地球物理测井方法课件：1-4 感应测井
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地球物理测井方法 第一章 电法测井
4 r
UM
RI
4 AM
UN
RI
4 AN
电位差： UMN UM UN
RI RI RI MN
4 AM 4 AN 4 AM AN
GaoJ-1-1
26
由此得均匀各向同性介质电阻率：
R 4 AM AN UMN K UMN
MN I
I
K 4 AM AN
MN
电极系系数
当保持I不变，ΔUMN随介质电阻率而变化
16
I
Rt R0
b
S
n w
b — 岩性系数，常取b=1.0
n — 饱和度指数 (saturation exponent) （1.0~4.3）（1.5~2.2居多，~2）
Sw — 含水饱和度
GaoJ-1-1
17
Archie公式
F
R0 Rw
a
m
Rt
abRw
m
S
n w
I
Rt R0
b Swn
1/ n
Sw
N为电势0点，则
U MN
ABRI
4 AM BM
IA -I B
R 4 AM BM UMN K UMN
AB
I
I
GaoJ-1-1
K 4 AM BM
AB
28
3. 电极系互换原理
“互易原理”
如果一个电极系的结构和尺寸不变，由单极供电 A M N变成双极供电M A B，且I不变，则在同一 剖面上，测得的电位差相同，电极系系数和测量 的电阻率也相同。
Rw1 Rw2
Rwn
F R0 Rw
R0—孔隙中充满100%地层水时的岩石电阻率，.m Rw —孔隙中所含地层水的电阻率，.m F—地层因素 （Formation Resistivity Factor）
UM
RI
4 AM
UN
RI
4 AN
电位差： UMN UM UN
RI RI RI MN
4 AM 4 AN 4 AM AN
GaoJ-1-1
26
由此得均匀各向同性介质电阻率：
R 4 AM AN UMN K UMN
MN I
I
K 4 AM AN
MN
电极系系数
当保持I不变，ΔUMN随介质电阻率而变化
16
I
Rt R0
b
S
n w
b — 岩性系数，常取b=1.0
n — 饱和度指数 (saturation exponent) （1.0~4.3）（1.5~2.2居多，~2）
Sw — 含水饱和度
GaoJ-1-1
17
Archie公式
F
R0 Rw
a
m
Rt
abRw
m
S
n w
I
Rt R0
b Swn
1/ n
Sw
N为电势0点，则
U MN
ABRI
4 AM BM
IA -I B
R 4 AM BM UMN K UMN
AB
I
I
GaoJ-1-1
K 4 AM BM
AB
28
3. 电极系互换原理
“互易原理”
如果一个电极系的结构和尺寸不变，由单极供电 A M N变成双极供电M A B，且I不变，则在同一 剖面上，测得的电位差相同，电极系系数和测量 的电阻率也相同。
Rw1 Rw2
Rwn
F R0 Rw
R0—孔隙中充满100%地层水时的岩石电阻率，.m Rw —孔隙中所含地层水的电阻率，.m F—地层因素 （Formation Resistivity Factor）
3地球物理测井基础知识PPT课件
Es
U SP
1
rsh
rt
rmf
表明：自然电位幅度值与形成 自然电场的总电动势Es、井内 泥浆电阻rmf、泥岩电阻rsh以及 砂岩电阻rt有关
影响自然电位异常幅值的主要因素：
1）岩性和矿化度比值(或电阻率比值)的影响
Usp∝Es，Es取决于岩性和Rmf/Rw(即Cw/Cmf)，所以 岩性和Cw/Cmf 直接影响Usp 的异常幅度。
自然电位测井曲线形状将测量电极n放在地面泥浆池中电极m用电缆送至井下沿井轴提升测量自然电位随井深的变化见动画图所记录的自然电位随井深的变化曲线叫自然电位测井曲线即sp曲线电流小变化小曲线为直线过a点后电流增大当cmf时自然电位逐渐降低曲线偏向负方向岩性界面b点处电流最大电位变化最大曲线急剧向负向偏转过地层界面后电流密度减小电位继续降低地层中心c点电流最小曲线几乎变为平行井轴直线砂岩底部电流增大电位增大正向偏转自然界的多种植物中含有杀灭害虫的成分如烟草含有烟碱鱼藤含有鱼藤酮菊科植物除虫菊的花含有除虫菊素这些植物经提取加工后即可制成植物杀虫剂
泥 岩 C1
C1≥C2≥Cmf
井内自然电场分布示意图
泥岩结构、 化学成分 与砂岩不 同，自然 电位数值 与砂岩差 别大，且 符号相反
粘土表面 具选择吸 附负离子 能力
一、扩散吸附电位——扩散电动势（Ed）-扩散动态平衡
Ed
Kd
lg C1 C2
Ed单位mV；浓度C1，C2单位g/L；
Kd为扩散电位系数，单位mV;与溶液 中盐类化学成分和温度有关
自然电位测井优点：
简单，实用，低成本 是划分岩性和研究储集层(渗透层)性质的重要方法
原理：测量井中自然电场
Nv
井中电极 M与地面 电极N之 间的电位 差
地球物理测井ppt课件
8
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 当岩石中的固体颗粒被地层水润湿 时，就形成双电层。
9
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 泥浆滤液通过孔道进入地层时，带走正 电荷(阳离子)，在地层一侧形成正电荷 的富集，而井眼中的正电荷填补被带走 正电荷所形成的空缺,这样井眼中就有了 过剩的负电荷，从而产生了过滤电位 （动电学电位）。
泥浆滤液的粘度a过滤电位系数与地层水的矿化度化学成分所通过的介质的类型及泥浆滤液的性质有关1314在扩散过程中正负离子迁移率速度不同通常是负离子快这样在某一时刻通过同一截面的正离子数与负离子数不同结果是浓度低的一侧形成了负离子电荷的富集而浓度高的一侧形成了正离子电荷的富集从而产生了扩散电位
3 自然电位测井（SP）
Ed
Kd
log aw amf
式中 ——扩散电位系数，主要取决于溶液的离子成分、溶液的温度；
——地K d层水的电化学活度，与地层水的含盐浓度 、盐的类型和温度有
关，
， 为活度系数。
a——泥浆滤液的电化学活度， w Cw
aw fCw f
a mf
amf fCmf
17
1.1.2.1 扩散作用与扩散电位
面带有了强的负电荷之后，固体颗粒将阻止负 离子的通过（好象负离子被吸附住了一样）， 这种现象我们称之为扩散吸附作用。
20
1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位 由于扩散吸附作用，其结果是浓度高的一侧形成了负离子（电荷）的富 集，而浓度低的一侧形成了正离子（电荷）的富集，从而产生了扩散吸附 电位。
10
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 动电学电位（过滤电位）的大小：
Ek
A P Rmf
11
3.1.1 动电学作用与动电学电位
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 当岩石中的固体颗粒被地层水润湿 时，就形成双电层。
9
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 泥浆滤液通过孔道进入地层时，带走正 电荷(阳离子)，在地层一侧形成正电荷 的富集，而井眼中的正电荷填补被带走 正电荷所形成的空缺,这样井眼中就有了 过剩的负电荷，从而产生了过滤电位 （动电学电位）。
泥浆滤液的粘度a过滤电位系数与地层水的矿化度化学成分所通过的介质的类型及泥浆滤液的性质有关1314在扩散过程中正负离子迁移率速度不同通常是负离子快这样在某一时刻通过同一截面的正离子数与负离子数不同结果是浓度低的一侧形成了负离子电荷的富集而浓度高的一侧形成了正离子电荷的富集从而产生了扩散电位
3 自然电位测井（SP）
Ed
Kd
log aw amf
式中 ——扩散电位系数，主要取决于溶液的离子成分、溶液的温度；
——地K d层水的电化学活度，与地层水的含盐浓度 、盐的类型和温度有
关，
， 为活度系数。
a——泥浆滤液的电化学活度， w Cw
aw fCw f
a mf
amf fCmf
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1.1.2.1 扩散作用与扩散电位
面带有了强的负电荷之后，固体颗粒将阻止负 离子的通过（好象负离子被吸附住了一样）， 这种现象我们称之为扩散吸附作用。
20
1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位 由于扩散吸附作用，其结果是浓度高的一侧形成了负离子（电荷）的富 集，而浓度低的一侧形成了正离子（电荷）的富集，从而产生了扩散吸附 电位。
10
3.1.1 动电学作用与动电学电位 • 动电学电位（过滤电位）的大小：
Ek
A P Rmf
11
3.1.1 动电学作用与动电学电位
感应测井
二 、感应测井线圈系的选择
双线圈系(一个发射线圈，一个接收线圈)的探测特性. 复合线圈系（ 多个发射线圈，多个接收线圈)的探测特性. 感应测井仪器（线圈系）的探测特性（探测深度和纵 向分辨率）是评估感应测井仪器的重要指标，它与地层
参数（如冲洗带电导率、原状地层电导率、围岩电导率）
分布有关。现在流行的横向探测深度和纵向分辨率的定 义是基于道尔（Doll）的几何因子理论发展起来的。
s
围岩
t
s
i
m
侵入带 围岩
原状地层
分区均匀介质地层模型
无用信号Vx（发射线圈和接收线圈间的直接耦合电动势）：
VX
2 i nT nR S0 I 3 2 L
将VR与Vx相比，并带入常数得
| VR | 8% | VX |
在测井中，应把VX 消除掉。为消除无用信号，一般采用 下面两个措施： 1) 采用复合线圈系，有意识地压制无用信号。 2) 利用VX与VR间90°的相位差，可在线路中加入相敏检 波器来进一步压制。
2. 复合线圈系
复合线圈系是由串联在一起的多个发射线圈和串联在
一起的多个接收线圈所组成。它们分别用 T0 ， T1 ， …… ， TL 和 R0 ， R1 ， …… ， Rm 代表 , 其匝数分别是 nT0 ， ……, nTL和nR0，……，nRm，其中T0和R0称为主发射和主接收线 圈，它们的匝数 nT0和nR0)一定是最大的
围岩影响较大 薄层探测不准
定义纵向积分几何因子等于0.5时对应的层厚为纵向分辨率。
Cs
Ct
Cs
一个h=1m，Ct=200ms/m的水平地层，在Cs=400ms/m的围岩 中，求线圈距为1m的双线圈系在地层中点时的视电导率值和 围岩贡献的大小？ Ca=Ct*Gt+Cs*(1-Gt) 通过查图，可知Gt=0.5 Ca=200*0.5+400*0.5=300ms/m 围岩的贡献率： Cs*(1-Gt)/Ca=400*0.5/300=66.7%
《地球物理测井》Ch04.感应测井
∞ 0
∫
∞
−∞
g ( r , z )drdz
可以证明，一般几何因子满足归一化条件：
∫ ∫
0
∞
∞
−∞
g ( r , z )drdz = 1 VR 有用 K仪
故
σt =
s σ − −电导率， m ; R − −电阻率， Ωi m 。
（2）在非均匀介质中，双线圈系的视电导率为：
σa =
VR 有用 K仪
© 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
§4.1 感应测井原理
一 均匀介质电导率测量原理
3、基本思想（双线圈系）☆ T线圈在单元环中产生交变的电 磁场，产生一次感应电动势； 因为单元环为岩层导电介质，会 产生交变的涡流（大小与其电导 率有关）； 单元环上的涡流在R上产生二次 二次磁场 感应电动势（有用信号，大小与 涡流大小成正比）； 通过测量R上的二次感应电动势 可反映线圈系所处介质的电导率 变化。
第4章 感应测井 © 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
§4.1 感应测井原理
一 均匀介质电导率测量原理
5、测量原理（双线圈系）
由电磁感应原理，在单元环内产生的感应电动势为： dϕ1 jwμ nT sT r 2 =− ⋅ I 磁导率μ：表征磁介质 dV = − 3 2lT dt
第4章 感应测井 © 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
第4章 感应测井
电磁感应原理： 交变电流可以产生电磁场，电磁场强度与交变电流 强度有关，电磁场感应出电流，通过电流接收，达到 测量目的。 测量项目与供电电流频率
∫
∞
−∞
g ( r , z )drdz
可以证明，一般几何因子满足归一化条件：
∫ ∫
0
∞
∞
−∞
g ( r , z )drdz = 1 VR 有用 K仪
故
σt =
s σ − −电导率， m ; R − −电阻率， Ωi m 。
（2）在非均匀介质中，双线圈系的视电导率为：
σa =
VR 有用 K仪
© 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
§4.1 感应测井原理
一 均匀介质电导率测量原理
3、基本思想（双线圈系）☆ T线圈在单元环中产生交变的电 磁场，产生一次感应电动势； 因为单元环为岩层导电介质，会 产生交变的涡流（大小与其电导 率有关）； 单元环上的涡流在R上产生二次 二次磁场 感应电动势（有用信号，大小与 涡流大小成正比）； 通过测量R上的二次感应电动势 可反映线圈系所处介质的电导率 变化。
第4章 感应测井 © 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
§4.1 感应测井原理
一 均匀介质电导率测量原理
5、测量原理（双线圈系）
由电磁感应原理，在单元环内产生的感应电动势为： dϕ1 jwμ nT sT r 2 =− ⋅ I 磁导率μ：表征磁介质 dV = − 3 2lT dt
第4章 感应测井 © 2012 Yangtze University Production Logging Lab.
第4章 感应测井
电磁感应原理： 交变电流可以产生电磁场，电磁场强度与交变电流 强度有关，电磁场感应出电流，通过电流接收，达到 测量目的。 测量项目与供电电流频率
地球物理测井 ppt课件
第三讲 地球物理测井
中国石油华北技师学院 崔树清
在石油勘探和开发中．认识和掌握地下地质 情况目前所使用的方法主要有两种：一种是通过 钻井取芯、井壁取芯及地质录井方法．对岩样进 行直接地观察、描述、分析和鉴定，确定岩层的 地质性质；二是通过对岩层的地球物理性质即电 学性质、声学性质、热学性质及放射性等方面的 研究，间接地确定岩层的地质性质。后者就是地 球物理测井所担负的任务。
ppt课件
4
测井技术发展史
60-70年代可称为数字测井阶段：借助计算机 采用数字磁带机进行数字记录，提高了测量精度， 增加了可靠性，提高了数据处理速度。测井方法 和数据处理方法有了很大发展，三孔隙度测井 （声波、密度、中子），深、中、浅三电阻率测 井，再加上井径测量，自然伽马测井和自然电位 测井，称之为常规的“九条曲线”测井。用这些 测井资料可以较好地分层、识别岩性、求取孔隙 度、计算地层电阻率，计算含油（气）饱和度， 从而评价油（气）储层，此外，地层倾角测井的 投产，提高了测井的地质应用能力。
ppt课件
13
图3 梯度电极系和电位电极系实际测井曲线
ppt课件
14
•曲线特点
常用系列：2.5米和4米底部 梯度电极，0.4米电位电极。
1、高阻层梯度曲线
高阻层处：视电阻率增大， 曲线不对称。
底界面附近：底部梯度曲线 出现极大值。
2、高阻层电位曲线
高阻层处：视电阻率增大，曲 线对称于层的中部。
层界面附近：曲线有拐点。
ppt课件
17
2．侧向测井
普通电阻率测井在盐水钻井液或高阻薄层剖面 测井时，由于泥浆和围岩的分流作用，使得普通 电阻率测井获得的视电阻率远小于地层真电阻率， 同时由于砂岩的泥质含量增加,形成不少的中阻地 层,使得视电阻率曲线复杂。为此设计了使电流侧 向进入地层的侧向测井。这种方法是聚焦测井的 一种。
中国石油华北技师学院 崔树清
在石油勘探和开发中．认识和掌握地下地质 情况目前所使用的方法主要有两种：一种是通过 钻井取芯、井壁取芯及地质录井方法．对岩样进 行直接地观察、描述、分析和鉴定，确定岩层的 地质性质；二是通过对岩层的地球物理性质即电 学性质、声学性质、热学性质及放射性等方面的 研究，间接地确定岩层的地质性质。后者就是地 球物理测井所担负的任务。
ppt课件
4
测井技术发展史
60-70年代可称为数字测井阶段：借助计算机 采用数字磁带机进行数字记录，提高了测量精度， 增加了可靠性，提高了数据处理速度。测井方法 和数据处理方法有了很大发展，三孔隙度测井 （声波、密度、中子），深、中、浅三电阻率测 井，再加上井径测量，自然伽马测井和自然电位 测井，称之为常规的“九条曲线”测井。用这些 测井资料可以较好地分层、识别岩性、求取孔隙 度、计算地层电阻率，计算含油（气）饱和度， 从而评价油（气）储层，此外，地层倾角测井的 投产，提高了测井的地质应用能力。
ppt课件
13
图3 梯度电极系和电位电极系实际测井曲线
ppt课件
14
•曲线特点
常用系列：2.5米和4米底部 梯度电极，0.4米电位电极。
1、高阻层梯度曲线
高阻层处：视电阻率增大， 曲线不对称。
底界面附近：底部梯度曲线 出现极大值。
2、高阻层电位曲线
高阻层处：视电阻率增大，曲 线对称于层的中部。
层界面附近：曲线有拐点。
ppt课件
17
2．侧向测井
普通电阻率测井在盐水钻井液或高阻薄层剖面 测井时，由于泥浆和围岩的分流作用，使得普通 电阻率测井获得的视电阻率远小于地层真电阻率， 同时由于砂岩的泥质含量增加,形成不少的中阻地 层,使得视电阻率曲线复杂。为此设计了使电流侧 向进入地层的侧向测井。这种方法是聚焦测井的 一种。
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BR
M cos 2T3
nT ST IT cos 2T3
Z
BR
C) 通过部分球面的磁通量 P
' BRdS S
球面上面积元 ：
O T
0
dS r 2 sin d d T2 sin d d T
GaoJ-1-4
T
17
'
2
BRdS 0
0 0
nT ST IT 2T3
cosT2
sin d d
GaoJ-1-4
11
2. Doll几何因子理论概述
假设单元环的电磁场之间互不发生作用 假设电磁波瞬间便可通过地层(即时场)
(1)线圈系周围介质由无数个单元环组成
(2)发射线圈引起的涡流分别在单元环中流动
(3)每个单元环都单独存在，且在接收线圈中产生
感应电动势dVR（二次电动势）
(4)接收线圈中感应电动势VR是所有单元环产生 的dVR之和 ：
nT ST IT 0 sin cos d
T
0
nT S T IT T
1 2
sin
2
0
'
nT ST r 2 2T3
IT
sin 0
r
T
GaoJ-1-4
18
D) 单元环的感应电动势dV：
'
nT ST r 2 2T3
IT
dV
'
d' dt
nT ST r2 2T3
dIT dt
IT I0eit
dV
'
inT ST r2 2T3
➢在通过z的子午面上，用 drdz面积元表示单元环
GaoJ-1-4
14
（1）单元环中感应电动势dV、涡流dI
dV ' d ' dt
' : 磁通量
B dS S
B（磁感应强度）
B
M 4 r3
(2 cos er
sin e
)
磁偶极矩
M IT ST nT
dV '
2 r 2 r
dI ' P环
井内介质导电时才能使用，在油基泥浆井和无泥浆的干
井中不能应用 1949年，Doll提出了感应测井方法
➢ 感应测井( induction logging ) 根据电磁感应定律测量地
层的电导率，感应测井对淡水泥浆、电阻率中到低的地
层有较好的应用价值，在淡水泥浆砂泥岩剖面得到广泛
应用
感应测井原理
感应测井仪(线圈系)探测特性
视电导率曲线及应用
阵列感应测井
GaoJ-1-4
2
知识回顾
B
电磁感应定律
S
B dS 磁通量与磁感应强度的关系
S
E
M. Faraday 1791-1867
V
d dt
S
B t
dS
E
B
t
法拉第（Faraday）电磁感应定律
Maxwell方程组中电磁感应定律 微分形式
B H
GaoJ-1-4
dI ' dl dI 'rd
dB
4
2 R
4
2 R
dB
4
dI ' dl R
R3
GaoJ-1-4
dB的方向：在Z轴与ρR 的平面上，且垂直于ρR
22
整个单元环中涡流在P点的磁场强度z分量为：
Bz
2
cos dB
过套管电测井
传感器电压（V）
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
nanovolt
microvolt
millivolt
GaoJ-1-4
10
三、Doll几何因子理论 1. 单元环的概念
将地层分割成无数个以 井轴为中心，截面积很 小，半径不同的圆环， 这些圆环的平面与井轴 垂直，可把这些圆环看 成导电线圈，称之为地 层 单 元 环 （ Ground Loop）。
IT
GaoJ-1-4
19
E) 单 元 环 中 涡 流 dI：
dV
'
inT ST r2 2T3
IT
由欧姆定律： dI ' dV ' P环
单元环的电阻P环：P环
R
2 r
drdz
2 r drdz
dI ' inT ST rIT drdz 4T3
GaoJ-1-4
20
（2）接收线圈中感应电动势dVR
VR dVR 全空间 dVR
GaoJ-1-4
12
GaoJ-1-4
Basic two-coil induction log system
13
3. 用Doll几何因子理论导出VR
➢以线圈中点为坐标原点， 井轴为z轴，建柱坐标系r z
➢设介质关于z轴旋转对称
➢取一个半径为r的单元环， 在柱坐标系中，r=常数， z=常数，σ=常数
（北京）
本科生课程
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM
《地球物理测井方法》
第 1 章 电法测井
（Electrical Logging）
第1节 普通电阻率测井 第2节 自然电位测井 第3节 侧向测井 第4节 感应测井
第4節 感應測井
➢ 直流电测井（普通电阻率测井和侧向测井）通常只有在
P环 R drdz drdz
GaoJ-1-4
15
A) 磁偶极子的磁偶极距M
M IT ST nT
M的方向为载流线圈平面的法线方向，即井轴方向。
式中：nT—发射线圈匝数； ST—发射线圈面积； IT—发射电流的电流强度。
GaoJ-1-4
Байду номын сангаас
16
B) M在部分球面上任一点的磁感应强度矢
径方向的分量BR为：
毕奥-萨伐尔(Biot-Savart)定律：
dB
圆 形 电 流 上 电 流 元 dl 在 轴 线 上 任 一点P处（离电流元距离为R）的 磁感应强度dB为：
dB
4
dI ' dl R
R3
GaoJ-1-4
21
A) 接收线圈处磁场强度Bz（z方向）
单元环上的dl，在R处的磁 感应强度 dB 的值为：
在地层中产生涡流IL
(4) 交变电流IL产生二次交变电磁场B2
(5) B2在R中产生二次感应电动势VR
(6) VR与地层电导率σ有关！
8
VR与VX的相位关系
一次感应电动势VX与二次感应电动势VR相差90o
V= VR + VX
GaoJ-1-4
9
电法测井传感器信号量级
噪声电平
侧向测井仪器 感应测井仪器
后传输
相敏检波器:将相位有
差异的信号分开
GaoJ-1-4
5
George Smith Patton
GaoJ-1-4
6
Logging Truck
GaoJ-1-4
7
二、原理的定性描述
B1
GaoJ-1-4
B2
(1) 给 T 供正弦交变电流IT
(2) 在周围产生一次交变电磁场B1
(3) B1
在R中产生一次感应电动势VX
本构关系
J. C. Maxwell 1831-1879
§1 感应测井原理
Michael Faraday 1791-1867
电磁感应现象
GaoJ-1-4
4
一、井下仪器
发射线圈 线圈系
接收线圈
振荡器: 产生正弦交变
下
电流(常规感 20kHz ,阵
井
列感应10~150kHz)
仪 放大器: 放大接收信号