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第三章 側向測井 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井來求地層電阻率；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，進入測量層的電流很少。測量的視電阻率曲線變化平緩，不能用來劃分地層巖性，無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，提出了側向測井（聚焦測井）。它的電極系中除了主供電電極之外，上、下還裝有兩個極性相同屏蔽電極。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視電阻率的影響。 側向測井的種類較多，有三側向、七側向、雙側向及微側向、鄰近側向、微球形聚焦測井等。 第一節(jié) 三側向測井 一、三側向測井電極系 不同電阻率測井法的區(qū)別，主要反映在它們的電極系上，所以研究側向測井的原理，主要討論這種電極系的工作原理。 三電極側向測井簡稱三側向測井，根據(jù)探測深度不同可以分為深三側向電極系和淺三側向電極系。兩種電極系的工作原理相同，以深三側向為例介紹三側向測井的工作原理。 1. 深三側向電極系及其電場分布 深三側向測井電極系由三個金屬圓柱體組成，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，它們對稱地排列在主電極兩側，且相互短路。在電極系上方較遠處設有對比電極N和回路電極B。 測量時，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)。通過裝置調節(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沿井軸方向流動，而絕大部分呈水平層狀進入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，使三側向具有較高的分層能力。 2. 淺三側向電極系及其電場分布 在三側向測井中，為了準確了解徑向電阻率（如侵入帶電阻率和原狀地層電阻率）的變化，提出了淺三側向測井。淺三側向測井的探測深度較淺，其電極系結構如圖所示。 淺三側向電場分布特點是：屏蔽電極A1、A2的尺寸比深三側向測井要短，減弱了屏蔽電流對主電流的控制作用，并在和外面加上兩個極性相反的電極B1和B2，作為主電流和屏蔽電流的回路電極，使主電流Io徑向流入地層不遠處即發(fā)散。 所測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。 實際應用的深、淺三側向電極系尺寸如下（單位為m），其中電極上面的數(shù)值表示該電極的長度，兩個電極之間的數(shù)值表示電極之間相隔的距離。 儀器全長3.6m，儀器直徑為0.089m，Kd、Ks分別表示深、淺三側向電極系系數(shù)。 二、三側向測井測量原理 測井過程中主電流Io保持不變，隨井周電阻率的變化Io產生的電場會發(fā)生改變，即UAo發(fā)生變化。儀器自動調節(jié)屏蔽電流Is以保證在測井過程中維持平衡條件UAo=UA1=UA2，以保證主電流以垂直地層方向流出。 三側向電極系的深度記錄點在主電極A0的中點，測量信號記錄主電極中點與對比電極N之間的電位差ΔU，三側向視電阻率的表達式為： 三、三側向理論視電阻率曲線特征 當上下圍巖電阻率相等時，在單一高阻層井段，深三側向視電阻率曲線關于地層中心對稱，對應地層中心視電阻率出現(xiàn)極大值；當上、下圍巖電阻率不等時，則Ra曲線呈不對稱形狀，且極大值移向高阻圍巖一方。 視電阻率讀數(shù)一般取地層中點的視電阻率值或取地層中部的幾何平均值。 四、三側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，包括電極系長度、主電極長度及電極系直徑。電極系愈長，主電流聚焦越好，主電流進入地層的深度也越深。 計算表明，當電極系尺寸大到一定程度后，則改變電極系長度，對探測深度幾乎沒有什么影響。另外，主電極長度對曲線的縱向分層能力有影響，主電極越短，分層能力越強。所以，為劃分地層剖面，應選擇合適的主電極長度。 2. 層厚和圍巖的影響 當?shù)貙雍穸却笥?L時，圍巖對測量的Ra基本上沒有影響，然而對厚度小于或接近于L的地層， Ra受圍巖影響比較明顯，層厚較薄時，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，侵入越深或電極系的聚焦能力越差，侵入帶的影響則相對增加。在侵入深度相同條件下，隨著侵入帶電阻率的增加，它對Ra的影響也相對增加，并且增阻侵入比減阻侵入對Ra影響更大些。 3. 高阻鄰層的影響 一般相鄰高阻層對Ra讀數(shù)影響較小。 如圖中有上下兩個高阻層，相距4倍井徑，約1.2m，當下層電阻率由10Rm變到100Rm時，上層的Ra只變化10％。 五、三側向測井資料應用 1.劃分巖性剖面 三側向測井受井眼、層厚、圍巖的影響較小，分層能力較強，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. 深淺三側向曲線重疊法判斷油水層 將深、淺三側向測井曲線重疊繪制在同一坐標系中，在油層（泥漿低侵）處，一般深三側向的視電阻率值大于淺三側向的視電阻率的值，曲線出現(xiàn)“正幅度差”；在水層（泥漿高侵）處，一般深三側向的視電阻率值小于淺三側向的視電阻率值，曲線出現(xiàn)“負幅度差”。以幅度差來判別滲透層中所含的流體。 3. 確定地層的真電阻率 對三側向測井視電阻率的影響因素可歸結為井眼、圍巖-層厚、侵入三個方面，因此可將三側向視電阻率經過圖版校正即可得到巖層的真電阻率Rt。 首先進行井眼校正 當所解釋的巖層相當厚，無侵入時，該值可作為巖層的真電阻率值，否則必須進行校正。 其次進行圍巖-層厚校正 最后進行侵入校正 通過侵入校正得到地層的真電阻率和侵入帶直徑。首先“利用選擇進入校正圖版”選擇合適的侵入校正圖版。 用三側向視電阻率求巖層真電阻率時，必須按照井眼校正，圍巖-層厚校正、侵入校正順序進行，校正順序不能任意顛倒。 六、三側向測井的優(yōu)缺點 優(yōu)點：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0.4～0.5m的薄層；（3）探測深度比普通電阻率測井深。 缺點：當侵入較深時（di>1.6m），深三側向測出的視電阻率曲線受侵入帶影響較大，使得深三側向的探測深度不夠深，受侵入帶影響大；淺三側向的探測深度又不夠淺，導致了在滲透層處，深淺三側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) 七電極側向測井 計算表明，當電極系尺寸大到一定程度后，改變電極系長度，對探測深度幾乎沒有什么影響。為了加大深三側向電極系的探測深度和減小淺三側向電極系的探測深度，不能只靠改變屏蔽電極的長度來達到目的，只能從改變電極系的結構入手解決問題。 七側向電極系通過調整電極系的分布比來改變屏蔽電流的大小，使其對主電流的控制作用加強或減弱，從而確定理想的探測深度，七側向電極系測井簡稱七側向測井。 一、七側向電極系 1. 深七側向電極系 由七個很小的金屬環(huán)狀電極組成，主電極A0居中，上下對稱分布三對電極，其中兩對監(jiān)督電極M1、M2和M1’、M2’，最外側為一對屏蔽電極A1、A2?；芈冯姌O和測量電極N在電極系上方較遠處。 M1、M1 ’和M2、M2’的中點分別為O2和O1 ， L=O1O2為深七側向電極系的電極距。 Lo=A1A2為電極系長度。通過調節(jié)電極系的分布比S=LO/L的大小調整屏蔽電流IS，加強對主電流Io的控制作用，實現(xiàn)增加探測深度的目的，一般S=3~3.5。電極系的記錄點為A0的中點。 2.淺七側向電極系 將回路電極分為兩部分B1、B2對稱放在深七側向屏蔽電極A1、A2的外側，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深度減小。 二、測量原理 測量時主電極發(fā)出恒定主電流Io，同時屏蔽電極發(fā)出與Io同極性的屏蔽電流Is，電路自動調節(jié)Is的大小，使得在測量過程中始終保持兩對監(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，沿井軸方向無分流。同時測量任一監(jiān)督電極與對比電極N之間的電位差，N離供電電極較遠可認為UN=0。視電阻率的表達式為： 上式中K為七側向電極系系數(shù)?？梢栽趯嶒炇抑袦y定，也可以通過下式進行計算： η1為屏蔽電流和主電流的比值，稱為屏流比。 深七側向電極系： 電極系參數(shù)：分布比S=3.27；電極系系數(shù)Kd=0.638m；電極 系長度Lo=2.07m；電極距L=0.632m。 淺七側向電極系 電極系參數(shù)：分布比S=2.4；電極系系數(shù)Ks=1.175m；電極 系長度Lo=1.07m；電極距L=0.437m。 七側向測井視電阻率曲線特點與三側向相似，深淺七側向電阻率值用RdLL7和RsLL7表示。用RdLL7和RsLL7求巖層的真電阻率值，需用七側向校正圖版進行井眼、圍巖-層厚、侵入校正。 三、七側向測井的優(yōu)缺點 七側向測井屏蔽電流對主電流的控制作用比三側向強，探測深度比三側向有所改進。 但由于深、淺七側向電極距不同，兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，縱向分辨能力不同，給資料解釋帶來困難。 三側向測井探測深度較淺，雖然七側向測井探測深度有所改善，但深淺側向電極系的電極距不同，所測兩條視電阻率曲線受圍巖影響不同，給解釋工作帶來困難。為此開發(fā)了雙側向測井，目前常與微球形聚焦測井組合使用，一次可測得井孔內徑向各帶電阻率參數(shù)。 第三節(jié) 雙側向測井 一、雙側向電極系及電場分布 電極系采用兩個柱狀電極和七個體積較小的環(huán)狀電極。其中Ao是主電極，兩對監(jiān)督電極M1和M1’、M2和M2’以及一對環(huán)狀屏蔽電極A1和A1’，為增加探測深度，外加一對柱狀屏蔽電極A2 和A2’ 。 Ao居中，每對電極對稱地分布在Ao兩側，并短路相接。電極系深度記錄點為主電極的中心。 淺側向電極系中兩個柱狀電極A2和A2 ’為回路電極B1和B2。在電極系較遠處裝有對比電極N和深側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。 深側向電極系由于增加了一對柱狀屏蔽電極，對主電流的控制作用加強，電極系的探測深度加深，主電流徑向流入地層至很遠處才發(fā)散與回路電極B形成回路。測量結果主要反映原狀地層的電阻率。 淺側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，探測深度較淺，所測得的視電阻率主要反映侵入帶的電阻率。 二、雙側向測井測量原理 測量時Ao電極供以恒定電流Io，兩對屏蔽電極A1和A1’ 、 A2 和A2 ’流出相同極性的屏蔽電流Is、Is’ ，通過自動調節(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，測量任一監(jiān)督電極M1和無窮遠電極N之間的電位差UM1。在主電流Io恒定不變的情況下，測得的電位差和介質的視電阻率成正比： 其中K為雙側向的電極系系數(shù)，深側向測井K=Kd，淺側向測井K=Ks可由實驗或理論計算獲得；UM1為監(jiān)督電極M1上的電位；Io為主電流。深淺側向測井視電阻率用Rlld和Rlls表示。 深淺側向測井兩種視電阻率曲線的特點基本一致。當上下圍巖電阻率相同，單一高阻層的雙側向視電阻率曲線關于地層中點對稱，深側向在地層上下界面附近出現(xiàn)兩個小尖，隨厚度增加這兩個小尖逐漸消失；讀數(shù)應取地層中部的視電阻率數(shù)值，小尖不作地質解釋。 雙側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、雙側向測井資料的應用 1.確定地層的真電阻率 深淺側向測井視電阻率Rlld和Rlls經井眼、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 應用深淺雙側向測井視電阻率校正求得地層電阻率過程中校正順序為井眼、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，雙側向的分層能力較強，視電阻率曲線在不同巖性的地層剖面上顯示清楚，一般層厚在0.6m以上的地層都可分辨，如果與鄰層電阻率差異較大，其厚度在0.4m時亦可以有明顯的異常變化。 （3）視電阻率曲線重疊，快速直觀判斷油（氣）水層 可利用兩者視電阻率曲線的幅度差，直觀判斷油(氣)、水層。在油(氣)層處，曲線出現(xiàn)正幅度差；在水層，曲線出現(xiàn)負幅度差。深、淺側向在滲透層處產生的幅度差，與泥漿濾液侵入深度和Rmf/R w比值有關。 當泥漿濾液侵入深度超過深側向探測范圍時、深、淺側向的視電阻率讀數(shù)幾乎一樣。對油(氣)層無正差異，對水層無負差異，解釋有困難。因此不能單憑正負幅度差大小來劃分油(氣)、水層，應綜合判斷。