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摘要:三侧向测井能够因围岩井内低阻泥浆的影响使测井曲线受到歪曲,因此需克服低阻围岩及低阻泥浆的旁路作用。介绍了三侧向测井的基本原理、电极系参数的选择、影响三侧向视电阻率的因素及三侧向测井在煤田地质中应用。
关键词:测井;电极;电流;视电阻率
0前言
三侧向测井简称三侧向,它可以解决视电阻率或其它电阻法测井时因围岩井内低阻泥浆的影响使测井曲线受到的歪曲。当泥浆电阻率低时,供电电极流出的电流被井内泥浆所旁路,不流人地层。三侧向测井利用屏障电极的电流使中央电极的电流(主电流)成为水平状而流人地层,克服了低阻围岩及低阻泥浆的旁路作用。
1三侧向测井基本原理
三侧向测井是用屏障电极的电流使中央电极系的电流成为水平层状流入地层,即在中央电极A0的上、下设置2个屏障电极A1,A2,并供与中央电极A0极性相同的电流。由于电流互相排斥的作用,迫使由中央电极流出来的电流不能在钻孔的泥浆中上下流动,而是近于垂直井轴方向,呈水平薄层状进入地层,这样就把泥浆的分流作用和围岩的影响减到最小,从而提高了所测曲线的分层能力和横向探测深度。电极系由上、下2个圆柱状屏障电极及位于中心的圆环状中央电极组成,如图1所示:
这是1个被绝缘物质分隔成三段的金属圆柱体,中间一段为主电极,两侧称为屏蔽电极A1,A2,在主电极A0之间接了1个小电阻R(R取值在0.01—0.003Ω),所以A0和A1,A2是连在一起的,它们通以相同的电流,使电位保持相等,即沿纵向的电位梯度为零。在地面仪器中,有自动调节供给屏蔽电极A1、A2的电流,以保持整个电极系处于等电位状态的调整线路,当A0和A1,A2的电位不等时,电阻R上就有电流流过,所产生的电位差被送到调整线路,用以调整电流。在屏蔽电极A1之上大于20m处,用电缆的外皮安置了供电回路电极B,中央电极A0同时又是测量电极,另一个测量电极N置于B、A电极之间。三侧向测井所记录的主电流A0与N的电极之间的电位差由记录仪实现。如图2所示:从中央电极流出来的电流I0被聚焦成如图1所示的阴影部分,这个电流层的厚度大致等于中央电极长度,因整个电极的长度较大,绝缘物质厚度,所以电场的分布和1个完整的金属圆柱体的电场基本相似,这就使三侧向测井具有较高的纵向分辨能力。三侧向视电阻率
K值的求法有2种,一种方法是将电极系置于电阻率为已知的均匀介质内,测出U和I0,代入PLL3=KxU/I0中,即可求出K值,另一种方法是通过计算得出近似公式求出:
K=2πl/ln(2l/ds)=2.73l/lg(2l/ds)
式中l——中央电极的视长度,l=l0+2β/3;
l0——中央电极长度;
B——绝缘环的厚度;
L——电极系的长度;
ds——电极系直径。
在ρLL3=K×U/I0中,K×U/I0可看成图1中阴影部分介质的径向电阻只,即中央电极A0的径向接地电阻,这个电阻可看成是电流径向流动时先后遇到的各电阻的串联值。R=Rc+Ri+Rt、Rc、Ri、Rt分别是泥浆、泥浆侵入带、地层中主电流所流过部分的径向电阻。在煤层处,泥浆浸入现象不显著,可以认为径向电阻R=R0+Rt。由公式ρLL3=K×U/I0,可得ρLL3=K×R,通常Rc较小,故R主要取决于Rt(当Rt>>Rc时,R≈Rt),由此可见,三电极侧向测井所测得的视电阻率ρLL3与中央电级径向电阻R成正比,它能很好地反映地层的真电阻Rt,即ρLL3与地层真电阻率ρ很接近。
2三侧向电极参数的选择
三侧向测井的中央电极和屏蔽电极的长度及电极系的直径选择得是否合适,直接影响曲线的质量。所以必须根据不同的条件,结合该区煤、岩层特点及井径大小,选择合适的电极系。
2.1电极长度的选择
主电极的长度(l0)主要影响分层能力,l0改变对较厚地层(H/l0>4)的视电阻率曲线没什么影响,但对薄层的影响很大,厚度小于l0的薄层就无法划分了。在煤田测井中,一般l0的值为1-1.2倍井径d。
2.2电极系总长度的选择
一般来说,电极系越长,对主电流聚焦越好,成层状电流流入地层越深。当L<5d时;井液对ρs的影响显著,当L>10d后,ρs与L的大小基本无关,一般选择L=10~15倍井径d。
2.3电极系直径的选择
电极系的直径越大,井液的影响即变小,视电阻率就能接近真电阻率,通常选直径等于0.5—0.75倍井径d。
2.4电极系绝缘层厚度的选择
电极系绝缘层厚度的大小对薄层的视电阻率也有不小的影响,通常用较小的厚度,在10~20mm。
3影响三侧向视电阻率的因素
三侧向测井所测得的视电阻率,—方面取决于电极系的参数,另一方面也取决于介质的参数。电极系参数的影响,包括电极长度影响、中央电极的长度及电极系直径影响;钻孔与地层参数的影响,它包括被探测的岩层、围岩、井径、泥浆和泥浆浸入带的特性。
4三侧向测井实例
如图3所示,从图中曲线可以看到,当井径变大时,三侧向电阻率反应的比较明鲜,而电位电阻率反应效果不明鲜,三侧向测井受井径和层厚的影响小,所测的视电阻率比电位电阻率更能反应地层的真电阻率。分层能力强,曲线具有对地层中心上、下对称的特点,在岩层上、下界面处,曲线陡度大,划分地质界面更为精确。
5结束语
综上所述,要合理选择三侧向的电极参数,它的地质效果要比电位电阻率测井要好。三侧向测井受井径和层厚的影响小,所测出的视电阻率比别的电阻率方法更能反应地层的真电阻率值,曲线具有对地层中心上,下对称的特点,划分地质界面更为精确。在煤田测井中,要精确地划分钻井的地质剖面,三侧向测井曲线在划分薄煤层的能力上要远远超过电位电阻率曲线,因此三测向测井方法在煤田测井中广泛应用,成为重要的测井方法之一。
关键词:测井;电极;电流;视电阻率
0前言
三侧向测井简称三侧向,它可以解决视电阻率或其它电阻法测井时因围岩井内低阻泥浆的影响使测井曲线受到的歪曲。当泥浆电阻率低时,供电电极流出的电流被井内泥浆所旁路,不流人地层。三侧向测井利用屏障电极的电流使中央电极的电流(主电流)成为水平状而流人地层,克服了低阻围岩及低阻泥浆的旁路作用。
1三侧向测井基本原理
三侧向测井是用屏障电极的电流使中央电极系的电流成为水平层状流入地层,即在中央电极A0的上、下设置2个屏障电极A1,A2,并供与中央电极A0极性相同的电流。由于电流互相排斥的作用,迫使由中央电极流出来的电流不能在钻孔的泥浆中上下流动,而是近于垂直井轴方向,呈水平薄层状进入地层,这样就把泥浆的分流作用和围岩的影响减到最小,从而提高了所测曲线的分层能力和横向探测深度。电极系由上、下2个圆柱状屏障电极及位于中心的圆环状中央电极组成,如图1所示:
这是1个被绝缘物质分隔成三段的金属圆柱体,中间一段为主电极,两侧称为屏蔽电极A1,A2,在主电极A0之间接了1个小电阻R(R取值在0.01—0.003Ω),所以A0和A1,A2是连在一起的,它们通以相同的电流,使电位保持相等,即沿纵向的电位梯度为零。在地面仪器中,有自动调节供给屏蔽电极A1、A2的电流,以保持整个电极系处于等电位状态的调整线路,当A0和A1,A2的电位不等时,电阻R上就有电流流过,所产生的电位差被送到调整线路,用以调整电流。在屏蔽电极A1之上大于20m处,用电缆的外皮安置了供电回路电极B,中央电极A0同时又是测量电极,另一个测量电极N置于B、A电极之间。三侧向测井所记录的主电流A0与N的电极之间的电位差由记录仪实现。如图2所示:从中央电极流出来的电流I0被聚焦成如图1所示的阴影部分,这个电流层的厚度大致等于中央电极长度,因整个电极的长度较大,绝缘物质厚度,所以电场的分布和1个完整的金属圆柱体的电场基本相似,这就使三侧向测井具有较高的纵向分辨能力。三侧向视电阻率
K值的求法有2种,一种方法是将电极系置于电阻率为已知的均匀介质内,测出U和I0,代入PLL3=KxU/I0中,即可求出K值,另一种方法是通过计算得出近似公式求出:
K=2πl/ln(2l/ds)=2.73l/lg(2l/ds)
式中l——中央电极的视长度,l=l0+2β/3;
l0——中央电极长度;
B——绝缘环的厚度;
L——电极系的长度;
ds——电极系直径。
在ρLL3=K×U/I0中,K×U/I0可看成图1中阴影部分介质的径向电阻只,即中央电极A0的径向接地电阻,这个电阻可看成是电流径向流动时先后遇到的各电阻的串联值。R=Rc+Ri+Rt、Rc、Ri、Rt分别是泥浆、泥浆侵入带、地层中主电流所流过部分的径向电阻。在煤层处,泥浆浸入现象不显著,可以认为径向电阻R=R0+Rt。由公式ρLL3=K×U/I0,可得ρLL3=K×R,通常Rc较小,故R主要取决于Rt(当Rt>>Rc时,R≈Rt),由此可见,三电极侧向测井所测得的视电阻率ρLL3与中央电级径向电阻R成正比,它能很好地反映地层的真电阻Rt,即ρLL3与地层真电阻率ρ很接近。
2三侧向电极参数的选择
三侧向测井的中央电极和屏蔽电极的长度及电极系的直径选择得是否合适,直接影响曲线的质量。所以必须根据不同的条件,结合该区煤、岩层特点及井径大小,选择合适的电极系。
2.1电极长度的选择
主电极的长度(l0)主要影响分层能力,l0改变对较厚地层(H/l0>4)的视电阻率曲线没什么影响,但对薄层的影响很大,厚度小于l0的薄层就无法划分了。在煤田测井中,一般l0的值为1-1.2倍井径d。
2.2电极系总长度的选择
一般来说,电极系越长,对主电流聚焦越好,成层状电流流入地层越深。当L<5d时;井液对ρs的影响显著,当L>10d后,ρs与L的大小基本无关,一般选择L=10~15倍井径d。
2.3电极系直径的选择
电极系的直径越大,井液的影响即变小,视电阻率就能接近真电阻率,通常选直径等于0.5—0.75倍井径d。
2.4电极系绝缘层厚度的选择
电极系绝缘层厚度的大小对薄层的视电阻率也有不小的影响,通常用较小的厚度,在10~20mm。
3影响三侧向视电阻率的因素
三侧向测井所测得的视电阻率,—方面取决于电极系的参数,另一方面也取决于介质的参数。电极系参数的影响,包括电极长度影响、中央电极的长度及电极系直径影响;钻孔与地层参数的影响,它包括被探测的岩层、围岩、井径、泥浆和泥浆浸入带的特性。
4三侧向测井实例
如图3所示,从图中曲线可以看到,当井径变大时,三侧向电阻率反应的比较明鲜,而电位电阻率反应效果不明鲜,三侧向测井受井径和层厚的影响小,所测的视电阻率比电位电阻率更能反应地层的真电阻率。分层能力强,曲线具有对地层中心上、下对称的特点,在岩层上、下界面处,曲线陡度大,划分地质界面更为精确。
5结束语
综上所述,要合理选择三侧向的电极参数,它的地质效果要比电位电阻率测井要好。三侧向测井受井径和层厚的影响小,所测出的视电阻率比别的电阻率方法更能反应地层的真电阻率值,曲线具有对地层中心上,下对称的特点,划分地质界面更为精确。在煤田测井中,要精确地划分钻井的地质剖面,三侧向测井曲线在划分薄煤层的能力上要远远超过电位电阻率曲线,因此三测向测井方法在煤田测井中广泛应用,成为重要的测井方法之一。