阵列感应测井基础理论

阵列感应测井原理及应用摘要：本文探讨了阵列感应测井原理，论述了在判断地层水矿化度方面的应用效果，阵列感应在使用中也存在一些缺陷，阵列感应在处理中，人为因素较大，不同的参数处理结果差异较大，这就造成了阵列感应在使用过程中对解释有一定的误导，引起对阵列感应可靠性的怀疑，这在以后的处理方法中有待改进。

关键词：阵列感应测井矿化度应用效果一、阵列感应测井原理简介阵列感应测井的最基本原理与普通感应测井原理类似，但它在硬件上采用简单的三线圈系结构，这种线圈系没有硬件聚焦功能，它采用数学方法对呈不对称形状的纵向响应曲线进行软件聚焦处理。

它由7组接收线圈对和1个共用的发射线圈组成，实际上相当于具有7种线圈距的三线圈系。

在接收线圈系的设计上充分考虑了以下几个问题：（1）、消除直藕信号；（2）、三线圈子阵列纵向特性的频率响应没有盲频；（3）、要有若干子阵列分别反映浅部和深部地层信息；（4）、各接收子阵列之间的间距应按一定规律变化和分布；（5）、离发射线圈较远的接收子阵列应考虑发射功率和接收信号的强度。

高分辨率阵列感应测井仪在硬件设计时充分考虑了上述因素，它的每个接收线圈系都由两个相互对称的线圈组成，即一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，它利用了两个线圈电磁场叠加原理，来实现消除直藕信号影响的目的。

在线圈系的排列上设计了最小线圈距为6in，最大线圈距为94in，在这两个线圈距之间采用了近似于指数形式的线圈系分布，即全部子阵列间距为6in、10in、15.7in、24.5in、38.5in、60in、94in。

这种排列方式不仅有利于采集浅部地层和深部地层信号，而且有利于径向有效信息的均匀采样。

发射信号是加到一个单独的发射线圈上的，这种方法能使发射器的有效功率变为最大，由发射线圈发射出的是一个形状为方形的电压波形（即方波），发射波采用方波是由于其具有较高的发射频率，对于给定的电压能使发射线圈的功率变为最大。

而且它具有宽的频谱，它包括了方波频率（约等于10KHZ）及所有的奇次谐波的能量，因此每个线圈可以在10、30、50、70、90、110、130、150KHZ共8个频率下同时进行工作。

第1章高分辨率阵列感应测量原理1.1 感应测井的回顾感应测井是利用电磁感应原理测量地层电导率，基本测量单元是双线圈系，一个发射线圈和一个接收线圈。

常规感应测井采用复合线圈系结构，根据电磁场的叠加原理，采用多个基本测量单元进行组合，即多个发射线圈和多个接收线圈进行串联，产生具有直藕信号近似为零的多个测量信号矢量叠加，实现硬件聚焦的效果，从而测量具有一种或两种探测深度的地层电导率。

感应测井主要存在以下几方面的问题。

a. 感应测井不能用来划分薄层b. 对高电率地层求得的地层真电阻率误差较大c. 对减阻侵入较深的油层不能如实反映地层电阻率1.2 高分辨率阵列感应测量原理高分辨率阵列感应测井仪仍以电磁感应原理为理论基础，其线圈系采用三线圈系结构（一个发射，两个接收基本单元）。

它运用了两个双线圈系电磁场叠加原理，实现消除直藕信号影响的目的，线圈系由七组基本接收单元（其源距为6-94英寸）组成，共用一个发射线圈，使用八种频率（10KHz、30KHz、50KHz、70KHz、90KHz、110KHz、130KHz、150KHz）同时工作(其测量电路图示意如图1-1)，共测量112个原始实分量和虚分量信号。

采用软件进行数字聚焦和环境校正，可获得三种纵向分辨率、六种探测深度的测井曲线。

第2章高分辨率阵列感应测井的数字处理高分辨率阵列感应测井在采用多种频率阵列测量的同时，应用软件数字聚焦、环境校正、和反演技术。

通过对资料的数字处理可以大大提高其测量效果。

2.1新的趋肤影响校正感应仪器是假设在均质环境中测量，其校正方法只适应于同步信号的计算，在高电导率地层该方法存在一定问题。

在双相量感应（DPIL）、阵列感应（AIT）仪器中是使用积分曲线进行趋肤影响校正，该方法克服了高电导率的影响，但在低电导率时积分信号变得不可靠。

高分辨率阵列感应数字处理采用一种新的趋肤影响校正方式，即是建立在操作频率上的一个函数，其信号变化的比例随频率而变化，该方法类似于积分法但克服了低电导率的影响。

阵列感应测井原理阵列感应测井（Array Induction Logging）是一种用于获取地下水文和岩性信息的测井方法。

其原理是基于电磁感应，利用工具中的多个感应线圈和测量电磁场的变化来研究地层的性质和含水情况。

本文将详细介绍阵列感应测井的原理及其应用。

一、阵列感应测井的原理阵列感应测井通过感应线圈测量地下电磁场的变化来分析地层的性质和含水情况。

其原理是基于法拉第定律和麦克斯韦方程组的电磁感应现象。

当工具经过地下时，感应线圈感应到的电磁场的变化反映了地层的电导率和磁导率的变化，从而获得地层的相关信息。

阵列感应测井工具通常由多个线圈组成，分别位于测井仪内部和侧向。

内部线圈用于感应地层中电流的分布情况，而侧向线圈则用于测量地层中电流的方向。

通过对这些电磁数据的处理和解释，可以获得地下地层的电导率和磁导率等信息。

二、阵列感应测井的应用阵列感应测井广泛应用于地下水文和岩性信息的研究。

其主要应用有以下几个方面：1. 地层电导率的研究地层的电导率是阵列感应测井的主要目标。

电导率反映了地层中的含水量和盐度等参数。

通过测量电磁场的变化，可以推断地下含水层和非含水层的位置，进而判断地下水的分布情况。

2. 岩性分析阵列感应测井还可以用于岩性分析。

不同的岩石有着不同的电导率和磁导率，因此可以通过测量电磁场的变化来判断地下岩石的类型和性质。

这对于油田勘探和开发具有重要意义。

3. 水文地质研究阵列感应测井能够提供水文地质研究中的许多重要参数，如含水层的渗透率、饱和度和盐度等。

这对于地下水资源的评估和管理非常关键。

4. 油气勘探阵列感应测井在油气勘探中也有重要的应用。

通过测量地下油气层中电磁场的变化，可以推断油气层的位置、厚度和含量等信息。

这对于油气勘探和储量评估非常重要。

总之，阵列感应测井是一种重要的地球物理勘探方法，可以提供地下水文和岩性的信息。

通过测量电磁场的变化，可以研究地层的电导率和磁导率等参数，为地下水资源评估、油气勘探和岩性分析等提供有力的支持。

第四章感应测井感应测井可在井眼不导电的情况下（如油基泥浆井，空气钻井等）测量地层的电导率。

这种方法对低阻层反应灵敏，因此更适合区分低阻油、水层和油水过渡带。

第一节感应测井的基本理论一、基本原理感应测井是利用交变电磁场研究岩石导电性的一种方法。

发射线圈T，通以20kHz交变电流，该电流在周围介质中产生交变电磁场中。

φ 1在介质中适应出环形电流i 1 ，同时在接收线圈R 中，产生感应电动势 E 1 。

环形电流 i 1 ，在介质中亦将引起二次磁场φ2，φ 1 在 R 中引起适应由动势 E 2。

φ 1在 R 中引起的电动势为无用信号，而φ2在 R中引起的感应电动势 E 2与 i 1有关， i 1 又与地层导电能力有关，因而，通过测量 E 2的大小，便可测量介质的导电能力。

在均匀无限介质的条件下，通过求解电磁场的基本方程可得出，接收线圈中，总适应电动势的表达式：该式展开后，可简化为：上式中，虚部是无用信号，实部与σ成正比，是有用信号，二者相位上差90°。

这就是感应测井的基础。

上式的得出是忽略了三次方以上的高次项的结果，是忽略了趋肤效应影响的一种近似方法。

这样就可把有用信号看作是介质各部分所引起的感应由动势线性相加的结果，这种方法就是“几何因子”理论。

几何因子理论要点：①认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生作用（即幅度衰减和相位移动场可忽略）②认为电磁波瞬间便可通过地层，（而实际地层中电磁波传播速度仅为自由空间的0.15% ）。

根据几何因子理论，得到的接收线圈中的有用信号为：dE 2 = kgσ· ds几何因子 g 的物理意义：在均匀无限介质中，任意一点上截面积为一个单位的单元介质环对总信号的相对供献。

二、均匀介质双线圈系感应测井的电磁理论1．传播效应（趋肤效应）2．麦克斯韦方程组及其解3．感应测井信号的虚、实分量第二节感应测井线圈系特性空间各部分介质对总的感应电动势贡献大小是由每部分介质的电导率与它的几何因子两部分因素决定的，因此，必须研究几何因子的空间分布，才能研究各部分介质对感应电动势的贡献，而几何因子的空间分布与线圈系结构有关，因而必须研究线圈系的特性。

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。