电磁波测井的现状和发展趋势

电磁波测井

第19卷　第2期

2004年6月(235～237)

地　球　物　理　学　进　展

PROGRESS　IN　GEOPHYSICS

Vol.19　No.2June　2004

电磁波测井的现状和发展趋势

刘四新,　佟文琪

(吉林大学地球物理系,长春130026)

摘　要　作为地球物理测井重要手段之一的电磁波测井能够同时测量井周地层的电导率和介电常数,而这些常数对于评价地层的含油性是至关重要的.前苏联在这方面的研究起步最早,并取得了重要的成果.而目前投入商用的主要美国等石油公司的产品.我国在这方面的研究也起步较早,但由于技术上的原因,.在未来的发展中,应针对一些理论和技术上的难点分别突破,.关键词　电磁波测井,电导率,介电常数,含油性

中图分类号　P631　　　　　文献标识码　A　　　　　()203

Thesituationagneticwelllogging

IU2xin,　TONGWen2qi

(mentofGeophysics,JilinUniversity,Changchun130026,China)

Abstract　Asimportanttoolofgeophysicalwelllogging,electromagneticwellloggingisabletomeasuretheconductivityanddielectricconstantofsurroundformation,whichareveryimportanttoevaluatetheoilsaturation.FormerSovietUnioninitiatedthisresearchveryearlyandachievedmanyresults.ButthecurrentcommercialproductsareallfromUnitedStatesandothercountries.Ourcountrystartedthisresearchearly,buttherearenocommercialproducts.Inthefuture,weshouldovercomesometheoreticalandtechnicaldifficulties,andputoutourelectromagnetictoolandinterpretationtech2nique.

Keywords　electromagneticwelllogging,conductivity,dielectricconstant,oilsaturation

0　引　言

电磁波测井可以同时测量井眼周围地层电导率

和介电常数,这些参数对评价钻孔附近一些特殊储集层具有非常重要的意义[1].具体可以解决两方面的问题:

(1)低阻油层的问题,这是一种油层和水层同为低阻或高阻的情况.

(2)油田开发过程中水淹层测井,开发过程中注水的电阻率是不一定的.

对于这一类特殊的储集层来说,用常规测井方法很难区分油水层,但利用电磁波测井所测介电常数可在高阻淡水层或低阻油层的情况下很容易区分油水层,这是由于水的介电常数比石油的介电常数高出好多倍.另外,电磁波测井受地层水矿化度影响

收稿日期　2003207210;　修回日期　2003210210.基金项目　教育部门回国留学人员科研启动基金资助.

较小,并不受井中泥浆和套管的绝缘性的影响,可在

油基泥浆和玻璃钢套管井中应用,判断油汽水.

经过多年的实践,电磁波测井取得了一些发展,同时还存在一些问题,有待于科学工作者做进一步的努力.

1　电磁波测井测量原理

不同于感应测井,电磁波测井的工作频率一般20MHz以上.这时,测量的电磁波信号可同时用来

推断地层的电导率和介电常数.在介质关于井轴对称的假设下,假定采用线圈系进行发射和接收,电场仅有切向分量Eφ,而且满足赫姆霍兹(Helmholtz)方程

μ ×Eφ-K2Eφ=iμω　J,

μ

(1)

作者简介　刘四新,男,1966年生,2002年3月于日本国东北大学获工学博士学位.现为吉林大学地球物理系教授,主要研究兴趣包括电磁

波测井、钻孔雷达以及地质雷达的理论、方法和应用研究.(E2mail:liusixin@http://www.77cn.com.cn)

电磁波测井

iωt

2

2

地　球　物　理　学　进　展19卷

式中:时间因子为e,K=ωε-iω为复波数,μ为介质的磁导率,在大多数沉岩环境下近似等于真空的磁化率μ0,ε为介质的介电常数,σ为介质的电导率,ω为圆频率,J为发射线圈中的电流密度.

若发射线圈和接收线圈用磁偶极子近似,则在轴对称性的假设下,方程(1)为

222

2+rr-2+2+KEφ=

5rr5z

ωIδ(r-rs)δ(z-zs),(2)　　-iμ

式中,δ(r)为狄拉克δ函数.

在求得电场后、每个接收器中产生的感应电动势V为

3)　V=2πrREφ,

式中:rR相位差ΔΦAMP:　相位差:ΔΦ=Imln

;V2

(dB).V2

公司研制的电磁波传播测井仪(EPT)[3,4],并很快的推向生产.由于其操作频率为1.1GHz,主要能测井壁附近的介电常数,径向探测深度只有几英寸.另外,斯伦贝谢公司还开发了25MHz的深传播测井

—5]

仪(DPT)[3,在泥浆电阻率和地层电阻率满足一定条件的井中,可测得原状地层的电性参数.阿特拉斯公司推出的47MHz和200MHz的双频电磁波测井仪器[1],,由于两个频率的差别太大岩性频闪明显,解释工作.(MWD)的操2[6],它可对地层进,测量的电磁波的.幅度电阻率和相位电阻率具有不同的探测特性.

在我国,电磁波测井的研究和开发始于20世纪60年代并取得的一系列的成果[6—15].大庆测井公

司地球物理研究所与多家单位协作,在电磁波测井方面作了大量的研究工作.在理论推导、仪器研制、

(4)

　幅度比:AMP=20log

式中,V1和V2是两接收线圈的感应电动势.

实验室高频岩石电性等方面与吉林大学理论物理教研室、哈工大、石油大学、黑龙江自动化研究所(前期)和中国电波传播研究所(后期)等单位开展了大量的协作.先后研制出多种频率的电磁波测井仪,其中包括:测相位差来求解地层介电常数的60MHz的仪器,实验了既测相位差又测幅度比的25MHz的介电测井仪,研制成功了相当于斯伦贝谢公

2　国内外研究现状

开展电磁波测井研究较早的当数前苏联.有关介电测井的工作是B.H.达赫诺夫开始的[2].1966年,达也夫提出了一种高频测井方法,其原理是测量

离开发射线圈一定距离的两个线圈间电磁场的相位差,当应用频率为几十兆赫时,相位差主要取决于岩石的介电常数.后来,莫斯科地质学院、苏联科学院西伯利亚分院地质和地球物理研究所等一些单位在高频测井领域完成了大量的工作.完成了理论研究,制造了实验样机,在井内进行了顺利的试验工作,高频测井开始应用于生产.因此,电测井中形成了新方法-利用几百千赫到几十兆赫的频率的电磁波测量井内岩石的介电常数和电导率的井中测量方法.同时,在均匀介质、存在井眼及有限层厚的地层条件下电磁波场理论研究取得了全面的进展.研究了井眼对观测结果的影响及消除办法.确定了消除井眼的最有效的方法是测量场的相对特性,如相位差和幅度比.

在美国以几个大的石油公司为主,与休斯顿的等多个大学的研究单位协作开展了大量的研究.先后发表了近百专利,最具代表性的是斯仑贝谢测井

司1.1GHz电磁波测井的介电测井仪,试验了用于随钻测井的2MHZ的相位差的相位电阻率仪器.

由于多频电磁波测井能够测量不同深度的介电常数和电导率,因而受到了广泛的关注.目前,多频电磁波测井仪的研究还限于理论研究和试验阶段,还有好多问题有待研究.B.R.De和M.N.Nalson进行了超宽频带电磁波测井的实验研究[16],给出一些实验室的结果.佟文琪等在国家自然科学基金资助下进行了多频电磁波测井资料反演方法和井壁成像技术研究已研制出室内的试验样机[17—19].沈金松也进行了多频电磁波测井资料反演成像的研究[20].刘四新等在日本研究开发了基于网络分析仪的多频电磁波测井仪[21],并给出油水层界面以及不同厚度薄层的数值模拟结果和在日本某地的实验结果.该系统采用具有一定带宽的偶极子天线作为发射和接收天线,能够同时测量40～90MHz范围的介电常数和电导率.

电磁波测井

2期刘四新,等:电磁波测井的现状和发展趋势

Symposium[C].1994,AA1～17.

3　存在问题及发展方向

电磁波测井从出现到现在,已有几十年的历史.然而它的应用范围一直不象其他常规方法一样普遍.它的优点一直没有得到充分的发挥.原因在于有些技术方面的问题还没有得到很好的解决,现有的仪器还不能很好的解决石油工业中存在的问题.

开发能够测量井周一定范围内的介电常数和电导率的多频电磁波测井仪是一种很好的选择.为此,需解决以下问题:

(1)宽带天线问题,由于多频电磁波的测量,需要具有一定宽带的天线.同时天线的体积也应考虑,使之能够满足井下要求.

(2)宽带仪器的一致性的问题,号应具有可比性和一致性.

(3)软件.

(4),在高频阶段,所测电导率和介电常数都会发生频散的现象.针对具体的地质问题,如何认识和解决或解释频散问题,值得考虑.

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