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地球物理测井 尉中良_图文

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地球物理 测井 尉中良 图文
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第七章 井的含义及方法分类地球物理测井(或称地球物理测井勘探、地球物理测井勘查、应用地球物理测井、矿场地球物理) ,简称测井,是地球物理学的一个重要分支学科。它以物理学( 电、声、核、磁、热、光、力等)、数学和地质学为理论基础,以井眼及其周围介质为研究对象,采用多种专门的仪器设备,沿钻井剖面测量各种物理参数,通过数据处理和综合研究,揭示测量对象的特征和规律,进而发现油气、煤、金属与非金属、放射性、地热、地下水等矿产资源,近年来已扩展到工程地质、灾害地质、生态环境、考古研究等应用领域。测井与地面、航空、海洋等地球物理分支学科具有相同之处,有些测井方法在原理上与其它地球物理方法基本相同;而且它们也可以用来解决相同的地学问题。不同之处在于,测井必须将仪器放入井中,使其充分接近测量对象,因此测井一般具有更高的测量精度;由于其测量精度高和特有的钻井条件,其它地球物理分支不能实现的测量方法,在测井中可以采用,因此,测井方法的种类更多。测井与井中物探同属于将仪器放入井中测量的方法,但是二者的探测空间范围不同,很多文献中均不予严格区分。测井探测范围为“井壁附近 ”,通常指在垂直于井轴方向(径向)上自井轴向外数厘米或数米,在沿井轴方向上自井口至井底的空间范围;井中物探的勘查范围是井周、井间或井底下方的较大空间,其具体范围决定于所用方法技术及探测目标的状况,目前一般为井轴径向或井底数十至数百米。钻井目的不同,其深度也有差别。工程和水文钻井,浅的仅数十米;油气勘探开发井,一般深度为 1000~6000m,塔里木油田克深 7 井完钻深度达到 8023m;世界上最深钻井位于俄罗斯科拉半岛,原计划钻探到 15000m 深度,相当于地壳平均厚度 30000m 的一半,目前只钻至 12262m。理论上,钻井有多深,测井也可以探测多深。但是实际上测井会受井中温度、压力等条件的影响和制约。测井种类很多,分类方法也很多。根据应用领域的不同,测井可分为油气测井、煤田测井、金属非金属矿测井、水文及工程测井等。根据仪器下井方式的不同,测井可分为电缆测井和随钻测井。由电缆连接测井仪器,在重力作用下将测井仪器下入井中测井称为电缆测井,它适合直井和井斜角较小的井眼情况,是最常用的测井方式;随钻测井是在钻井过程中,将测井仪器附于钻头处测井,可以减少井眼对测量结果的影响,且适合大斜度井和水平井的情况。根据井眼状况的不同,测井可以分为裸眼井测井和套管井测井。井眼被钻开后,处于裸眼状态时进行测井,称为裸眼井测井;如果井中下入套管,在套管内测井,称为套管井测井。另外,还可以根据探测对象的物理性质不同,进行测井方法分类。1)以岩石导电性质为基础的测井方法:普通电阻率测井、侧向测井、感应侧井、微电极测井、微侧向测井、微球型聚焦测井和微电阻率扫描成像测井等。2)以岩石电化学性质为基础的测井方法:自然电位测井和人工电位测井等。3)以岩石弹性或声学性质为基础的测井方法:声波速度测井、声波幅度测井、阵列声波测井和超声波成像测井等。4)以岩石核物理性质为基础的测井方法:自然伽马测井、自然伽马能谱测井、密度测井、中子测井、同位素测井、元素俘获谱测井、X 射线荧光测井和核磁共振测井等。5)其他测井方法:井径测井、井斜测井、地层倾角测井、温度测井和磁化率测井等。 井的发展历史测井起源于法国。1927 年 9 月 5 日, 法国 田一口 500m 深的井中进行普通电阻率 测井,获得了世界上第一条测井曲线(图 标志着测 井技术的诞生。测井开始在欧洲用于勘探煤和油气,两年 后传到美国和前苏联。1939 年 12 月 20 日,翁文波在四川石油沟一号井 主持了中国首次测井工作。1943 至 1945 年翁文波和赵仁 寿在玉门油矿作过 10 余口井的电测井工作;1947 年夏至1949 年春,刘永年和王曰才在玉门油矿组建和主持我 国第一个电测站。他们对中国测井学科的创立和发展做出 了卓越的贡献。长期以来,测井在石油工业中发挥了十分重要的作 用,占有十分重要的地位,而石油勘探开发工作的不断深入 和科学技术的进步,又有力地推动了测井技术的发展,逐 渐形成了以电、磁、声、核、热、力、光等物理学原理为 基础的一系列测井方法。根据测井数据采集系统的特点, 测井技术的发展历程大致可分为模拟记录、数字测井、数 控测井和成像测井等几个阶段。拟记录阶段(1927~1964)测井仪器采用模拟记录方式,利用检流计光点照相记录仪在照相纸或胶片上记录测井曲线。模拟记录的特点是采集的数据量小,传输速率低。这一阶段相继诞生的测井方法包括普通电阻率测井(1927),自然电位测井(1931),自然伽马测井(1946),感应测井(1948),地层密度测井(1950),七侧向测井和三侧向测井(1952),声波测井(1952),闪烁自然伽马测井(1956),等等。字测井阶段(1965~1972)20 世纪 60 年代,世界石油产量达到 10×108t,测井工作量大增。同时,测井技术的发展使测量信息越来越丰富,模拟测井仪器已不能满足需要,人们开始研制数字化测井地面仪器以及与之配套的下井仪器。1965 年,斯伦贝谢公司首次用“车载数字转换器”(包括模/数转换器、数字深度编码和磁带记录装置)记录数字化测井数据,数字测井时代开始。利用数字磁带机进行数字记录,提高了测量精度,增加了可靠性,且便于将测井资料输入计算机进行处理。控测井阶段(1973~1990)计算机技术的高速发展,推动测井仪器的更新换代。1973 年,首次在现场用计算机采集和处理数据,数控测井时代开始。数控测井仪器是以车载计算机为中心的遥控、遥测系统,各种下井仪器作为计算机的外设,通过电缆通信系统实现数据的交换和计算机对下井仪器的控制。仪器校验、测量数据处理、显示、曲线回放等都通过软件实现。在这一阶段,增加了测井方法包括:自然伽马能谱测井,岩性密度测井,碳氧比能谱测井,长源距声波测井,电磁波传播测井,地层学地层倾角测井,地层微电阻率扫描测井。这些新的测井方法,能够提取更多的有用信息,扩大了测井的应用领域。像测井阶段(1990 年以后 )石油勘探中,越来越多地遇到裂缝性等各种复杂地层,986 年,微电阻率扫描成像测井仪问世,对裂缝识别和评价提供了全新的手段,引起了人们极大的兴趣和充分重视。之后,其他一些成像测井下井仪器相继诞生。为了满足各种成像测井仪器在大信息量传输、记录、图像处理等方面的要求,研制成像测井地面仪器并将各种成像测井仪器与之集成而形成完整的成像测井系统已成为必然趋势。20 世纪 90 年代初,斯伦贝谢公司率先推出了 像测井系统。成像测井是一个集各种先进技术之大成的系统,是高新技术的结晶;成像测井地面系统是计算机技术、遥控遥测技术、高速数据传输、应用软件密切结合的体现。井的用途测井的应用非常广泛,而且在不同的应用领域有不同的用途。在油气勘探开发中,测井占有特殊重要地位。每个阶段的各类钻井,测井工作都必不可少。对一口油气钻井而言,测井的应用一直要持续到井的报废。测井在储集层评价、油藏静态描述与综合地质研究、油井检测与油藏动态描述、钻井采油工程等方面,起着关键性的不可替代的作用。除了前面述及的大多数裸眼井和套管井测井方法外,还有许多生产测井方法,甚至包括射孔、井壁取心等。现代测井在石油工业中是高新技术含量最多的产业部门之一,在我国已列为石油科学的十大学科之一。煤田也是测井技术重要应用领域之一。测井被广泛用于钻井地质剖面的划分和对比,查明煤层并确定其深度、厚度、结构和品质,提供岩层、煤层的机械力学参数,评价顶底板稳定性,确定含水层位置及补给关系,了解地温数据及井身技术状况等,是煤田勘查、储量计算、开发工程设计不可缺少的手段。我国有关法规规范要求在煤田地质勘查中每口井都须按设计要求做测井工作。在水文及工程勘查中,测井也占有重要地位。它在各类水文钻井中被用来查明和划分含水层和隔水层,确定含水层性质和水力联系,估算地层涌水量或吸水量,划分咸淡水界面,评价水的矿化度,检查固井质量及止水效果,以及划分裂隙、岩溶发育带、进行区域地层对比等。在各类工程钻井中测井被用来原位测定岩石土壤的各种力学参数,主要是密度、体积模量、切变模量、泊松比等弹性参数。除了专门的水文或工程勘查项目外,在各类矿产特别是油气和煤炭勘查开发项目钻井中,有时也包括水文测井、工程测井的任务和内容。在金属矿勘查中,测井主要用于划出矿化、矿层或富矿段,确定其深度和厚度;确定矿石成分、品位、规模和储量;划分和校验钻井地质剖面,校正钻探岩心编录;为地面或井中物探解释提供所需的物性参数;地层对比,研究矿体产状;解决矿区水文地质问题,如确定出水位置。常常与井中物探方法相结合,发现井周、井底、深部盲矿;确定矿体相对于井的位置、形状、大小、产状;圈定矿体或矿化带范围;研究井间矿体的连续性等。在科学钻探方面,测井也起到了重要作用。科学钻探是人类深入地球内部原位认识和研究地球的唯一途径,包括海洋科学钻探、大陆科学钻探、湖泊钻探和极地钻探。测井在科学钻探的岩石学、古环境、古气候、构造地质、水文地质、地热和地球化学等方面研究中取得了丰硕成果。井仪器设备在绝大多数情况下,现场使用的电缆测井仪器设备,一般由地面仪器、下井仪器、绞车、电缆、电缆头和井口滑轮等部件组成(图 电缆测井示意图国内外的测井仪器生产商很多,生产的测井仪器大致可分为两类:一类主要服务于油气勘探开发,下井仪器种类多、精度高、探测深度大,如斯伦贝谢公司、阿特拉斯公司、哈里伯顿公司、西安石油勘探仪器厂、大庆油田、胜利油田等单位生产油田测井仪器;另一类为轻便测井仪器系统,主要服务于煤田、金属矿、水文、工程测井领域,下井仪器直径较小、种类有限、探测深度一般不超过 2000m,英国 司、美国 司、重庆地质仪器厂、上海地质仪器厂等生产此类测井仪器。表 出了部分常用的测井仪器设备。表 分常用的测井仪器设备仪器生产商 设备名称 适用领域数控测井系统 油气勘探开发斯伦贝谢公司成像测井系统 油气勘探开发数控测井系统 油气勘探开发阿特拉斯公司成像测井系统 油气勘探开发数控测井系统 油气勘探开发哈里伯顿公司成像测井系统 油气勘探开发中国石油测井有限公司 成像测井系统 油气勘探开发数控测井系统 油气勘探开发西安石油勘探仪器厂成像测井系统 油气勘探开发数控测井系统 油气勘探开发胜利油田测井公司成像测井系统 油气勘探开发器公司 轻便测井仪 固体矿产、水文工程司 轻便测井系统 固体矿产、水文工程重庆地质仪器厂 数字测井系统 固体矿产、水文工程上海地学仪器研究所 数字测井系统 固体矿产、水文工程渭南煤矿专用设备厂 数字测井仪 固体矿产、水文工程北京中地英捷物探仪器研究所 数字测井系统 固体矿产、电法测井部分以岩石电学性质为基础的测井方法,统称为电测井或电法测井,是国内外出现最早、种类较多、在应用中始终处于重要地位的一类测井方法。本章主要介绍生产实践中最常用的一些方法,首先介绍最简单的测井方法——自然电位测井;然后由浅入深,依次介绍普通电阻率测井、侧向测井、冲洗带电阻率测井和感应测井。然电位测井自然电位测井是沿井身测量岩层或矿体在天然条件下产生的电场电位变化的一种测井方法。自然电位测井诞生于 1931 年,是世界上最早使用的测井方法之一,测量简便且实用意义很大,所以至今依然广泛应用。在生产实践中人们发现,将一个测量电极放入裸眼井中并在井内移动,在没有人工供电的情况下,仍能测量到电场电位变化。这个电位是自然产生的,所以称为自然电位。中自然电位的产生研究表明,井中自然电位包括扩散电位、扩散吸附电位、过滤电位和氧化还原电位等几种。钻井泥浆滤液和地层水的矿化度(或浓度) 一般是不相同的,两种不同矿化度的溶液在井壁附近接触产生电化学过程,结果产生扩散电位和扩散吸附电位;当泥浆柱与地层之间存在压力差时,地层孔隙中产生过滤作用,从而产生过滤电位;金属矿含量高的地层具有氧化还原电位。在石油井中,自然电位主要由扩散电位和扩散吸附电位组成。(1)扩散电位首先做一个电化学实验,实验装置如图 一个渗透性隔膜将一个玻璃缸分隔成左右两部分,分别往玻璃缸两边注入浓度不同的液 (浓度分别为 和 ,且 ),然在两种溶液中各插入一个电极,用导线将这两个电极和一个电压表串联起来,我们可以观察到电压表指针发生偏转。玻璃缸左右两边溶液的浓度不同,那么高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去,这种现象称为扩散现象。对于 液来说,由于的迁移率大于 的迁移率,因此低浓度溶液中的 相对增多,形成负电荷的富集,a 浓度溶液中的 相对增多,形成正电荷的富集。于是,在两种不同浓度的溶液间能够测量到电位差。虽然离子继续扩散,但是 受到高浓度溶液中的正电荷吸引和低浓度溶l液中的负电荷排斥作用,其迁移率减慢; 则迁移率加快,因而使两侧的电荷富集速度慢。当正、负离子的迁移率相同时,电动势不再增加,但离子的扩散作用还在进行,这种状态称为动态平衡。此时接触面处的电动势称为扩散电动势或扩散电位。通常情况下,地层水的含盐浓度大于泥浆滤液的含盐浓度,即 ,因此扩散结是地层水中富集正电荷,泥浆中富集负电荷。(2)扩散吸附电位如果用泥岩隔膜替换上述实验中的渗透性隔膜,而不改变其它条件,重新进行实验,会出现什么现象呢?通过观察,发现电压表指针朝相反方向偏转,表明浓度大的一侧富集图 散电位产生示意图导 线+ 电 极玻 璃 缸导 线 电 极玻 璃 浓度小的一侧富集了正电荷(图 用泥岩隔膜将两种不同浓度的 液分开,两种溶液在此接触面处产生离子扩散,扩散总是从浓度大的一方向浓度小的一方进行。由于粘土矿物表面具有选择吸附负离子的能力,因此当浓度不同的 液扩散时,粘土矿物颗粒表面吸附 ,使其扩散受到牵,只有 可以在地层水中自由移动,从而导致电位差的产生。这样就在泥岩隔膜处形了扩散吸附电位。(3 )过滤电位溶液通过毛细管时,毛细管壁吸附负离子,使溶液中正离子相对增多。正离子在压力差的作用下,随同溶液向压力低的一端移动,因此在毛细管两端富集不同符号的离子,压力低的一方带正电、压力高的一方带负电,于是产生电位差,如图 示。岩石颗粒与颗粒之间有很多孔隙,它们彼此连通,形成很细的孔道,相当于上述的毛细管。在钻井过程中,为了防止井喷,通常使泥浆柱压力略大于地层压力。在压力差的作用下,泥浆滤液向地层中渗入。由于岩石颗粒的选择吸附性,孔道壁上吸附泥浆滤液中的负离子,仅正离子随着泥浆滤液向地层中移动,这样在井壁附近聚集大量负离子,在地层内部富集大量正离子,从而产生电位差,这就是过滤电位。(4)氧化还原电位由于岩体的不均匀性,当它与泥浆接触而发生化学反应时,某一部分会因失去电子而呈正极性,另一部分则会因得到电子而显负极性,因此,二者之间便产生电位差,称为氧化还原电位。氧化还原电位仅产生于电子导电的固相矿体中,例如煤层和金属矿。沉积岩中基本没有氧化还原电位。然电位测井的应用自然电位测井是一种最常用的测井方法,有着广泛的用途。(1)划分渗透性岩层一般将大段泥岩层的自然电位测井曲线作为泥岩基线,偏离泥岩基线的井段都可以认为是渗透性岩层。渗透性很差的地层,常称为致密层,其自然电位测井曲线接近泥岩基线或者曲线的幅度异常很小。识别出渗透层后,可用自然电位测井曲线的半幅点来确定渗透层界面,进而计算出渗透层厚度。半幅点是指泥岩基线算起 1/2 幅度所在位置。对于岩性均匀、界面清楚、厚度满足 的渗透层,利用半幅点划分岩层界面是可信的;如果储集层厚度较小,自然电4测井曲线异常较小,利用半幅点求出的厚度将大于实际厚度,一般要与其它纵向分辨率较高的测井曲线一起来划分地层。(2)地层对比和研究沉积相自然电位测井曲线常常作为单层划相、井间对比、绘制沉积体等值图的手段之一,这是因图 散吸附电位产生示意图电 极+ 玻 璃 缸泥 岩 隔 膜 导 线 极玻 璃 缸泥 岩 隔 膜 导 线图 滤电位形成示意图毛 细 管 壁 吸 附 负 离 子++++箭 头 方 向 表 示 液 体 流 动 方 向毛 细 管 壁 吸 附 负 离 子箭 头 方 向 表 示 液 体 流 动 方 图 )单层曲线形态能反映粒度分布和沉积能量变化的速率。如柱形表示粒度稳定,砂岩与泥岩突变接触;钟形表示粒度由粗到细,是水进的结果,顶部渐变接触,底部突变接触,漏斗形表示粒度由细到粗,是水退的结果,底部渐变接触,顶部突变接触;曲线光滑或齿化程度是沉积能量稳定或变化频繁程度的表示。这些都同一定沉积环境形成的沉积物相联系,可作为单层划相的标志之一。2)多层曲线形态反映一个沉积单位的纵向沉积序列,可作为划分沉积亚相的标志之一。3)自然电位测井曲线形态较简单,又很有地质特征,因而便于井间对比,研究砂体空间形态,后者是研究沉积相的重要依据之一。4)自然电位测井曲线分层简单,便于计算砂泥岩厚度、一个沉积体的总厚度、沉积体内砂岩总厚度、沉积体的砂泥比等参数,按一个沉积体绘出等值图,也是研究沉积环境和沉积相的重要资料。如沉积体最厚的地方指出盆地中心,泥岩最厚的地方指出沉积中心,砂岩最厚和砂泥比最高的地方指出物源方向,沉积体的平面分布则指出沉积环境。图 石的电学性质岩石是一种多孔混合介质,表征其电学性质的参数包括电阻率、电导率、介电常数和磁导率等等。这些参数中,测井研究最多的是电阻率(或电导率 )。但是在地层条件下、井眼条件下,岩石电阻率有其特殊性。石的导电性岩石的导电性用电阻率或电导率来度量。由普通物理学得知,用均匀材料制成的规则形状的导体,其电阻 与导体截面积 成反比,与导体的长度 成正比,表达式为:中, 为比例系数,它只与导体的材料性质有关而与导体的几何形状无关,称为电阻率,石电阻率的单位为 Ω·m,在数值上相当于截面积为 1m 、长度为 1m 的单位体积岩石的2电阻值。岩石电阻率越高,说明岩石的导电能力越差,反之,岩石的导电能力越好。电阻率的倒数是电导率,单位是 S/m。表 出了常见岩石和矿物的电阻率。从表中看出,不同的岩石、属矿物的电阻率极低,而造岩矿物(石英、云母、方解石等 )及石油的电阻率都很高,它们几乎是不导电的。表 见岩石和矿物的电阻率名称 电阻率(Ω·m) 名称 电阻率 (Ω·m)黏 土 1~ 2×102 硬石膏 104~10 6泥 岩 5~60 石 英 1012~10 14页 岩 10~100 白云母 4×1011疏松砂岩 2~50 长 石 4×1011致密砂岩 20~ 1000 石 油 109~10 16含油气砂岩 2~1000 方解石 5×105~5 ×1012贝壳石灰岩 20~ 2000 石 墨 10 ×100~ 5000 磁铁矿 10 ×100~ 5000 黄铁矿 1000~10 5 黄铜矿 1000~10 5火成岩电阻率很高,沉积岩电阻率较低,这主要决定于两大类岩石的岩性。火成岩致密坚硬,不含地层水。这类岩石主要靠组成岩石的造岩矿物中极少量的自由电子导电,所以电阻率很高。含金属矿物的火成岩例外,这种火成岩的电阻率决定于金属矿物的百分含量及其分布特点。这类依靠自由电子导电的岩石叫做电子导电类型岩石。沉积岩的岩性与火成岩不同,沉积岩的岩石颗粒之间有孔隙,其中充满了地层水,水中所含盐类呈离子状态,在外加电场作用下,这类岩石主要靠离子导电,导电能力强,电阻率低。这类主要靠离子导电的岩石叫离子导电类型岩石。目前所发现的油气田大部分埋藏在沉积岩石内,故石油勘探中着重研究沉积岩石。沉积岩石电阻率的大小主要决定于组成岩石的颗粒大小、组织结构和岩石孔隙中所含流体的性质。层条件下岩石电阻率的影响因素在地层条件下,岩石电阻率不仅受岩性的影响,还要受到地层水性质、孔隙度和含油饱和度的影响。(1)地层水性质的影响组成沉积岩的固体颗粒部分称为岩石骨架,这部分主要靠很少的自由电子导电,其导电能力很差,因此沉积岩的导电能力主要取决于地层水的电阻率。地层水所含盐类化学成分、浓度和温度又影响着地层水电阻率的大小。地层水中常含有 、等盐份,且含量成分不同。即使在浓度和温度相同的条件下,地层水所含盐类不同,其电阻率也不同。浓度的升高导致地层水电阻率减小。这是因为溶液中离子数目增加而使其导电能力加强的缘故。温度的升高也使地层水电阻率减小。因为地层水中的离子迁移速度随温度升高而加大,在外加电场的作用下导电能力加强,其电阻率变低。地层水的温度决定于地层的埋藏深度,地层越深温度就越高。(2)孔隙度的影响如果岩石具有一定的孔隙空间且在孔隙空间中完全饱和地层水时,那么,它的电阻率要低于没有孔隙空间的岩石的电阻率,这是因为孔隙空间中的地层水比岩石骨架具有更好的导电性。石的孔隙度越高,所含地层水电阻率越低,岩石的电阻率也就越低。(3)含油饱和度的影响在亲水岩石孔隙中含有水和油时,油水在孔隙中的分布特点是:水包围在岩石颗粒的表面,孔隙中央部分充填着石油,如图 示。由于石油的电阻率很高,几乎是不导电的,所以含油岩石电阻率比该岩石完全含水时的电阻率高。含油岩石的电阻率的大小决定于含油饱和度、地层水电阻率和孔隙度。当地层水电阻率和孔隙度都一定时,岩石电阻率随着含油饱和度的增高而增高,这种关系为利用电阻率测井资料定量计算储集层含油饱和度奠定了基础。图 眼条件下地层电阻率的径向特性在钻井过程中,由于泥浆柱压力略大于地层压力,此压力差驱使泥浆滤液向地层渗透。在不断渗透的过程中,泥浆中的固体颗粒逐渐在井壁上沉淀下来形成泥饼,于泥饼的渗透性很差,当泥饼形成以后,可认为这种渗滤作用就基本上停止了。在这之前,主要是泥浆滤液径向渗透的过程;此后,泥浆滤液在纵向的渗滤作用将显著表现出来,对于油气储集层来说,油、气、水和滤液重新重力分异,这个过程称为泥浆侵入。由于泥浆滤液电阻率与地层水电阻率不同,泥浆侵入将改变地层电阻率的径向特性。这种泥浆侵入引起地层电阻率在径向上的变化,称为地层的侵入特性。图 1-1 -2 所示为地层侵入特性示意图。假设地层电阻率原来在径向上是均匀的,用 表示,泥浆侵入以后,径向厚度约 10~50它大致是与井轴同心的环带,冲洗带中,孔隙流体主要是泥浆滤液,还有残余水(水层) 和残余油气(油气层)。冲洗带电阻率比较均匀,用冲洗带电阻率 表示;其含水饱和度称为冲洗带含水 表示。冲洗带后面是一个过渡带,是地层受泥浆侵入由强到弱的过渡部分,到没有泥浆滤液的原状地层,其电阻率由 渐变为 。过示,过渡带的径向厚度不定,与钻井条件和地层性质有关。未侵地层未受泥浆侵入影响部分,其电阻率为地层真电阻率 ,其含水饱通常所说的侵入带包括冲洗带和过渡带,其外径用侵入带直径 表示。侵入wS 小取决于地层的孔隙度和渗透率、泥浆性能、泥浆柱压力与地层压力之差,以般来说,在其它条件相同的情况下,地层孔隙度和渗透水油 颗 粒水油 颗 浆侵入愈深, 愈大。有人定性估计地层孔隙度 与侵入带直径 的大致关系iD, ; , ; , 。这5%~100%~55%~ 为井径。这种定性估计出自假设:井壁上的泥饼一旦形成,泥浆侵入就基本停止,而以地层孔隙度越大侵入带直径就越小。根据 和 的相对大小,通常把储集层的侵入特性分为高侵、低侵入不明显)三种情况。图 测量结果是视电阻率,故又称为视电阻率测井。普通电阻率测井诞生于 1927 年,是最早出现的测井方法,也是最简单的电阻率测井方法,目前仍然广泛使用。普通电阻率测井与实验室岩样电阻率测量具有相同之处,因此先简单介绍岩样电阻率测量原理。样电阻率测量原理实验室中常用“四极法”测量岩石电阻率。取—块钻井取心岩样,磨成规则的圆柱体,在岩样的两端接上金属板状电极 A 和 B,在岩样的中间部分接上两个环状电极 M 和 N,将岩样按图 入电路。合上电源开关 K,通过A、B 电极给岩样供电,电流强度为 ,由毫伏表出电极 M、N 之间的电位差 。据欧姆定律,岩样的电阻率为:中, 为岩样的电阻率,Ω·m; 为岩样的截m 2; 为测量电极 M、N 之间的距离,般 和 均取固定值,令 ,则有中:K 为测量装置系数,决定于岩心的几何形状及测量装置。实验室中测量岩石电阻率具有以下特点:必须用供电电极给岩样供电,形成人工电场;用测量电极测量两点之间的电位差;研究电场电位分布规律,确定岩样电阻率与测量电位差和电流强度等参数的关系。普通电阻率测井测量对象是井眼周围地层的电阻率,与岩样电阻率测量方法不一样,但测量思路是相同的。普通电阻率测井原理和岩样电阻率测量一样,普通电阻率测井也必须有人工电场,因此利用一对供电电极A 和 B 来建立井下电场,然后利用一对测量电极 M 和 N 进行电位差测量。通常将这四个电极中的三个构成一个相对不变的体系,称为电极系。测井时将电极系放入井中,而另外一个电极放置在地面,在提升电极系的过程中地面仪器记录一条沿井深的电位差变化曲线。为了得到电阻率,还需要确定电阻率与电位差之间的关系。为此,我们假设介质是均匀各向同性的,其电阻率为 ,在介质中放入一个点电源 A,发出电流 ,得到电阻率表式中的 值在采取不同类型电极系时计算公式不同。当电极系确定后, 为常数。K 极系周围的介质是相当复杂的,在井中有泥浆,渗透层附近又会产生泥浆侵入,还有上、下围岩存在。各部分介质的电阻率都不相同。在这种非均匀介质中进行电阻率测量时,电极系周围各部分介质的电阻率对测量结果都有贡献,显然测出的不是岩层的真电阻率。我们将这种在综合条件影响下测量的岩层电阻率叫视电阻率,记作 。 岩样电阻率测量原理示意图常把普通电阻率测井叫视电阻率测井。只要电极系及测量条件选择合适,所测的视电阻率曲线可以直接划分岩性剖面。在计算油气储集层参数时,则需要将岩层的视电阻率经过井眼、围岩、侵入影响校正求出真电阻率后再进行计算。电阻率曲线的应用1 视电阻率曲线读数在高阻地层的界面内,各深度上的视电阻率值差别甚大,在计算地质参数需要岩层电阻率读数时,应选择最接近于岩层真电阻率的视电阻率值,或选其最突出便于对比的视电阻率值。对不同厚度的岩层采用不同的取值方法。(1 )高阻厚层从理论曲线分析得知,在相当厚的高阻层中部对应的视电阻率曲线上,出现一个直线段,其幅度为 ,所以在实测曲线上取读数时,应取地层中部视电阻率曲线的几何平值来代表该岩层的电阻率。(2 )中等厚度的高阻层在底部(或顶部)梯度电极系视电阻率曲线上,在高阻层内距顶 (或底)界面一个电极小范围内,视电阻率值很低,这个范围常叫屏蔽区或盲区。取读数时把这部分去掉,即距顶(或底)界面一个电极距处作一条与井轴垂直的直线,在该直线与底( 或顶)界面之间取视电阻率曲线的面积平均值,即找一条与井轴平行的直线,使它所分割的曲线上 A 部分面积与 B 部分面积相等,这条平行线在横轴上的读数最接近于岩层的真电阻率值。这叫去掉屏蔽区取面积平均值法。(3 )高阻薄层在视电阻率曲线上只有一个较窄的尖峰,只有取极大值作为高阻薄层的视电阻率代表,认为只有它最接近岩层的真电阻率。2 视电阻率曲线的应用(1 )划分岩层不同岩性的地层,其电阻率一般不同,在视电阻率曲线上也出现幅度差异。用视电阻率曲线特征点划分层界面时,由于实测曲线上极小值不明显而失去划分岩层界面的价值,因此,可以采用顶部和底部梯度电极系所测两条曲线的极大值所在深度分别确定高阻层的顶、底界面。图 北京市顺义区某水文井测得的底部梯度电极系视电阻率曲线,根据曲线幅度变化划分出了含水砂砾层。(2 )求岩层的真电阻率把 的复(,,,)函数关系,通过电阻网络模型模拟出各种已知参数的地层模型,进行视电阻率测量,然后绘制出已知参数和视电阻率之间的关系曲线族,通常称为横向测井图版。如果用横向测井资料绘制一条电探曲线( 的关系曲线 ),经图() 义区某水文井视电阻率曲线深 度(m) 20 20 含 水 图版上某一条理论曲线重合则说明各参数的实际数值和作图版时所设置数值相同,进而求出 。浆电阻率等资料,工作量大,对比工作繁琐,求取的电阻率不够准确,因此目前已很少使用。(3 )地层对比通过对比多口井的视电阻率曲线,了解地层或矿体分布规律。向测井普通电阻率测井受围岩和钻井液的影响显著,特别是在盐水钻井液条件下,供电电极流出的电流大部分被钻井液分流,测出的视电阻率曲线难以反映地层的真电阻率。20 世纪50 年代推出了侧向测井,又称聚焦电阻率测井,其特点是在供电电极的两侧增加有同极性的屏蔽电极,使主电极的电流被控制在一个狭窄的范围内径向流入地层,大大减少钻井液分流和围岩的影响。最初的侧向测井为三侧向测井,后来又研制了七侧向、八侧向和双侧向测井,等。固体矿产勘查、水文工程等领域通常使用三侧向测井;油气勘探开发中过去也用三侧向测井,现在主要用双侧向测井。侧向测井的基本原理三侧向测井包括两种电极系:深三侧向电极系和浅三侧向电极系。两种电极系的探测深度不同,但基本原理是相同的。(1 )深三侧向测井深三侧向电极系的结构如图 示,由三个圆柱状电极组成:中间是主电极 ,0 是1电极系的上方较远处设有对比电极 N 和回路电极B。测井时, 电极供以恒定0电流 , 、 电极供以屏蔽0通过自动调节,使得s、 电极的电位与 电极相120等,从而迫使 电流呈圆盘状0 B 电极形成回路。电流分布的纵向范围,在电极系处为上、下绝缘片中点 和 之间的距离,电流深入到较远处才开始发散。 对1O2 中点。测量主电极与对比电极 N 之间的电位0根据下式计算视电阻率 :U 三侧向电极系结构(单位: m)上图:浅三侧向电极系;下图: 0式中, 为主电流; 为深三侧向电极系系数,一般由实验测量得到,也可以根据近似公0电场分布看,深三侧向测井曲线主要反映原状地层的电阻率。(2)浅三侧向测井为探测侵入带电阻率,要使 主要分布在井壁附近介质中,为此缩短 、 电极的0I 1便减弱 对 的控制作用,同时将回路电路 B 分成 和 ,对称地放置在 和21电极的外侧,并且距离较近。这样主电极发出的电流 径向流入地层不远处即发散通过2A 0I、 电极形成回路,其电场分布特点见图 渗透层井段就反映侵入带的电阻率值。侧向测井的应用(1)求取岩层的真电阻率三侧向测井的影响因素可归结为井眼、围岩入三个方面,采用专门的图版对视电阻率校正,即可得到岩层的真电阻率 。 )划分岩性和判断渗透层三侧向测井曲线比普通电阻率测井曲线受井眼、围岩入影响小,纵向分辨能力强,适于划分薄层。三侧向曲线上视电阻率急剧变化处定为高阻层的界面位置。根据曲线重叠法,如果深、浅三侧向曲线出现“幅度差” ,则为可判断为渗透层。(3 )判断油、水层当 时,在油层井段通常是深三侧向视电阻率大于浅三侧向视电阻率,即出现正幅度差” ;在水层井段通常为深三侧向视电阻率小于浅三侧向视电阻率,即出现“负幅度差” ,如图 示。0 用深、洗带电阻率测井为了提高纵向分辨能力,不漏掉薄层和求准目的层厚度,直观地判断渗透层,准确地测出冲洗带电阻率等目的,发展了微电阻率测井方法。电极系测井(1 )微电极系测井原理微电极系结构如图 a)所示,在下井仪器主体上装有三个弹簧片扶正器,弹簧片之间的夹角为 120 ,其中一个弹簧片上装有硬橡胶绝缘极板,极板上嵌有间距很小的三个电极 A、M 1、M 2,其中 A 为供电电极,M 1 和 测量电极。弹簧片扶正器使电极系紧贴井壁进行测量,目的是消除钻井液对测量结果的影响。按等距离直线排列在极板上的三个电极组成两种微电极系,即:微梯度电极系和微电位电极系。现场常用的一组微电极系:梯度电极系,电极距是 电位电极系,电极距为 种微电极系的电极距不同,它们的探测深度也不同,实验证明,微微梯度电极系的探测深度为 此,前者所测视电阻率主要反映渗透
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