２０１１年第７期 西部探矿工程 ６５
大庆电磁波随钻测量仪器应用可行性分析
赵志学 ，田玉栋，韩玉安，孟祥光，高 翔
（大庆钻探Ｚ－．程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆１６３４１３）
摘要：简述了电磁波测量传输机理，并分析了影响电磁波随钻测量仪器应用的最主要因素就是地层
电阻率，认为电阻率１～１Ｏ０ＯＱ・ｍ之间是电磁波传输的极限范围。通过对大庆２００７￣２００８年已完
井测井资料的统计分析，优选了大庆适应电磁波测量仪器应用的区块。 关键词：电磁波随钻测量；大庆油田；可行性分析
中图分类号：ＴＥ９２７文献标识码：Ａ文章编号：１Ｏ０４—５７ｌ６（２Ｏｌ１）Ｏ７一Ｏ０６５—０３
１目的和意义
作为《电磁波随钻测量（ＥＭ—ＭｗＤ）仪器的方案
设计》项目的一项重要研究，大庆地层电阻率分布情况 的分析研究具有非常重要的意义，它不但决定着ＥＭ—
ＭＷＤ仪器在大庆的应用前景，而且为仪器研发和现场
试验提供重要的依据。由于此前电磁波随钻测量仪器
在大庆没有进行过应用，根据其它油田和国外应用情
况，在地层电阻率低于１Ｑ・ｍ或高于１０００￣・ｍ时
ＥＭ－－ＭＷＤ仪器信号传输衰减非常严重，基本上导致 该仪器在此类地层无法正常应用，因此通过对大庆地层
电阻率的分布情况进行系统的分析和研究，可以在理论
上推荐出适合和不适合ＥＭ—ＭＷＤ仪器应用的地层
和区块以使该仪器更好的在大庆进行应用。
２理论依据
电磁波传输主要分三类：平面波、导行波和电磁辐
射，而ＥＭ—ＭＷＤ仪器发射电磁波的形式是电磁辐
射，电磁辐射主要是由电、磁场间的相互作用产生，其传 输的公式为：
Ｉ（ ） 一｛ １ 一
式中：工（ ）——信号电流在 点的强度，Ａ；
Ｌ——信号源电流的强度，Ａ；
——钻柱上一点到信号源的距离，ｍ；
电流在地层中的趋肤系数。 而趋肤系数 的公式：
一丽１
式中：， 磁导率，一般取４ｘＸ１０＿。，Ｈ／ｍ； 地层电阻率，Ｑ・ｍ；
卜信号电流频率，Ｈｚ。
由此可以得到电磁波传输的最终公式：
（ ）一Ｉｏ．８一 从公式中可知Ｊ（ ）随着发射源的功率、地层电阻
率的增大而增大，随着井深、发射频率的增大而降低；此
外Ｊ（ ）还与钻杆的材质、循环介质等因素有关。
由此可见地层电阻率是信号传输的重要参数之一， 电阻率低于１Ｑ・ｍ的地层可以被近似地看成导体，当
电磁波信号通过此类地层时，信号传播的水平方向的分
量将远大于垂直方向，因此导致电磁波传输严重衰减，
导致在地表无法接收到信号；当地层电阻率高于 １０００￣・ｍ时，地层可以被近似地看成绝缘体，电信号基
本上无法穿越此盖层达到地表。因此理论上认为电阻
率１～１Ｏ００Ｑ・ｍ之间是电磁波传输的极限范围。
３大庆地层电阻率数据统计与分析
由于电磁波仪器最主 也是最迫切的需要就是气
体水平井，根据现有的勘探开发现状，气体水平井应用
的区域主要是获得工业气流的天然气井（像徐深３、６、
７、８、９、２２１）和外围的低压低渗油气井（主要集中在葡萄
花和扶杨油层），由于该仪器不受钻井介质限制，故在常
规水平井也有广泛的应用前景。为了确定大庆地层电
阻率条件是否符合电磁波传输的要求，就必须要对已钻
的水平井、气体钻井、探井、预探井和地质井电阻率数据
进行统计和分析。
３．１ ２００７年和２００８年大庆已钻水平井电阻率数据分
析
＊收稿日期：２０１￣０８－１９ 第一作者简介：赵志学（１９８２一），男（汉族），黑龙江哈尔滨人，助理工程师，现从事随钻地层压力温度测量技术研究、电磁波随钻测量技术研究和欠 平衡气体钻井技术服务工作。
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由于ＥＭ—ＭＷＤ仪器主要市场是在气体水平井
中应用，因此就有必要对大庆已钻水平井电阻率情况进
行统计和分析，通过对２００７年和２００８年９５口水平井
随钻测量电阻率数据的统计分析，得到了如下数据统计
结果：
（１）水平井的垂深分布在２５０￣２０５８．４３ｍ之间；
（２）地层深电阻率的平均值在２．７８～３９６．７１＂Ｉ・ｍ
之间，最小深电阻率低于１Ｑ・ｍ的有３口井，分别是升
３６一平０２６井、杏９—１一平２６井和肇１７一平５５井，最
大深电阻率高于１０００的有１６口井，占到了总数的
１６．８４ ，其中肇字号的井有７口，占肇字号井数的 ２１．８７５ ，而且还包括仅有的２口贝字号的井；
（３）地层浅电阻率平均值在２．３６￣５３９．Ｏ７Ｑ・ｍ之
间，最小浅电阻率低于１Ｑ・ｍ的有２口井，分别是升
３６一平０２６井和杏９—１一平井，最大浅电阻率高于
１０００１￣・ｍ的１１口井，占到了总数的１１．５８ ，其中肇
字号的井有６口，占肇字号井数的１８．７５ 。满足电阻
率应用条件的井数共为６７口，占总数的７Ｏ．５３ ；
（４）东字号、东丁字号、古字号、三字号和中字号的
井电阻率全部满足电磁波传输的条件。 由以上结果可以得到以下结论：
（１）电磁波仪器在常规水平井应用深度一般不超过
２０００ｍ；
（２）大庆已钻的水平井地层电阻率７Ｏ．５３ 满足电
磁波仪器要求，东字号、东丁字号、古字号、三字号和中
字号电阻率条件较好，其中东字号、东丁字号和中字号 电阻率条件最好，理论上最适合电磁波仪器应用；
（３）升３６一平０２６井和杏９—１平２６井两口井的
最小深、浅电阻率均低于１Ｑ・ｍ，不建议在这个区块应
用电磁波仪器；
（４）贝字号井由于电阻率太大，不建议在此区块应 用电磁波仪器。
３．２部分大庆已钻气体钻井及相邻探井电阻率数据分
析
大庆现有的ＬｗＤ／ＭＷＤ都是依靠泥浆脉冲进行
信号传输，在气体钻井中无法使用，限制了气体水平井
技术在大庆的应用。而电磁波随钻测量仪器是目前解 决气体钻井随钻数据上传的最有效手段，因此对气体钻
井地层电阻率进行数据分析非常必要。通过对大庆９ 口气体钻井及相邻探井测井资料的分析，对各井的泥浆
电阻率、井底温度、地层真电阻率，超标井段及厚度进行 了统计和分析，得到了如下数据统计结果：
（１）井底最高温度出现在井深５５２０ｍ的莺深２井
１８３℃：
（２）９口气体钻井及相邻探井测量井段分布在 ２３０￣５５２０ｍ之间，每口井的最大地层真电阻率均有超
过１０００１￣・ｍ的井段，但平均最低地层真电阻达到了
２２．８Ｑ・ｍ； （３）在地层真电阻率超过１０００￣・ｍ的井段分散在
３０６２＂－－－５３７０．４ｍ，最大值为９９６２３￣Ｉ・ｉｎ，最大厚度达到
了１０７ｍ，最浅的井段是莺深２井的３０６２￣３０７０．４ｍ。
由以上结果得到如下结论：
（１）在大庆应用的电磁波测量部分最高温度可以以
１９０℃为上限；
（２）电磁波随钻测量仪器在应用气体钻井及相邻探
井时，应更多的考虑超过ｉ０００￣・ｍ的盖层（绝缘层）带
来的影响，由于深井钻速慢，建议降低发射频率，增加信 号强度；
（３）在气体钻井及相邻探井井深超过３０００ｍ时由
于地层电阻率太大，而且盖层较厚，复合式或中继转发
式ＥＭ－－ＭＷＤ是传输的唯一手段，而电磁波直接发射
的模式不适合在大庆的气体钻井及相邻探井中应用。
３．３大庆各盆地典型区块主要探井、预探井和地质电
阻率数据分析
电磁波随钻测量仪器发射电磁波是以地层作为信
号的发射信道，因此从发射点到地表的全部地层电阻率
均对其传输效果产生影响，而已经统计的水平井和气体 钻井的电阻率资料大多局限于钻进井段，为了更好的分
析大庆各盆地典型区块的全部地层的电阻率情况，对筛
选出的大庆７９口探井、预探井和地质井的测井解释报
告进行了分析，对其中的泥浆电阻率、井底温度、地层真
电阻率（地层电阻率）、超标井段及厚度进行了数据统 计。之所以引入泥浆电阻率，是因为发射信号最先接触
的不是地层而是泥浆，如果泥浆电阻率低于Ｉｆ２・ｍ的
话同样会使信号严重衰减。按照测井资料类型的不同，
将７９口井分成了地层真电阻率统计和地层电阻率统
计，得到了如下数据统计结果： （１）共有８口井的泥浆电阻率低于１Ｑ・ｍ，其中嫩
Ｄ１泥浆电阻率仅为０．２５Ｑ・ｍ；
（２）加上９口气体钻井及相邻探井的８８口井中，井
底温度达到１５０℃仅有６口井，占到了６．８１ ；
（３）探井、预探井和地质井的测井数据分布在从井 口到４７６７ｍ的井段上；
（４）６３口的最小地层真电阻率的平均值为 ３９．６９Ｑ・ｒｎ，没有～口井出现地层真电阻率低于Ｉ的情
况，最大地层真电阻率高于１０００￣・ＩＴＩ的共２ｌ口井，占
到了Ｉ／３，最大值为９９９９０１＂Ｉ・ｍ，最大厚度达到了
１４１．２ｍ，其中最浅的井段是２９６．４￣３０８．２ｍ段；
（５）羌Ｄ２井和杨Ｄ４井超过８０ 的井段地层真电
阻率高于１０００￣・ｍ； （下转第６９页）
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幅用接收模块内的专门的电路来测量。这个电路输出
一个直流电压，该电压与检测的交流信号的振幅成正
比。
量化衰减最常用的单位是分贝（ｄＢ）。“振幅比”定
义为：
振幅比（ｄＢ）＝２０×ｌｇ（ ／ ）
式中： 一电压，Ｖ。
既然在近接收器的信号振幅一般大于远接收器的，
正如以上所述方程式所定义的，振幅比通常是一个负
数。衰减越大，这个负数（就绝对值而言）就变得越大。
２．４ ＣＰＡ电阻率
Ｓｐｅｒｒｙ Ｓｕｎ在做资料解释时是把相位差曲线和振
幅比曲线分开来应用的，他们采用两种资料解释方式：
一种是只用４条相位曲线，这４条相位曲线分别是极
浅、浅、中深和深，由于相位差的探测灵敏度较高，可以
在较大的电阻率变化范围内（包括ｊＤ＞１００￣ｍ的地层）
应用。但相位差的探测深度不如振幅比的大，在低阻层
时它的探测深度可能不够。振幅比虽然探测较深，但它
在ｐ＞２０１２ｍ时的探测灵敏度太低，因此他们也不单独
应用振幅比曲线来做解释，而是将统一频率和距离的相
位和振幅比按某种方式进行组合，以便既能有比单独用
相位时更大的探测深度，又能有比单独用振幅比时更好
的探测灵敏度，他们把这种资料应用和解释方式称为 ＣＰＡ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）电阻率解释，把
４对这种组合曲线分别作为极浅、浅、中深和深探测曲
线来进行解释，它可在ｐ＜１００１２ｍ的地层中应用。
３结语 就随钻电磁波测井而言，不同公司的仪器，其探测
深度和纵向分辨率及测量范围等略有差异，但其原理基
本相同。但是任何一种测井设备测量出的曲线都不可
能非常完美地反映地层情况，往往受到设备本身的设计
和结构的影响而产生特殊的曲线响应。只有通过了解
仪器的结构和测量原理，才能对现场的不确定因素作出
正确的推断，结合曲线的响应特征，真正地对地层作出
正确的判断，从而提高仪器的服务质量和维修质量。
参考文献： ［１３ 肖忠云．ＥＷＲ Ｐｈａｓｅ＿４型随钻测井仪［Ｊ］．石油仪器，１９９４，
８（２）． ［２］王明哲，于越军，白克宗．ＥＷＲ＿Ｐ４随钻电阻率曲线特殊响 应的分析［Ｊ］．国外测井技术，２００８，２３（１）． ［３］ 康俊佐，杨善德．ＥＷＲ资料的二维非匀质反演方法研究 ［Ｊ］．吉林大学学报，２００９（３）． ［４］Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ Ｓｅｎｓｏｒ Ｍａｎｕａｋ ２００３． Ｓｐｅｒｒｙ－Ｓｕｎ，Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ． ［５］王颖．随钻电磁波测井响应及解释方法的研究［Ｄ］．中国石
油大学（华东）硕士学位论文，２００９．
（上接第６６页）
（６）１６口井的深电阻率的平均值在１０．８４～ ９６．４６Ｑ・ｍ之间，最小深电阻率低于１Ｑ・ｍ只有１口
井——丰南ｌ井，仅为０５７Ｑ・ＩＴＩ，最大深电阻率全部在
１０００１］・ｎｌ以下；浅电阻率平均值在８．００￣３４．２３Ｑ・ＩＴＩ
之间，最小浅电阻率低于１Ｑ・ｍ的同样是丰南１井，最 大浅电阻率全部在１０００￣２・ｍ以下。
由以上结果得到如下结论：
（１）应用电磁波随钻测量仪器的井泥浆电阻率要控
制在Ｉ１２・ＩＴＩ以上；
（２）把１５ｏ℃作为设计复合式电磁波随钻测量仪器
的温度等级，１５０℃以下的仪器作为常规仪器可以节约 成本；
（３）羌Ｄ２井、杨Ｄ４和丰南１井所在区块不建议使
用电磁波随钻测量仪器；
（４）上部地层电阻率存在地层电阻率高于 １０００１２・ｎｌ的盖层，再进行仪器应用时，建议认真分析临
井和探井上部地层电阻率资料。
４结论
大庆大多数地层的电阻率条件符合随钻电磁波测 量仪器的应用，其中东字号、东丁字号、古字号、三字号
和中字号的水平井最适合该仪器应用；通过分析，贝字
号井、升３６一平０２６井、杏９—１平２６井、羌Ｄ２井、杨
Ｄ４井和丰南１井所在区块的临井不建议使用该仪器；
在设计和应用过程中把１５０℃作为井下测量的常规温
度等级，１９０℃作为极限等级，把复合式作为深井电磁波
传输的唯一可行方式；在现场应用之前，要确定泥浆电
阻率在１Ｄ，・１２＂１以上，同时分析临井和探井电阻率资料，
确认是否有盖层（电阻率高于１０００１］・ｍ）和导电层（电
阻率低于ｌ１］・ｍ）存在。
参考文献： Ｅ１］刘修善，侯绪田，涂玉林，杨春国．电磁随钻测量技术现状 及发展趋势［Ｊ］．石油钻探技术，２００６（５）：４－９． ［２］张进双，赵小祥，刘修善．ＺＴＳ电磁波随钻测量系统及其现 场试验［Ｊ］．钻采工艺，２００５（３）：２５－２７． ［３］王荣景，鄢泰宁，等，ＺＴＳ一１７２Ｍ电磁波随钻测量系统及 其在胜利油田的应用口］．地质科技情报，２００５（Ｓ１）：３３－３５． ［４］曹来勇，王振生，等．随钻测量与井筒油气评价技术［Ｍ］． 石油大学出版社，１９９７．