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1、地球物理测井课件,河北工程大学主讲人：周俊杰,2.5微电极系测井,为了提高纵向分辨能力，不漏掉薄层和求准目的层厚度；直观地判断渗透层；准确地测出冲洗带电阻率等目的，建立了微电阻率测井。,一、微电极系测井原理,为达到上述目的，设计了一个电极距很小，但测井结果又不受泥浆影响的井下装置微电极系，其外貌结构见图4-1所示。 在主体上装有三个弹簧片扶正器，弹簧片之间的夹角为120，其中一个弹簧片上装有硬橡胶绝缘极板，极板上嵌有三个电极A、M1、M2，A为供电电极，M1和M2为测量电极，电极间的距离均为0.025m。弹簧片扶正器使电极系紧贴井壁进行测量，消除泥浆对测量结果的影响。,一、微电极系测井原理,按
2、等距离直线排列在极板上的三个电极组成两种不同类型的微电极系。其中A0.025M10.025M2为微梯度电极系，其电极距是0.0375m；A0.05M2组成微电位电极系，它的电极距为0.05m。 微电位电极系的探测深度为100mm，微梯度为40mm。因此前者所测视电阻率主要反映渗透层井段的冲洗带电阻率；而后者测量的结果主要反映泥饼电阻率。,一、微电极系测井原理,为保证微电位和微梯度电极系在相同的接触条件下测量，必须采用微电位和微梯度同时测量的方式进行测井，其原理线路见图。这种测量方式不仅避免了接触条件影响，而且提高了效率。为保证纵向分辨能力强的特点，测井时电极系提升速度不宜过快。,一、微电极系测
3、井原理,微电极系测井的视电阻率曲线，除受泥饼、侵入带、原状地层的影响外，还与极板形状和大小有关，其视电阻率表达式为式中U微梯度测井时，U=UM1M2；微电位测井时，U=UM2N为对比电极，一般用主体作N极）；K微电极系系数，与电极距、极板的形状和大小有关，一般在微电极系校验池中测量得到。每次测井前均应作K值校验工作，以确保测井曲线的可靠性。,二、微电极系测井曲线,通常采用重叠法将微电位和微梯度两条测井曲线绘制在成果图中，见图4-3。两条曲线在有的井段是重合的，有的井段是分离的，曲线分离叫有幅度差。,二、微电极系测井曲线,当微电位曲线幅度大于微梯度曲线幅度时，称“正幅度差”；当微电位曲线幅度小于
4、微梯度曲线幅度时，称“负幅度差”，渗透层井段在微电极系曲线上的基本特征就是有幅度差，因为渗透层大部分都有泥浆侵入，侵入结果使井壁上有泥饼和形成冲洗带，一般冲洗带电阻率Rxo比泥饼电阻率Rmc大5倍以上。所以探测深度不同的两种微电极系所测的视电阻率必然出现幅度差，且一般为正幅度差。幅度差的大小决定于Rmc/Rxo值以及泥饼的厚度。,二、微电极系测井曲线,非渗透性地层处的微电极系曲线无幅度差或有正、负不定的较小的幅度差。 在砂泥岩剖面中泥岩是常见的非渗透性岩层，其电阻率较低，见图4-3中1525 m1531 m井段。泥质粉砂岩，随泥质含量的增多微电极曲线幅度下降，而且幅度差变小。,非渗透性的石灰岩
5、和白云岩薄层在微电极系曲线上幅度极高且无幅度差或者具有很小的正、负不定的幅度差，见图4-3中15681568.7 m井段曲线特点，该层是夹在砂岩和泥质粉砂岩中的石灰岩薄层。,三、微电极系测井资料应用,1划分岩性剖面 首先利用微电极系曲线是否有幅度差这一特点，将渗透层和非渗透层区分开。再根据曲线的幅度大小和幅度差的大小详细地划分岩性。,含油砂岩和含水砂岩都有明显的幅度差。如果岩性相同，含水砂岩的幅度和幅度差都略低于含油砂岩，砂岩的含油性越好，这种差异越明显。这是由于砂岩的冲洗带中有残余油存在的缘故。如果砂岩含泥质较多，含油性变差，则微电极曲线幅度和幅度差均要降低。,泥岩微电极曲线幅度低，没有幅度
6、差或有很小的正、负不定的幅度差，曲线呈直线状，具有砂泥岩剖面中典型的非渗透性岩层的曲线特征。 致密灰岩微电极曲线幅度特别高，常呈锯齿状，有幅度不大的正或负的幅度差。,灰质砂岩微电极曲线幅度比普通砂岩高，但幅度差比普通砂岩小。 生物灰岩微电极曲线幅度很高，正幅度差特别大。孔隙、裂缝性石灰岩微电极曲线幅度比致密石灰岩低得多，一般有明显的正幅度差。,三、微电极系测井资料应用,2确定岩层界面 微电极曲线的纵向分辨能力较强，划分薄互层组和薄夹层比较可靠。渗透层的界面可用两条微电极曲线的分歧点的深度位置来确定。一般砂泥岩剖面中划分渗透层多以微电极曲线作为主要依据。,三、微电极系测井资料应用,3确定含油砂岩
7、的有效厚度 由于微电极曲线具有划分薄层和区分渗透和非渗透性岩层两大特点，所以利用它将油气层中的非渗透性的致密薄夹层划分出来，并把其厚度从含油气层总厚度中扣除就得到油气层的有效厚度。,三、微电极系测井资料应用,4确定井径扩大井段 在井内如有井壁坍塌形成的大洞穴或石灰岩的溶洞（当洞穴直径大于微电极系扶正器的直径）时，在这些井段中微电极系的极板悬空，所测视电阻率曲线幅度降低，接近于泥浆电阻率幅度。,2.6聚流电极系电阻率法测井,对于普通电极系电阻率法测井，在地层比较厚、油层电阻率不太高，并且泥浆电阻率不是太低的情况下，能够获得较好的结果。然而，有时会遇到钻井泥浆的矿化度很高（盐水泥浆）、地层电阻率很
8、高并且很薄，因而邻层和围岩的影响很大的情况。这时泥浆的分流作用很强，大部分供电电流进不到地层中去。为了解决这个问题，发展了带聚流电极的电阻率法测井。,2.6聚流电极系电阻率法测井,按电极系结构特点和电极数目不同，聚流电极系电阻率测井又分为：三电极侧向测井、七电极侧向测井、微侧向测井、邻近侧向测井和微球形聚焦测井。 在这里主要讲述三侧向测井原理及应用。,一、基本原理,三侧向测井的基本原理是在主供电电极两侧加上两个屏蔽电极，并向屏蔽电极供以相同极性的电流，使其电位与主电极相等，迫使主电极电流不能在井眼中上下流动，而成水平片状进入地层，把井的分流作用和围岩影响减到最小。由于迫使电流只向侧向流动，电流
9、的方向垂直于电极系的轴线，因此称作侧向测井。,一、基本原理,中间的电极A0称为主电极，上下两侧的电极A1、A2称为屏蔽电极，主电极和屏蔽电极之间有很薄的绝缘层将它们隔开。 电极的记录点为主电极的中点。 屏蔽电极A1和A2是用导线连接在一起的，彼此短路。主电极A0与屏蔽电极A1、A2通以相同极性的电流并保持等电位。,一、基本原理,在测量过程中，当电极系运行到不同电阻率的地层时，A0与A1、A2的电位将不相等。它们之间的电位差就会被传送到专门的装置，自动调节装置就会自动调节供给A1、A2的电流，以保持整个电极系处于等电位状态。主电极的电流I0被A1、A2屏蔽电极的电流I1、I2所屏蔽，不能像普通电
10、极系供电电流那样向各个方向流动，只能近似成水平片状进入地层。,一、基本原理,主电极和屏蔽电极之间的电位平衡可以通过多种方法实现，常用的一种是在主电极和屏蔽电极之间加一个数值很小的电阻，使主电极和屏蔽电极基本上处于相同的电位。,3.测得的视电阻率,由于主电极电流成薄片状水平进入地层，它的接地电阻可以看作是电流片范围内井内泥浆电阻rm、侵入带电阻ri和地层未被侵入部分的电阻rt在水平方向上串联起来的结果 r0rmrirt（3.3） 画成等效电路，如图。,一、基本原理,在测量过程中要保持三点： 主电极的电位与屏蔽电极之间的电位相等，若不相等通过自动调节装置供给一个屏蔽电流给屏蔽电极，使之相等。 主电
11、极和屏蔽电极之间的电流极性相等。 I0恒定，主电极电流强度恒定。,2.三侧向电极,A0主电极，A1、A2为屏蔽电极书写,1.7,1.7,0.15,0.025,0.025,3.测得的视电阻率,V是电极表面的电位，I0位主电极的电流强度，K是一个与电极的尺寸和结构有关的常数，称为三电极侧向测井的电极系数。 可用实验方法或理论计算方法求得电极系数K。 实验方法是把电极系放入电阻率为已知的均匀介质中，（已知电阻率溶液的大水池中），根据测得电极表面的电位和主电极电流强度反算出,L0=Lm+2e L=L0+2L屏L0判断三侧向测井划分地层薄层异常。,二、三侧向测井仪工作原理,利用屏蔽电极使主电极的电流“聚
12、焦”并水平进入地层，以克服井内液体的分流作用。由于聚流后的主电流成水平片状，所以电流片上下介质对测量结果的影响就大大减小。为了达到使主电流“聚焦”成水平片状，就必须使主电极和屏蔽电极之间的电位差为零，并且，当电极系在井内移动时，能自动调整屏蔽电极的电流，使主电极“聚流”状态不受周围介质电阻率不断变化的影响。,二、三侧向测井仪工作原理,为了说明主电流经过的空间各部分对测量结果的相对影响，引进所谓几何因子的概念。几何因子是指与介质空间位置、体积大小和形状等几何因素有关的各种影响因素的总和。几何因素的影响是和电极系聚流能力紧密相关的，主电流经过的整个空间的几何因子看作是1，这样，空间各部分对接地电阻
13、的贡献，可以看作是各部分几何因子与它的电阻率两部分影响的总和，写成视电阻率的表示式为 RaJmRmJiRiJtRt （3.4） 式中Jm、Ji和Jt分别为泥浆、泥浆侵入带和岩层未被侵入部分的几何因子。,三、影响视电阻率的因素,三侧向视电阻率，一方面决定于介质的电阻率，另一方面又决定于和电极系特点有关的几何因子。,电极系长度L、电极系直径dn、主电极长度Lm和电极间距离（即绝缘物厚度e），对视电阻率都有影响。,三、影响视电阻率的因素,探测深度:指在这个范围内主电极的电流片厚度没有明显增大，主电极接地电阻和这部分介质的关系还比较密切，而超出这个范围电流片则明显变厚。 电极系总长度L愈大主电流聚焦愈
14、好，成层状的电流束进入地层的深度就愈大。实际上屏蔽电极也不能做得很长。做得太长，会给运输和下井带来不便，其次，井底不能测量的地层段也会太长(主电极只能下到离井底还差一个屏蔽电极长度的地方),第三，屏蔽电极的屏蔽作用也不会随屏蔽电极长度的增加而无限增大。,三、影响视电阻率的因素,当L大于地层厚度h时，Ra随着L的增加而增加，但增加得很少。分析不同层厚的曲线表明，电极系越长主电流聚焦得越好，但L大到一定长度后，无论厚层还是薄层，改变电极系长度，对侧向测井探测深度都不会产生多大的影响。一般认为，电极系总长度保持在6d至15d较好。,三、影响视电阻率的因素,根据L和探测深度的关系，通过改变屏蔽电极长度
15、和B电极的位置，可构成探测深度不同的三侧向电极系。把B电极放在电极系之外距电极系较远的地方（可看作是无穷远），这种电极系探测深度较大，称为深三侧向电极系。如将B电极分成两个，并分别放在电极系内靠近A1、A2的地方，则主电流片发散较快，其探测深度相应减小，这种电极系称为浅三侧向电极系。,三、影响视电阻率的因素,2主电极长度L0的影响 (a）在厚地层（h L)，一般情况下，L0的变化对视电阻率影响不大。 (b)在薄地层，L0增加，视电阻率将降低。L0愈小，视电阻率极大值Ramax愈接近Rt。当L0 h时，Ra急剧下降，并趋于围岩电阻率。这是因为L0增大使电流片变厚，通过围岩的电流增多，接地电阻变小
16、，则Ra接近围岩电阻率。,三、影响视电阻率的因素,2主电极长度L0的影响 L0 时，Ramax随 减小而迅速减小；L0 时，Ramax基本上和L0无关；L0的影响随 的增大而增加。 可以根据所研究地区地层剖面特点和分层要求，适当选择L0。,三、影响视电阻率的因素,3电极系直径对视电阻率的影响 电极系直径对视电阻率也有一定影响，电极系直径愈小，从电极系到井壁之间的泥浆层厚度愈大，因此泥浆的影响愈大。但是，泥浆层厚度和电流片深入到地层的深度相比，是很小的。即使在泥浆电阻率较高的情况下，由于电极系直径不同而引起的视电阻率变化也不大。我国使用的深探测三电极侧向测井电极系的尺寸如下：L3.6m，Lm0.
17、15m，e0.025m，Lo0.17m，dn0.089m,三、影响视电阻率的因素,4井眼直径和泥浆的影响 如果井眼没有明显扩大，井内充满高矿化度泥浆，井眼直径对所测视电阻率的影响基本上可以忽略。 当井眼直径比电极系直径大很多时，就会使测量电流散开，泥浆分流影响很大。因为电流层的截面积增大，接地电阻减小，于是所测视电阻率值下降。在这种情况下，就需要进行井眼影响校正。,三、影响视电阻率的因素,5层厚和围岩的影响 对于厚度小于或接近于主电极长度L0的高阻地层，视电阻率受围岩的影响比较明显，这种情况可以用图3. 10a定性说明。地层厚度愈小，地层电阻率比围岩电阻率愈高，则围岩的分流影响愈大，使视电阻率
18、降低愈多。,5层厚和围岩的影响 在地层为低阻时，测得的视电阻率值将比地层的真电阻率值大。这是因为围岩电阻率较高，使测量电流向低电阻地层集中，减小了电流层的横截面积，使电阻值增大，比值Rs/Rt愈大，地层愈薄，视电阻率增大愈明显，如图3. 10b所示意。,三、影响视电阻率的因素,5层厚和围岩的影响 对于围岩影响，可以利用类似图3.11所示的这一类图版进行校正。进行校正时，要根据所采用的三侧向电极系选择合适的图版。,三、影响视电阻率的因素,6侵入带影响 泥浆侵入带的影响一方面和电极系的聚焦能力有关，另一方面则和侵入带深度及侵入带电阻率有关。侵入带愈深，或电极系聚焦能力愈差，则侵入带几何因子Ji对R
19、a的影响将相对地增加。同样，Ri增大时，它对Ra的影响也相对增加。一般情况下，泥浆高侵比泥浆低侵对视电阻率Ra影响大。,四、测井曲线,单一高阻岩层的三侧向视电阻率曲线 在单一高阻岩层情况下，上下围岩的电阻率相同，形态如图 基本特征：随厚度的增加，极大值增加，厚度一定时，极大值不再增加。电极距大于厚度时，极值点位于岩层的中部，当电极距小于厚度时，出现两个极大值，岩层中部会出现极小值。曲线在岩层中部呈对称分布分层点位于曲线急剧上升点。,四、测井曲线,三侧向与电位电极系的比较,四、测井曲线,三侧向与电位电极系的比较 三侧向电极系看成是具有屏蔽聚焦作用的一种极端情况下的电位电极系，这种极端情况就是电极
20、距为零，具有屏蔽作用,四、测井曲线,间互岩层的三侧向视电阻率曲线 由于三侧向电极系具有聚焦作用，且主电极的长度有很小，因此在三侧向视电阻率曲线上邻层的影响不大。,右图为不同电阻率、不同厚度岩层组成的岩层组上测得的三侧向视电阻率曲线极普通电阻率测井曲线，由图可见，岩层之间存在着较明显的电阻率差别。,四、测井曲线,间互岩层的三侧向视电阻率曲线 普通电阻率测井曲线（无论梯度还是电位电极系），由于邻层影响和井液影响严重，视电阻率曲线不能很好的反映出岩层电阻率的变化。短电极距梯度电极系的视电阻率曲线对岩层界面的反应比普通要清楚，但它的视电阻率值由于井液的影响而降低，且岩层电阻率越高，视电阻率值降低越厉害
21、。长电极距梯度电极系的视电阻率曲线仅能反映出岩层组中电阻率特别高的部分。三侧向视电阻率曲线则能清楚地反映出电阻率不同的各分层，且它的极大值接近于各分层的电阻率值。,五、曲线应用,1.划分岩性剖面。 三侧向测井曲线比普通电阻率测井曲线受井眼、围岩一层厚、侵入影响小，纵向分辨能力强，适于划分薄层。三侧向曲线上视电阻率急剧变化处定为高阻层的界面位置。,五、曲线应用,1.划分岩性剖面。,为河北省第一煤田地质勘探队某矿区钱9孔进行三侧向测井的实测结果。由图可见：三侧向s曲线变化陡突，分层精度高。例如：煤5和煤6（1/2），在普通s曲线受高阻围岩影响，煤层厚度不清楚，厚度定不准。但三侧向s曲线却反映清楚，
22、异常明显，易定出界面位置。 煤12的顶板有高电阻率岩层，由于高阻的屏蔽作用，在普通s曲线上呈过度渐变性，而三侧向s曲线上邻层屏蔽影响小，异常明显，反映清楚。 只要岩层中存在着一定的电性差异，三侧向s曲线就能把这种差异反映出来。,五、曲线应用,2.深浅三侧向判断油水层 判断油、水层。将深、浅三侧向曲线重叠绘制（两条曲线绘在同一坐标系中），以出现“幅度差”为描述渗透层的标志。 一般具有RmfRw条件时，在油层井段，通常是深三侧向视电阻率大于浅三侧向视电阻率，这种幅度差称“正幅度差”或称正差异，见图3-6中的上部渗透层；在水层井段，通常为深三侧向视电阻率小于浅三侧向视电阻率，这种幅度差称为“负幅度差”或称为负差异，见图3-6中的下部渗透层。,五、曲线应用,2.深浅三侧向判断油水层,
