第五章感應(yīng)測(cè)井

第五章感應(yīng)測(cè)井（INDUCTIONLOG）第五章感應(yīng)測(cè)井普通電阻率、側(cè)向測(cè)井存在的問題：只能在水基泥漿井中使用，在油基泥漿井和空氣鉆進(jìn)井中無法測(cè)量。即：井內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)電對(duì)于薄層、低阻層、侵入深的地層效果不好感應(yīng)測(cè)井的優(yōu)勢(shì)：利用交流互感原理測(cè)量地層的電導(dǎo)率σ井筒內(nèi)有無導(dǎo)電泥漿都可以用對(duì)淡水泥漿，中、低電阻率的地層有較好的應(yīng)用受鄰層屏蔽影響小電磁感應(yīng)原理§1

感應(yīng)測(cè)井原理地面部分是一個(gè)高壓控制面板井下儀器包括線圈系和輔助電路線圈系由發(fā)射線圈T和接收線圈R組成，叫雙線圈系(TR=L=1m)

振蕩器接在發(fā)射線圈T上作為交流信號(hào)源，放大器接到接收線圈R上，接收感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)放大檢波由電纜送到地面記錄。一、井下儀器下井儀

線圈系

發(fā)射線圈T接收線圈RT和R之間的距離叫線圈距L振蕩器接在T上(信號(hào)源)（20KHz）放大器接在R上相敏檢波器輔助電路二、定性原理1、給發(fā)射線圈T供正弦交變電流iT

3、Φ1在接收線圈中產(chǎn)生一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ex在地層中產(chǎn)生交變電流iL

4、交變電流iL產(chǎn)生二次交變電磁場(chǎng)Φ25、在R中產(chǎn)生二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ER2、在周圍產(chǎn)生一次交變電磁場(chǎng)Φ1Φ1Φ2IT=I0eiωt

一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ex與發(fā)射電流iT相差90o（滯后）；二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ER與發(fā)射電流iT相差180o（滯后）

ER與EX的相位關(guān)系三、幾何因子理論1、單元環(huán)的概念：將地層分割成無數(shù)個(gè)以井軸為中心，截面積很小，半徑不同的圓環(huán)，這些圓環(huán)的平面與井軸垂直，可把這些圓環(huán)看成導(dǎo)電線圈，稱之為地層單元環(huán)（GroundLoop）2、幾何因子理論概述(1)線圈系周圍的介質(zhì)是由無數(shù)個(gè)單元環(huán)組成(2)發(fā)射線圈引起的渦流分別在單元環(huán)中流動(dòng)(3)

每個(gè)單元環(huán)都單獨(dú)存在，且在接收線圈中產(chǎn)生有用信號(hào)de(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）(4)接收線圈中有用信號(hào)ER

(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）是所有單元環(huán)的有用信號(hào)de之和：認(rèn)為發(fā)射電磁場(chǎng)與每個(gè)單元環(huán)電磁場(chǎng)之間互不發(fā)生作用認(rèn)為電磁波瞬間便可通過地層3、用幾何因子理論導(dǎo)出ER

在通過z的子午面上，用drdz面積元代表單元環(huán)。以線圈中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，井軸為Z軸，建柱坐標(biāo)系r

z;設(shè)介質(zhì)關(guān)于Z軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱;取一個(gè)半徑為r的單元環(huán)，其在r

z坐標(biāo)系中方程為r=常數(shù)，z=常數(shù);（1）單元環(huán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)de、渦流dI

：′單元環(huán)電導(dǎo)單元環(huán)感應(yīng)電流(渦流)二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2）接收線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)de

單元環(huán)中渦流在空間形成二次交變電磁場(chǎng)，二次交變電磁場(chǎng)又會(huì)在接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因接收線圈很小，設(shè)其中心與井軸重合，只要求出單元環(huán)在井軸上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，即是接收線圈中磁場(chǎng)強(qiáng)度求出接收線圈中磁通即可求出de

接收線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)de

(3)接收線圈中總電動(dòng)勢(shì)ER（二次磁場(chǎng)產(chǎn)生的）

如介質(zhì)是均勻無窮的，則

可以證明

所以T發(fā)射的電流在接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ex

Ex是發(fā)射線圈和接收線圈之間互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),與地層性質(zhì)無關(guān),稱為無用信號(hào)。與電流相差90°在儀器線路中加入相敏檢波器可壓制無用信號(hào)4、視電導(dǎo)率σa(非均勻介質(zhì))

視電導(dǎo)率σa為各單元環(huán)電導(dǎo)率的加權(quán)平均值其權(quán)系數(shù)是各區(qū)域的幾何因子G5、單元環(huán)幾何因子g的物理意義

均勻介質(zhì)：

如截面積（單元環(huán)）drdz=1，則：

g是均勻介質(zhì)中截面積為1的單元環(huán)的有用信號(hào)占全空間有用信號(hào)的百分比,單元環(huán)的位置不同,g的大小不同。非均勻介質(zhì)：

g是截面積為drdz的單元環(huán)真電導(dǎo)率對(duì)視電導(dǎo)率貢獻(xiàn)的百分比（相對(duì)貢獻(xiàn)大?。?/p>

6、無用信號(hào)（互感電動(dòng)勢(shì)）Ex:由幾何因子理論得到Ex與電導(dǎo)率無關(guān)ER與Ex相位相差900§2

探測(cè)特性一、雙線圈系的探測(cè)特性1、橫向微分幾何因子Gr的物理意義：?jiǎn)挝缓穸龋霃綖閞的無限長(zhǎng)圓筒狀介質(zhì)真電導(dǎo)率對(duì)σa的相對(duì)貢獻(xiàn)。a、半徑不同的圓筒介質(zhì)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小要增大探測(cè)深度，需要增大線圈距b、η=0.45時(shí)，Gr

達(dá)到極大值，說明η=0.45處介質(zhì)對(duì)σa的貢獻(xiàn)最大2、橫向積分幾何因子G橫積意義：表示半徑為r的無限長(zhǎng)圓柱介質(zhì)對(duì)σa的相對(duì)貢獻(xiàn)。r=0.5m時(shí)介質(zhì)相對(duì)貢獻(xiàn)為22.5％，r=2.5m，相對(duì)貢獻(xiàn)為77％a.因gr

>0,故G橫積是隨r單調(diào)增加的。b.當(dāng)r=0，G橫積=0，r→∞，

G橫積=1c.G橫積=0.5的圓柱體半徑作為探測(cè)半徑（約0.8米）設(shè)z軸原點(diǎn)在雙線圈系中點(diǎn)3、縱向微分幾何因子意義：表示z值一定，單位厚度的無限延伸的薄板狀介質(zhì)，對(duì)σa的相對(duì)貢獻(xiàn)。a.T,R之間地層對(duì)σa貢獻(xiàn)最大，之外的介質(zhì)貢獻(xiàn)按1/z2減小。b.Gz

決定縱向分辨率要提高縱向分辨率,減小L4、縱向積分幾何因子意義：厚度為2z的地層對(duì)σa的相對(duì)貢獻(xiàn)，及圍巖的影響a.G

縱積曲線與G橫積相似，單調(diào)增加b.z=0，G縱積=0；z→∞，G縱積=1h=L=1m時(shí)，目的層與圍巖的貢獻(xiàn)均為50%

探測(cè)深度淺（r=0.8m);分辨率低(h=2m，G縱積=0.7);無用信號(hào)比有用信號(hào)幅度高幾十甚至上千倍。5、雙線圈系探測(cè)特性二、復(fù)合線圈系——0.8m六線圈系T0R0—主線圈對(duì)，各100匝，主線圈距L00=0.8mT1R1—補(bǔ)償線圈對(duì)，各-25匝，減小井的影響,增加探測(cè)深度T2R2—聚焦線圈對(duì)，各-7匝，提高分層能力，減小圍巖影響。由l個(gè)串聯(lián)的發(fā)射線圈和m個(gè)串聯(lián)的接收線圈構(gòu)成的復(fù)合線圈系，將有l(wèi)×m個(gè)雙線圈系，總探測(cè)特性是這些線圈系疊加的結(jié)果。

R20.6T00.2T10.4R10.2R00.6T2-7100-25-25100-70.8m六線圈系探測(cè)特性特性曲線，見書74頁(yè)，圖5-10橫向微分、積分幾何因子橫向微分幾何因子曲線1、3：當(dāng)r<0.2m時(shí)，Gr比Gr00低的多，而且出現(xiàn)負(fù)值。另外Gr的最大值出現(xiàn)在r=0.58m處，Gr00的最大值出現(xiàn)在r=0.36m處說明六線圈系的微分幾何因子的最大值向徑向深部推移了。橫向積分幾何因子曲線2、4：當(dāng)r=0.2m時(shí)，G橫積=-0.0027，而G橫積00=0.067。井孔對(duì)雙線圈對(duì)測(cè)量結(jié)果的相對(duì)貢獻(xiàn)為6.7％，對(duì)六線圈系的相對(duì)貢獻(xiàn)則幾乎為零。說明，采用復(fù)合線圈系達(dá)到了降低井眼影響之目的。當(dāng)r=3m時(shí)，G橫積00比G橫積大，說明復(fù)合線圈系探測(cè)深度比雙線圈系深。縱向微分、積分幾何因子曲線1和3：六線圈系的縱向微分幾何因子Gz和雙線圈對(duì)的Gz00比較，Gz的峰值比Gz00高而且變化較陡，這說明六線圈系的縱向分辨能力比雙線圈系強(qiáng)。在Z=1m附近，Gz出現(xiàn)負(fù)值，這個(gè)現(xiàn)象稱為“過聚焦”，Gz有兩個(gè)過零點(diǎn):Z=0.89m和Z=-1.05m處。在六線圈系的積分特性曲線2上也可以看出G縱積曲線在兩個(gè)過零點(diǎn)間隔內(nèi)各有降低。0.8m六線圈系的橫、縱向探測(cè)特性均優(yōu)越于雙線圈系。其測(cè)量結(jié)果受井眼影響小，在有的井中井眼影響可忽略，探測(cè)深度稍有提高；同時(shí)縱向分辨能力較強(qiáng)。

0.8m六線圈系的橫向微分幾何因子的極大值對(duì)應(yīng)的r,小于主線圈對(duì)的橫向微分幾何因子極大值對(duì)應(yīng)的r;0.8m六線圈系的橫向積分幾何因子的曲線上升緩慢，主線圈對(duì)的橫向積分幾何因子曲線上升快。0.8m六線圈系的縱向微分幾何因子的極大值小于主線圈對(duì)的縱向微分幾何因子極大值，說明六線圈系的縱向分辨能力強(qiáng)。0.8m六線圈系的縱向積分幾何因子的曲線上升快，主線圈對(duì)的縱向積分幾何因子曲線上升緩慢。說明六線圈系的縱向探測(cè)特性優(yōu)于主線圈對(duì)縱向探測(cè)特性。

§3

感應(yīng)測(cè)井曲線一、上下圍巖（導(dǎo)電性）相同時(shí)，單一低、高電導(dǎo)率地層的視電導(dǎo)率曲線特點(diǎn)1.低電導(dǎo)率地層視電導(dǎo)率曲線

＞1.7m曲線上出現(xiàn)一對(duì)“耳朵”，位置對(duì)稱出現(xiàn)在上下界面以內(nèi)，“過聚焦”產(chǎn)生

＞2.2m“耳朵”逐漸合一

＞3m曲線中部為外凸圓弧狀

中部平直

曲線中部為凹形

曲線為尖峰狀

2.高電導(dǎo)率地層視電導(dǎo)率曲線

曲線特點(diǎn)和變化規(guī)律和與低電導(dǎo)率曲線完全相同，只是曲線偏移方向相反二、上下圍巖不同時(shí)，單一低、高電導(dǎo)率地層的視電導(dǎo)率曲線特點(diǎn)地層電導(dǎo)率曲線為非對(duì)稱曲線。厚層的中部，視電導(dǎo)率等于地層電導(dǎo)率；隨地層厚度減小，視電導(dǎo)率受圍巖電導(dǎo)率影響增加，與地層值差異增大。（1）低電導(dǎo)率地層視電導(dǎo)率曲線地層厚度大于2m中部呈傾斜狀，地層中點(diǎn)對(duì)應(yīng)傾斜線中點(diǎn)（2）高電導(dǎo)率地層視電導(dǎo)率曲線與上述基本規(guī)律一致，變化方向相反

（3）地層電導(dǎo)率介于上下圍巖電導(dǎo)率之間

曲線呈階梯狀，很難利用

§4

感應(yīng)測(cè)井資料應(yīng)用一、劃分滲透層地層厚度大于2m用“半幅點(diǎn)”法劃分頂?shù)捉缑?。上下圍巖不對(duì)稱，上下界面用各自半幅點(diǎn)確定界面。巖層厚度為底頂界面深度之差對(duì)于薄層，用微電阻率曲線或短電極距視電阻率曲線劃分地層界面

二、合理選取感應(yīng)測(cè)井讀數(shù)1．目的層視電導(dǎo)率讀取一般讀地層中點(diǎn)極值；或讀中部平均值。2．圍巖視電導(dǎo)率讀取上下圍巖相同，且?guī)r性均勻，地層足夠厚，讀上或下圍巖值巖性不均勻，讀取距目的層中心5m部分上下圍巖不相同，讀取上下圍巖平均值，即三、確定巖層真電阻率

1．校正(1)均質(zhì)校正均質(zhì)校正：對(duì)電磁波在均勻無限介質(zhì)中傳播時(shí)，其幅度衰減和相對(duì)移動(dòng)的校正。由于傳播效應(yīng)影響，在均勻無限介質(zhì)中視電導(dǎo)率與電導(dǎo)率關(guān)系為：(2)圍巖—層厚校正

根據(jù)圖版進(jìn)行校正(3)侵入校正

無泥漿侵入，只須進(jìn)行前二者校正即可；若有侵入須考慮侵入校正2．確定巖層真電阻率

經(jīng)上述曲線校正后，得到的電導(dǎo)率與地層電阻率的關(guān)系，確定地層電阻率3．確定流體性質(zhì)已知地層巖性、孔隙度、電阻率，應(yīng)用相應(yīng)的關(guān)系式，可以確定地層的含水飽和度和油氣飽和度。習(xí)題：5.1感應(yīng)測(cè)井的原理是什么？5.2感應(yīng)測(cè)井線圈系的組成？5.3視電導(dǎo)率的表達(dá)式是什么？5.4橫向幾何因子及縱向幾何因子表達(dá)式分別為什么？其物理意義如何？5.50.8m六線圈系如何組成？5.6感應(yīng)測(cè)井理論曲線特點(diǎn)如何？5.7感應(yīng)測(cè)井曲線需要哪些校正？5.8感應(yīng)測(cè)井資料的應(yīng)用有哪些？§5電磁波傳播測(cè)井

區(qū)分油水層的主要參數(shù)是電阻率（電導(dǎo)率）。近年隨二次采油和三次采油的出現(xiàn)，常遇到低電阻率油層和高電阻率水層。從表5—1看出，水的介電常數(shù)比油和其它巖石礦物高一個(gè)數(shù)量級(jí)，且礦化度的影響可忽略。因此可以用介電常數(shù)區(qū)分油水層。在均勻介質(zhì)中，求解感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)時(shí)，從麥克斯韋方程組，得到波動(dòng)方程——磁矢勢(shì)

——發(fā)射電流密度

γ——傳播常數(shù)，均勻介質(zhì)中為常數(shù)。

σ——電導(dǎo)率

——介電常數(shù)

μ——磁導(dǎo)率

感應(yīng)測(cè)井中發(fā)射電流頻率為20KHZ

低頻范圍內(nèi)

說明發(fā)射電流頻率較低時(shí)，

為了測(cè)得介電常數(shù)必須提高ω，即在高頻電磁場(chǎng)中可測(cè)出介電γ只與介質(zhì)電導(dǎo)率有關(guān)。常數(shù)ε——復(fù)介電常數(shù)，

——電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的損耗

——損耗角正切

——極化過程中的損耗

國(guó)外的EPT測(cè)井，發(fā)射電流頻率為1.1GHZ，淡水比

高一個(gè)數(shù)量級(jí)，鹽水為同一數(shù)量級(jí)。測(cè)井的響應(yīng)主要取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。

使用1.1GHZ微波頻率時(shí)，發(fā)射和接收器不能用線圈，只能用天線。天線是在黃銅極板上刻槽，在極板上有兩個(gè)發(fā)射天線T1、T2和兩個(gè)接收天線R1、R2。測(cè)井時(shí)黃銅極板貼靠井壁測(cè)量。

發(fā)射天線T1發(fā)出1.1GHZ的電磁波，經(jīng)泥餅進(jìn)入地層。在泥餅與地層的交界面發(fā)生折射，服從Snell定律——界面上的入射角

——界面上的折射角

——沖洗帶巖層的介電常數(shù)

——泥餅的介電常數(shù)

＞＞當(dāng)

（臨界角），

時(shí)，透射入地層中的地磁波沿著界面，以地層中的傳播速度滑行。R1收到界面的滑行波（按T1AB1R1路徑到達(dá)R1）

反射波（路徑T1DR1）和直達(dá)波（路徑T1R1）。反射波和直達(dá)