia）M1、M2：监督电极：监督电极A1：辅助电极，与：辅助电极，与A0极性相反极性相反M0：测量电极测量电极B：回路电极：回路电极GaoJ-1-355电极结构及电流分布电极结构及电流分布第55页，共73页。0M OMSFLURKI0l 仪器贴井壁，仪器贴井壁，I0在冲洗带中流动在冲洗带中流动分辨率：分辨率：20cm
20、12M M0U(2)测量原理测量原理（恒压法测量）（恒压法测量）测量测量I0 0，则：则：0M OrefUVl 要求不严格，要求不严格，xoMSFLRR调节调节I0，Ia，使使l 探测特性：探测特性：探测深度：探测深度：5cmGaoJ-1-356电流分布电流分布O为为M1M2中点中点第56页，共73页。恒流、恒压、恒功率测量方式的适用条件恒流、恒压、恒功率测量方式的适用条件 恒压法（恒压法（0200m）：）：恒定电压，测电流，适用恒定电压，测电流，适用于中低电阻率地层于中低电阻率地层 恒流法（恒流法（0几千几千m）：）：恒定电流恒定电流，测电压，适用测电压，适用于高电阻率地层于高电阻率地层 恒
21、功率法（恒功率法（0.24万万m）：）：恒定功率，扩大电阻恒定功率，扩大电阻率的测量范围率的测量范围 0aURKIGaoJ-1-357第57页，共73页。气层气层-油层油层-水层测井曲线及解释结果水层测井曲线及解释结果举例举例GaoJ-1-358第58页，共73页。uFMI：Fullbore Formation Micro-Imager;(FMI plus,OBMI)uSTAR：the SimulTaneous Acoustic and Resistivity imager;(EARTH imager)uEMI：high-resolution Electrical Micro-Imaging
22、tool；XRMI 增强型的增强型的EMI；OMRI油基钻井液电阻率成像仪油基钻井液电阻率成像仪uMCI：Micro-Circumferential ImageruCMI：Compact Micro-Imager主要特点主要特点：极板型仪器；极板型仪器；纽扣电极；纽扣电极；探测深度浅，分辨率高；探测深度浅，分辨率高；测量信息量大。测量信息量大。5 地层地层微电阻率微电阻率成像测井成像测井简介简介 GaoJ-1-359第59页，共73页。FMI Formation Micro-ImagerFMI成像仪主极板成像仪主极板/翼板示意图翼板示意图(1991)GaoJ-1-360第60页，共73页。Ga
23、oJ-1-361STAR:the SimulTaneous Acoustic and Resistivity imager(1995)WBMOBM第61页，共73页。EMI-Electrical Micro-Imaging DeviceIndependentArmsElectrical Buttons ArrayEMI Pad0.3”0.2”(1994)GaoJ-1-362第62页，共73页。国内外井壁电成像测井仪器技术指标国内外井壁电成像测井仪器技术指标技术指标技术指标EMI仪器仪器HalliburtonFMI仪器仪器SchlumbergerSTAR-II 仪器仪器Baker HughesM
24、CI仪器仪器CPL技术中心技术中心CMI仪器仪器Weatherford连接长度（连接长度（cm）7348029351039568重量（重量（kg）22521127222357.2关腿直径（关腿直径（mm）127127140127104最小井眼（最小井眼（mm）160160165160116.8最大井眼（最大井眼（mm）533533406500311.2最大压力（最大压力（MPa）13813813810076最大温度（最大温度（）175175175155125井类别井类别裸眼井裸眼井裸眼井裸眼井裸眼井钻井液类型钻井液类型水基水基水基水基水基水基水基水基水基水基测井速度（测井速度（m/h）5505
25、50365225传感器类型传感器类型微电扣微电扣微电扣微电扣微电扣钮扣电极数目钮扣电极数目150(625)192(824)144(624)120(620)176(822)垂直分辨率（垂直分辨率（mm）55555覆盖率覆盖率(8in.井眼井眼)67%80%60%48%100%(6in.井眼井眼)GaoJ-1-363第63页，共73页。井壁成像井壁成像特征特征显示示意图显示示意图FMI 基本原理图基本原理图 GaoJ-1-3642.井壁电成像测井测量原理井壁电成像测井测量原理任何一个与井轴不垂直或不平行的平面与井眼相交为一个椭圆，任何一个与井轴不垂直或不平行的平面与井眼相交为一个椭圆，在展开图上显
26、示为一个正弦波曲线，波谷处方位代表这个面的在展开图上显示为一个正弦波曲线，波谷处方位代表这个面的倾向倾向，与之垂直的是这个平面的，与之垂直的是这个平面的走向走向，正弦波幅度除以井径是，正弦波幅度除以井径是该平面的该平面的倾角倾角。第64页，共73页。(1)类似侧向测井，小钮扣电极装在金属极板上，纽扣电极和极板间保持良好的绝缘；(2)给极板和纽扣电极供相同极性的电流(IA、IB)；(3)仪器上部的金属外壳作为回路电极；2.井壁电成像测井测量原理(4)极板的电位恒定，极板上发射的电流对纽扣电极的电流起聚焦作用；(5)纽扣电极的电流大小，主要反映井壁附近地层的电阻率；(6)扫描测量纽扣电极电流的变化
27、，然后进行特殊的图像处理，可以把井壁附近各点电阻率的差别转换成图像。GaoJ-1-365第65页，共73页。新疆XX井EMI与FMI成像对比图（溶洞）FMI图像EMI图像新疆X井STAR-II与XX井FMI对比图（天然裂缝）STARII图像FMI图像FMI比比EMI和和STAR反映裂缝和溶洞与背景的差别要好，边反映裂缝和溶洞与背景的差别要好，边缘效果好，对比度强。缘效果好，对比度强。井壁电成像测井定性对比井壁电成像测井定性对比GaoJ-1-366第66页，共73页。纵向分辨率纵向分辨率:0.2in.(5mm)采样间隔采样间隔:0.1in.(2.5mm)GaoJ-1-367第67页，共73页。单
28、组裂缝：单组裂缝：裂缝倾裂缝倾向、倾角一致向、倾角一致多组网状裂缝：多组网状裂缝：裂缝倾向、裂缝倾向、倾角成组出现倾角成组出现共轭裂缝：共轭裂缝：裂缝成对出现，裂缝成对出现，倾向相对、倾角相近倾向相对、倾角相近GaoJ-1-368第68页，共73页。A A2 2中部周向均匀装了中部周向均匀装了1212个个长方形的电极（高长方形的电极（高8 8in.in.）,成成30300 0辐射向地层辐射向地层发射电流发射电流长长33.333.3ft ft1212个长方形电极与个长方形电极与A A2 2（深侧向）电极同极性深侧向）电极同极性6 方位电阻率成像测井方位电阻率成像测井简介简介(Azimuthal
29、Resistivity Imager)GaoJ-1-369第69页，共73页。每个方位电极的中心有监督电极，在电极阵列的上下两侧装有环状监督电极每个方位电极的中心有监督电极，在电极阵列的上下两侧装有环状监督电极M3和和M4（两个电极短路相接），每个方位电极供以相等电流（两个电极短路相接），每个方位电极供以相等电流Ii，使监督电极的电位与环状监，使监督电极的电位与环状监督电极（督电极（M3和和M4）的电位相同。）的电位相同。GaoJ-1-370第70页，共73页。测量原理测量原理方位电极电位相等，定向电流受方位电极电位相等，定向电流受A2电极电流聚焦；同时，每个方位电极电流聚焦；同时，每个方位电
30、极电流都由其相邻方位电极发出的电流聚焦。则方位视电阻率为：电极电流都由其相邻方位电极发出的电流聚焦。则方位视电阻率为：,1,2,.,12maiiiVRkiI在每个深度处可得在每个深度处可得12个电阻率值，该电阻率相当于每个电极供电个电阻率值，该电阻率相当于每个电极供电电流所穿过路径上介质的电阻率，穿过的路径包括在电极张开角电流所穿过路径上介质的电阻率，穿过的路径包括在电极张开角300所控制的范围，因此，当井周介质不均匀或有裂缝存在时，所控制的范围，因此，当井周介质不均匀或有裂缝存在时，12个电阻率会有变化，据此可以判断地层的非均质变化。个电阻率会有变化，据此可以判断地层的非均质变化。GaoJ-
31、1-371第71页，共73页。FMI/ARI/UBI测量结果对比测量结果对比对12个方位电流求和，可以提供一种高分辨率的侧向测井LLHR！mLLHRVRkI合72第72页，共73页。2.用公式计算七侧向测井电极系系数用公式计算七侧向测井电极系系数K值和聚焦参数值和聚焦参数q：深排列为：深排列为：A00.25M10.112M20.638A1浅排列为：浅排列为：A00.167M10.083M20.25A10.5B1本节作业本节作业1.分别画出三侧向、七侧向、双侧向、分别画出三侧向、七侧向、双侧向、微球形聚焦微球形聚焦电电极系结构示意图，比较它们在聚焦主电流方式、探测深极系结构示意图，比较它们在聚焦主电流方式、探测深度、分辨率及影响因素等方面的区别。度、分辨率及影响因素等方面的区别。GaoJ-1-373第73页，共73页。
