礦場(chǎng)地球物理課件 第三章 側(cè)向測(cè)井

1、.第三章 側(cè)向測(cè)井在地層厚度較大、地層電阻率和泥漿電阻率相差不大的情況下，可以采用普通電阻率測(cè)井來(lái)求地層電阻率；但在電阻率很高的薄地層，或者在鹽水泥漿的情況下，由于泥漿電阻率很低，使得電極流出的電流大部分都在井和圍巖中流過(guò)，進(jìn)入測(cè)量層的電流很少。測(cè)量的視電阻率曲線變化平緩，不能用來(lái)劃分地層巖性，無(wú)法確定巖層的真電阻率。為了減小泥漿的分流作用和低阻圍巖的影響，提出了側(cè)向測(cè)井（聚焦測(cè)井）。它的電極系中除了主供電電極之外，上、下還裝有兩個(gè)極性相同屏蔽電極。主電流受上下屏蔽電極流出的電流的排斥作用，使得測(cè)量電流線垂直于電極系，成為沿水平方向的層狀電流流入地層，這就大大降低了井和圍巖對(duì)視電阻率的影響。側(cè)

2、向測(cè)井的種類較多，有三側(cè)向、七側(cè)向、雙側(cè)向及微側(cè)向、鄰近側(cè)向、微球形聚焦測(cè)井等。第一節(jié) 三側(cè)向測(cè)井一、三側(cè)向測(cè)井電極系不同電阻率測(cè)井法的區(qū)別，主要反映在它們的電極系上，所以研究側(cè)向測(cè)井的原理，主要討論這種電極系的工作原理。三電極側(cè)向測(cè)井簡(jiǎn)稱三側(cè)向測(cè)井，根據(jù)探測(cè)深度不同可以分為深三側(cè)向電極系和淺三側(cè)向電極系。兩種電極系的工作原理相同，以深三側(cè)向?yàn)槔榻B三側(cè)向測(cè)井的工作原理。1. 深三側(cè)向電極系及其電場(chǎng)分布深三側(cè)向測(cè)井電極系由三個(gè)金屬圓柱體組成，它被絕緣材料分隔成三部分，中間的A0為主電極，兩端的A1、A2為屏蔽電極，它們對(duì)稱地排列在主電極兩側(cè)，且相互短路。在電極系上方較遠(yuǎn)處設(shè)有對(duì)比電極N和回路電

3、極B。測(cè)量時(shí)，主電極A0和屏蔽電極A1、A2分別通以相同極性的電流I0和Is ，保持I0為一常數(shù)。通過(guò)裝置調(diào)節(jié)，使A1、A2的電位始終保持和A0的電位相等，沿縱向的電位梯度為零。這就保證了電流不會(huì)沿井軸方向流動(dòng)，而絕大部分呈水平層狀進(jìn)入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，使三側(cè)向具有較高的分層能力。2. 淺三側(cè)向電極系及其電場(chǎng)分布在三側(cè)向測(cè)井中，為了準(zhǔn)確了解徑向電阻率（如侵入帶電阻率和原狀地層電阻率）的變化，提出了淺三側(cè)向測(cè)井。淺三側(cè)向測(cè)井的探測(cè)深度較淺，其電極系結(jié)構(gòu)如圖所示。淺三側(cè)向電場(chǎng)分布特點(diǎn)是：屏蔽電極A1、A2的尺寸比深三側(cè)向測(cè)井要短，減弱了屏蔽電流對(duì)主電流的控制作用，并在和外面加上兩

4、個(gè)極性相反的電極B1和B2，作為主電流和屏蔽電流的回路電極，使主電流Io徑向流入地層不遠(yuǎn)處即發(fā)散。所測(cè)出的視電阻率主要反映井壁附近巖層電阻率的變化。在滲透層井段就反映侵入帶的Ri變化。 實(shí)際應(yīng)用的深、淺三側(cè)向電極系尺寸如下（單位為m），其中電極上面的數(shù)值表示該電極的長(zhǎng)度，兩個(gè)電極之間的數(shù)值表示電極之間相隔的距離。儀器全長(zhǎng)3.6m，儀器直徑為0.089m，Kd、Ks分別表示深、淺三側(cè)向電極系系數(shù)。二、三側(cè)向測(cè)井測(cè)量原理測(cè)井過(guò)程中主電流Io保持不變，隨井周電阻率的變化Io產(chǎn)生的電場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，即UAo發(fā)生變化。儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)屏蔽電流Is以保證在測(cè)井過(guò)程中維持平衡條件UAo=UA1=UA2，以保證主電

5、流以垂直地層方向流出。三側(cè)向電極系的深度記錄點(diǎn)在主電極A0的中點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)記錄主電極中點(diǎn)與對(duì)比電極N之間的電位差U，三側(cè)向視電阻率的表達(dá)式為：三、三側(cè)向理論視電阻率曲線特征 當(dāng)上下圍巖電阻率相等時(shí)，在單一高阻層井段，深三側(cè)向視電阻率曲線關(guān)于地層中心對(duì)稱，對(duì)應(yīng)地層中心視電阻率出現(xiàn)極大值；當(dāng)上、下圍巖電阻率不等時(shí)，則Ra曲線呈不對(duì)稱形狀，且極大值移向高阻圍巖一方。視電阻率讀數(shù)一般取地層中點(diǎn)的視電阻率值或取地層中部的幾何平均值。四、三側(cè)向視電阻率的影響因素1. 電極系參數(shù)的影響主要影響電極系K，包括電極系長(zhǎng)度、主電極長(zhǎng)度及電極系直徑。電極系愈長(zhǎng)，主電流聚焦越好，主電流進(jìn)入地層的深度也越深。計(jì)算表明，

6、當(dāng)電極系尺寸大到一定程度后，則改變電極系長(zhǎng)度，對(duì)探測(cè)深度幾乎沒有什么影響。另外，主電極長(zhǎng)度對(duì)曲線的縱向分層能力有影響，主電極越短，分層能力越強(qiáng)。所以，為劃分地層剖面，應(yīng)選擇合適的主電極長(zhǎng)度。2. 層厚和圍巖的影響當(dāng)?shù)貙雍穸却笥?L時(shí)，圍巖對(duì)測(cè)量的Ra基本上沒有影響，然而對(duì)厚度小于或接近于L的地層， Ra受圍巖影響比較明顯，層厚較薄時(shí)，電流層受低阻圍巖影響而分散，使Ra值降低，地層越薄，圍巖電阻率越小， Ra值降低越多。2. 侵入帶的影響侵入帶的影響與電極系的聚焦能力、侵入深度和侵入帶電阻率有關(guān)，侵入越深或電極系的聚焦能力越差，侵入帶的影響則相對(duì)增加。在侵入深度相同條件下，隨著侵入帶電阻率的增加

7、，它對(duì)Ra的影響也相對(duì)增加，并且增阻侵入比減阻侵入對(duì)Ra影響更大些。3. 高阻鄰層的影響一般相鄰高阻層對(duì)Ra讀數(shù)影響較小。如圖中有上下兩個(gè)高阻層，相距4倍井徑，約1.2m，當(dāng)下層電阻率由10Rm變到100Rm時(shí)，上層的Ra只變化10。五、三側(cè)向測(cè)井資料應(yīng)用1.劃分巖性剖面三側(cè)向測(cè)井受井眼、層厚、圍巖的影響較小，分層能力較強(qiáng)，是劃分不同電阻率地層的有效方法，特別是劃分高阻薄層，比普通電極系視電阻率曲線要清楚得多。通常在Ra曲線開始急劇上升的位置為地層界面。2. 深淺三側(cè)向曲線重疊法判斷油水層將深、淺三側(cè)向測(cè)井曲線重疊繪制在同一坐標(biāo)系中，在油層（泥漿低侵）處，一般深三側(cè)向的視電阻率值大于淺三側(cè)向的

8、視電阻率的值，曲線出現(xiàn)“正幅度差”；在水層（泥漿高侵）處，一般深三側(cè)向的視電阻率值小于淺三側(cè)向的視電阻率值，曲線出現(xiàn)“負(fù)幅度差”。以幅度差來(lái)判別滲透層中所含的流體。3. 確定地層的真電阻率對(duì)三側(cè)向測(cè)井視電阻率的影響因素可歸結(jié)為井眼、圍巖-層厚、侵入三個(gè)方面，因此可將三側(cè)向視電阻率經(jīng)過(guò)圖版校正即可得到巖層的真電阻率Rt。首先進(jìn)行井眼校正當(dāng)所解釋的巖層相當(dāng)厚，無(wú)侵入時(shí)，該值可作為巖層的真電阻率值，否則必須進(jìn)行校正。其次進(jìn)行圍巖-層厚校正最后進(jìn)行侵入校正通過(guò)侵入校正得到地層的真電阻率和侵入帶直徑。首先“利用選擇進(jìn)入校正圖版”選擇合適的侵入校正圖版。用三側(cè)向視電阻率求巖層真電阻率時(shí)，必須按照井眼校正，

9、圍巖-層厚校正、侵入校正順序進(jìn)行，校正順序不能任意顛倒。六、三側(cè)向測(cè)井的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于屏蔽電流的作用，主電流被聚焦，水平地流入地層，這就降低了泥漿的分流作用和上下圍巖的影響，（1）適合在高礦化度泥漿中使用；（2）有利于劃分薄層，能清楚地劃分出0.40.5m的薄層；（3）探測(cè)深度比普通電阻率測(cè)井深。缺點(diǎn)：當(dāng)侵入較深時(shí)（di>1.6m），深三側(cè)向測(cè)出的視電阻率曲線受侵入帶影響較大，使得深三側(cè)向的探測(cè)深度不夠深，受侵入帶影響大；淺三側(cè)向的探測(cè)深度又不夠淺，導(dǎo)致了在滲透層處，深淺三側(cè)向視電阻率曲線幅度差不明顯，難于判斷油水層，綜合解釋有困難。第二節(jié) 七電極側(cè)向測(cè)井計(jì)算表明，當(dāng)電極系尺寸大到一定

10、程度后，改變電極系長(zhǎng)度，對(duì)探測(cè)深度幾乎沒有什么影響。為了加大深三側(cè)向電極系的探測(cè)深度和減小淺三側(cè)向電極系的探測(cè)深度，不能只靠改變屏蔽電極的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到目的，只能從改變電極系的結(jié)構(gòu)入手解決問(wèn)題。七側(cè)向電極系通過(guò)調(diào)整電極系的分布比來(lái)改變屏蔽電流的大小，使其對(duì)主電流的控制作用加強(qiáng)或減弱，從而確定理想的探測(cè)深度，七側(cè)向電極系測(cè)井簡(jiǎn)稱七側(cè)向測(cè)井。一、七側(cè)向電極系1. 深七側(cè)向電極系由七個(gè)很小的金屬環(huán)狀電極組成，主電極A0居中，上下對(duì)稱分布三對(duì)電極，其中兩對(duì)監(jiān)督電極M1、M2和M1、M2，最外側(cè)為一對(duì)屏蔽電極A1、A2。回路電極和測(cè)量電極N在電極系上方較遠(yuǎn)處。M1、M1 和M2、M2的中點(diǎn)分別為O2和O1

11、， L=O1O2為深七側(cè)向電極系的電極距。 Lo=A1A2為電極系長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)電極系的分布比S=LO/L的大小調(diào)整屏蔽電流IS，加強(qiáng)對(duì)主電流Io的控制作用，實(shí)現(xiàn)增加探測(cè)深度的目的，一般S=33.5。電極系的記錄點(diǎn)為A0的中點(diǎn)。2.淺七側(cè)向電極系將回路電極分為兩部分B1、B2對(duì)稱放在深七側(cè)向屏蔽電極A1、A2的外側(cè)，由于回路電極靠近屏蔽電極， A1、A2發(fā)出的屏蔽電流Is很快形成回路，對(duì)主電流Io的控制作用減弱，Io深入地層不深即發(fā)散，從而使電極系的探測(cè)深度減小。二、測(cè)量原理測(cè)量時(shí)主電極發(fā)出恒定主電流Io，同時(shí)屏蔽電極發(fā)出與Io同極性的屏蔽電流Is，電路自動(dòng)調(diào)節(jié)Is的大小，使得在測(cè)量過(guò)程中始終

12、保持兩對(duì)監(jiān)督電極之間的電位相等，即UM1=UM1 （或UM2=UM2）。迫使Io徑向流入地層，沿井軸方向無(wú)分流。同時(shí)測(cè)量任一監(jiān)督電極與對(duì)比電極N之間的電位差，N離供電電極較遠(yuǎn)可認(rèn)為UN=0。視電阻率的表達(dá)式為：上式中K為七側(cè)向電極系系數(shù)?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室中測(cè)定，也可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：1為屏蔽電流和主電流的比值，稱為屏流比。深七側(cè)向電極系：電極系參數(shù)：分布比S=3.27；電極系系數(shù)Kd=0.638m；電極 系長(zhǎng)度Lo=2.07m；電極距L=0.632m。淺七側(cè)向電極系電極系參數(shù)：分布比S=2.4；電極系系數(shù)Ks=1.175m；電極 系長(zhǎng)度Lo=1.07m；電極距L=0.437m。七側(cè)向測(cè)井視電阻率

13、曲線特點(diǎn)與三側(cè)向相似，深淺七側(cè)向電阻率值用RdLL7和RsLL7表示。用RdLL7和RsLL7求巖層的真電阻率值，需用七側(cè)向校正圖版進(jìn)行井眼、圍巖-層厚、侵入校正。三、七側(cè)向測(cè)井的優(yōu)缺點(diǎn)七側(cè)向測(cè)井屏蔽電流對(duì)主電流的控制作用比三側(cè)向強(qiáng)，探測(cè)深度比三側(cè)向有所改進(jìn)。但由于深、淺七側(cè)向電極距不同，兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，縱向分辨能力不同，給資料解釋帶來(lái)困難。三側(cè)向測(cè)井探測(cè)深度較淺，雖然七側(cè)向測(cè)井探測(cè)深度有所改善，但深淺側(cè)向電極系的電極距不同，所測(cè)兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，給解釋工作帶來(lái)困難。為此開發(fā)了雙側(cè)向測(cè)井，目前常與微球形聚焦測(cè)井組合使用，一次可測(cè)得井孔內(nèi)徑向各帶電阻率參數(shù)。第三節(jié)

14、雙側(cè)向測(cè)井一、雙側(cè)向電極系及電場(chǎng)分布電極系采用兩個(gè)柱狀電極和七個(gè)體積較小的環(huán)狀電極。其中Ao是主電極，兩對(duì)監(jiān)督電極M1和M1、M2和M2以及一對(duì)環(huán)狀屏蔽電極A1和A1，為增加探測(cè)深度，外加一對(duì)柱狀屏蔽電極A2 和A2 。 Ao居中，每對(duì)電極對(duì)稱地分布在Ao兩側(cè)，并短路相接。電極系深度記錄點(diǎn)為主電極的中心。淺側(cè)向電極系中兩個(gè)柱狀電極A2和A2 為回路電極B1和B2。在電極系較遠(yuǎn)處裝有對(duì)比電極N和深側(cè)向電極系的回路電極B。電極系參數(shù)：Kd=0.733m，Ks=1.505m，電極距L=0.6m。深側(cè)向電極系由于增加了一對(duì)柱狀屏蔽電極，對(duì)主電流的控制作用加強(qiáng)，電極系的探測(cè)深度加深，主電流徑向流入地層至

15、很遠(yuǎn)處才發(fā)散與回路電極B形成回路。測(cè)量結(jié)果主要反映原狀地層的電阻率。淺側(cè)向電極系由于柱狀回路電極B1和B2靠近電極系，使屏蔽電流對(duì)主電流的控制作用減弱，致使主電流流入地層后快速發(fā)散，探測(cè)深度較淺，所測(cè)得的視電阻率主要反映侵入帶的電阻率。二、雙側(cè)向測(cè)井測(cè)量原理測(cè)量時(shí)Ao電極供以恒定電流Io，兩對(duì)屏蔽電極A1和A1 、 A2 和A2 流出相同極性的屏蔽電流Is、Is ，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)電路保持監(jiān)督電極M1和M1 （或M2和M2 ）間的電位差為零，柱狀屏蔽電極A2上的電位與環(huán)狀屏蔽電極A1上的電位的比值為一常數(shù)。即（U A2/ U A1=a或U A2/ U A1=a）。然后，測(cè)量任一監(jiān)督電極M1和無(wú)窮遠(yuǎn)

16、電極N之間的電位差UM1。在主電流Io恒定不變的情況下，測(cè)得的電位差和介質(zhì)的視電阻率成正比：其中K為雙側(cè)向的電極系系數(shù)，深側(cè)向測(cè)井K=Kd，淺側(cè)向測(cè)井K=Ks可由實(shí)驗(yàn)或理論計(jì)算獲得；UM1為監(jiān)督電極M1上的電位；Io為主電流。深淺側(cè)向測(cè)井視電阻率用Rlld和Rlls表示。深淺側(cè)向測(cè)井兩種視電阻率曲線的特點(diǎn)基本一致。當(dāng)上下圍巖電阻率相同，單一高阻層的雙側(cè)向視電阻率曲線關(guān)于地層中點(diǎn)對(duì)稱，深側(cè)向在地層上下界面附近出現(xiàn)兩個(gè)小尖，隨厚度增加這兩個(gè)小尖逐漸消失；讀數(shù)應(yīng)取地層中部的視電阻率數(shù)值，小尖不作地質(zhì)解釋。雙側(cè)向視電阻率曲線的影響因素主要為井眼、圍巖-層厚、泥漿侵入的影響。三、雙側(cè)向測(cè)井資料的應(yīng)用1.確定地層的真電阻率 深淺側(cè)向測(cè)井視電阻率Rlld和Rlls經(jīng)井眼、圍巖-層厚、泥漿侵入三種影響因素校正后，可以確定巖層的真電阻率Rt和侵入帶直徑di的值。（1）井眼校正圖版（2）圍巖校正（3）侵入校正應(yīng)用深淺雙側(cè)向測(cè)井視電阻率校正求得地層電阻率過(guò)程中校正順序?yàn)榫?、圍巖、侵入校正，順序不能顛倒。2.劃分巖性剖面由于井孔、圍巖的分流較小，雙側(cè)向的分層能力較強(qiáng)，視電阻率曲線在不同巖性的地層剖面上顯示清楚，一般層厚