侧向电阻率测井

截至2011年12月23日，在诸如油气勘测、煤层气、在页岩地层中俘获的页岩气、采煤等钻井行业的随钻测量领域中，通常采用地层电阻率来形成地层剖面图和确定储层的含油饱和度、煤体结构的含气量及矿物断层，因此地层电阻率是测井解释评价油气、煤、矿产储藏的主要依据。现在已知的随钻电阻率测井技术包括随钻侧向电阻率测井、随钻电磁波传播电阻率测井和随钻感应电阻率测井。

随钻侧向电阻率测井装置的工作原理主要是由供电电极提供电流，在井眼周围地层中形成电场，测量地层中电场的分布，得出地层电阻率。随钻侧向电阻率测井装置将钻头本身作为电极，也可以应用环状电极和靠近钻头的3个纽扣电极进行电阻率测量。在采用钻头作为电极的情况下，在泥浆侵入或井眼可能损坏之前，随钻侧向电阻率测井装置就可以测量5~10厘米薄层的电阻率。而如果采用3个钮扣电极阵列，则可进行高分辨率的侧向电阻率测量，可减少围岩的影响，甚至在盐水泥浆或高电阻率地层中也可以提供地层真电阻率响应。此外，如果应用环状电极，则可获得井眼周围360度范围的电阻率信息。

然而，随钻侧向电阻率测井装置存在如下缺点：因为侧向电阻率测井属于直流电法测井，首先要有一个供电电极将直流电流导入地层，然后用一个测量电极测出井内某点的电位，所以只有当井内有导电泥浆提供电流通道时才能使用这种侧向电阻率测井方法。然而在实际钻井作业过程中，例如在石油钻井过程中，有时为了获取地层原始含油饱和度信息，需要采用油基泥浆钻井，甚至采用空气钻井，而在这种条件下，则不能使用直流电法测井，即随钻侧向电阻率测井方法在这些情况下变得不再适用。

随钻电磁波传播电阻率测井装置采用多线圈系设计，传播频率为1~8兆赫兹，线圈系基于钻铤本体结构，将线圈系缠绕在钻铤上，通过测量不同源距接收线圈间幅度比或相位差，然后再换算为地层视电阻率，测得相移浅电阻率和衰减深电阻率。在理想情况下，随钻电磁波传播电阻率测井装置的纵向分辨率由两接收线圈的间距决定，多探测深度的测量数据可以用来解释侵入状况，通常认为相位电阻率的探测深度较浅，衰减电阻率具有较大的探测深度。

公开号为CN101609169A、题为“一种提高电磁波电阻率测量精度和扩展其测量范围的方法”的参考文献公开了通过对发射天线和接收天线之间互感电动势进行计算，消除了互感电动势的幅度衰减—电阻率转换图和相位差-电阻率转换图中与地层电阻率无关的互感电动势、电路零信号、天线系统基值信号，计算获得相位差及幅度衰减对地层电阻率的转换。

此外，发表于中国石油大学学报的文献“倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器基本原理极其在地质导向中的应用”采用各向异性水平层状介质的磁偶极源并矢green函数计算倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器的响应，分析井眼相对倾角和接收线圈倾斜角对接收信号幅度比和相位差的影响，以及传统仪器和新型仪器在垂直于仪器轴方向的响应曲线角峰的性质，从而更早地预测到地层边界的存在。

截至2011年12月23日，尽管相关的各种随钻电磁波传播电阻率测井装置能够测得不同探测深度的电阻率，但各种随钻电磁波传播电阻率测井装置存在如下缺点：首先，随钻电磁波传播电阻率测井装置采用的信号频率太高，由于电磁波的传播效应，所以其探测深度有限。其次，随钻电磁波传播电阻率测井装置的测量结果会受到地质因素的影响，尤其是围岩的影响，因为装置的测量结果并不仅限于接收线圈之间的地层区域，而且与发射线圈到接收线圈之间的整个地层参数有关，甚至于发射线圈周围一个较小区域内的地层也会对测量结果产生影响，所以该测井装置的纵向分辨率在很大程度上依赖于整个装置所处地层的电阻率。第三，由于随钻电磁波传播电阻率测井装置的线圈系是缠绕在钻铤表面的，所以其制作工艺非常复杂，而且在使用过程中线圈系极容易受到磨损而损坏，并且当井眼尺寸变化时，需要重新绕制线圈，维修检测较为复杂，维护成本高。此外，与随钻侧向电阻率测井装置类似，随钻电磁波传播电阻率测井装置也不能工作在油基泥浆中。

随钻感应电阻率测井装置利用电磁感应原理，当在发射线圈中施加幅度和频率恒定的交流电时，在该线圈的周围地层中感应出涡流，涡流本身又会形成二次交变电磁场，在二次交变电磁场作应下，接收线圈中产生感应电动势，该电动势大小与地层电导率有关，通过测量感应电动势即可得到地层电阻率。

截至2011年12月23日，随钻感应电阻率测井装置的线圈系采用一个发射线圈和两个接收线圈，所述两个接收线圈中的一个为主接收线圈，另一个为补偿线圈，线圈系置于钻铤侧面带有反射层的V形槽内，测井响应对V形槽正面区域地层的电阻率变化敏感，因此具有定向测量的特点。随钻感应电阻率测井装置由电池供电，在电池顶部装有一个公扣连接头，该公扣连接头可与随钻感应电阻率测井装置底部的母扣连接头相接，用于向随钻感应电阻率测井装置传送实时数据，同一个传感器短节可适用于不同尺寸井眼的要求。

这种随钻感应电阻率测井装置的优点是：其信号频率为20千赫兹，大大低于高频装置的频率，因此不易被地层吸收，探测深度深，测量范围较大，可达到0.1-1000欧姆米，而且其结构设计简单，一个传感器短节可适用于不同尺寸井眼的需要，维修检测简单，且适用不同类型的钻井液。

然而，这种随钻感应电阻率测井装置还存在如下缺点：由于该装置采用由一个发射线圈和两个接收线圈组成的、具有单一固定探测深度的线圈系，所以该测井装置只能提供一个径向探测深度的地层电阻率，不能用于解释复杂侵入剖面和划分渗透层。此外，对于渗透层而言，泥浆侵入使其电阻率在径向上发生变化，由于在同一深度点只能得到一个径向探测深度的电阻率值，因此随钻感应电阻率测井装置不能用来解释地层侵入状况，无法确定地层受泥浆侵入的情况和储层渗透性，不利于油气层解释，从而无法用来准确测量地层真电阻率。另外，对于不同类型的泥浆侵入以及不同径向探测深度的电阻率而言，其油气水层特征是不同的，根据多条不同探测深度电阻率曲线受泥浆侵入影响程度的不同、以及在油气水层中所表现出来的差异特征可以识别油气，所以多深度电阻率测量对于随钻测井装置来说是非常重要的，然而截至2011年12月23日，这种随钻感应电阻率测井装置却无法达到这个要求，因为它的线圈系设计结构固定，每一种线圈系只能提供一种深度的电阻率，要得到不同探测深度的电阻率，就得用不同的线圈系进行多次测量，由此导致这种随钻感应电阻率测井方式在钻井工程实际应用中是很难实现的。

综上所述，无论是上述哪种随钻电阻率测井装置，其都存在诸多缺陷，并且，上述各种随钻电阻率测井装置都只致力于径向探测深度的方法研究和计算，而并未提及或涉及到前向探测深度。然而，随着各类随钻电阻率测井装置的发射天线和接收天线的数量的不断增多，发射频率降低，前向深度探测对于钻井工程而言变得越来越重要，因此，截至2011年12月23日，在钻井测井领域中对于随钻前向探测方法的需求变得愈来愈迫切。