阵列感应测井方法和技术进展

阵列感应测井方法和技术进展阵列感应测井方法和技术进展 前言就目前而言，测井的方法种类繁多，并且趋于系列化。其基本的方法有电、 声、放射性测井三种。此外还有特殊方法，如电缆地层测试、地层倾角、成像、核 磁共振测井。当然还存在其他形式的测井方法，如随钻测井。然而每种方法都只能 反映岩层地质特性的某一侧面。在实际运用中应当综合地应用多种测井方法。[1] 阵列感应测井技术始于20世纪90年代初。阵列感应测井技术的原理是利用阵列 在接受线圈集中在一侧的好处可大大缩短仪器长度。目前广泛应用的阵列感应测井 有斯仑贝谢的AIT-A和AIT-H、Baker Altas的HDIL以及哈里伯顿的HRIA等。与传统的 双感应和双侧向相比，具有测量信息多、分辨率高、探测深度大、反映侵入直观等 优点。 一、国内外研究及应用现状 感应测井仪器经历了双感应测井、 聚焦感应测井、 阵列感应测井仪器等几个发展 阶段[2]。 感应测井解决了淡水和油基泥浆井中的电阻率测量问题， 由于早期的普通 电阻率测井、侧向测井，只能在导电的泥浆中进行测量，有时为了获取地层原始含 油饱和度信息，需要用油基泥浆或空气钻井，针对这个问题，1949年Doll提出了感 应测井及其在油基泥浆井中的应用理论，该理论的根据是电磁感应原理。如果忽略 趋肤效应的影响，则依据电磁场Maxwell方程就可以推导出Doll几何因子表达式。 1962年研制出具有商用价值的双感应测井仪器，但是该测井仪器在实际应用中出现 了很多问题，例如不能进行薄层分析，分辨率低，受井眼、侵入、围岩以及趋肤效 应环境影响严重等，这些不足导致测井曲线不能反映实际的地层信息。 作为一维的测量和处理方法， 传统的聚焦感应测井方法不能有效地消除二维的井 眼、围岩，侵入等环境影响以及趋肤效应的影响。为了解决测井方面遇到的问题， 二十世纪九十年代出现了新的测井方法和测井仪器阵列感应测井方法和阵列感 应测井器。该测井方法在测井过程中易于获取丰富的井下地层信息。这种测井方法 不仅能有效地消除二维的环境影响， 获取地层的真电导率[3]， 而且使感应测井的应 用范围更广泛，进行薄层分析和复杂的侵入解释，对油气储藏的准确评价具有重要 的作用。 1984年，BPB公司率先推出了商用的阵列感应测井仪器（Array Induction Sonde，AIS），该仪器采用一个发射线圈和四个接收线圈的结构。主接收线圈的间 距是根据传统感应测井线圈系间距设计的，采用了单频率的工作方式，所有的接收 信号经数字化后再传送到地面，由地面计算机进行处理。由于径向和纵向特性不可 能分别达到最优， 因此它的二维特性不是最优的。 1990年斯伦贝谢 （Schlumberger） 公司推出了阵列感应成像测井仪器（Array Induction Tool，AIT）。最初其推出的 仪器称为AIT-B型，线圈系由一个主发射和上下非对称布置的8个接收线圈系组成。 这8个线圈系都由一个主接收线圈和一个屏蔽接收线圈系组成。 由于实际测井中往往 会出现仪器不匀速、仪器遇卡以及仪器组合长等问题。1995年，该公司又研制出了 井场适用最优的阵列感应测井仪器AIT-H型， 该仪器继续保留了5种探测深度和3种分 辨率的合成曲线，接收线圈系布置为单侧，使仪器的长度不超过5m，以便适应仪器 的组合要求，使鼠洞的深度减小。同时其工作频率减少到一个（ 26.325kHZ）。该仪 器还安装了加速度计测量仪器，可以用来解决井下仪器不匀速的问题。除此以外， 还安装有串接球形电极和井径仪，分别用来测量泥浆电阻率和井径。这些使得该仪 器能准确自适应井眼校正，具有遇卡处理能力。 1996年，阿特拉斯（Atlas）测井公司推出了高分辨率阵列感应测井仪器HDIL。 HDIL是一种全数字化、 全谱感应测井仪器， 其线圈系由7个单侧布置的三线圈系子阵 列组成，所有子阵列同时接收8种频率（10 kHz、30 kHz、50 kHz、70 kHz、90 kHz、 110 kHz、130 kHz和150kHz）的时间序列波形，波形从模拟经过采样、量化、编码 为数字化后送到地面，地面经过快速傅里叶变换将波形分解为实部和虚部信号，即 每个测量深度点有112个信号；通过软件聚焦合成具有三种纵向分辨率（0.3m，0.6m 和1.2m） 、 六种径向探测深度 （0.254m， 0.508m， 0.762m， 1.524m， 2.286m和3.048m） 的响应曲线。该仪器具有井斜校正，由于井下接收波形需要进行堆栈处理，因此其 抗干扰能力较强，而且易于诊断曲线的异常和控制曲线的质量。 2000年，Halliburton公司继其高分辨率感应测井仪器HRI之后，研发出了新型 阵列感应测井仪器HRAI，该仪器也属于高分辨率测井仪器，它的线圈系以原高分辨 率双感应仪器为基础，由四个线圈系组成，主发射线圈位于中部，上下分别布置了5 个接收线圈， 工作频率有8kHz和32kHz两种， 这样实部信号和虚部的信号就可以同时 测量得到。井下的数字电路将模拟数据数字化后传到地面处里。除测量感应数据以 外，还能测量泥浆电阻率、仪器加速度、仪器内部温度、井径和自然电位。 2003年，中国石油集团测井公司研制成功的阵列感应测井仪器MIT，与西方斯伦 贝谢公司的阵列感应测井仪器AIT类似，个3线圈的子阵列组成了其线圈系，其工作 频率有三种 （25.325kHz、 52.65kHz和105.3kHz） ， 五种径向探测深度 （0.25m， 0.50m， 0.75m，1.50m，2.25m）和三种纵向分辨率（0.3m，0.6m和1.2m）的合成曲线是利用 软件聚焦得到的。MIT测井仪器的信号处理结果比AIT更加稳定可靠。 三分量感应测井仪器的发射线圈由3个沿ｘ、ｙ和ｚ3个方向且相互正交的磁偶 极子和5个接收线圈组成。[4]3个相互正交的接收线圈分别接收ｘ、ｙ和ｚ3个方向 的信号,另外两个分别接收ｘｙ和ｘｚ交叉耦合分量,从而完全测量各向异性张量矩 阵中的9个分量,这种仪器也称为三分量感应测井仪器,其目的是测量交互薄层和各 向异性地层的电阻率。贝克-阿特拉斯公司2000年率先推出三分量感应测井仪器,称 为3ＤＥｘｐｌｏｒｅ或3ＤＥＸ。与常规感应仪器的发射和接收线圈平行于井轴放 置方式不同,3ＤＥＸ使用三对发射-接收线圈对,一对平行于井轴,测量常规磁场分 量Ｈｚｚ,用于推导地层水平电阻率Ｒｈ;另外两对相互正交,且垂直于井轴,测量磁 场的垂直分量Ｈｘｘ和Ｈｙｙ,用于推导地层垂直电阻率Ｒｖ。2004年,Ｓｃｈｌｕ ｎｂｅｒｇｅｒ公司研制出一种新的三分量感应测井仪器,它由3个正交发射线圈、 3 个沿ｚ方向的短接收线圈和6组全三轴正交的接收线圈组成。 比Ａｔｌａｓ的三分量 感应有很大的改进。 ①三轴正交发射和接收线圈做到在同一位置,Ａｔｌａｓ的三轴 是分离的;②三个常规短子阵列用于井眼校正。三分量感应中,井眼影响是必须考虑 的重要因素,是测量误差的重要来源;③6组三轴正交的接收线圈组成阵列感应阵列, 其ｚ方向信号合成阵列感应的5种不同探测深度曲线,便于侵入分析以及与常规阵列 感应测井结果比较;④2个工作频率,覆盖较宽的地层电阻率范围。 Ｓｃｈｌ