隨鉆電磁波電阻率測井(EWR)基礎(chǔ)知識

1、隨鉆電磁波電阻率測量技術(shù)一、引言提高服務(wù)質(zhì)量，降低服務(wù)成本是工程技術(shù)服務(wù)努力追求的目標(biāo)。隨鉆測井相對于電纜測井具有多方面的優(yōu)勢：一是隨鉆測井資料是在泥漿濾液侵入地層之前 或侵入很淺時測得的，能夠更真實地反映原狀地層的地質(zhì)特征，提高地層評價精 度；二是隨鉆測井在鉆井的同時完成測井作業(yè)，減少了井場鉆機占用時間，從鉆井一測井一體化服務(wù)的整體上節(jié)省成本；三是在某些大斜度井或特殊地質(zhì)環(huán)境 （如膨脹粘土或高壓地層）鉆井時，電纜測井困難或風(fēng)險大以致不能進行作業(yè)時， 隨鉆測井是唯一可用的測井技術(shù)。因此，隨鉆測井既提高了地層評價測井?dāng)?shù)據(jù)的 質(zhì)量，又減少了鉆井時間，降低了成本。（一）、隨鉆測井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)代隨鉆測井

2、技術(shù)大致可分為三代：90年代初以前屬于第一代，提供基本的方位測量和地層評價測量，在水平 井和大斜度井用作“保險”測井?dāng)?shù)據(jù)。但其主要應(yīng)用是在井眼附近進行地層和構(gòu) 造相關(guān)對比，以及地層評價。隨鉆測井確保能采集到在確定產(chǎn)能和經(jīng)濟性、減少 鉆井風(fēng)險時所需要的測井?dāng)?shù)據(jù)。90年代初和中期屬于第二代，方位測量、井眼成像、自動導(dǎo)向馬達(dá)及正演 模擬軟件相繼推出，通過地質(zhì)導(dǎo)向精確地確定井眼軌跡。司鉆能用實時方位測量， 并結(jié)合井眼成像、地層傾角和密度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)位置。這些進展導(dǎo)致了多種類 型的井，尤其是大斜度井、超長井和水平井的鉆井取得很高的成功率。從90年代中期到目前屬于第三代，稱為鉆井測井 （logging

3、for drilling）, 提供界定地質(zhì)環(huán)境、鉆井過程、采集實時信息時所要求的數(shù)據(jù)。表1隨鉆測井技術(shù)發(fā)展年份里程碑技木年份里程碑技術(shù)1929a項隨鉆測量專利1993電阻率、密度、中子三組合隨鉆測井1930電纜傳輸?shù)碾S鉆電阻率測井1994硬地層隨鉆聲波測井1969代泥漿脈沖遙測系統(tǒng)1995隨鉆電阻率、密度成像測井1970第二代泥漿脈沖遙測系統(tǒng)1998軟地層隨鉆聲波測井1978泥漿遙測系統(tǒng)teleco商業(yè)化2001隨鉆核磁共振成像測井1984隨鉆電磁波電阻率測井2003隨鉆地層壓力測試1986隨鉆中子孔隙度測井2005新一代隨鉆測井系統(tǒng)scope1987隨鉆密度測井（二） 、隨鉆測井的一般知識1

4、、隨鉆測量mwd包括井眼幾何形狀（井眼尺寸、井斜、方位等）的測量，與鉆井工程相關(guān)的工程參數(shù)（鉆壓、鉆具扭矩、井眼壓力、 轉(zhuǎn)速、環(huán)空壓力等鉆井參數(shù) ）的測量， 以及對自然伽馬、電阻率的測量。主要是測量工程數(shù)據(jù)，并具有單一性。2、隨鉆測井lwd在隨鉆測量mwdj基礎(chǔ)上，增加了識別巖性和孔隙性、判識儲層的方法如中 子、密度等，能對儲層做出基本的評價。其測量數(shù)據(jù)具有綜合性。3、隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向測井具有了相對完善的隨鉆測井系列，其數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析具有實時性。地質(zhì)導(dǎo)向是上世紀(jì)90 年代發(fā)展起來的前沿鉆井技術(shù)。所謂地質(zhì)導(dǎo)向，就是使用隨鉆測量數(shù)據(jù)和隨鉆地層評價測井?dāng)?shù)據(jù)， 以人機對話方式來控制井眼軌跡的技術(shù)。由美

5、國spsrrysun公司生產(chǎn)的few岫質(zhì)參數(shù)無線隨鉆測量儀，是近年來 在不斷改進mwu口 lwdt具的結(jié)構(gòu)、性能和可靠性基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型無 線隨鉆測量儀，與lwds鉆測井儀相比，few虱有測點靠近鉆頭、探測深度大、 垂直分辨率高的優(yōu)點。它將地質(zhì)參數(shù)測量傳感器與工程參數(shù)傳感器組合在一起，根據(jù)設(shè)置內(nèi)容順序采集最新的工程、 地質(zhì)數(shù)據(jù)， 統(tǒng)一編碼后， 由脈沖信號發(fā)生器以正脈沖的方式， 通過鉆柱內(nèi)的鉆井液傳至地面。 地面設(shè)備對鉆井液脈沖進行檢波、編碼、處理后，形成數(shù)據(jù)和測井曲線。few除進行軌跡幾何導(dǎo)向（三維導(dǎo)向） 外，主要用于地質(zhì)導(dǎo)向和隨鉆地層評價。而導(dǎo)向鉆井技術(shù)在水平井施工中是一項常用的關(guān)鍵

6、技術(shù)。 在軌跡控制中， 根 據(jù)實際情況和地層剖面要求，可采用定向造斜和轉(zhuǎn)盤鉆交替進行調(diào)整井身軌跡，以對井身軌跡進行有效控制， 使得實鉆軌跡沿設(shè)計和預(yù)測趨勢發(fā)展， 以達(dá)目標(biāo)點， 而且使井眼光滑暢通，有利于攜砂、清除巖屑、保證鉆進安全。如何進行水平井的井眼軌跡控制， 是水平井施工技術(shù)的核心， 并貫穿于鉆井的全過程。其井眼控制工藝技術(shù)主要包括：鉆具組合選用、測量技術(shù)、井底預(yù)測技術(shù)、 影響軌跡控制因素分析和實時綜合分析技術(shù)等幾個方面。 井眼軌跡控制技術(shù)， 隨著水平井在不同區(qū)塊施工、 不同區(qū)塊每口井的地質(zhì)情況變化、 在控制過程中遇到的問題不同等， 其表現(xiàn)有以下幾個方面： 一是實鉆地質(zhì)情況復(fù)雜多變， 油層

7、埋深與設(shè)計深度差異大， 井眼軌跡需要隨地質(zhì)情況變化及時進行調(diào)整； 二是水平段油層埋深在橫向上變化不一， 有從低部位到高部位的， 也有從高部位到低部位的， 還有先從低部位到高部位然后再下降的； 三是不同區(qū)塊工具造斜能力和地層對井眼軌跡的影響不同； 四是測量數(shù)據(jù)的相對滯后， 對地質(zhì)導(dǎo)向和井眼軌跡的預(yù)測和調(diào)整帶來的困難； 五是老平臺鉆井的防碰問題， 在水平井鉆井中更為突出，在水平井的直井段、造斜段及水平段，都存在防碰問題，要特別小心。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的關(guān)鍵，是把以前的幾何導(dǎo)向變?yōu)榈刭|(zhì)導(dǎo)向。以前打井，只要鉆遇事先確定的幾何目標(biāo)，即使沒有發(fā)現(xiàn)油層，鉆井工作也算大功告成。而 隨著勘探開發(fā)一體化（稱為滾動勘

8、探開發(fā)）的發(fā)展，鉆井不再是單純?yōu)榱舜蚓?“打井為了出油”的認(rèn)識被更多人所重視。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井讓目標(biāo)不再固定不變， 而是根據(jù)油層的位置隨時調(diào)整，并根據(jù)預(yù)測確定的固定“幾何靶”變成了追蹤目 的層的實際的不確定“移動靶”；同時，部分測井項目，也由原來的完井后進行， 變?yōu)殡S鉆隨測，在鉆進中進行，既縮短了鉆井周期，又減少了部分測井費用。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，是以油藏為目標(biāo)點，通過對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析、 研究、采用滑動和轉(zhuǎn)動鉆井方式，使井眼軌跡在油藏中鉆進。在施工前，通過采 用rtgs勺軟件模擬生成的鄰井二維地質(zhì)電阻率模型圖，與實鉆的地質(zhì)資料進行 對比，從而及時進行修正井眼軌跡。該系統(tǒng)的關(guān)鍵是對鄰井資料及

9、收集處理和實 時測井?dāng)?shù)據(jù)的分析判斷，確保避水高度及油層最大鉆遇率。2004年12月，勝利鉆井研究院研制出有自主知識產(chǎn)權(quán)的隨鉆測井儀 （lwd）,它能在鉆井過程中實時 傳輸伽馬和電阻率等地質(zhì)參數(shù)。尤其在中 17-平406鉆井過程中，lwdm量信息 顯示情況與地質(zhì)設(shè)計的情況不相吻合，守護現(xiàn)場的工程技術(shù)人員針對隨鉆測井曲 線及時調(diào)整方案與參數(shù)，最終使井眼軌跡穿透了 300多米油層，油層穿透率大幅 度提高。4、現(xiàn)代測井服務(wù)的三種方式首先進行隨鉆測井服務(wù)；當(dāng)隨鉆測井存在資料漏失、質(zhì)量問題、或項目缺失 時，再采用電纜測井服務(wù)，來彌補隨鉆測井；而完井后，相關(guān)工程和地質(zhì)測井的 完善等就需要進行套管井測井服務(wù)，

10、包括下套管后的自然伽馬、中子、聲波、密 度、電阻率等，工程測井，動態(tài)測井以及剩余油評價等項目。二、隨鉆電磁波電阻率測井的物理知識（一）、電磁波頻譜分布與電阻率測井運用頻段不同的電阻率測井方法所用的電磁波的頻率的頻段是不同的。電磁波頻率20hz 200hz 2khz 20khz 200khz 2mhz 20mhz 200mhz 2ghz用于傳導(dǎo)電流場的測井1普通電極電阻率測井用于穩(wěn)定電磁場的測井 1感應(yīng)測井 ，用于穩(wěn)定電流場的測井 各種側(cè)向測井，用于電磁波傳播的 電阻率測井用于電磁波傳播時間或介電測井7圖1對電阻率測井有用的電磁波頻譜部分參見圖1,小于200hz頻段主要用于基于傳導(dǎo)電流場的普通電

11、阻率測井；側(cè)向儀器工作頻率約為10khz左右，感應(yīng)儀器工作頻率約為 20khz,工作頻率在50khz以下的儀器設(shè)計盡量使波的傳播效應(yīng)減到最小。電磁波傳播測井的可用頻率范圍從0.5 mhz10 mhz,利用15 mhz100 mhz的頻率范圍，就有可能測量 電阻率和介電常數(shù)兩種參數(shù)，從約 300mhz-2ghz介電效應(yīng)超過電阻率效應(yīng)， 就可直接測量介電常數(shù)，當(dāng)頻率超過 2ghz時，探測深度很小，不能得出有用的 地層電阻率測量值。隨著頻率的增大，介質(zhì)的介電效應(yīng)顯著增大。在高電阻率地層中，介電常數(shù)對電磁波電阻率儀器的響應(yīng)有一些影響， 介電 常數(shù)使所測得電阻率小于實際的地層電阻率。隨鉆電阻率測量技術(shù)是

12、對地層的電磁波傳播特性響應(yīng)，而不是直接對地層電阻率特征響應(yīng)。（二）、隨鉆電磁波電阻率測井儀器的基本結(jié)構(gòu)與基本性能1、基本方法遠(yuǎn)接收器天線近接收器天線發(fā)射器天線圖2 ewr儀器示意圖隨鉆電磁波電阻率測井儀器的載體是由一種被稱為 蒙乃爾合金的金屬材料制成的無磁鉆鋌。電磁波電阻率 儀器ewr測量多采用多個發(fā)射器和接收器，接收器一 般有兩個，補償式測量地層不同深度的電阻率。圖 2是 具有單發(fā)射器和雙接收器儀器（ewr）的示意圖，發(fā)射 天線與接收天線實際上就是由幾根銅線繞成的線圈，將 其鑲嵌在無磁鉆鋌上，并進行密封。天線與鉆鋌之間留 有足夠的間隙，因此保護天線與鉆井環(huán)境絕緣的材料必 須是不導(dǎo)電的，天線與

13、鉆鋌也必須是絕緣的。用此裝置來測量電阻率有三種途徑，一是從兩個接 收天線的信號之間的相位差推算電阻率（該方法具有某 些優(yōu)越性）；二是從兩個接收天線信號的幅度比推算電阻 率；三是從相位和幅度比測量值的組合推算電阻率。發(fā)射天線中的電流是測量系統(tǒng)的“波源”，具發(fā)射的電磁波在地層中向四面 八方傳播，波的衰減率和相位移與地層電導(dǎo)率具有密切關(guān)系， 受井內(nèi)流體影響比 較小，通過接收兩個接收天線衰減率和相位差，即可計算出地層電導(dǎo)率。ewr儀器主要響應(yīng)電阻率，補償原理類似于電纜式補償中子和補償聲波儀 器。對兩個接收器共同的井眼效應(yīng)和其他效應(yīng)， 通過取得相位差或幅度比加以抵 消。因此，接收器收到的信號僅僅受兩個信

14、號所通過的地層的影響。2、技術(shù)特點電磁波電阻率儀器具有以下特點：減小了井徑的影響減小了井內(nèi)流體及其侵入的影響對小于13?的井眼， rt小于50歐姆米的地層， 其校正量小于10%如圖3 所示。鉆井液侵入較小通常儀器探頭距鉆頭10英尺，若鉆速為60英尺 小時，ewrw量之前侵入作 用只經(jīng)歷了 10分鐘。受鉆井液侵入影響小電阻率測量值相當(dāng)于 深感應(yīng)的測量值。ewr探測深度大約 在50英寸（127cm左右圖3 ewr儀器井眼校正7.一 ee- 手nn =工以=脂,名當(dāng)侵入深度小于30 cm時，不需要對測量結(jié)果做校正；當(dāng)侵入深度大于120cm 時，測量不到侵入帶以外的地層電阻率（原狀地層電阻率）。具有良

15、好（較高）的垂向（縱向）分辨率，對薄層和夾層的細(xì)分非常有利中感應(yīng)的垂向分辨率為25英寸（63.5cm）,深感應(yīng)的垂向分辨率為40英寸（101.6cm） , ewr的垂向分辨率為 8英寸（20.3cm）。3、對儀器設(shè)計的基本考慮圖4假設(shè)發(fā)射頻率為2兆赫，平面波界限是指 乙和乙一相位探測器的 范圍為90度，被測量的最大幅度比為1?？梢钥闯?，相位測量技術(shù)比幅度比測 量技術(shù)優(yōu)越，而只有當(dāng)?shù)貙与娮杪屎苄r幅度比測量才具有一些優(yōu)勢，因為當(dāng)?shù)貙与娮杪蚀笥?0歐姆米時，曲線斜率趨近于00兩個接收天線的間距選擇為6英寸，是基于兩方面的考慮：一是可使儀器強 度足夠大，二是在2兆赫頻率下可以取得良好的相位響應(yīng)（接近

16、于 90度的最大 相位差）。從發(fā)射天線至近接收天線的距離定為 24英寸，這是能得到足夠的發(fā)射器功 率和接收器動態(tài)范圍的最大間距。如果大于這一間距，介電效應(yīng)將隨之增大，而 與井眼和侵入帶有關(guān)的效應(yīng)將隨之減小，因此，與電子線路相協(xié)調(diào)，此距離選擇得越大越好。若增加頻率，則會提高靈敏度，但影響動態(tài)范圍；若使用較低的頻率，天線 效率也將隨之降低，要得到滿意的相位靈敏度還必須加長儀器。圖4作為電阻率函數(shù)的相位差和幅度比（三）、隨鉆電磁波電阻率測井儀器的影響因素1、響應(yīng)界限和介電效應(yīng)1000 to o相對介電相數(shù) 11儀器讀數(shù)大于10%相位鑒別誤差界限衰減誤差界限1101001000100001000001

17、0001001010.10.01電阻率（歐姆米）圖5 ewr儀器的工作區(qū)圖5表示一種其參數(shù)對應(yīng)于圖4的曲線i , z1=30，z2 =24，頻率為2 兆赫，具有一個90度相位探測器，其分辨率為 0.25度的儀器的工作界限。在 10000毫姆歐/米處的垂直線代表接收器有限動態(tài)范圍的界限，對角線是被測介 質(zhì)的介電常數(shù)施加在電導(dǎo)率中的恒相對誤差。介電常數(shù)的固定值往往引起電導(dǎo)率固定的誤差，而與電導(dǎo)率的數(shù)值無關(guān)。電導(dǎo)率測量值的絕對誤差與介電常數(shù)成正 比。2、井眼影響如同聲波儀器在井內(nèi)的聲傳播一樣，井內(nèi)接收天線接收到的電磁波信號有三 種成分（忽略侵入作用）：一是發(fā)射天線到接收天線的直達(dá)成分，二是由井壁反6

18、所示。很明顯，只有折射波才是圖6 ew雙器電磁波傳播路徑示意圖射的成分，三是進入地層后的折射成分，如圖 有意義的。假設(shè)發(fā)射器到接收器的距離比起井眼 直徑要大，那么對于大多數(shù)有意義的情況， 只有折射波能在接收器上做出有效的貢獻。 若井眼電導(dǎo)率 門遠(yuǎn)大于地層電導(dǎo)率（72,則 反射波和直達(dá)波的衰減比折射波的衰減大， 折射波的傳播方向平行于井軸；若b2, 井眼中的波長可能比井眼直徑要大得多， 此 時的井眼可看成是一個空腔，電磁波就不能 進行傳播。相位差測量方法的優(yōu)點是井眼影響接 近于抵消。當(dāng)發(fā)射器到接收器的距離增大 時，井眼校正量隨之減小。當(dāng)-i（t20.2時，井眼校正量不超過10%通常小于1%3、侵

19、入影響同井眼影響分析一樣，假設(shè)發(fā)射器到接收器的距離大于侵入帶直徑， 當(dāng)侵入 帶電阻率大于地層電阻率并且侵入帶的波長超過侵入帶的直徑時，折射波超過反射波和直達(dá)波而占優(yōu)勢。侵入帶對所測的電阻率的影響隨著發(fā)射器到接收器的距 離的增大而減小。假設(shè)井眼、侵入帶和地層電導(dǎo)率互不聯(lián)系， 對儀器的響應(yīng)做數(shù)字分析，證實 了侵入帶參數(shù)與井眼參數(shù)是不相關(guān)的。給定一個侵入帶電阻率及一個地層電阻 率，所測量的電阻率（在侵入帶直徑的相當(dāng)窄的范圍內(nèi)） 從地層電阻率變化到侵 入帶電阻率這個范圍的平均直徑隨著侵入帶電阻率或地層電阻率的減小而減小， 侵入帶電阻率對此直徑的影響大于地層電阻率的影響。對于ewr儀器，在0.5歐姆米侵

20、入帶及5歐姆米地層條件下，此直徑約28英寸。幾何因子理論不適用于ewr義器:曾試圖從所觀測的電阻率推導(dǎo)出幾何因子 作為侵入帶直徑的函數(shù)，結(jié)果是一簇曲線，取代了單純的幾何理論曲線。4、地層的影響對于兩個具有不同電導(dǎo)率的半無限介質(zhì)之間的水平界面附近的響應(yīng)， 當(dāng)儀器 從相對高阻介質(zhì)到達(dá)一個高導(dǎo)介質(zhì)時，儀器所測量的相位差接近于 90度減去在 高阻介質(zhì)中預(yù)期得到的相位差；當(dāng)儀器從相對高導(dǎo)介質(zhì)到達(dá)一個高阻介質(zhì)時， 所 測量的相位差接近于0度。儀器在進入一種地層之前已預(yù)受其影響，如圖7所示。在z=0處，遠(yuǎn)接收器處在界面上。當(dāng)遠(yuǎn)接收器一旦通過界面，由于兩種介質(zhì) 中的波長不一樣，相位呈現(xiàn)急劇變化，這種變化持續(xù)到

21、近接收器越過界面之后，隨后進入較慢的近似于線性的相位變化區(qū)，此過程延續(xù)到發(fā)射器通過分界面。當(dāng)儀器遠(yuǎn)離界面時，能正確地讀出介質(zhì)的電阻率。當(dāng)介質(zhì)1的電導(dǎo)率大于介質(zhì)2的電導(dǎo)率時，儀器響應(yīng)的趨勢與上述討論的相 似。對于電導(dǎo)率比上下介質(zhì)大的有限厚度的地層，厚層響應(yīng)基本上類似于圖7的兩個響應(yīng)曲線的混合；薄層響應(yīng)則有一些重要區(qū)別，如圖8所示。在遠(yuǎn)接收器 進入地層前與層厚無關(guān)，一旦進入薄的導(dǎo)電地層之后，相位開始急劇下降，直至 遠(yuǎn)接收器通過另一地層界面。-el z2-z1 0 分界面至遠(yuǎn)接牧餐左邊的距離圖t在西種半無限均勻介質(zhì)之間平面分界面附近的典型嚼應(yīng)分界面至遠(yuǎn)接收器左邊的距離圖8通過導(dǎo)電地層時的典型響應(yīng)周圍

22、是較高電導(dǎo)層的薄電阻層的響應(yīng)更復(fù)雜。當(dāng)遠(yuǎn)接收器到達(dá)這種地層時， 同時受兩個地層界面的影響，儀器對薄電阻層的預(yù)先反映比對薄電導(dǎo)層差得多， 這一點阻礙了儀器在薄電阻層的讀值，而在薄電導(dǎo)層可輕易達(dá)到。從儀器分辨率的角度考慮，對于ewr：器，兩個接收器間距為6英寸，那么 只有在厚度至少為3個間距或18英寸的地層中，才能取得完整的讀數(shù)。（四）、ewfw井的物理分析在導(dǎo)電媒質(zhì)中存在振動的磁偶極子， 設(shè)偶極子位于z=0處，沿z軸定向，則 磁場分量hz由下式給出：h _aejkz 1-h z - aez 3ikz2(1)i0式中,ka:決定偶極子的強度，相當(dāng)于初始幅度；:無介電效應(yīng)的波數(shù)，單位為1/m,即每米

23、傳播的波數(shù)。i。2k =ka + |懊名0 _式中,自由空間（真空）波矢量（即波數(shù)）r = y :介質(zhì)的相對介電常數(shù); -0;0 =10$ /36=8.85 102 =2nf :角(圓)頻率；：自由空間（真空）介電常數(shù);仃：介質(zhì)的電導(dǎo)率，毫姆歐/米或以西門子表示；i =c :虛數(shù)符號電導(dǎo)率越大,由（1）、（2）式可以看出，電導(dǎo)率對波數(shù)的影響是很明顯的, 波數(shù)k隨之增大，而磁場分量 hz則越小，即在低阻層，電磁波衰減越大。對于多數(shù)媒質(zhì)，波數(shù)是一個復(fù)數(shù)，實數(shù)部分決定電磁波的波長，可以通過測 量已知間距的兩接收器的電磁波相位差估算出來；虛數(shù)部分決定電磁波的衰減 率，可以通過測量已知間距的兩接收器的電

24、磁波衰減估算出來。對于一個 良導(dǎo)電體（rt1 ,量值仃/（仍8 ） 被稱為損耗正切值。公式（2）可簡化為：因為產(chǎn)手 3 2（6）h 2 l 每 每：zi、62 +2k%+2z2其中:tan =令:z2 - zi-2、zi z2 2ziz2(5)在平面波界限內(nèi)，己=0,則4=乙乙。6在平面波界限內(nèi)，幅度比為：ar = -；expl 乙z2 .,，；二 1（7）ap 25、介電效應(yīng)對視電阻率的影響對于一個電導(dǎo)率非常低但不等于 0,即仃/（e名）i的地層（高阻層），介 電常數(shù)和電導(dǎo)率（t對電磁波傳播的衰減和相位移的影響都非常重要， 尤其是介 電常數(shù)e。用地層電阻率估算介電常數(shù)e的公式為：(8)i08

25、.5rt0.35可以看出，如果由（8）式估算的介電常數(shù)不準(zhǔn)，就會對視電阻率影響很大。介電常數(shù)估算值偏低，那么相位移數(shù)值增大，衰減數(shù)值將減小。在這種情況下，用相位移估算的電導(dǎo)率 b（電阻率）將會增大（減小），用衰減估算的電導(dǎo)率 6（電阻率）將會減?。ㄔ龃螅?，因為相位移和衰減都是與成正比的。對于平面波，d =kd zi -z2（i0）下標(biāo)d用來表示已包括介電效應(yīng)。當(dāng)介電效應(yīng)明顯時，對平面波來說用下式計算電導(dǎo)率 j 而不進行校正是錯 誤的：(ii)將（9）和（i0）式代入（ii）式，即可寫出被測電導(dǎo)率的誤差。二一一-；9；017上式與6無關(guān)，為了簡化隨后的偶極子分析，令式中:那么kd = k ；rk

26、 =.二 ;2；02 . 2 二d = k ；r 乙2 ； ；r -，2 ；r,，z4=包-*=2k2 1_2-1 +2kz1 +2k z1z231 2kz2 2k 2z22應(yīng)用平面波相位關(guān)系式可以估算由于偶極子介電效應(yīng)而引起的電導(dǎo)率變化。平面-pw = z1 -z2波相位關(guān)系式為：(12).pw如果用a （t代表（t的小變化，aaw為平面波相位的相應(yīng)變化，則(13)pw用（12）式求出* 并代入（12）式得act =4、pwpw2z1-z2(14)由此，對于有介電效應(yīng)的偶極子，可以估算出 a，從而計算出相對誤差， 以達(dá)到正確確定地層電導(dǎo)率（電阻率）的目的。6、傳播損失當(dāng)（7=0（在空氣中）時

27、，k=0、-=切弧，說明電磁波傳播時沒有耗散（衰 減）。但對于6.5英寸的cdrk器在空氣中時，接收器之間仍能測量到約 4.9db 的衰減，這個衰減不應(yīng)歸于電磁波在空氣中的消耗損失， 而是電磁波離開發(fā)射器 傳播時波陣面的增加所引起的，我們稱這種現(xiàn)象為傳播損失。傳播損失僅僅與幾 何尺寸有關(guān)，如線圈的直徑、發(fā)射器與接收器的相對位置等，例如，如果儀器線 圈的間距發(fā)生了變化，k值不會改變，但傳播損失將發(fā)生變化。包含在波數(shù)k內(nèi)的能量損失才是由地層電導(dǎo)率引起的耗散損失。7、井眼補償井眼補償是用來消除因井眼擴徑或不規(guī)則等環(huán)境影響引起的測量誤差，因電子漂移、接收線圈之間不同尺寸或不同間距以及線圈保護層之間任何

28、有關(guān)電的差 異等硬件影響引起的測量誤差?；旌暇垩a償依賴于由兩個發(fā)射探頭的平均測量值計算出的衰減或相位差測量值， 這個測量值與位于兩個發(fā)射探頭中點的發(fā)射探頭 （假設(shè)有一個發(fā)射探頭）的衰減或相位差測量值非常接近。 很簡單， 這就允許我們設(shè)計不對稱的天線陣列來實現(xiàn)多個間距的測量，同時提供粗略的井眼補償。8、探測深度相位電阻率的探測深度隨測量間距的增加而增加。 最長間距排列得到最深處的電阻率讀值， 最短間距排列得到最淺處的電阻率讀值， 對于補償雙電阻率（ cdr）儀器，衰減電阻率的探測深度比相位移電阻率的探測深度深；對于arc5t阻率儀器，最短間距（ 10in. ）衰減電阻率的探測深度總是比最長間距

29、（ 34in. ）相位 移電阻率的探測深度深。 換句話說， 最淺的衰減電阻率總是比最深的相位移電阻 率的探測深度深。9、垂直分辨率（薄層的響應(yīng)）盡管 5個相位移電阻率有隨測量間距增加的探測深度， 但垂直分辨率非常接近，5個衰減電阻率的垂直分辨率也非常相近。對于cdf器，相位移電阻率與衰減電阻率相比呈現(xiàn)出較高的垂直分辨率。10、各向異性（非均質(zhì)）地層的響應(yīng)在某些地層中， 電阻率儀器在垂直井和在水平井中測得的視電阻測量結(jié)果可能存在相當(dāng)?shù)牟町悾?這種類型的地層被稱為各向異性地層。在垂直井中電阻率儀器的發(fā)射探頭產(chǎn)生的電磁波在地層中感生的電流只沿水平方向流動， 因此， 垂直井中的電阻率儀器只響應(yīng)于水平方

30、向的電阻率； 在水平井中感生的電流一部分沿水平方向流動， 一部分沿垂直方向流動， 因此視電阻率就是水平電阻率和垂直電阻率的綜合值。 在非均質(zhì)地層中， 垂直電阻率總是比水平電阻率大。 在均質(zhì)地層 中，這兩個電阻率值是一樣的，與方向無關(guān)。對于arco,非均質(zhì)地層的影響對不同間距的相位移電阻率和衰減電阻率是不同的， 這就使得儀器能夠識別非均質(zhì)地層。 有趣的是非均質(zhì)地層幾乎總是含油氣地層， 如果每個地層都飽含水， 那么其電阻率的差異是很小的， 并且其有效的非均質(zhì)響應(yīng)也很??； 如果一個地層富含油， 那么該層與不含油的夾層相比， 其 電阻率將高許多，例如夾層是一個泥巖（即頁巖） ，并且其非均質(zhì)的影響也大。

31、四、電阻率測量（以arc限器為例）arc取器的5個發(fā)射探頭為非對稱排列，3個（t5、t3、t1）位于相距6in. 的兩個接收器（r1、r2）的上面，2個（t2、t4）位于接收器下面，詳細(xì)結(jié)構(gòu) 圖見附錄。1、原始幅度和相位數(shù)據(jù)測量一個發(fā)射探頭發(fā)射2mhzi勺電磁波（f2）,遠(yuǎn)、近兩個接收探頭就測量兩個幅 度（ar1t1f2?口 ar2t1f2）口兩個相位（pr1t1f2?口 pr2t1f2）勺原始數(shù)據(jù)，5個發(fā)射探頭就有 10 個幅度和 10 個相位的原始數(shù)據(jù)。2、無補償校正的衰減和相位移測量每個發(fā)射探頭的兩個幅度測量值計算一個衰減測量值（at）,單位為db, 計算衰減的通用公式為：att1f2=

32、-20log10（ar2t1f2/ ar1t1f2）att2f2=-20log10（ar1t2f2/ ar2t2f2）att3f2=-20log10（ar2t3f2/ ar1t3f2）att4f2=-20log10（ar1t4f2/ ar2t4f2）att5f2=-20log10（ar2t5f2/ ar1t5f2）同樣， 對于每個發(fā)射探頭， 遠(yuǎn)接收探頭測量的相位減去近接收探頭測量的相位就得到一個相位移（差）測量值（ps）：pst1f2= pr2t1f2- pr1t1f2pst2f2= pr1t2f2- pr2t2f2pst3f2= pr2t3f2- pr1t3f2pst4f2= pr1t4f2

33、- pr2t4f2pst5f2= pr2t5f2- pr1t5f23、井眼補償校正的衰減和相位移測量5 個無補償校正的衰減根據(jù)以下公式得到 5 個補償校正的衰減（ bhc-ata）n：bhc-atan-10h = 0.75att1f2+0.5att2f2-0.25att3f2bhc-atan-16h = 0.25att1f2+0.5att2f2+0.25att3f2bhc-atan-22h = 0.25att2f2+0.5att3f2+0.25att4f2bhc-atan-28h = 0.25att3f2+0.5att4f2+0.25att5f2bhc-atan-34h = -0.25att3

34、f2+0.5att4f2+0.75att5f25 個沒有做補償校正的相位移（差）根據(jù)以下公式得到 5 個補償校正的相位移（差）（bhc-psh）：fbhc-pshf-10h = 0.75pst1f2+0.5pst2f2-0.25pst3f2bhc-pshf-16h = 0.25pst1f2+0.5pst2f2+0.25pst3f2bhc-pshf-22h = 0.25pst2f2+0.5pst3f2+0.25pst4f2bhc-pshf-28h = 0.25pst3f2+0.5pst4f2+0.25pst5f2bhc-pshf-34h = -0.25pst3f2+0.5pst4f2+0.75p

35、st5f2五、水平井中電阻率曲線的特殊變化由于水平井鉆井的特殊要求， 水平井的鉆井泥漿具有更強的攜屑能力、 防膨脹性能以及更小的失水率， 泥漿性能的改變對地層的侵入程度和對測井的影響都有不同程度的改變。 統(tǒng)計結(jié)果表明， 絕大多數(shù)水平井的鉆井泥漿電阻率比直井的高， 在水平井水平段鉆進中采用了暫時封堵式泥漿， 對油層起到了保護作用， 同時也使得水平井隨鉆測量的電阻率比相同地質(zhì)條件下直井測的電阻率略高些， 高的程度與巖性、 物性、 含油性、 層間流體壓力和地層水礦化度及鉆井泥漿礦化度有關(guān)。 許多電阻率測井曲線反應(yīng)的是地層各向異性、 侵入和鄰層效應(yīng)的綜合特征，因此每一種效應(yīng)對地層真電阻率的影響都要考慮

36、到。1、在水平井的大斜度段，油層的頂、底界面都可能出現(xiàn)電阻率曲線比自然伽馬曲線的加厚現(xiàn)象， 這主要是因為探測深度大的電阻率測井儀在將要進入油層之前和儀器剛離開油層后都能探測到部分油層的信息。2、在水平段，當(dāng)探測深度超出井軸與油層界面之間的距離時，得到的測井值就會受到圍巖的影響， 超出的程度越大， 受圍巖影響越嚴(yán)重， 甚至出現(xiàn)油層的深電阻率小于淺電阻率的現(xiàn)象。3、當(dāng)水平段井眼軌跡接近上、下泥巖層時，探測深度最深的曲線首先作出反應(yīng)， 表現(xiàn)為電阻率的降低， 探測深度越大的降低幅度越大。 在自然伽馬測井值變化不大的情況下， 電阻率測井值的降低和深淺電阻率曲線之間幅度差減小是井眼軌跡接近圍巖層的顯示。4

37、、當(dāng)水平段井眼軌跡鉆遇厚泥巖或鉆出砂體邊界時，除了自然伽馬測井值達(dá)到直井中泥巖層數(shù)值范圍外，最明顯的特征是探測范圍 7ft 以下的電阻率測井值降低到油層電阻率下限值以下， 接近或達(dá)到直井中泥巖層的數(shù)值， 探測范圍最大的也會出現(xiàn)大幅度的降低，有時也會降低到油層電阻率下限值以下。5、比較相位移和衰減電阻率測量值可區(qū)分高導(dǎo)侵入和各向異性地層。對于各向異性地層盡管相位移電阻率曲線測出其為高導(dǎo)侵入剖面， 而相應(yīng)的衰減電阻率值卻較低； 如果是高導(dǎo)侵入剖面造成相位移電阻率曲線分離， 那么深視衰減電阻率讀數(shù)要比相位移電阻率大，這是衰減測量值的重要應(yīng)用之一。同直井的電纜測井解釋一樣，水平井隨鉆測井解釋也要結(jié)合地

38、震解釋剖面、沉積環(huán)境、鉆井、開發(fā)動態(tài)等資料進行綜合解釋，以便做出更準(zhǔn)確地判斷，及時提出井眼軌跡的修改意見，保證水平井鉆井的成功率，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益。附錄一、幾種隨鉆電阻率測井儀器（電磁波傳播測井儀）1、rab-斯侖貝謝下屬的anadr川 公司的鉆頭電阻率儀器，工作頻率 1.5khz,環(huán)形發(fā)射線圈距儀器底部僅12in ,電流通過鉆頭流入地層（鉆頭作為 供電電極），返回到遠(yuǎn)離鉆頭的節(jié)箍處，并在鉆頭附近建立恒定電場。已知電壓， 測量流過鉆頭的軸向電流，就可用歐姆定律計算鉆頭處的地層電阻率（如圖71）。利用該測量可精確地指示鉆頭所穿過的地層的位置，分辨率為26in。（屬于側(cè)向類的隨鉆電阻率測量儀器）

39、。圖7-1 rab鉆頭電阻率測址儀圖7 7 arc5儀器2、arc5-斯倫貝謝陣列電阻率補償型隨鉆電阻率測井儀。采用 2mhz 400khz兩個頻率，對于高電阻率地層，井眼補償除去壓力、溫度、振動的影響， 具有高靈敏度的最理想的頻率是 2mhz 400khz的頻率對于傳導(dǎo)地層能提供一個 比較深的探測深度，以及很小的噪聲信號（對rt0.5歐姆米的地層）。如圖72, arc雙器直徑為4. 75in ,使用5個發(fā)射器（3個位于接收器上面，2個位 于接收器下面）向地層發(fā)射2mhzb勺電磁波，提供5個原始的相移測量和5個原 始的衰減測量。arc限用了一種獨特的井眼補償技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的井眼補償（bhc方法是將

40、接 收器周圍對稱放置的兩個發(fā)射器的信號進行綜合，得到一個補償測量結(jié)果。arc5 依靠三個按順序排列的發(fā)射器的線性組合來進行井眼補償，這種方法稱之為混合 井眼補償法（mbhc。井眼補償后的5個相移和衰減可轉(zhuǎn)換成5個刻度好的相移 電阻率和5個刻度好的衰減電阻率。由于探測深度隨發(fā)射器間距的增加而增加， 5個相移電阻率代表軸向分辨率幾乎相同的 5個不同探測深度的地層電阻率值， 同樣，5個衰減電阻率反映5個更深讀數(shù)的測量。figure 4-15 is a schematic of the arcs transmitters and receivers and how the signals are co

41、mbined to achieve mixed borehole compensation. xbhc(tr) is the phase or attenuation measured with a transmitter-to-receiver spacing of tr, where tr = 34 in, 22 in, 10 in, -16 in, and -23 jn:切075-x(34) - 0 25x(22j xhhcgw)=0抬*網(wǎng)世- 0歹5*用制1 + 0寸卜?知kbhc(z2)(l25室卜 18 +38) + qex(2z)=。烈ml a 0.25雙結(jié) + o.rx(-1b

42、)xbhc(10 =q.75fx(10)- 0.25*x22) + o.5*x(-16)i目,司,閆日measure porkfigure 4-15: arc5 mixed borehole compensation schematic3、ewr哈里伯頓公司的隨鉆電磁波電阻率測井儀器 4發(fā)雙收的天線結(jié) 構(gòu)，采用1mhz、2mhz兩個頻率。測量電磁波傳播過程中的相位移和幅度衰減， 確定地層電導(dǎo)率。c152m 八052m ：,：.152m ”0305m01305mr , r tttt測量點極淺淺中深ewffc不同電阻率地層的探測深度曲線類型0.2歐姆米20歐姆米極淺相位15” (0.381m)30

43、” ( 0.762m)淺相位18” (0.457m)39” (0.991m)中相位22 (0.559m)54” (1.3716m)深相位30” (0.762m)75” ( 1.905m)極淺幅度-相位組合25 (0.635m)77” ( 1.9558m)淺幅度-相位組合30” (0.762m)86” (2.1844m)中幅度-相位組合38” (0.965m)104” (2.6416m)深幅度-相位組合50” (1.27m)145 ( 3.683m)4、baker hunghes inteq公司最新的電阻率隨鉆 測井 mpr ( multiple propagation resistivity

44、)技術(shù)是在 cdr ( compensated dual resistivity )技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的。mpr屬于補償式電磁波傳播電阻率儀器，它 有兩組補償發(fā)射天線，接收器采用接收上下對稱發(fā)射器 信號的方式進行補償測量，通過長短源距的相位差及信 號衰減進行電阻率測量。圖1是mpr的測量原理圖。圖1 mpr測后原理圖先進的電子技術(shù)及完善的天線組合彌補了機械大 線的許多不足。這種方法同非對稱發(fā)射方式采集數(shù)據(jù)然 后用軟件技術(shù)進行處理的方法相比有許多優(yōu)點。 它采用陣列天線形式向地層發(fā)射 不同頻率的電磁波，頻率不同，探測的深度就不同。此類儀器探測深度由淺到深 的動態(tài)范圍很大，最深的探測范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過泥

45、漿濾液侵人達(dá)到的深度。mpr技術(shù)的主要特點是：精度高，探測范圍大；侵人剖面多參數(shù)測量；井眼 影響??；降低了油基泥漿不良影響的敏感性； 提高了縱向分辨率；改進了薄層電 阻率響應(yīng)；2 mhz與400 khz信號組合，提高了水平井中層邊界劃分能力。該 系統(tǒng)可對環(huán)境影響進行識別和校正， 可以進行介電參數(shù)計算。對大斜度井，該系 統(tǒng)還具有計算代表各向異性的水平電阻率及垂直電阻率值的能力，有高精度的模型支持及嚴(yán)格的質(zhì)量控制。mpr技術(shù)的引進提高了電阻率測量的精度， 增強了薄 層及其流體界面劃分的能力，使儲層綜合解釋及詳細(xì)的油氣水分析技術(shù)得到改進 及完善。5、ept-斯侖貝謝公司的電磁波彳播測井儀器，工作頻率1.1ghz,主要響應(yīng)介質(zhì)的介電特性e ,測量電磁波傳播時間、幾種常見礦物的介電常數(shù)和電磁波傳播時間礦物介電常數(shù)&r電磁波傳播時間 tp （毫彳妙/米）石英4.657.2方解石7.59.1白云巖6.88.7硬石曾6.38.4石曾4.16.8天然氣（甲烷、空氣）13.3油（石油）2.24.9純水8030鹽水5625、電磁場的趨膚效應(yīng)在良導(dǎo)體中，衰減因子近似為 7f對于一般的高頻電磁波（ghz）,當(dāng)媒質(zhì)導(dǎo)電率較大時，衰減因子往往很大，電磁波在此導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播很小的距離 后，電、磁場場量的振幅將衰減到很小。因此 ，電磁波只能存在于良導(dǎo)體表層附