‘99测井技术信息交流会论文 随钻电阻率测井与地层电性各向异性评价 随钻电阻率测井与地层电性各向异性评价
—研究与应用报告综述
高 杰 冯启宁
石油大学（北京）地科系 102200
摘 要：随钻测井（LWD）是目前的研究热点之一。LWD电阻率测井能够有效反映地层电性各向异性，本文为电性各向异性研究的预研报告，从电性各向异性研究的现状出发，论述了电性各向异性产生的原因、LWD电阻率测井曲线解释基础及校正和解释方法，从而说明了电性各向异性研究的特殊性、必要性和重要性。
关键词：随钻电测井 电阻率各向异性
引 言
地层各向异性通常指其电阻率、介电常数及渗透率等参数在不同的方向存在差异的性质。钻井工程师要知道的首要信息是钻头离最近地层界面的距离，这可以直接从电阻率数据中求得，泥岩电阻率数据可用来估算地层压力，这是随钻测量（MWD）发展的直接原因之一。低频感应测井较高频电磁波传播测井反映地层电阻率各向异性的能力要弱，因此，随钻测井（LWD）中，电磁波传播测井是首选的电阻率测量手段。随钻电阻率测井是评价地层电性各向异性的重要手段，这是LWD研究和发展的源动力之一；同时，由于在高电阻率条件下，随钻电阻率测量通常比感应测井和其他电阻率测量的垂向分辨率差，受围岩影响要大，因此传统处理方法得到的测量与处理结果可能是无用的，因此要发展针对LWD的处理和解释方法。
科技的发展使得随钻测量（MWD）信号传输这一所谓“瓶颈”问题得到很大程度的解决，因此在国外LWD研究和应用发展很快，Anadrill公司有RAB、CDR和ARC5等随钻电测井仪器，Baker Hughes INTEQ公司有DPR、Navigator、MPR和Slim MPR随钻电测井仪器，Halliburton公司有CWR和SCWR等仪器，Sperry-Sun公司有EWR和EWR-Phase4等仪器，这些仪器多以2MHz为测量频率，已经开始投入商业应用；但在国内，此频率条件下的研究相对较少，大庆油田有2MHz相位电阻率测井仪，是作为电缆式测井仪器出现的。考虑到随钻测井是测井的重要发展趋势之一，因此有必要现在开展这方面的研究，中国石油天然气集团公司（CNPC）科技发展部已经开始立项进行相关方面的基础研究。本文主要以2MHz电阻率测井为例，论述LWD电测井仪器的响应特点及各向异性对其曲线的影响及解释方法。
各向异性形成原因及常规电测井方法对各向异性反映的局限性
地层的垂向电阻率与水平电阻率的不同是地层电性各向异性的具体体现之一。众所周知，砂/泥岩薄互层序列表现为宏观各向异性介质，其宏观地层电导率仅由砂和泥的电导率决定。当含烃地层包含不同粒度的薄互层或包含不同的空隙分布时，同样表现为电阻率的宏观各向异性。当地层为较细的层状互层时，呈现更为明显的各向异性，因此说层状泥岩/砂岩的交互存在是产生各向异性的重要原因。
若互层序列较厚，则感应测井视电导率数值与在均匀各向异性地层中得到的数值一样，反映的是地层宏观电导率，此电导率可用来评价地层的含烃特性；若互层序列较薄，则应进行围岩或薄层校正以正确评估宏观地层电导率；事实上，泥岩层更多的是各向异性的，若在解释感应测井数据时忽略其各向异性的作用，则地层宏观电阻率会被夸大。
若泥岩是各向同性的，则： 宏观水平电导率?H：?H宏观垂向电导率?V：
?hsd?sd?hsh?sh
(1.1)
1
‘99测井技术信息交流会论文 随钻电阻率测井与地层电性各向异性评价 (1.2)
?V?(hsd/?sd?hsh/?sh)?1
用电阻率表示为：
RV?hsdRsd?hshRsh
通常泥岩是各向异性的，那么： 宏观水平电导率?H：?H宏观垂向电导率?V：
(1.3)
?hsd?sd?hsh?sh,H
(1.4)
?V?(hsd/?sd?hsh/?sh,V)?1
用电阻率表示为：
(1.5)
RV?hsdRsd?hshRsh,V同时砂泥岩含量满足
(1.6) (1.7)
hsd?hsh?1
在均匀各向异性地层中，感应测井和侧向测井得到的是：
Rlog?RH/?
其中，?(1.8)
?cos2???2sin2?，?2?RV/RH??H/?V，?是相对地层倾角，?称为
电阻率各向异性系数，对于层状地层，垂向电阻率总是大于水平电阻率：RV数?通常总是大于1的。对于??RH，因此，各向异性系
?0的特殊情况，即直井情况，由于??1，则：Rlog?RH；而对于
。总之在有倾角的各向
???/2的特殊情况，即水平井情况，因为????，所以Rlog?RHRV异性地层中，感应测井仪器反映的是地层垂向电阻率和水平电阻率的加权平均：由0度时的RH到90度时的
RHRV。从物理机制看，感应测井在直井中的涡流是水平方向的，因此仅得到水平电阻率，而在斜
井中由于涡流存在于两个方向，所以其读数为垂向和水平向电阻率的平均值。
在井眼与地层界面垂直的井中，感应测井和LWD 2MHz 电阻率仪器对垂向电阻率无效，即只能给出较准确的水平电阻率数值；而且一般说来，侧向测井仪器与感应测井类似，在直井中只能测量得到水平电阻率，因此，侧向测井技术在大斜度井和水平井中并非最优仪器选择。而且，传统的感应测井和阵列感应测井在大斜度井和水平井中均不能完成良好的定量评价。应该说，常规测井方法反映地层各向异性的局限性促进了LWD的发展。
LWD电阻率测井解释基础
【影响因素与测量数据】：电缆测量通常涉及到侵入问题，而LWD测井与侵入问题关系较少，但是在LWD测井中会遇见侵入的存在是客观事实，因此我们认为影响2MHz深浅曲线读数分离的八种因素是：（1）井眼（泥浆电阻率、井眼形状和井壁状况）；（2）围岩影响；（3）侵入影响；（4）地层各向异性；（5）地层介电常数的影响；（6）地层磁导率的影响；（7）垂向分辨率的不同；（8）地层电性参数的频散。LWD的2MHz电阻率测量得到的幅度衰减和相位差曲线。Baker Hughes INTEQ公司的NaviGator & MPR仪器除给出相位差和幅度比电阻率外，同时给出“绝对”测量，即利用测量信号的实部和虚部得到的视电阻率，
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‘99测井技术信息交流会论文 随钻电阻率测井与地层电性各向异性评价 此“绝对”测量比相位差和幅度比测量结果受地层各向异性影响要小，因此成为区分各向异性和侵入影响的重要因素。
【侵入因素】：幅度衰减和相位差曲线通过转换可得到两条视电阻率曲线，分别记为Rps和Rad，得到两条曲线的主要原因是为了能够识别和分析地层侵入状况、围岩情况、各向异性和界面情况。通常认为，幅度衰减测量的探测深度较相位测量之探测深度要深，而分辨率较差，因此，相位移电阻率较幅度衰减电阻率探测较浅，分辨率较好。两者不同的分辨率常带来解释的模糊性。在厚层，二者的分离可以指示侵入；而在薄层，二者分辨率的差异可能掩盖侵入的存在。事实上，相位移电阻率和幅度衰减电阻率的垂向分辨率随地层电阻率的变化而变化，而且是随地层电阻率的增大而变差，即未经处理的相位移电阻率和幅度衰减电阻率在有电阻率变化的井中呈现不同的和变化的垂向分辨率，这也就是2MHz电磁波传播电阻率仪器的解释较困难的原因之一。
【各向异性和围岩】：幅度衰减电阻率小于相位差电阻率的曲线分离指示了一或两种可能因素的影响：各向异性和围岩，但不会存在侵入，因为在含油地层，盐水泥浆滤液会使相位差电阻率小于幅度衰减电阻率。在含油各向异性地层中，当幅度衰减电阻率小于相位差电阻率时，电性各向异性意味着电流在垂向上的流动难于在水平向上的流动。
【各向异性和倾角】对于2MHz的测井仪器：倾角在0~45时影响不大，而大于50度时，倾角影响较大。各向异性影响极大程度地决定于地层和井眼的相对角度，若忽略各向异性的影响，则在大斜度井中，多阵列测井曲线读数的分离可能导致错误的侵入剖面的解释，这是因为2MHz电阻率仪器的两条测量曲线在各向异性地层中的表现是不同的，在倾角大于50度时，相位移更多地反映垂向电阻率，从而导致两条曲线的分离。但是，若井眼垂直于地层，即使各向异性系数RV/RH很大，也无各向异性影响。而且若倾
角变大，即使各向异性系数不变，Rps和Rad两曲线仍可出现剧烈的分离，而且在电导性地层，曲线分离差异更明显。
【倾角和围岩】：Rad和Rps的分离可能是倾角和围岩作用的共同结果，Rps度数更接近Rt。即使相量处理能够完全校正掉围岩影响，深、浅电阻率数据的分离也可能是倾角造成的。在高电阻率时，围岩影响更明显。在高电阻率时，倾角影响延伸更长的距离，而在低电阻率时，“犄角”更明显。“犄角”的大小决定于地层电阻率值、对比度、倾角和围岩影响，在高电阻率对比度下比在低电阻率对比度下更强。在大倾斜地层中，对于高电阻率对比度，“极化犄角”是较好的地层边界指示器，通常被认为是地层边界极化或者是界面电荷积累的结果。在厚层（大于20ft），无论围岩是各向同性或各向异性，围岩影响较小，无需校正，围岩校正取决于井眼倾角。通过对比两口不同倾角的井，判断一下同一围岩的电阻率，从而判断各向异性。储层的各向异性影响重于围岩各向异性的影响。
【其他因素】理论上，各向异性的影响随仪器间距的增大而增大；各向异性总是导致相位差电阻率大于幅度衰减电阻率；介电常数影响可导致幅度衰减电阻率大于相位差电阻率；各向异性可使高频测量得到的电阻率大于低频测量结果。在高电阻率地层，介电影响通常是电阻率测量误差的最大来源。
注意，从岩石物理观点看，电阻率的频散与泥质含量、孔隙弯曲度和孔中流体矿化度有关。频率在20kHz和1GHz的电测井仪器在一些井中呈现如下总体趋势：随频率的增高电阻率测量结果降低。高频条件下，相位差测量控制电阻率的计算，而幅度衰减只是提供电阻率的校正，相类似的是幅度衰减控制介电常数的计算。
LWD电测井研究各向异性的基本原理与判别方法
常规感应测井得到的响应通常是深、中视电阻率曲线，而2MHz电阻率测井得到的通常是幅度比和相位差曲线，理论上，至少可以利用LWD的幅度比和相位差两条曲线得到地层的水平电阻率RH和垂直电
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随钻电阻率测井与地层评价解释.doc
