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现代测井技术与测井方法

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现代 测井 技术 方法
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1绪 论(2 学时)一、测井学和测井技术的发展测井学是一个边缘科学,是应用地球物理的一个分支,它是用物理学的原理解决地质学的问题,并已在石油、天然气、金属矿、煤田、工程及水文地质等许多方面得到应用。30 年代首先开始电阻率测井,到 50 年代普通电阻率发展的比较完善,当时利用一套长短不同的电极距进行横向测井,用以较准确地确定地层电阻率。60 年代聚焦测井理论得以完善,孔隙度形成了系列测井,各类聚焦电阻率测井仪器也得到了发展,精度也相应得以提高。测井资料的应用也有了长足的发展,随着计算机的应用,车载计算机和数字测井仪也被广泛的应用。到现在又发展了各种成像测井技术。二、测井技术在勘探及开发中的应用无论是金属矿床、非金属矿床、石油、天然气、煤等,在勘探过程中在地壳中只要富集,就具有一定特点的物理性质,那我们就可以用地球物理测井的方法检测出来。特别是石油和天然气,往往埋藏很深,只要具有储集性质的岩石,就有可能储藏有流体矿物。它不用像挖煤一样。而是只要打一口井,确定出那段地层能出油,打开地层就可以开采。由于用测井资料可以解决岩性,即什么矿物组成的岩石,它的孔隙度如何,渗透率怎么样,含油气饱和度大小。沉积时是处于什么环境,是深水、浅水、还是急流河相,有无有机碳,有没有生油条件,能不能富集。在勘探过程中,可以解决生油岩,盖层问题,也可以对储层给予评价,找到目的层,解释出油、气、水。在油气田开发过程中,用测井可以监测生产动态,解决工程方面的问题。井中产出的流体性质,是油还是水,出多少水,油水比例如何,用流体密度,持水率都可以说明。注水开发过程中,分层的注入量,有没有窜流,用注入剖面测井都可以解决。生产过程中,套管是否变形,有没有损坏、脱落或变位,管外有无窜槽,射孔有没有射开,都需要测井来解决。对于设计开发方案,计算油层有效厚度,寻找剩余油富集区都离不开测井。测井对石油天然气勘探开发来说,自始至终都是不可缺少的,是必要的技术。它服务于勘探开发的全过程。三、储层分类及需要确定的参数1.储集层的分类及特点石油、天然气和有用的流体都是储存在储集层中,储集层是指具有一定储集空间的,并彼此相互连通,存在一定渗透能力的的岩层。储层性质分析与评价是测井解释的主要任务。1)碎屑岩储集层它包括砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩等。世界上有 40%的油气储集在碎屑岩储2集层。碎屑岩由矿物碎屑,岩石碎屑和胶结物组成。最常见的矿物碎屑为石英,长石和其他碎屑颗粒;胶结物有泥质、钙质、硅质和铁质等。控制岩石储集性质是以粒径大小、分选好坏、磨圆度以及胶结物的成分,含量和胶结形式有关。一般粒径大,分选和磨圆度好,胶结物少,则孔隙空间大,连通性好,为储集性质好。2)碳酸盐岩储集层世界上油气 50%的储量和 60%的产量属于这一类储集层。我国华北震旦、寒武及奥陶系的产油层,四川的震旦系,二叠系和三叠系的油气层,均属于这类储层。碳酸盐岩属于水化学沉积的岩石,主要的矿物有石灰石、白云石和过渡类型的泥灰岩。它的储集空间有晶间孔隙、粒间孔隙、鲕状或钟孔状孔隙、生物腔体孔隙、裂缝、溶洞等。从储层评价和测井解释的观点出发,将碳酸盐岩储集层的储集空间归为二类:一类为原生孔隙,如晶间、粒间、鲕状孔隙等。另一类为次生孔隙如裂缝、溶洞等。前者孔隙较小分布均匀。后者孔隙较大,形状不规则,分布不均匀。按孔隙结构特点碳酸盐岩储集层可分为三类:孔隙型、裂缝型和溶洞型等。(1)孔隙型碳酸盐岩储集层:它是粒间、晶间、生物腔体孔隙等,还有石灰岩白云岩化后重结晶形成的均匀分布的孔隙。它们都是孔隙性的碳酸盐岩储集层。它们适用的测井方法和解释方法与碎屑岩储集层基本相同,也是目前测井资料应用最成功的一类储集层。(2)裂缝型碳酸盐岩储集层:这类储层的储集空间主要由构造裂缝和层间裂缝组成,由于裂缝的数量,形状和分布可能极不均匀,故孔隙度和渗透率也可能有很大变化,油气分布也不规律,并且裂缝发育带渗透率高。(3)洞穴型碳酸盐岩储集层:这类储集层主要由溶蚀作用产生的。洞穴形状大小不一,分布不均匀,往往具有偶然性。用常规测井方法进行解释有很大困难。2.储集层的基本参数在储集层的评价中,需要测井解释确定的参数有储层厚度、孔隙度、油气饱和度和渗透率。1) 孔隙度 岩石在形成过程及后期作用中会有粒间孔隙、晶间孔隙、裂缝及洞穴等。根据孔隙流体在孔隙中能否流动,孔隙可分为总孔隙、有效孔隙。有效孔隙指互相联通的孔隙。总孔隙指所有的孔隙空间。孔隙度是指岩石中孔隙所占的体积与岩石的体积之比。通常用百分数表示。2)饱和度孔隙中油气所占孔隙的相对体积称为含油气饱和度,通常也用百分数表示。饱和度3又分为原状地层含烃饱和度、冲洗带残余烃饱和度、侵人带含烃饱和度,可动烃饱和度等。束缚水饱和度 。是另一个重要的饱和度概念,通过它与总含水饱和度的关系可)岩层厚度 主要指储集层的岩层厚度,指的是有效孔隙,含烃饱和度下限所确定的岩层顶底界所具有厚度。4)渗透率 为了评价储层的生产能力,应了解油气水流过岩石孔隙的难易程度。当粘度为1×10流体,在单位时间 1s 钟内,两端压差为 ,通过岩石单位截面μm 效渗透率和相对渗透率,绝对渗透率为岩石孔隙中只有一种流体存在时对岩石所测量的渗透率。有效渗透率为岩石孔隙存在二种或二种以上的流体时,对其中某一流体所测量的渗透率,为该流体在这种岩石中的有效渗透率。相对渗透率为有效渗透率与绝对渗透率的比值,它表示某种流体流过岩石的难易程度。四、测井系列的选择合理和完善的测井系列是保障测井解释准确的先决条件。合理的测井系列可以解决岩性问题,层厚、孔隙度、渗透率、饱和度及泥质含量问题。不同的地质条件,需要不同的测井系列组合,见表 1。1.泥质指示和确定岩性的测井方法选择泥质指示应能划分泥岩和非泥岩,并能确定泥质含量。基本上各种测井方法都能不同程度的进行泥质解释。最常用的是自然伽马、自然电位和微电极。另外岩性测井和自然伽马能谱测井也能解决这个问题。个别的地区,由于沉积速度快,自然电位不稳定,也可以用其他测井方法解决泥质问题。在以后的泥质砂岩解释中有详细说明。测井系列选择的标准是能准确的划分钻井剖面的岩性,能够准确的确定孔隙度,能够确定地层的含水饱和度,或油气饱和度。如碳酸盐岩地层,三种孔隙度测井确定孔隙度,微球形聚焦确定冲洗带电阻率,双侧向确定深浅电阻率,井径和自然伽马确定泥质含量。再如湖泊相河流相的沉积地层,至少有一种孔隙度,微电极,深浅三侧向,加井径和自然电位,有时加自然伽马。表 1 裸眼井测井系列井内流体 研究参数 推荐的测井项目淡水钻井液岩性然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井或侧向测井或电位—梯度电极系测井微球形聚集测井4 几何参数(或微侧向测井(微电极测井密度测井、中子测井和(或)声波测井地层测试器(层倾角测井,四臂井径测井,井斜测量盐水钻井液岩性 几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井,自然电位双侧向测井微球形聚焦测井或微侧向测井密度测井、中子测井和(或)声波测井地层测试器(层倾角测井,四臂井径测井,井斜测量油基钻井液岩性 几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井密度测井、中子测井和(或)声波测井地层测试器(臂井径测井,井斜测量空井岩性 几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井密度测井、中子测井温度测井四臂井径测井、井斜测井2.电阻率测井方法的选择由于钻井后测井是在井眼中进行,井眼的大小。钻井液性能的差别,使得渗透层受不同程度的污染,存在冲洗带、侵人带和原状地层的电阻率上的差异。电阻率测井应能反应冲洗带、浅、中、深的电阻率数值上的变化。岩层的电阻率高低,岩层的厚薄,影响地层真电阻率数值。所以选用的测井方法也不尽相同。这需要掌握各种方法的线性范围、探测半径、聚焦的强弱、围岩和井的影响大小。对低电阻率地层一般选用双感应一八侧向、微球形聚焦。对高电阻率地层一般选用,双侧向—邻近侧向、微侧向电阻率系列。对于较薄的地层微电极,三侧向或普通电阻率测井也可以很好的解决地质问题。3.孔隙度测井方法的选择孔隙度测井一般探测深度较浅,对于储集层一般仅限于冲洗带。声速测井方法适用于粒间和晶间孔隙,不能反映次生孔隙中的裂缝溶洞,适用于均匀分布的孔隙度。中子孔隙度测井只反映岩层的含氢量的大小,并随含氢量的增加探测深度减小。密度测井反映的是岩石的总孔隙度,分不清原生孔隙和次生孔隙。天然气对三种孔隙度都有影响,岩性对孔隙度也有影响。5第一章 自然电位测井(2 学时)在生产实践中发现,在没有人工供电的情况下,测量电极 M 在井内移动时,仍测量与岩性有关的电位随井深的变化曲线。由于这个电位是自然电位产生的,所以称为自然电位,用 示。第一节 井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的,对于油井来说,主要有以下两个原因:地层水矿化度与泥浆矿化度不同,引起离子扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用;地层压力与钻井泥浆柱压力不同时,在地层的微孔隙中产生过滤作用。实践证明:油井的自然电位主要由扩散作用产生的,只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下,过滤作用才成为较重要的因素。一、扩散电位井内自然电位的产生也是两种不同浓度的溶液相接触的产物。由于砂岩的渗透性较好,当地层水浓度 和泥浆滤液浓度 不同时(通常 )并在井壁附近接触子在渗透压力作用下,高浓度溶液的离子要穿过砂岩向溶液浓度较低的地层中扩散,由于 的迁移速率大于 ,经过一段时间的聚集后,地层内富集正电荷,泥浆l图 1扩散最终达到动态平衡时,在砂岩中两种不同浓度溶液的接触面上产生自然电场,产生自然电位差。此时的电动势称为扩散电动势或扩散电位。经实验测定扩散电动势( )可由下式进行表示:-1)溶液浓度不很大时,溶液浓度与电阻率成反比,所以(1—扩散电位系数;浆滤液电阻率;散吸附电动势( )于泥浆滤液浓度与地层水的浓度不同( ) ,离子wC然要由高浓度溶液向低溶液浓度中扩散,由于泥岩具有选择吸附阴离子的能力,在粘土颗粒表面可以大量地吸附阴离子,而 可以自由扩散,扩散结在地层中富集了负电荷,见图 1样就在泥岩表面处形成扩散吸附电位,记为 ,其表达式为: -)lg()式中: —扩散吸附电位系数;层水浓度;浆滤液浓度滤电位在岩石中,颗粒和颗粒之间有很多孔隙,它们彼此连通,形成很细的孔道,称为毛细管。当泥浆柱的压力大于地层的压力时,泥浆向地层过渡,泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过。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有正离子向地层中移动,这样在井壁附近聚集了大量负离子, 图 1过滤电位形成示意图在地层内部聚集了大量正离子,这样在地层和泥浆接触面两端形成的电位称为过滤电动势,用 表示,如图 1示。在泥浆压力大于地层压力的条件下,渗透层处,过滤数值与地层和泥浆柱之间的压力差及过滤溶液的电阻率成正比,与过滤溶液的粘度成反比,即: (1-4)式中: —压力差, ;p滤电位系数,与溶液的成分浓度有关;滤溶液的电阻率,—过滤溶液粘度, 。10过滤电位只有当地层与泥浆柱压力差很悬殊时,而且在泥饼形成以前,才有较大的显示。但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力,相差不是很大,而且在测井时已形成泥饼,因此一般井内过滤电位的作用可忽略不计。在砂泥岩剖面的井中的自然电场主要由扩散电位和扩散吸附电位组成。第二节 自然电位测井曲线特征由于泥岩(或页岩层)岩性稳定,在自然电位测井曲线上显示为一条电位不变的直7线,将它称为自然电位的泥岩基线;在渗透性砂岩段,自然电位曲线偏离泥岩基线,在足够厚的砂岩层中,曲线达到固定的偏转幅度,定为砂岩线。自然电位曲线的异常幅度就是地层中点的自然电位与基线的差值。如图 1示,图 1含水纯砂岩的然电位理论曲线。通常把井中巨厚纯水层砂岩井段的自然电位幅度近似地认为是静自然电位 ,其值等于扩散电动势与扩散吸附电动势之和。横坐标为自然电位与静自然电位之比 ,纵坐标为地层厚度 ,曲线号码为层厚与井径之比 。当上线特征为:(1)当地层泥浆是均匀的,上下围岩岩性相同时,自然电位曲线关于目的地层中心对称,地层中心处异常值最大;(2)地层越厚, 越接近 ,地层厚度变小, 下降,曲线顶部变尖,底部宽 ;3)当地层较厚( 4 )时, 的半幅点对应地层的界面,因此较厚地层可用h线半幅点确定地层界面,随着厚度的变小,对应界面处的曲线幅度值离开半幅点向曲线峰值移动。 实测曲线与理论曲线特点基本相同,但由于测井时受多方面因素的影响,实测曲线不如理论曲线规则,见图 1透性砂岩的自然电位对泥岩基线而言,可向左或向右偏移,它主要取决于地层水和泥浆溶液的相对矿化度。当 时,砂岩层段自然位出现负异常,当 时,砂岩层段出现正异常;当 时,不存在造成自然电场的条件,则没有自然电位异常出现。 和 的差别越大,造成自然电场的三节 自然电位曲线影响因素一、渗透层自然电位异常幅度的计算对于砂泥岩层段来说,自然电流回路的总自然电位 经推导为:-5)中: —自然电位系数;砂岩的地层水矿化度,浆滤液的矿化度。际上是自然电流在井内泥浆电阻上的电位降,即:(116)二、曲线影响因素由(1可以看出,测量的自然电位幅度值 与造成自然电场的总电动势井内泥浆电阻 、泥岩电阻 以及砂岩电阻 有关。性和矿化度比值的影响自然电位异常幅度值 与总自然电动势 成正比, 取决于岩性和钻井液地层水电阻率 的比值 (即 ) ,所以岩性和地层水接影响 的异常幅度。在砂泥岩剖面,含水纯砂岩层中,自然电位幅度最大, ;随泥质含量的增加, 下降,导致 下降。层厚度和井径的影响图 1不同的地层厚度纯水砂岩的自然电位理论曲线,主要说明在其他条件完全相同的情况下,地层厚度(h/d )对自然电位幅度和形状的影响。 为记录的自然电为静自然电位,从图中可以看出,当地层厚度 h>4d 时,自然电位地层厚度 。如果 中厚度岩层,其视电阻率曲线与厚地层的视电阻率曲线形状相似,但随着厚度的减小,地层中部视电阻率曲线的平直段变小直到消失,见图 24)当用底部梯度电极系时,在薄的高阻层下方出现一个假极大值,它距高阻层底界面为一个电极距,见图 2电阻率曲线的主要应用有划分岩性剖面,计算储层的孔隙度和含油饱和度,定性判断油水层和进行地层对比。二、视电阻率曲线影响因素前面讨论的 理论曲线是在理想条件下作出来的,即地层是水平的,采用理想电考虑井的影响。实测曲线由于受井的影响变得平缓且曲线幅度降低,为正确使用视电阻率曲线,有必要研究各种条件对视电阻率曲线的影响。(1)井径、层厚的影响当地层电阻率、电极距、泥浆电阻率等因素一定时,随着 h/d 降低(井径加大或地层厚度减小) ,视电阻率曲线变得平滑。所以在其它条件相同时,高阻薄层视电阻率曲线的幅度值比厚层要偏低。井径变化对视电阻率曲线的影响,归根结底是由于井内泥浆的影响。通常泥浆电阻率低于地层电阻率,井径扩大,井的扩大,井的分流作用增大,视电阻率值降低。为了使视电阻率曲线具有很好的划分地层的能力,要求钻井泥浆的电阻率要大于五倍地层水电阻率。 (2)电极系的影响从理论曲线分析中可知,电极系类型不同,所测视电阻率曲线形状不同。即使同一类型的电极系在同样的测量条件下,电极系的尺寸不同,所测的视电阻率曲线的形状及幅度也不一样。(3)侵入影响采用不同电阻率的泥浆钻井时,会对渗透性地层产生泥浆高侵和泥浆低侵现象,视电阻率会受到影响。17泥浆高侵(增阻泥浆侵入):地层孔隙中原来含有的流体的电阻率较低,电阻率较高的泥浆滤液侵入后,使侵入带岩石电阻率升高。这种情况多出现在水层。泥浆低侵(减阻泥浆侵入):地层孔隙中原来含有的流体的电阻率比渗入地层中的泥浆滤液的电阻率高时,泥浆滤液侵入后,使侵入带岩石电阻率降低。这种情况一般出现在地层水矿化度不很高的油层。泥浆侵入对于测量和确定岩层真电阻率 是一种因素,情况。 (4)高阻邻层的屏蔽影响以上讨论的是单一高电阻率地层的视电阻率曲线。实际测井工作中,经常碰到的是许多高电阻率地层和低电阻率地层交互出现。如果各高阻层之间的距离小于 2 个电极距,则相邻高阻层对供电电极发出的电流产生屏蔽作用,因而使曲线形态发生畸变,见图 2践证明,高阻邻层的屏蔽作用,不仅与地层厚度,地层电阻率有关,而且还和电极系类型,电极距,夹层厚度有关。在定性分析屏蔽影响时,要考虑以下几点:a、位于单电极方向的高阻层,可对另一高阻层产生屏蔽影响,但后者对前者的读数基本上不产生影响。b、当两个高阻层之间的距离小于电极距时,可产生减阻屏蔽。c、当两个高阻层之间的距离大于电极距时,可产生增阻屏蔽。 (5)地层倾斜的影响理论曲线是在水平岩层中得出的结果,而实际上大部分岩层总有些倾斜,所以实测曲线与理论曲线形状和幅度都有所不同,见图 2它条件均相同,只改变地层倾角,所测的梯度电极系视电阻率曲线发生变化。若把利用倾斜地层中所测的 划分岩 其曲线特点为:大,极大值向地层中心移动,使曲线变得较对称;曲线的极大值随增大而降低,曲线变得平缓,极小值模糊不清; , 越大, 和 差别越大。线还保持曲线的基本特征,只是确定的岩层厚度偏高。因此,在用视电06阻率曲线来确定地层真电阻率时,必须经过多次校正。 三、标准测井在一个地区或一个油田,为了研究岩性变化、构造形态和大段油层的划分和对比工作,常用相同的深度比例(一般为 1:500)及相同的横向比例,采用相同的测井系列,作为划分标准层及进行地层对比的基本图件。标准测井包括有 梯度电极系视电阻率测井和自然电位测井以及井径测井。第三节 侧向测井18为了评价含油性,必须较准确的求出地层的电阻率,在地层厚度较大、地层电阻率和泥浆电阻率相差不太悬殊的情况下,可以采用普通电极系测井来求地层电阻率;但在地层较薄、电阻率很高,或者在盐水泥浆的情况下,由于泥浆电阻率很低,使得电极流出的电流大部分都在井和围岩中流过,进入测量层的电流很少。因此测量的视电阻率曲线变化平缓,不能用来划分地层、判断岩性。另外,在存在砂泥岩交互层的地区,高阻邻层对普通电极系的屏蔽影响很大,使其难以求出地层真电阻率。 一、三电极侧向测井基本原理三侧向测井电极系是一个长的金属圆柱体,它被绝缘材料(绝缘环)分隔成三部分,如图 2间的 为主电极,两端的 、 为屏蔽电极,它们对称地排列在主电极0相互短路。在电极系上方较远处设有对比电极 N 和回路电极 B,电极系在井中的工作状态和电流分布特点如图 2井过程中,主电极 和屏蔽电极 、 分别0持为一常数,通过自动调节装置调节,使 、 的电位始终保持和 的电位相等,沿纵向的电位梯度为零。这就保证了电流不会沿井轴方向流0动,而绝大部分呈水平层状进入地层,这样大大减小了井和围岩的影响,使三侧向具有较高的分层能力。测量的是主电极(或任一屏蔽电极)上的电位值。因为主电流保持恒定,故测得的电位依赖于地层电阻率的大小。三侧向电极系的深度记录点在主电极的中点,测得的视电阻率可表示为: (24)三侧向测井由主电极 流出的电流在屏蔽电极电流的作用下,呈水平层状进入地0样大大减小了井和围岩的影响,使三侧向具有较高的分层能力,适合在高矿化度泥浆中使用。上述三侧向测井的分层能力较强,并且探测深度较深,通常把这种三侧向测井称为深三侧向测井,它主要反映原状地层的电阻率变化。在三侧向测井测井中,为了准确了解径向电阻率(如侵入带电阻率和原状地层电阻率)的变化,提出了浅三侧向测井。浅三侧向测井的探测深度较浅,其电极系结构如图 2示。其特点是:屏蔽电极 、1弱了屏蔽电流对主电流的控制作用,并在 和 外2A 2面加上两个极性相反的电极 和 ,作为主电流和屏蔽电流的回路电极,使主电流1测出的视电阻率主要反映井壁附近岩层电阻率的变化。0变化。图 2给的是一种实际应用的深、浅三侧向电极系尺寸如下(单位为 m) (其中电极上面的数值表示该电极的长度,两个电极19之间的数值表示电极之间相隔的距离) 。浅三侧向: 201 201 ..... 器直径为 、上下围岩电阻率相等时,曲线关于地层中心对称,在高阻地层中,视电阻率出现极大值;当上、下围岩电阻率不等时,则 曲线呈不对称形状,且极大值移向高阻围岩一方。 的影aR 极系参数和地层参数。前者影响电极系 K,后者影响电极系的电位。电极系参数包括电极系长度、主电极长度及电极系直径。电极系愈长,主电流聚焦越好,主电流进入地层的深度也越深。计算表明,当电极系尺寸大到一定程度后,该改变电极系长度,对探测深度几乎没有什么影响。另外,主电极长 图 2 深三侧向测井的电流分布度对曲线的纵向分层能力有影响,主电极越短,分层能力越强。所以,为划分地层剖面,应选择合适的主电极长度。下面讨论地层参数的影响。 (1)层厚和围岩的影响当层厚大于 4L(L 为主电极长度)时,围岩对测量的 基本上没有影响,然而对 的地层, 受围岩影响比较明显,层厚较薄时,电流层受低阻围 值降低,地层越薄,围岩电阻率越小, 值降低越多。a(2)侵入带的影响侵入带的影响与电极系的聚焦能力、侵入深度和侵入带电阻率有关,侵入越深或电极系的聚焦能力越差,侵入带的影响则相对增加。在侵入深度相同条件下,随着侵入带电阻率的增加,它对 的影响也相对增加,并且增阻侵入比减阻侵入对 影响更大些。aR 侧向测井实质上是视电阻率测井的一种,它能解决的问题与普通电阻率测井相同。20但是它受井眼、层厚、围岩的影响较小,分层能力较强,是划分不同电阻率地层的有效方法,特别是划分高阻薄层,比普通电极系视电阻率曲线要清楚得多。(1)深浅三侧向曲线重叠法判断油水层。由于三侧向的视电阻率曲线受泥浆侵入带的影响,而油层和水层侵入的性质一般情况下是不同的。油层多为减阻侵入,而水层多为增阻侵入。一些油田曾采用两种不同探测深度(深浅)的三侧向视电阻率曲线,进行重叠比较的方法判断油水层。在油层(泥浆低侵)处,一般深三侧向的视电阻率 值大于浅三侧向的视电阻率 的值,曲线出水层(泥浆高侵)处,一般深三侧向的视电阻率 值小于浅三侧向的视电,曲线出现负异常。 )划分地质剖面(分层)三侧向测井受井眼、层厚、邻层的影响较小,纵向分层能力较强,通常在 曲线(3)确定地层电阻率利用三侧向的视电阻率确定地层电阻率时和普通电极系一样,仍然遇到三个未知数(地层真电阻率) , (侵入带电阻率)和 D(侵入半径) 。结合微侧向测井求得 , D。侧向视电阻率曲线特点及应用双侧向测井是在三侧向和七侧向的基础上发展起来的,它采用两个柱状电极和七个体积较小的环状电极,电极系结构如图 2中 是主电极,两对监督电极 和和 以及两对屏蔽电极 和 、 和 ,每对电极对称地分布在 两侧,2' 极系深度记录点为主电极的中心,为增加探测深度, 和 不是环状'1'2而是柱状电极,与三侧向的屏蔽电极相同。测量时 电极供以恒定电流 ,两对屏蔽电极 和 、 和 流出相同极性的屏蔽电流 、 ,通过自动调节电路保持监督电极 和 (或 和 )间的电状屏蔽 上的电位与环状屏蔽电极 上的电位的比值为一常数。即'1 A(或 )。然后,测量任一监督电极(如 )和无穷远电极1'/2'/A 1之间的电位差。在主电流 恒定不变的情况下,测得的电位差和介质的视电阻率成正比:0I(2中:K 为双侧向的电极系系数,可由实验或理论计算获得; 为 上的电位。1也分为深双侧向和浅双侧向,深双侧向的探测深度较深,所测的视电阻率主要反映原状地层电阻率;浅双侧向的探测深度较浅,所测的电阻率与侵入带电阻率有关。双侧向电极系尺寸如下: )( 1'1122'2 此可见,浅双侧向与深双侧向的尺寸一样,其不同之处在于把柱状屏蔽电极 和 改成电流的回路电极 、 。'1'21四节 冲洗带电阻率测井微电极测井是在普通电阻率测井的基础上发展起来的一种测井方法,它采用特制的微电极测量井壁附近地层的电阻率。普通电阻率测井能从剖面上划分出高阻层,但它不能区分这个高阻层是致密层还是渗透层;另外,在含油气地区经常会遇到砂泥岩的薄交互层,而由于普通电极系的电极距较长,尽管能增加探测深度,但难以划分薄层(这是一对矛盾) 。因此,为解决上述实际问题,在普通电极系的基础上,采用了电极距很小的微电极测井。一、 了减小井的影响,电极系采用了特殊的结构,测井时使电极紧贴在井壁上,这就大大减小了泥浆对结果的影响。 我国微电极测井普遍采用微梯度和微电位两种电极系,其仪器结构是在一起的主体上装 2弹簧片作为扶正器,其中一个弹簧片山装有硬橡胶板,在橡胶板上签有三个电极 、 、 , 为供电电极, 、 为测量电极,量过程中,装有弹簧片的扶正器使极板紧贴井壁进行测量,尽量减少钻井液对测量结果的影响。橡胶板上的三个电极组成两种类型的微电极系,见图 2微梯度电极系,微梯度的电极距为 12 于电极距很小,它的探测深度都很小,实验证明微梯度电极系的探测范围只有5电位的约为 8右。在渗透性地层处,由于泥浆滤液侵入地层中,在井的周围形成泥浆滤液侵入带,井壁上形成了泥饼,侵入带内的泥浆滤液是不均匀的。靠近井22壁附近,孔隙内几乎都是泥浆滤液,这部分叫泥浆冲洗带,它的电阻率大于 5 倍的泥饼电阻率,而泥饼电阻率约为泥浆电阻率的 1~3 倍。在非渗透的致密层和泥岩层段,没有泥饼和侵入带。渗透层和非渗透层的这种区别,是区分它们的重要依据。由于微梯度和微电位电极系探测半径不同,因此泥饼、泥浆薄膜(极板与井壁之间夹的泥浆)和冲洗带电阻率对它们的影响不同,探测半径较大的微电位电极系主要受冲洗带电阻率的影响,显示较高的数值。微梯度受泥浆影响较大,显示较低的数值。因此在渗透性地层处,微梯度和微电位测量的视电阻率曲线出现幅度差,利用这个差异可以判断渗透性地层。在渗透性地层处,微电位的读数大于微梯度的读数,显示出的幅度差称为正幅度差,反之,显示出的幅度差称为负幅度差。利用微梯度和微电位的视电阻率曲线的差别研究地层,必须使微电极系和井壁的接触条件保持不变,所以要求微梯度和微电位同时测量。的是要它们在渗透性地层段出现明显的幅度差,因此,不但要求两者同时测量,而且要将两条视电阻率曲线画在一起,采用重叠法进行解释,见图 2据现场实践,微电极测井主要有以下几种应用:1)确定岩层界面,划分薄层和薄的交互层通常依据微电极测井曲线的半幅点或曲线分离点确定地层界面,一般可划分 20的交互层也有较清楚的显示。 2)判断岩性和确定渗透性地层在渗透性地层处,微电极测井曲线出现正幅度差,在非渗透性地层处没有幅度差,或出现正负不定的幅度差。根据微电极测井视电阻率值的大小和幅度差的大小,可以判断岩性和确定地层的渗透性。(1)含油砂岩和含水砂岩一般都有明显的正幅度差,如果含油砂岩和含水砂岩的岩性相同,则含水砂岩的幅度和幅度差都略低于含油砂岩。砂岩含油性越好,这种差别越明显这是由于含油砂岩的冲洗带中,有残余油存在的缘故。如果砂岩含泥质较多,含油性变差,则微电极曲线幅度和幅度差均要降低。(2)泥岩。微电极曲线幅度低,没有幅度差或有很小的正负不定的幅度差,曲线呈直线状,具有砂泥岩剖面中典型的非渗透岩层曲线特点。(3)致密砂岩或钙质砂岩。微电极曲线幅度特别高,常呈锯齿状或刺刀状,由幅度大小不等的正或负的幅度差。 3)确定井径扩大井段23在井内,如有井壁坍塌形成大洞穴时,微电极系的极板悬空,所测视电阻率曲线幅度低, 和 相同。夹层,求有效厚度在评价有致密薄夹层和泥岩夹层的含油砂岩层时,需求出含油层的有效厚度。由于微电极曲线具有划分薄层和区分渗透和非渗透岩层的两大特点。在油层中把非渗透性和致密薄夹层从含油气层总厚度中扣除就得到有效厚度。5)确定冲洗带电阻率 和泥饼厚度此可利用校正图版来确定冲洗带电阻率 和 。球形聚焦测井微侧向和邻近侧向在合适条件下,确定 是可靠的。但是前者探测深度较浅,受者可克服泥饼厚度的影响,但探测深度较大,在一定范围内受原状地层电阻率的影响,只适合侵入较深的地层。微球聚焦测井既具备了两者的优点,又克服了两者的缺点,探测深度适当,介于微侧向和邻近侧向之间,受泥饼和原状地层的影响较小,主要反映侵入带电阻率的变化。电极系结构如图所示。电极的尺寸较小,镶嵌在绝缘极板上,借助于推靠器,使电极与井壁直接接触。主电极 为长方形,依次0辅助电极 以及监督电极 、 ,它们为矩形环状电极。极0给的电流一部分流到辅助电极 ,成为辅助电流,用 表示;另一部分电0A 经一段距离后回到较远的回路电极 ,这部分电流称为测量电流,用表示。测量时,通过仪器自动控制,调节 和 的大小,使监督电极 和 上的I 测量电极 与监督电极 和 之间的电位差等于一固定参考值。此时,012通过 到 、 中点的等位面近似于球形,这就是球形聚焦测井名称的由来。0助电流 只能在测量井段内的泥饼中流动,这于 和 极性相同,迫使主电流 以很细的电流束流入地层渗透性地层,即穿过泥饼,流到侵入带中,由于电极距小,探测深度浅,不受原状地层电阻率影响。由于微球聚焦测井时极板紧贴在井壁上,测量结果受井眼影响较小,是确定侵入带电阻率 较好的方法。测得的视电阻率 可用下式表示:16)24(2)微球形聚焦测井资料的应用微球聚焦测井探测深度介于微侧向和邻近侧向之间,受泥饼影响小,在确定冲洗带电阻率 中起重要作用,且纵向分层能力强。分薄层由于主电流以很细的电流束穿过泥饼进入地层,受泥饼影响小,对地层的电阻率变化十分敏感,在岩性不同的界面处有明显的变化,纵向分辨能力强。 2)确定 侧向—微球形聚焦测井组合测井微球形聚焦测井一般与双侧向组合成一种综合下井仪器。一次下井能提供以下曲线:(1)深侧向测井电阻率( )曲线)浅侧向测井电阻率( )曲线s(3)微球形聚焦测井电阻率( )曲线)自然电位曲线(5) 井径曲线 该组合具有三种不同的探测深度:深侧向、浅侧向及微球聚焦测井。 第五节 感应测井在前面讨论的直流电法测井(普通电阻率、侧向测井等)中,都是在井下地层形成直流电场,通过测量井轴周围地层的电位分布,即可求出地层的电阻率。只有当井内有导电泥浆时,才能使用这些方法。有时为了获得原始含油饱和度资料,需要油基泥浆钻井;有时为了避免破坏地层的原始渗透性,采用空气钻井。在这样的条件下,井内没有导电介质,不能使用直流电法测井。为了解决这一问题,利用电磁感应原理。如图所示,当线圈 中通以交流电时,周围空间形成交变电磁场,并在线圈 中产生感应电动势。交变电磁场在导电介不导电介质中也可以传播。因此可以应用电磁感应原理克服非导电介质的影响。 一、感应测井基本原理把地层看成是一个环绕井轴的大线圈,把装有发射线圈 和接收线圈 的井下仪器,示,放入井中,对发射线圈通以交变电流 ,在发射线圈周围地层中产生1,这个交变磁场通过地层,在地层中感应出电流 ,此电流环绕井轴流1涡流。涡流在地层中流动又产生交变磁场,这个磁场是地层中的感应电流产生的,叫二次磁场 Φ2,二次磁场 Φ2 穿过接收线圈 ,并在 中感应出电流,从而被记录仪明显,接收线圈 中感应产生的电动势大小与地层中产生的涡流大小有关,而层电导率大,则涡流大,电导率小,则涡流小,涡流与电导率成正比,因而接收线圈中的电动势也与电导率成正比。根据记录仪记录到的感应电动势 的大小,就可知道地层的电导率。从图 2可以看出,接收线圈 不仅被二次磁场 Φ2 穿过,而且被一次磁场Φ1 穿过。因而接收线圈 中产生的信号有两种:一是由地层产生的,与地层导电性有为有用信号,用 示。另一种是由仪器的发射线圈直接感应产生的,这是一种干扰因素,称为无用信号,用 示。二者在相位上相差 90°。二、 复合线圈系复合线圈系是由串联在一起的多个发射线圈和串联在一起的多个接收线圈所组成。它们分别用 , ,……, 和 , ,……, 代表, 其匝数分别是 ,……, 0……, ,其中 和 称为主发射和主接收线圈,它们的匝数 和数正、
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本文标题:现代测井技术与测井方法
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