【正文】 應(yīng)測(cè)井是利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含油氣性質(zhì)的主要電法測(cè)井方法 [1]。感應(yīng)測(cè)井儀器的發(fā)展和更新?lián)Q代主要經(jīng)歷了單感應(yīng)、雙 感應(yīng)、相量感應(yīng)和陣列感應(yīng)等幾個(gè)時(shí)代。陣列感應(yīng)測(cè)井是在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上推出的一代新型的成像測(cè)井方法。 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 陣列感應(yīng)成像測(cè)井技術(shù)是基于 20 世紀(jì) 40 年代道爾 ()提出的感應(yīng)測(cè)井幾何因子理論發(fā)展起來的 [3]。 20 世紀(jì) 80 年代， BPB 公司首先提出了陣列感應(yīng)測(cè)井 (AIS)理論和方法，采用一個(gè)發(fā)射線圈和4 個(gè)單側(cè)布置的接收線圈組成，主接收線圈間距來源于傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井線圈系間距，采用單頻率，所有接收信號(hào)數(shù)字化后傳送到地面，由地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 [4]。 1984 年，英國(guó) BPB 公司推出了商用的陣列感應(yīng)測(cè)井儀器 AIS(Array Induetion Sonde)，該線圈系由一個(gè)發(fā)射和四個(gè)接收線圈系組成，所有接收信號(hào)數(shù)字化后傳送到地面，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 [2]。該儀器能夠確定原狀地層電阻率及侵入剖面。 斯倫貝謝公司在 1985 年推出了相量雙感應(yīng)測(cè)井儀器，能精確測(cè)量感應(yīng)測(cè)井中的虛部信號(hào) [5]。哈里伯頓公司 1987 年研制出了高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀器 HRI(High Resolution Induction)，與傳統(tǒng)感應(yīng)測(cè)井儀器相比， HRI 探測(cè)深度更深 (深感應(yīng)為 ，中感應(yīng)為 )，分辨 率更高 ()，主要是用于薄地層測(cè)量 [6]。阿特拉斯公司隨后在 1989 年也推出了可同時(shí)測(cè)量實(shí)部和虛部信號(hào)的雙相位感應(yīng)測(cè)井儀器(Dual Phase Induetion LogDPIL)，該儀器仍是傳統(tǒng)的雙感應(yīng)聚集線圈系，具有 3 種工作頻率 (10KHz、2OKHz 和 4OKHz)，采用反褶積處理來改善深、中感應(yīng)測(cè)井的縱向分辨率 [7]。 1989 年， MPI 公司開始研究一種新型的陣列感應(yīng)測(cè)井儀器 XHR，該儀器有一個(gè)發(fā)射和兩個(gè)接收線圈，發(fā)射線圈發(fā)射寬脈沖信號(hào)，每個(gè)接收線圈的接收信號(hào)傳送到地面，通過解 Maxwell 方程進(jìn)行地層電導(dǎo)率反演 [4]。 1990 年，斯倫貝謝公司公布了其陣列感應(yīng)測(cè)井方面的研究成果，并推出商用的 AITB 型儀器 [8]，該儀器由一個(gè)發(fā)射線圈和八個(gè)接收子陣列組成，每個(gè)接收線圈系包含一個(gè)主接收線圈和一個(gè)屏蔽接收線圈，與主發(fā)射線圈構(gòu)成一個(gè)三線圈系子陣列。以 3 種頻率 (、 、 )工作，根據(jù)主線圈間距的大小來選擇子陣列的工作頻率。儀器同時(shí)測(cè)量實(shí)部分量和虛部分量，利用軟件聚焦得到3 種縱向分辨率 ( 2 和 4ft)、五種徑向探測(cè)深度 ( 60、 90in.)的合成曲線。 由于 AIT 提供了大量的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，有可能進(jìn)行徑向電阻率剖面成像；定義了新的侵入分析參數(shù)；與孔隙度測(cè)井相結(jié)合，可進(jìn)行二維含水飽和度成像 [8]。 1992 年，開始商業(yè)應(yīng)用。由于實(shí)際測(cè)井中經(jīng)常遇到測(cè)井不勻速、遇卡和儀器組合長(zhǎng)等問題， 1995 年，推出了井場(chǎng)使用最優(yōu)的陣列感應(yīng)測(cè)井儀器 AITH[9]。該儀器仍保留 5 種探測(cè)深度的 3 組分辨率曲線；接收線圈系布置由雙側(cè)改為單側(cè)使儀器長(zhǎng)度小于 5m。以適應(yīng)儀器組合的需要，減小鼠洞的深度；工作頻率減少為一個(gè) ()；用加速度計(jì)測(cè)量?jī)x器的速度以校正測(cè)井不勻速問題；測(cè)井串接 球型電極測(cè)量泥漿電阻率和井徑儀測(cè)量井徑，準(zhǔn)確自適應(yīng)井眼校正；具有遇卡處理功能；考慮了虛部分量測(cè)量精度低和在含有鐵磁礦地層中虛部分量異常的影響問題；給出了 AIT 的適用范圍在非常咸的泥漿井、大井眼及高地層電阻率對(duì)比度井仍用側(cè)向測(cè)井比較合適。 1996 年，阿特拉斯公司推出新型的 多道全數(shù)字頻譜感應(yīng)測(cè)井儀 —— 陣列感應(yīng)測(cè)井儀器 HDIL， HDIL是數(shù)字化、全譜感應(yīng)測(cè)井儀器 [10]。其線圈系陣列由七個(gè)單側(cè)布置的三線圈系子陣列組成；主接收線MIT 陣列感應(yīng)在油層識(shí)別中的應(yīng)用研究 2 圈間距從 94in.，按對(duì)數(shù)等間隔布置；所有子陣列同時(shí)接收包含八個(gè)頻率 ( 50、 70、 90、1 130 和 150kHz)的時(shí)間序列波形 ,波形數(shù)字化后送到地面，地面用付立葉變換將波形分解為實(shí)部和虛部信號(hào) ,總共得到 112 個(gè)信號(hào)；現(xiàn)場(chǎng)提供 6 種探測(cè)深度 ( 60、 90 和 120in.)曲線和 3組分辨率 ( 2 和 4ft)曲線，傳統(tǒng)雙感應(yīng)測(cè)井的合成曲線；具有井斜校正；井下接收波形進(jìn)行堆棧處理，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力，易于進(jìn)行曲線異常診斷和質(zhì)量控制，這在傳統(tǒng)感應(yīng)測(cè)井中是不可能的。 20 世紀(jì) 90 年代末，哈里伯頓公司在其高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀器 (HRI)的基礎(chǔ)上 ,推出了新型高分辨 率陣列感應(yīng)測(cè)井儀器 HRAI，采用兩種頻率，探頭由 1 個(gè)發(fā)射線圈和 10 個(gè)接收子陣列組成，接收子陣列為三線圈系或五線圈系，在對(duì)測(cè)量的實(shí)部信號(hào)和虛部信號(hào)進(jìn)行井眼校正和反褶積處理后，通過軟件聚焦得到同 HDIL 一樣的 3 種分辨率、 6 種探測(cè)深度的測(cè)井曲線 [11]。 由于儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理相關(guān)的問題一直存在，使得測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)產(chǎn)生各種不確定性，從而降低了測(cè)井質(zhì)量。 2020 年，哈里伯頓公司研制了一種新的陣列感應(yīng)測(cè)井儀 —— ACRt。它是由 1 個(gè)發(fā)射器和 6個(gè)子陣列接收器組成，每個(gè)子陣列有 1 對(duì)接收器，其中一個(gè)是主接收器，另一個(gè)是補(bǔ)償接收器。 儀器設(shè)計(jì)時(shí)，在線圈間距選擇上確保子陣列接收器的固有探測(cè)深度接近設(shè)計(jì)的徑向探測(cè)深度，以保證完整的徑向信息采集。 ACRt 的所有子陣列接收器均位于一側(cè)，在不犧牲探測(cè)深度的前提下，優(yōu)化了儀器長(zhǎng)度。 ACRt 具有 5 個(gè)徑向探測(cè)深度和 3 個(gè)工作頻率。除了感應(yīng)測(cè)量外， ACRt 還采集自然電位、泥漿電阻率和探頭溫度 [12]。 而 俄羅斯研制成功的高頻感應(yīng)井下等參數(shù)測(cè)深法 (ВИКИЗ )， 已經(jīng) 有 20 余年的歷史 [13]。目前，每年生產(chǎn) 100 多套供應(yīng)市場(chǎng)，已經(jīng)進(jìn)入成熟應(yīng)用階段，并被定為西西伯利亞砂泥巖剖面的常規(guī)電測(cè)井方法。ВИКИЗ儀器共有 5 個(gè)發(fā)射線圈、 6 個(gè)接收線圈，采用 875kHz~14MHz 的五種頻率，利用測(cè)量得到的相位差轉(zhuǎn)換得到 5 條電阻率曲線，屬于電磁波電阻率測(cè)井范疇。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)、國(guó)外的測(cè)井服務(wù)公司的常規(guī)雙感應(yīng)測(cè)井均以經(jīng)典的 6FF40 為基礎(chǔ)，是目前各測(cè)井服務(wù)公司的常用數(shù)控測(cè)井儀器 [14]。深感應(yīng)采用六線圈系，中感應(yīng)采用六線圈系或八線圈系，發(fā)射頻率為 20kHz。 國(guó)內(nèi)勝利油田測(cè)井公司于上世紀(jì) 90 年代中期參考 Halliburton 公司的高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀器 HRI，在國(guó)內(nèi)首先研制高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀器，于 2020 年，研究 完成并開始投入商用 [15]。頻率為 20kHz，提供深、中探測(cè)兩條電阻率曲線，具有較高的縱向分辨率。 “九五”期間，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司組織開展了陣列感應(yīng)成像測(cè)井技術(shù)的研究和開發(fā)工作，陣列感應(yīng)測(cè)井儀（ MIT）于 2020 年完成樣機(jī)研制 [16]。通過滾動(dòng)開發(fā)，攻克了一系列的核心技術(shù)和工藝問題，并投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用。 2020 年初，陣列感應(yīng)成像測(cè)井工業(yè)化儀器 MIT5530 研制成功，儀器的整體性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平 [1718]。中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司生產(chǎn)的陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀器 (MIT5530)，與西 方陣列感應(yīng)測(cè)井儀器類似，采用單個(gè)發(fā)射線圈和多個(gè)接收線圈組合，利用軟件聚焦方法得到不同分辨率 (、 和 )和不同探測(cè)深度 (5 種探測(cè)深度： 、 、 、 和 )的電阻率曲線[1718]。目前，陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀已制造超過百套，在吉林、長(zhǎng)慶、華北、冀東、吐哈、青海、塔里木、烏茲別克斯坦 等地 投產(chǎn)應(yīng)用。該產(chǎn)品憑借高質(zhì)量和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，正逐步替代進(jìn)口同類儀器，為國(guó)產(chǎn)化成像測(cè)井的全面應(yīng)用發(fā)揮了重要作用 [1718]。 研究?jī)?nèi)容 本篇論文的研究區(qū)塊是長(zhǎng)慶油田隴東和陜北地區(qū) ，研究層位為隴東長(zhǎng) 長(zhǎng) 4+5— 長(zhǎng) 8 地層以及陜北長(zhǎng) 910 地層。針對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層，利用 MIT 陣列感應(yīng)測(cè)井曲線分析研究，本次采用以下幾個(gè)方面的內(nèi)容來進(jìn)行研究： （ 1）分析 MIT 陣列感應(yīng)與雙感應(yīng)的徑向探測(cè)特性；研究陣列感應(yīng)隴東長(zhǎng) 3 相對(duì)高滲地層、 長(zhǎng) 8 特低滲地 層的適應(yīng)性； （ 2）研究陣列感應(yīng)測(cè)井在隴東長(zhǎng) 3 和陜北長(zhǎng) 910 儲(chǔ)層中油層和水層的響應(yīng)特征分析； （ 3）進(jìn)行陣列感應(yīng)差異描述方法研究，研究其差異特征與孔隙度、飽和度的關(guān)系； （ 4）研究泥漿侵入條件下的基于陣列感應(yīng)測(cè)井的徑向飽和度成像方法，并編制相應(yīng)的處理軟件模塊；建立 一套適合 MIT 陣列感應(yīng)測(cè)井識(shí)別不同油組的 儲(chǔ)層流體 性質(zhì)的 方法； （ 5）用建立的資料解釋方法處理實(shí)際井資料進(jìn)行驗(yàn)證。 研究思路和 技術(shù)路線 研究思路 在對(duì)比分析 MIT 陣列感應(yīng)測(cè)井儀和國(guó)外陣列感應(yīng)的基礎(chǔ)上，分析 MIT 測(cè)井儀針對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性、西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 3 厚度、流體等不同條件下的徑向探測(cè)特性，總結(jié) MIT 在不同條件下的探測(cè)特性與適應(yīng)性，在此基礎(chǔ)上，充分研究陣列感應(yīng)測(cè)井在油層和水層中的響應(yīng)特征，結(jié)合試油和常規(guī)測(cè)井資料，研究利用陣列感應(yīng)測(cè)井資料識(shí)別流體識(shí)別的有效方法及圖版，并利用陣列感應(yīng)五條不同探測(cè)深度的電 阻率曲線，利用線性或非線性插值，實(shí)現(xiàn)徑向的飽和度成像，通過飽和度成像來更為直觀的顯示地層的油、氣、水性質(zhì)，進(jìn)一步提高勘探能力。 技術(shù)路線 圖 11 技術(shù)路線圖 資料的收集整理 測(cè)井資料 巖心資料 試油資料 地質(zhì)資料 錄井資料 MIT陣列感應(yīng)與雙感應(yīng)對(duì)比 MIT陣列感應(yīng)與國(guó)外陣列感應(yīng)對(duì)比 MIT陣列感應(yīng)在不同條件下的探測(cè)特性與適應(yīng)性分析 MIT陣列感應(yīng)測(cè)井曲線的響應(yīng)特征分析 MIT陣列感應(yīng)測(cè)井識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì) 綜合指數(shù)法 多參數(shù)兩向量判別 飽和度系數(shù)法 電阻率徑向特征法 飽和度成像法 MIT 陣列感應(yīng)在油層識(shí)別中的應(yīng)用研究 4 第 2 章 MIT 陣列感應(yīng)儀的適應(yīng)性分析 MIT 陣列感應(yīng)儀的技術(shù)特點(diǎn) 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司生產(chǎn)的陣列感應(yīng)成像測(cè)井儀器 (MIT)，與西方陣列感應(yīng)測(cè)井儀器類似 ， 采用單個(gè)發(fā)射線圈和多個(gè)接收線圈組合 ， 如圖 21，它采用 1 個(gè)發(fā)射、 8 個(gè)接收、 3 種頻率的三線圈系陣列結(jié)構(gòu)，波形 數(shù)字化后送到地面，總共記錄 28 個(gè)原始測(cè)井信號(hào)，經(jīng)過井眼校正、真分辨率聚焦和分辨率匹配后得到 5 種探測(cè)深度（ 10in、 20in、 30in、 60in、 90in）、 3 種 分辨率（ lft、 2ft 和 4ft)共 15條曲線。 8. 25 ′B6 B4 B2 B1 B3R6 R4 R2 T R1 R3B5R5B7R7B8R8′ 圖 21 MIT 線圈系結(jié)構(gòu) MIT 陣列感應(yīng)測(cè)井儀包括地面硬件模塊、井下儀器及其處理軟件等幾個(gè)部分。地面模塊有電纜遙傳通訊模塊 ,信號(hào)解碼模塊；處理軟件包括測(cè)井軟件、合成校正軟件、刻度軟件、成像處理軟件和相敏檢波軟件；井下儀器包括 CTS 遙傳短節(jié)、儀器電源短節(jié)、數(shù)據(jù)采集短節(jié)、前置放大器短節(jié)、線圈系短節(jié)、 壓力平衡短節(jié)和發(fā)射電路短節(jié)。其主要技術(shù)指標(biāo) :測(cè)量范圍為 .m；測(cè)量精度在177。2%；地層縱向分辨率分別為 60、 120cm；徑向探測(cè)深度依次為 2 50、 7 150、225cm；儀器耐溫指標(biāo) 155℃；測(cè)井速度 1200m/h。 MIT 測(cè)井儀電路包括：多頻發(fā)射電路、低噪聲寬帶前置放大器、帶通濾波器、程控增益放大器、數(shù)據(jù)采集相敏檢波電路、時(shí)序控制電路、 DTB 電路、二級(jí)刻度電路、輔助測(cè)量電路和電源電路等。數(shù)據(jù)處理采用新一代 DSP 技術(shù)，采集模塊由 1 個(gè)主 DSP、 3 個(gè)從 DSP、多個(gè) A/D 采集信道以及井下儀器總線接口 DTB 電路和輔助測(cè)量信道組成。主 DSP 完成井下所有程序加載 ,對(duì) 3 個(gè)從 DSP 的控制及數(shù)據(jù)交換 ,實(shí)現(xiàn)井下儀器總線接口電路 DTB 的控制、命令接收識(shí)別、回送數(shù)據(jù)的組織。從 DSP1 和DSP2 實(shí)現(xiàn)多個(gè) A/D 采集信道的控制、 PGA 控制、實(shí)時(shí)相敏檢波及數(shù)字濾波。從 DSP3 為發(fā)射短節(jié)提供發(fā)射時(shí)鐘信號(hào)，提供輔助信道 A/D、 D/A 控制及輔助測(cè)量信號(hào)的時(shí)序控制。 發(fā)射短節(jié)由發(fā)射波形電路、開關(guān)控制電路、高壓濾波和電流取樣等電路組成。接收短節(jié)由接收放大通道、邏輯控制板、二級(jí)刻度板組成。實(shí)時(shí)二級(jí)刻度技術(shù)消 除模擬電路增益和相位因環(huán)境溫度變化而引起的漂移。接收前置放大電路為 1 個(gè)小信號(hào)、低噪聲、寬頻帶放大器。它由低噪聲單位增益緩沖級(jí)、低噪聲放大級(jí)、電壓放大級(jí)、反饋網(wǎng)絡(luò)、溫度補(bǔ)償及高精度電源等部分組成。電源短節(jié)提供陣列感應(yīng)儀器的全部直流供電。 儀器線圈系采用防震復(fù)合管作為線圈系的支撐體，設(shè)計(jì)了專門用作 01mm 調(diào)節(jié)的凸輪式微調(diào)裝置，可連續(xù)微調(diào)線圈距，線圈系專用的陶瓷骨架保證了測(cè)量調(diào)試精度。線圈系軸套采用金屬材料，增加強(qiáng)度，便于組合；上接頭多層屏蔽管過線，減小電磁干擾；陶瓷骨架結(jié)構(gòu)提高了線圈系溫度穩(wěn)定性；玻璃鋼外殼材 料內(nèi)填平衡硅油，熱膨脹系數(shù)??；線圈屏蔽采用梳狀屏蔽層；線圈對(duì)稱繞制，減少干擾。 表 21 陣列感應(yīng) (MIT)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 指標(biāo)名稱 指標(biāo)數(shù)據(jù) 最高溫度 155℃ 最大壓力 100MPa 數(shù)據(jù)傳輸 100kbps 儀器外徑 ?95mm（電子