测井课件第五章感应测井.pdf

第五章 感应测井第五章 感应测井 感应测井感应测井 （（Induction LoggingInduction Logging）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 感应测井感应测井 普通电阻率侧井、侧向测井方法只有在普通电阻率侧井、侧向测井方法只有在井内介质导井内介质导 电电时才能使用时才能使用; ; 感应测井用感应测井用交变电流的互感原理交变电流的互感原理测量地层的测量地层的电导率电导率; ; 感应测井对淡水泥浆、电阻率中到低的地层有较好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，因而在淡水砂泥岩剖面得到广泛的应用的应用价值，因而在淡水砂泥岩剖面得到广泛的应用 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1 1 感应测井原理感应测井原理 电磁感应原理电磁感应原理 PDF created with pdfFactory Pro trial version 一、井下仪器一、井下仪器 下井仪下井仪 线圈系线圈系 发射线圈发射线圈T T 接受线圈接受线圈R R 振荡器振荡器（（20kHz20kHz ）） 放大器放大器 相敏检波器相敏检波器 PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、定性原理二、定性原理 1 1、、给发射线圈给发射线圈T T供正弦交变电流供正弦交变电流I IT T；； 3 3、Φ、Φ1 1 在接受线圈中产生一次在接受线圈中产生一次 感应电感应电动势动势VxVx ；； 在地层中产生在地层中产生交变电流交变电流I IL L 4 4、、交变电流交变电流I IL L产生产生二次交变电磁二次交变电磁 场场ΦΦ2 2；； 5 5、在、在R R中产生中产生二次感应电二次感应电动势动势V VR R；； 2 2、在、在周围周围产生一次产生一次交变电磁交变电磁场场ΦΦ1 1；； ΦΦ1 ΦΦ2 PDF created with pdfFactory Pro trial version 一次感应电一次感应电动势动势VxVx与与发射电流发射电流I IT T相相差差9090o o（（滞后滞后） ；） ； 二次感应电二次感应电动势动势V VR R与与发射电流发射电流I IT T相相差差180180o o（（滞后滞后）） V VR R与与V VX X的相的相位关位关系系 PDF created with pdfFactory Pro trial version 三三、、DollDoll几何几何因因子子理理论论 1 1、、单元环单元环的的概念概念 将将地层地层分割成无数个以分割成无数个以井井 轴为轴为中中心心，，截截面面积很小积很小，， 半径不同半径不同的的圆环圆环，，这些圆这些圆 环环的的平平面面与与井井轴垂直轴垂直，，可可 把这些圆环看成把这些圆环看成导电线导电线 圈，圈，称之为称之为地层地层单元环单元环 （（Ground LoopGround Loop）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 2 2、、DollDoll几何几何因因子子理理论概述论概述 11、线圈系、线圈系周围周围的介质的介质是由是由无数个单元环组成无数个单元环组成; ; ∑∫ 全空间 dedeVR 22、发射线圈、发射线圈引起引起的的涡涡流流分别分别在在单元环单元环中流中流动动 ；； 33、、每个单元环都单独存每个单元环都单独存在在，，且且在接在接收收线圈中产线圈中产 生有用生有用信号信号de de 感应电感应电动势动势）；）； 44、接、接收收线圈中有用线圈中有用信号信号V VR R 感应电 感应电动势动势））是是所所 有有单元环单元环的有用的有用信号信号dede之和之和 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3 3、用、用几何几何因因子子理理论论导导出出V VR R 在通在通过过z z的的子午子午面面上上，，用用drdzdrdz 面面积元代表单元环积元代表单元环。。 以以线圈中线圈中点为坐标点为坐标原原点点，井，井 轴为轴为Z Z轴轴，，建建柱坐标柱坐标系系r r ϕ z z ; ; 设设介质介质关于关于Z Z轴轴旋转旋转对对称称; ; 取取一一个个半径为半径为r r的的单元环单元环，， 其其在在r rϕz z坐标坐标系中方系中方程为程为rr 常数常数，，zz常数常数; ; PDF created with pdfFactory Pro trial version （（1 1）、）、单元环单元环中感应电中感应电动势动势dede′ 、、涡涡流流dIdI ′ dt d de φ −φ（磁通量）（磁通量） ∫∫∫∫ ⋅⋅ SS SdHSdB rrrr φ H H（磁（磁场强度场强度）） 3 2 r M H π r T nISM 0 r 环 r de dI 积分面积 drdz r r σ π2 环 PDF created with pdfFactory Pro trial version （（2 2）、接）、接收收线圈中感应电线圈中感应电动势动势de de 单元环单元环中中涡涡流在流在空间形成空间形成二次交变电磁二次交变电磁场场，二次，二次 交变电磁交变电磁场又场又会会在接在接收收线圈中产生感应电线圈中产生感应电动势动势；； 因接因接收收线圈线圈很小很小，，设其设其中中心与心与井井轴轴重合重合，只，只要求要求 出出单元环单元环在井在井轴上轴上的磁的磁场强度场强度，，即即是是接接收收线圈中磁线圈中磁 场强度场强度；； 求求出出接接收收线圈中磁通；线圈中磁通； 即即可可求求出出dede PDF created with pdfFactory Pro trial version 接接收收线圈中感应电线圈中感应电动势动势dede Idrdz rSnn de RT RT σ ρπρ ω 33 3 0 22 8 − drdz rL L ISnn RT RT σ ρρπ ω 33 32 0 22 24 ⋅− L ISnn k RT π ω 4 2 0 22 − 33 3 2 RT rL g ρρ drdzkgdeσ PDF created with pdfFactory Pro trial version 33、接、接收收线圈中线圈中总总电电动势动势V VR R（二次磁（二次磁场场产生的）产生的） ∫ ∫∫∑ ∞ ∞− ∞ 0 drdzkgdrdzkgdeV R σσ 全空间 全空间 如如介质介质是是均匀均匀无无穷穷的，的，则则 ∫ ∫ ∞ ∞− ∞ 0 gdrdzkV R σ 1 0 ∫ ∫ ∞ ∞− ∞ gdrdz 可以可以证明证明 σkVR 所以所以 k V R σ PDF created with pdfFactory Pro trial version 4 4、、视视电导率电导率σσa a 非均匀非均匀介质介质 ∫∫ ≡ ∞ ∞− ∞ 0 drdzg k V R a σσ SSttiimma GGGGσσσσσ ∫∫∫∫∫∫∫∫ s s t t i i m m gdrdzgdrdzgdrdzgdrdzσσσσ SSttiimma GGGGσσσσσ PDF created with pdfFactory Pro trial version 5 5、、DOLLDOLL几何几何因因子子（（微微分几何分几何因因子子））g g的的物物理理意义意义 2 3 22 2 3 22 3 33 3 ] 2 [] 2 [ 22 Z L rZ L r rLrL g TR −⋅ ⋅⋅ ρρ 均匀均匀介质介质 drdzkgdeσσkVR gdrdz V de R 如如截截面面积积（（单元环单元环））drdz1drdz1，，则则 R V de g g g是是均匀均匀介质中介质中截截面面积为积为1 1的的单元环单元环的有用的有用信号信号占全占全空间空间 有用有用信号信号的的百百分分比比 , ,单元环单元环的的位位置置不同不同，， g g的大的大小不同。小不同。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 非均匀非均匀介质介质 ∫∫ ≡ ∞ ∞− ∞ 0 drdzg k V R a σσ g g是截是截面面积为积为drdZdrdZ的的单元环单元环真真电导率对电导率对视视 电导率电导率贡献贡献的的百百分分比比（相对（相对贡献贡献大大小小）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 6 6、、无无用用信号信号（互感电（互感电动势动势））V Vx x I L snni V TR x 3 2 0 2π ω − l由几何由几何因因子子理理论论得到得到 lVxVx与与电导率电导率无关无关 8 || || ≈ X R V V lV VR R与与VxVx相相位位相相差差90900 0 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2 2 探探测测特特性性 一、一、 双双线圈系的线圈系的探探测测特特性性 ∫ ∞ ∞− ≡gdZg r { }kEkkKk L k 121 2 22 −− η L r η 14 1 2 η k ∫ − 2 022 sin1 π θ θ k d kK θθ π dkkE ∫ − 2 0 22 sin1 1 1、、横横向向微微分几何分几何因因子子g gr r g gr r的的物物理理意义意义 厚厚度为度为1 1 ，，半径为半径为r r 的的无无限长限长圆圆筒筒 状状介质介质真真电导率对电导率对σσa的相对的相对贡献贡献。。 PDF created with pdfFactory Pro trial version a a、、半径不同半径不同的的圆圆筒筒介质的相对介质的相对贡献贡献大大小小 要增要增大大探探测测深深度度，，需要增需要增大线圈大线圈距距 b b、、ηη0.450.45时，时，g gr r达达到到极极大值，大值，说明说明 ηη0.450.45 处处介质对介质对σσa a的的贡献最贡献最大大 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2 2、、横横向向积分几何积分几何因因子子GrGr kE k k kE k k drgG r rr 2 1 2 1 1 2 0 2 − −≡ ∫ 意义意义表表示示半径为半径为r r的的无无限长限长圆柱圆柱介质介质对对σσa的的 相对相对贡献贡献。。 探探测测半径半径 Gr0.5Gr0.5时的时的半径半径 PDF created with pdfFactory Pro trial version a. a.因因g gr r0,0,故故GrGr是是随随 r r单单调递减调递减的的。。 b.b.当当r0r0，，Gr0Gr0，， r r→∞→∞,Gr1,Gr1 c.Gr0.5c.Gr0.5的的圆柱圆柱体体半半 径径作作为为探探测测半径半径（（约约 0.80.8米米）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 设设Z Z轴轴原原点点在在双双线圈系中线圈系中点点 ∫ ∞ ≡ 0 gdrg Z 3 3、、纵纵向向微微分几何分几何因因子子g gz z        ≥ ≤ 2 , 8 2 , 2 1 2 L Z Z L L Z L 意义意义表表示纵示纵坐标为坐标为Z Z，，厚厚度为度为1 1的的无无限延伸限延伸 的水的水平平状状介质介质，对，对σσa 的相对的相对贡献贡献。。 PDF created with pdfFactory Pro trial version a. T,Ra. T,R之间之间地层对地层对σσa a 贡献最贡献最大，大，之之外外的介质的介质 贡献按贡献按1/z1/z2 2减减小。小。 b. gb. gz z决决定定纵纵向向分分辨辨率率。。 要提高纵要提高纵向向分分辨辨率率, , 减减小小L L PDF created with pdfFactory Pro trial version 4 4、、纵纵向向积分几何积分几何因因子子G GZ Z ∫ − ≡ Z Z ZZ dZgG        ≥− ≤ 2 , 4 1 2 , L Z Z L L Z L Z 意义意义厚厚度为度为2z2z的地层的地层对对σσa a的相对的相对贡献贡献，，及及 围围岩的岩的影响影响 PDF created with pdfFactory Pro trial version a.Gza.Gz曲曲线线与与GrGr相相似似，， 单单调增加调增加 b. z0,Gz0;b. z0,Gz0; z z→∞→∞,Gz1,Gz1 PDF created with pdfFactory Pro trial version 探探测测深深度度浅浅（（r0.8m;r0.8m; 分分辨辨率低率低h2mh2m，，Gz0.7;Gz0.7; 无无用用信号信号比比有用有用信号信号幅幅度度高高几几十甚至十甚至上上千倍千倍。。 5 5、、双双线线探探测测特特性性 PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、二、复合复合线圈系线圈系 T T1 1R R1 1主主线圈对线圈对，，各各100100匝匝 T T2 2R R2 2补偿补偿线圈对线圈对，，各各-25-25匝匝，， 减减小小井井影响增加探影响增加探测测深深度度 T T3 3R R3 3 聚焦 聚焦线圈对线圈对，，各各-7-7匝匝，， 提高提高分分层能层能力力，，减减小围小围岩岩影响影响。。 由由l l个个串连串连的发射线圈的发射线圈和和mm个个串连串连的接的接收收线圈线圈构构 成成的的复合复合线圈系，线圈系，将将有有l lmm个个双双线圈系，线圈系，总探总探 测测特特性性是这些是这些线圈系线圈系叠叠加加的的结果结果。。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 0.8m0.8m六六线圈系线圈系探探测测特特性性 横横向向微微分分、、积分几何积分几何因因子子 PDF created with pdfFactory Pro trial version 纵纵向向微微分分、、积分几何积分几何因因子子 PDF created with pdfFactory Pro trial version 15031503型型双双感应感应 PDF created with pdfFactory Pro trial version 15031503型型双双感应感应探探测测特特性性 ①① 井井径径d0.3md0.3m，中，中 感应感应GrGr≈≈0 0，而，而当当 d2m，，半半幅幅点点对应地层对应地层界界面面 二、二、确确定定Rt →→ SwSw σa a Rt 井井眼眼、、侵入侵入、、围围岩岩- -层层厚厚校校正正 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3 0 3 2 cos 2 cos T T T R ISnM H πρ θ πρ θ ∫∫∫∫ ⋅⋅ SS SdHSdB rrrr φ 返回 PDF created with pdfFactory Pro trial version 毕毕沙沙定定律律 圆形圆形电流电流上上电流电流元元dldl在在轴轴线线 上上任任一一点点P P处处（（离离电流电流元元距距 离离为为R R）的磁感应）的磁感应强度强度dBdB为为 3 4R RlddI Bd rr r π 返回 PDF created with pdfFactory Pro trial version