第３７卷第１期　２０１３年２月　测井技术　ＷＥＩ』　Ｉ　（）ＧＧＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３７　Ｆｅｂ　ＮＯ．１　２０１３　

文章编号：１００４—１３３８（２０１３）Ｏ１—００８０—０５　

薄互层和倾斜地层阵列侧向测井响应计算分析　

冯琳伟　，汪德刚。，贺飞　，张昊　，王普海　，关照星　，张兴　

（１．中国石油集团测井有限公司，陕西西安７１００７７；２．塔里木油田公司勘探部，新疆库尔勒８４１０００）　

摘要：为分析ＨＡＬ阵列侧向测井在薄互层和斜井的响应特性，根据ＨＡＬ仪器工作原理，采用三维有限元算法，　建立不同地层模型，进行薄互层响应特性对比，并计算分析直井和斜井的正演响应特性。该仪器受围岩影响小，对　薄层分辨效果好，薄互层响应特征明显；在斜井中仪器响应曲线使地层真实层厚变厚，并且曲线关系由于受围岩影　响而呈现幅度差异。　关键词：阵列侧向测井；三维有限元；薄互层；测井响应；纵向分辨率；围岩影响；大斜度井　中图分类号：Ｐ６３１．８４　文献标识码：Ａ　

Ｏｎ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＨＡＬ　Ｔｏｏｌ　ｉｎ　Ｔｈｉｎ　Ｉｎｔｅｒ－ｂｅｄｓ　ａｎｄ　Ｄｅｖｉａｔｅｄ　Ｈｏｌｅ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　

ＦＥＮＧ　Ｌｉｎｗｅｉ　，ＷＡＮＧ　Ｄｅｇａｎｇ　，ＨＥ　Ｆｅｉ　，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｏ　，ＷＡＮＧ　Ｐｕｈａｉ　，ＧＵＡＮ　Ｚｈａｏｘｉｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｇ　（１＿Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｌｏｇｇｉｎｇ　ＣＯ．ＬＴＤ．，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｎｘｉ　７１００７７，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔａｒｉｍ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｏｒｌａ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　８４１０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＨＡＬ　ｔｏｏｌ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｒａｄｉａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｄｅｐｔｈｓ．Ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ＨＡＬ　ｔｏｏｌ　ｉｎ　ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｂｅｄｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｉａｔｅｄ　ｗｅｌｌ，ａ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　

ｍｅｔｈｏｄ（３一Ｄ　ＦＥＭ）ｉｓ　ｗｏｒｋｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｂｅｄｓ　ｉｎ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｄｅｖｉａｔｅｄ　ｗｅｌｌｓ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　

ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ＨＡＬ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｓｈｏｕｌｄｅｒ　ｂｅｄｓ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｔｈａｎ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａ１　ｌａｔｅｒｏｌｏｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅｓ　ｔｈｉｎ—ｂｅｄ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ａｃｔｉｖｅｌｙ　ｆｏｃｕｓｅｄ　ａｒｒａｙｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｃａｎ　ｓｅｐａｒａｔｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　

ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｂｅｄｓ　ｅａｓｉｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ　ＨＡＬ　ｔｏｏｌ　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｂｅｄｓ．Ｆｏｒ　

ｄｅｖｉａｔｅｄ　ｂｏｒｅｈｏｌｅ，ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｏｕｌｄｅｒ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＨＡＩ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ａｒｒａｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｎｄ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａ１　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＡＩ　ｌｏｇｓ　ｉｎ　

ｔｈｅ　ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ－ｂｅｄｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｉａｔｅｄ　ｗｅｌｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｒａｙ　ｌａｔｅｒｏｌｏｇ，３Ｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｂｅｄ，ｌｏｇｇｉｎｇ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｖｅｒｔｉｃａｌ　

ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｓｈｏｕｌｄｅｒ　ｅｆｆｅｃｔ，ｈｉｇｈ　ｄｅｖｉａｔｅｄ　ｗｅｌｌ　

０　引　

普通双侧向测井仪器的深、浅电阻率曲线纵向　分辨率较低（Ｏ．６～Ｏ．８　ｍ），不能有效分辨薄层和薄　

互层。高分辨率双侧向测井仪（ＨＲＤＬ）虽然具有较　高的纵向分辨能力（０．４　ｍ）［１　］，但同普通双侧向测　

井仪器一样，只提供深、浅２条电阻率曲线，径向探　测信息少，不能满足储层精细化评价需求。１９９８年　

斯伦贝谢公司推出了高分辨率阵列侧向仪器（ＨＲ　Ｉ　Ａ）｜３＿，该仪器不但具有较高的纵向分辨率，而且提　供多条径向不同探测深度的测井曲线，对地层侵入　

剖面的描述更加详细，邓少贵等ｌ４］对ＨＲＩ　Ａ仪器进　

行了斜井响应研究。２００６年贝克一休斯公司也推出　了类似的阵列侧向测井仪器（ＭＩ　Ｔ）ｌ５］，２０１０年中围　

石油集团测井有限公司研制出具有独立知识产权的　

阵列侧向测井仪器ＨＡＬ（Ｈｉｇｈ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ａｒｒａｙ　Ｌａｔｅｒａｌｏｇ　Ｌｏｇｇｉｎｇ　Ｔｏｏ１），纵向分辨率达到０．３　ｍ。　

阵列侧向测井方法不但在纵向上提高了分辨率，而　且丰富了径向探测信息。因此，对ＨＡＩ　阵列侧向　

测井仪器在薄互层和倾斜地层的正演响应特性研　

作者简介：冯琳伟，男，１９７６年生，高级工程师，从事电法测井仪器方法研究。

　第３７卷第１期　冯琳伟，等：薄互层和倾斜地层阵列侧向测井响应计算分析　・８１・　

究，有助于正确评价该仪器在复杂储层的测井曲线　

特征，准确识别油气层。　

１　电极系结构及工作原理　

如图１所示，ＨＡＬ阵列侧向电极系结构是在一　

个电极棒上安装２９个环状电极，其中有８对监控电　极和１３个供电电极。Ａｏ为主电极，主电极两侧的　

电极Ａ１（Ａ１　）～Ａ６（Ａ６　）在各种探测模式中分别　作为屏蔽电极或返回电极，Ｍ１（Ｍ１　）～Ｍ８（Ｍ８　）为　

成对监控电极。图２为电极系工作原理示意图。　

Ａ６：Ａ５｜Ａ４ｔ　Ａ３｜Ａ２｜ＡＩ｜Ａ０　Ａ１　Ａ２　Ａ３　Ａ４　Ａ５　Ａ６　Ｍ７　Ｍ６　Ｍ４　Ⅷ　№　Ｍｌ　Ｍｌ　№Ｍ４　Ｍ５　Ｍ６　Ｍ７　Ｍ８　

图１电极系结构　

ＲＡＬ０　ＲＡＭ　ＲＡＬ２　ＲＡＬ３　ＲＡＩＡ　ＲＡＬ５　图２工作原理示意图　

６种探测模式的工作原理：　ＲＡＬ０模式。主电极Ａ０发射主电流，电流返　

回到Ａ１（Ａ１　）～Ａ６（Ａ６　）。由于主电流不聚焦，大　部分电流在井眼泥浆内流动，主要反映泥浆电阻率　

信息。　

ＲＡＬ１模式。主电极Ａ０发射主电流，ＡＩ（Ａ１　）　发射屏蔽电流，所有电流返回ＮＡ２（Ａｅ　）～Ａ６（Ａ６　），　

聚焦条件为（　一　）＋（　，一　，）一０。返回　电极距Ａｏ很近，主电流进入地层很浅的地方就散　

开了，探测深度较浅。　

ＲＡＬ５模式。主电极Ａｏ发射主电流，屏蔽电　

极Ａ１（Ａ１　）～Ａ５（ＡＳ　）发射屏蔽电流，所有电流返　

回到Ａ６（Ａ６　），聚焦条件为（　一　Ｍ２）＋（　１，一　

ＶＭ２，）一０，（　一ＶＭ４）＋（　Ｍ３，一　Ｍ４，）一０，（　Ｍ５一　

ＶＭ６）＋（、，厂Ｍ５，一　Ｍ６，）一０，（　Ｍ７一ＶＭ８）＋（　Ｍ７，一　

ＶＭ８，）一０，（　Ｍ４一　Ｍ５）＋（　Ⅵ４，一Ｖ　）一０。探测深　

度最深。　

ＲＡＬ２～ＲＡＬ４模式工作原理可以参照ＲＡＵ　和ＲＡＬ５。　ＲＡＬ０模式的视电阻率计算公式为　Ｔ，　Ｒ。一Ｋｏ　（１）　上０　ＲＡＬＩ￣ＲＡＬ５模式的视电阻率计算公式为　

Ｔ，　Ｒ　～５一Ｋ１～５　（２）　上０　式中，Ｋ。～Ｋ５为ＲＡＬＯ～ＲＡＬ５模式的仪器常数；　Ｊ。为主电极Ａｏ电流；　１，Ｍ２为Ｍ１与Ｍ２电极间测　量电压；　，　为Ｍ１与参考电极Ｎ间测量电压。　

根据上述仪器工作原理，基于麦克斯韦电磁场　理论，采用三维有限元方法＿６　］，针对不同研究问题　

建立地层模型，进行数值模拟计算，研究仪器在复杂　

地层模型中的响应特性。　

２薄互层响应模拟　

２．１　围岩影响　侧向测井仪器在进行测井时由于受上下围岩层　的分流作用会影响到视电阻率大小，通过围岩校正　

图版能够分析仪器测量的电阻率曲线受围岩影响程　度。校正图版的横坐标为目的层厚，纵坐标为校正　系数　一引。　

图３为普通双侧向测井仪器的深侧向与ＨＡＬ　

的ＲＡＬ５模式围岩影响对比，不同线型代表Ｒ　／Ｒ　对比度。从图版上可以看出，双侧向的测量电阻率　

受围岩影响明显比ＲＡＬ５要大，ＲＡＬ５校正曲线在　层厚很薄（Ｏ．３　ｍ）的地方已经接近１，而双侧向围岩　

校正曲线在较厚的地方（０．６　ｍ以上）才能趋近１。　在层厚小于１　ｍ的目的层，随Ｒ　／Ｒ。对比度增加，深　

侧向和ＲＡＬ５受围岩影响均增大，但深侧向增加的　

更快。在层厚大于１　ｍ的目的层，ＲＡＬ５的围岩校　

Ｉ　Ｉ　｝聚惯！　，　ｉ　ｌ『　ｉ　ＩＩ　ｉ　Ｊｉ　１　；－￣５００　ｊ　／　，＝１００　／　＿＿ｌＯ　５　／　，－５　５　／　ｌ－２　

１ＡＩ　Ｉ－　。：　。、　ｌ　Ｉ　Ｉ　：、　Ｉ　＇　．１　、　、Ｉ　【　‘　Ｉ　１　ｌ　ｔ　Ｉ　Ｉ　一＿一　●Ｉ　Ｉ　＇　Ｉ　１　。　１　－　－１　～　、．、　、　’　、　Ｊ　－　＿－ｉ　

ＪｇＮ／ｍ　

图３深侧向围岩影响对比（井径一８　ｉｎ＊，Ｒ　一１　ｎ・ｍ）　

＊非法定计量单位，１ｆｔ＝１２ｉｎ＝０．３０４　８　ｒ

ｎ，下同　・８２・　测井技术　

正系数明显小于深侧向。图版总体可以说明ＨＡＬ　

阵列侧向测井曲线受围岩影响明显比双侧向仪器　

小，纵向分辨率高于双侧向测井曲线。　

２．２薄互层连续响应　ＨＡＩ　阵列侧向测井曲线受围岩影￣ｊＪｌ，的特点，　

能够大大提高仪器的薄层分辨能力。为分析仪器在　

薄互层模型的响应情况，假设计算模型：井眼为８　ｉｎ，　

泥浆电阻率Ｒ　为０．５　Ｑ・ｍ（以下计算均采用此条　件）。薄互层厚度分别为０．１、０．２、０．３、０．４　ｍ，围岩　

电阻率为１　Ｑ・ｍ，目的层电阻率分别取１０　Ｑ・ｍ和　

１００　Ｑ・ｍ。图４至图７为不同厚度薄互层的仪器响　

应，每个图中的（ａ）、（ｂ）分别是目的层为１Ｏ　Ｑ・ｍ和　

１００　Ｑ・ｍ的响应。其中Ｒ　为地层真电阻率，　ＲＡＬ１￣ＲＡＬ５为ＨＡＬ阵列侧向测井仪器从浅到　

深的５条电阻率曲线，Ｒ　和Ｒ　为双侧向测井深、　

浅电阻率曲线。　

图４为０．１　ｍ薄互层模拟结果对比。可见对于　

０．１　ｍ厚度的薄互层，ＨＡＬ阵列侧向和双侧向电阻　率曲线均不能有效分辨该地层模型，并且目的层的　

视电阻率值都远低于真实地层电阻率。图４（ａ）显　

示，ＨＡＬ阵列侧向电阻率曲线在薄互层呈现明显的　

负差异特征，双侧向电阻率曲线不明显；在图４（ｂ）　中，ＨＡＬ阵列侧向电阻率曲线负差异特性增大，双　

侧向电阻率曲线也呈现明显负差异特征。说明对于　厚度为０．１　ｍ的薄互层，ＨＡＬ阵列侧向电阻率曲线　

的负差异特征比双侧向电阻率曲线明显，并且随地　

层与围岩电阻率对比度的增大，这２种侧向电阻率　

曲线的负差异特征均会增大。这个特性在图５到图　

７中也有体现，但随薄互层厚度的增加，电阻率曲线　

ＨＡＩ，ＮＮ侧向　双侧向　０．１　。　０（　・ｍ）　ｒ　）．１　１００　‘揣　／（ｎ・ｍ）　３　’　１　１００　］　‘蕊　・ｍ）　／（ｎ。‘　ｎ１　１（１【１　

ｌ　量　雪　

雾　雪　ＨＡＬ阵歹　侧向　双侧向　１８　０（　・Ｉｎ）　。　０．１　１Ｏ０　‘　・Ｉｎ）　肛３　‘　Ｄ＿１　ｌ００　。　忡・Ｉｎ）　蕊　０１　１０ｎ　

（ａ】Ｒ：ｌ０Ｑ・ｍ　￣＝１ｏｏｎ‘ｍ　图４　０．１　ｍ薄互层　负差异现象越来越小。　

图５为０．２　ｍ薄互层模拟结果对比。ＨＡＩ　阵　列侧向电阻率曲线由于受围岩影响小，虽然测量的　

目的层电阻率曲线幅度明显低于地层模型真值，但　曲线变化能够反映该薄互层模型，层位显示比较清　

晰。图５中第２道双侧向的电阻率曲线严重偏离真　

实地层模型，虽然深、浅双侧向测井曲线有层的变　化，但并没有对应真实地层模型位置，实际上曲线的　

幅度变化是由于受邻层围岩影响，导致相对高电阻　率层幅度变低，低阻围岩幅度变高。这种现象在图　

５（ａ）和图５（ｂ）中均表现一致。　

ＨＡＬ阵列侧向　双侧向　０．１　０（　ｎ／（ｎ・ｍ１　０．１　ｌ００　。‰　／（ｎ・Ｉｎ）　。　０．１　ｌ（）【】　’蹁　・ｍ１　‘７８｝　ｎ．１　１０Ｃ　４　墓　墓　蚕　蚕　

毒窖　基呈　ｌ｛　ＨＡＬ阵列侧　向双侧　向０．１ｎ／（ｎ。　０　［ｎ／（ｎ・ｍ　０　１０．　１ｌ０　‰　‘　但・ｍ　０１午缸　‘　）ｎ．　１１０　）：　‘ｉ８　・ｎ　６　。　ｎ　１１　４　

藿薹　若亳　富窜　星　三窜　臣　＝＝　＝　《；；＝　＝

孽　蘑兰　三　

图５　０．２　ｍ薄互层　Ｃｏ）兄　０ｏ　・　

图６为０．３　ｍ薄互层模拟结果对比。ＨＡＬ阵　列侧向测井仪器在该地层模型的电阻率曲线比　

０．２　ｍ更好，曲线不但清晰分辨该薄互层模型，而且　

ＨＡＬ阵列侧向　双倾０向　ｏ．１足　ｏ（　・Ｉｎ）　让　。　１　ｌ００　。　Ｒ　／（ｎ・ｉｎ）　＝｝｝以３忡。　１　１００　）：　蕊　Ｓ－山旭　・ｍ）　需　ｎ１　１０ｎ　Ｉｌ　蓦　Ｃ］亡　墓　口ａ

口　口　蓬　口　薰　ＬＪ！口　

∞　藩　’　

　Ｉ｛ＨＡＬ阵　列侧向双　坝９向ｏ．１Ｒ　‘　０Ｃ　・　ｌｏ０　ｌｎ　）１ｌ　。‰　’‰　・　ＩＯ０￣Ｒ１ＡＬ３／（ｆ　Ｉｎ）　ｎ．１　２’　

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（ａ）肛１Ｏｎ・ｍ（ｂ）Ｒ＝１ｏｏＱ。ｒｌｌ　图６　０．３　ｍ薄互层　深度　，　ｍ　ｍ　ｕ￡ｊ

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