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