测井基础知识及其应用.ppt

测井基础知识及其应用 一 石油测井技术概述二 石油测井 裸眼 基础知识及应用 主要内容 一 石油测井技术概述 测井技术 是采用声 电 磁 放射性等物理测量方法 应用电子技术及计算机等高新技术 在井中对地层的各项物理参数进行连续测量 通过对测得的数据进行处理和解释 得到地层的电性 岩性 物性等参数 测井技术作为石油勘探 开发必不可少的一个工程环节 在石油勘探开发中发挥着越来越重要的作用 测井是用各种仪器放入井中 沿井身测量 完成对井周地层物理参数的测量或井筒工程结构的测量 计算得到岩层的各种物理参数 测井资料解释是利用测井资料所反应的电性特征 分析地层的岩性 以及判断油层 气层 水层 并计算孔隙度 饱和度 渗透率等地质参数 一 石油测井技术概述 裸眼井测井资料 油田解释模型 油井动态测井资料 电缆测试资料 射孔 地震合成剖面测井沉积相分析地层评价 逐井 开发中期 开发后期 岩性描述储层分析含油气评价储量计算 水泥胶结套管状况监测酸化压裂效果防砂效果 产液剖面注入剖面温度压力剖面剩余油分布 孔隙度饱和度渗透率压力剖面 油藏模式分析 油藏模拟 油藏描述 油藏工程 采油工程 裸眼井测井评价 完井评价 油藏监测 开发初期 勘探中后期 勘探初期 三维地震 油田生产动态 服务于油气勘探和开发的全过程 主要内容 一 石油测井技术概述二 石油测井 裸眼 基础知识及应用 主要内容 电法测井 普通电阻率测井侧向测井感应测井自然电位测井 声波速度测井声波幅度测井 固井声幅测井声波变密度测井 声波测井 补偿中子测井非弹性散射伽马能谱测井中子寿命测井 自然伽马测井地层密度测井 伽马测井中子测井 放射性测井 梯度电位微电极 地层电阻率测井方法 普通电阻率测井侧向测井感应测井 1 普通电阻率测井 普通电阻率测井就是把一个电极系放入井内 测量井内岩层电阻率变化 用以研究地质剖面 判断油气水层 由于测量结果受井内泥浆 围岩 侵入带等的影响 不是地层真实的电阻率 而称为视电阻率 所以又称视电阻率测井 电极系 是按一定顺序排列的一组电极 由供电电极a b和测量电极m n组成 电极类型 成对电极 如aambn中的mn不成对电极 单电极 如aambn中的a电极类型 梯度电极系 顶部梯度和底部梯度 理想梯度电位电极系 理想电位电极系记录点o 相距最近两个电极的中点上电极距l 梯度为单电极到记录点的距离 l oa或om电位为相距最近两个电极之间的距离 l am a 普通电阻率测井基础 m a b o n m a o b a m o n a m o b m a o a n m o m b a o 电极系的分类 a m n o 目前常用 4米底部梯度电阻率曲线2 5米底部梯度电阻率曲线主要用途 a 定性或半定量划分油气水层 确定套管鞋深度 b 求岩层的真电阻率 c 划分岩性剖面和确定岩层界面 砂泥岩剖面 一般高阻层为砂岩油层 低阻层为泥岩d 地层对比 b 普通电阻率测井原理 泥浆侵入在钻井过程中通常保持泥浆柱的压力稍大于地层压力 在压力差的作用下 在渗透层 泥浆滤液向地层内渗入 泥浆滤液置换了渗透层中原来所含的流体而形成侵入带 同时泥浆中的泥质颗粒附着在井壁上形成泥饼 这种现象称为泥浆侵入 泥浆侵入使距井轴不同距离处地层电阻率发生了变化 如图所示 泥浆侵入类型 根据冲洗带电阻率rxo与地层电阻率rt的相对大小 将泥浆侵入分为以下类型 泥浆高侵 是指冲洗带电阻率rxo明显高于地层电阻率rt 淡水泥浆钻井的水层多为泥浆高侵 水层的基本特征 泥浆低侵 是指冲洗带电阻率rxo明显小于地层电阻率rt 油层多为泥浆低侵或侵入不明显 油层的基本特征 视电阻率ra 实际测井测得的电阻率 受到井 围岩 侵入带等多个因素的影响 不是地层的真电阻率 通常称为视电阻率 用ra表示 测井时 上提电极系测量 就可测到随井深变化而变化的电阻率曲线 称为视电阻率曲线ra 电极距l 供电线路 测量线路 梯度电极系 c 视电阻率曲线的特点 梯度电极系曲线特点 ra曲线对地层中部不对称 底部梯度电极系的ra曲线在高阻层的底界面显示极大值 顶界面显示极小值 顶部梯度电极系曲线上的极大值 极小值分别出现在高阻层的顶界面和底界面 可利用这些特征点划分高阻层的顶 底界面 梯度电极系曲线特点 高阻层厚度很大时 对着地层中部ra曲线出现一个直线段 其幅度值接近地层的真电阻率rt 电位电极系ra曲线 电位电极系的ra曲线对地层中点对称 ra曲线对着地层中点取得极值 当厚度h am 大于电极距l 时 对应高阻地层中点 ra呈现极大值 且h越大 极大值越接近rt 当h l时 对应地层中点 ra呈现极小值 不能反映地层rt的变化 d 电极系的探测深度 探测半径r 在均匀介质中 以供电电极为中心 以某一半径作一球面 如果球面内包括的介质对测量结果的贡献为50 时 则此半径就定义为该电极系的探测深度或探测半径 电位电极系 r 2l梯度电极系 r 1 4l e 影响普通电阻率测井的主要因素 电极系的影响 井的影响 泥浆矿化度 围岩 层厚的影响 泥浆侵入的影响 高阻邻层的屏蔽影响 增阻 减阻 地层倾角的影响 梯度电极系曲线极大值随地层倾角的增大而减小 2 微电极测井 电极系结构 a电极系结构在下井仪器主体上装有三个或两个弹簧片扶正器 其中一个弹簧片上装有硬橡胶极板 极板上等距离嵌有三个电极a m1 m2 微电极系包括 微梯度 a0 025m10 025m2 l 0 0375m r 4cm微电位 a0 05m2 l 0 05m r 10cm b测量原理 电极系及探测范围微梯度 4 5cm微电位 8 10cm微梯度的数值主要受泥饼的影响 微电位的数值主要受冲洗带的影响 渗透层 泥浆侵入 井壁上泥饼 冲洗带 rxo 5rmc 微电位与微梯度探测深度不同 在渗透层 探测深度大的微电位测量的ra主要反映冲洗带rxo的变化 显示较高值 探测深度较小的微梯度测量的ra主要反映泥饼rmc的变化 显示较小值 测井时两条曲线同时测量 并重叠绘制在一起 因此 在渗透层处 出现微电位ra大于微梯度ra的正幅度差 而在非渗透层 曲线基本重合或有正负不定的很小的幅度差 测井响应 纯泥岩层段微电位与微梯度曲线基本重合渗透性地层有明显正幅度差 微电位大于微梯度 c曲线特点 渗透层井段 微电极系曲线幅度中等 且有明显的正幅度差 即微电位曲线幅度大于微梯度曲线幅度 泥岩井段 曲线幅度较低 电阻率低值 两曲线基本重合 在高阻致密井段 两曲线基本重合 曲线幅度很高 d曲线应用 划分岩性渗透层 渗透层处两曲线有明显的正幅度差 确定岩层界面 微电位与微梯度曲线的分岐点处 确定渗透层的有效厚度 确定井径扩大井段 ra曲线明显下降 其值接近rm 确定冲洗带电阻率rxo 侧向测井 提出 侧向测井最初是为解决盐水泥浆钻井及高阻地层电阻率的测量问题而提出的 侧向测井的特点 在电极系上增设了聚焦电极 迫使供电电极发出的电流呈一定厚度的水平层状径向流入地层 从而减小井的分流作用和围岩的影响 提高分层能力 目前多用双侧向测井 微球型聚焦测井 八侧向 3 双侧向测井 电极系及其电场分布 电极系 结构见图 深侧向由于增加了一对柱状屏蔽电极 加强对主电流的排斥作用 使主电流径向流入地层很远才发散 回到回路电极b 探测深度加深 其测量结果主要反映原状地层电阻率rt的变化 浅侧向电极系由于回路电极靠近电极系 使屏蔽电极对主电流的排斥作用减小 使主电流进入地层不远就开始发散 电极系探测深度较浅 所测量的结果主要反映侵入带电阻率ri的变化 b1 b2 双侧向 ra曲线特点 特点 上下围岩电阻率相同时 单一高阻层的ra曲线对地层中点对称 取值 对应地层中部取得最大值 影响因素 井眼 围岩与层厚 侵入带等 双侧向 资料应用 1 确定地层电阻率rlld 经井眼 围岩 侵入带校正 rtrlls 井眼 围岩校正 ri2 划分岩性剖面3 快速直观定性判断油气 水层rlls rlld 即泥浆高侵 一般认为是水层 rlls rlld 即泥浆低侵或侵入不明显 为油气层 4 微球形聚焦测井 实践证明 微球形聚焦测井探测深度适当 适用范围较宽 测量的rmsfl受泥饼影响小且不受rt的影响 是目前确定rxo最好的方法 微球型聚焦 资料应用 1 划分薄层微球曲线受泥饼影响小 对岩性变化反映明显 纵向分层能力较强 2 确定rxo当hmc在3 81 19 1mm范围内时 rmsfl rxo当hmc大于19 1mm时 应对rmsfl校正后 作为rxo 与双侧向组合定性判断油水层 深侧向 主要反映地层电阻率rt变化 rlld 浅侧向 主要反映侵入带电阻率ri的变化 rlls 微球型聚焦 反映冲洗带电阻率rxo的变化 rmsfl 八侧向 反映冲洗带电阻率rxo的变化 rfoc 通常与双感应测井组合 定性判断油水层 在淡水泥浆钻井的情况下 双侧向 微球型聚焦测井曲线上 若rlld rlls rmsfl 泥浆低侵 曲线有明显的幅度差 则该地层可能为含油气地层 并且含可动油气 若rlld rlls rmsfl 泥浆高侵 则该地层为水层盐水泥浆时 油 水层均为泥浆低侵 但油层电阻率明显高于水层 案例 5 八侧向测井 八侧向是一种不贴井壁 在井内居中测量的浅探测电阻率测井 它是电极距比浅七侧向小 l 0 356m 的七侧向电极系 在下方近处设置屏蔽电流回路电极b 在上方较远处设置回路电极b 其探测半径约为30 40cm 应用 常与双感应组合 在淡水泥浆侵入很深和低阻环带时 用来确定rt和rxo rmf rw时 油层双感应 八侧向曲线呈低侵特征 rild rilm 当rmf rw时 水层的双感应 八侧向曲线呈高侵特征 rild rilm 感应测井 提出 前面介绍的电阻率测井要求井内介质是导电的 而在油基泥浆和空气钻井的井中均无法测量 为此提出了以电磁感应原理为基础的感应测井 以实现对地层电阻率的测量 感应测井 是利用电磁感应原理测量地层电阻率的一种测井方法 适用 油基泥浆和无泥浆井剖面 在淡水泥浆井中 对中低阻地层 泥浆低侵等情况比普通电阻率测井效果优越 感应测井原理 6 双感应或双感应 八侧向测井应用 1 确定电阻率 rt ri rxo2 定性判断油气 水层双感应 深感应 rild反映原状地层电阻率rt的变化中感应 rilm反映侵入带电阻率ri的变化八侧向 rfoc反映冲洗带电阻率rxo的变化在淡水泥浆钻井 泥浆侵入很深的情况下 一般有 若rfoc rilm rild 为泥浆高侵 是水层 若rfoc rilm rild 为泥浆低侵 是油气层 且含可动油 如果泥浆侵入不很深 用微球型聚焦测井 反映冲洗带电阻率 较好 7 高分辨率感应测井 基本原理 利用电磁感应原理测量地层电导率 发射线圈在地层介质中产生交变电磁场后 以井筒为轴心的地层单元环中就会产生感应电流 感应电流的大小与单个地层单元环电导率成正比 电流环产生的二次场会在接收线圈中产生感应电动势 其大小反映了地层电导率的高低 适用条件 淡水泥浆及油基泥浆 干井 玻璃钢套管井 高分辨率测井优越性 径向探测深度大 纵向分辨率高 具有较小的井眼影响和仪器偏心影响 纵向分辨率 60 96cm 60 96cm 43 18cm探测深度 231 4cm 99 06cm 43 18cm 高分辨率感应测井 主要用途 a 定性判断油 气 水层 b 与孔隙度测井结合定量计算储层含油饱和度 可动油 残余油体积 c 与孔隙度测井组合 计算地层水电阻率 d 储层划分 e 进行地层对比 从曲线上看高分辨率感应可以准确地测量出薄层电阻率 有效识别层内的非均质性 与伽马曲线具有很好的相关性 而普通感应对薄层不敏感 分辨率差 高分辨率感应测井可以分辨厚度仅为0 3m的薄层 8 高频感应测井 高频感应测井原理 由五个三线圈系组成 t1 t5为发射线圈 r1 r6为接收线圈 五个线圈系的长度li i 1 5 分别为0 5 0 7 1 0 1 4 2 0m 相应的工作频率14 7 3 5 1 75和0 875mhz 所有线圈同轴放置 每个电极系由一个发射线圈和两个接收线圈组成 直接测量5条相位差曲线 线性刻度 计算后得到测量范围不同的五条电阻率曲线 对数刻度 高频感应测井优越性 1 聚焦系统 高频感应采用软聚焦系统 测量的是相对相位差 优点 解决了纵向分辨率和径向探测深度的矛盾 在保证径向探测深度的同时 最大限度地降低了井眼及侵入带的影响 2 径向探测深度 高频感应的径向探测深度基本与其线圈系的长度相吻合 0 5米 2米 优点 既能准确评价0 5 200 m范围内的地层真电阻率 又能确定侵入带电阻率分布及侵入半径 3 纵向分辨率 当确定地层电阻率的相对误差为20 时 其纵向分辨率可以达到0 3米 优点 纵向分辨率高 可以划分0 3 0 4m厚的薄夹层 识别地层的纵向非均质性 高频感应测井地质应用 1 地质剖面的定性评价划分地层界面确定地层非均质性划分储层 评价储层饱和度类型 2 高频感应测井的特殊应用薄层评价高矿化度低阻油 气 层的识别定性确定储层渗流能力强水淹层和弱水淹层的定量评价时间推移测井对油 气 层的评价 9 自然电位测井 自然电位 在没有人工供电的情况下 测量电极在井内移动时仍能测量到电位的变化 这个电位称为自然电位 用sp表示 沿井轴测量自然电位变化的测井方法称为sp测井 一 自然电场的产生 井钻开地层后 由于泥浆和地层水的矿化度不同 在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程 产生电动势形成自然电场 油井中 自然电场主要是由扩散电动势ed和扩散吸附电动势eda产生的 cw cmf 自然电位测井及曲线特点 泥岩基线 实际测井中以厚层泥岩的sp幅度作为衡量自然电位异常幅度的基线 零线 称为泥岩基线 纯砂岩线 厚度很大的含水纯砂岩段的sp曲线基本不变 称之为纯砂岩线 其自然电位异常幅度最大 称为静自然电位 用ssp表示 自然电位异常幅度 usp 地层中点的sp值与泥岩基线的差值 sp曲线特点 1 对称性 上下围岩岩性相同时 曲线对地层中部对称 2 对厚度较大 h 4d 的地层 usp ssp 且曲线半幅点深度对应地层界面 3 对砂岩渗透层 相对泥岩基线 sp曲线可向左 负异常 或向右 正异常 偏转 这主要取决于地层水与泥浆滤液的相对矿化度 当cw cmf时 sp曲线显示负异常 当cw cmf时 曲线显示正异常 泥岩基线负异常正异常 二 自然电位测井的影响因素 1 cw cmf的影响2 岩性 泥质含量的多少 影响 usp的大小3 地层水与泥浆滤液的含盐成分 kd kda4 温度 影响kd kda 与绝对温度成正比5 岩石电阻率rt 影响rsd的大小 进而影响 usp的大小6 地层厚度 i流经地层的界面积变化 rsd变化7 井径及侵入带 影响rm的大小 a 识别储集层储集层必须具备孔隙性和渗透性 一般在砂泥岩剖面中 当rw rmf时 以泥岩为基线 在渗透性的纯砂岩层井段出现最大的负异常 含泥质砂岩层具有较低的负异常 而泥质含量愈多 负异常幅度愈低 负异常幅度最大 负异常幅度较小 泥岩基线 三 sp曲线的应用 b 划分储集层厚度岩性均匀 厚度较大 h 4d 常用sp异常幅度的半幅点确定储集层界面 曲线半幅点间的距离接近地层厚度 厚度越大 精度越高 若储集层厚度较小 sp异常较小 半幅点厚度将大于实际厚度 地层界面将靠近异常顶部 若上下界面幅度大小不同 应分别用其半幅点确定界面 c 判断油水层一般 在同一口井中含水砂岩的自然电位比含油砂岩的自然电位幅度高 负异常幅度最大 d 估计泥质含量 图版法经验公式法 层状泥质与砂岩形成砂泥质交互层 且层状泥质与砂质层的电阻率相差不大时 泥质含量为 e 确定地层水的电阻率rw 依据 f 判断水淹层 油层顶部或底部水淹的水淹层在自然电位曲线上的特点 自然电位曲线的泥岩基线在该层的上部 顶部水淹 或下部 底部水淹 发生偏移 其主要原因是 注入水与原地层水的矿化度不同 偏移值的大小为 50mv 泥岩基线 声波测井 基础知识声波测井 是以岩石等介质的声学特性为基础来研究钻井地质剖面 判断固井质量 确定地层孔隙度等的一种测井方法 声波测井分为 声速测井声幅测井 岩石的声波速度 纵波 又称压缩波 是指声波传播方向与质点振动方向一致的波 vp横波 是指声波传播方向与质点振动方向垂直的波 vs在均匀各项同性介质中 vp vs 1 73 vp vs 由此可见 岩石的声波速度主要取决于岩石的杨氏模量 就是弹性体单位截面上受力f a与其单位长度的形变 l l之比 和密度 注意 声波速度随介质密度的增加而增大 对沉积岩 影响岩石的声波速度的因素有 1 岩性2 孔隙度 孔隙度越大 声速越小 时差越大 3 岩层的地质年代 老地层的声速高于新地层 4 岩层埋藏深度 随埋藏深度增加 声速增大 如声波时差刻度 浅层160 60微妙 英尺深层130 30微妙 英尺 岩石的声波幅度 声波在介质中传播 其能量将被介质吸收而衰减 声波能量衰减的大小与介质的密度和声波频率有关 对同一地层 不变 声波频率越高 声波能量衰减越大 对同一频率f的声波 介质密度越小 声波能量衰减越大 反之越小 声波在两种介质的界面上 将发生反射与折射 反射波与折射波能量的大小 取决于两种介质的声阻抗 声阻抗z 是指介质密度与声波在该介质中传播速度的乘积 即 滑行波 由折射定律 sin sin v1 v2可知 当入射角 增大时 折射角 也要相应增大 在v1 v2的情况下 入射角增大到一定值i时 折射角为90 此时的折射波在第二种介质中沿界面滑行 这时的折射波称为滑行波 10 声波速度测井 声波速度测井是测量滑行波通过地层传播的时间差 来划分岩层 估算地层孔隙度 判断气层和研究岩性等的一种声波测井 分类 单发双收声速测井双发双收声速测井 补偿声波 井下仪器 声系 由发射探头t和接收探头r1 r2电子线路隔声体 a 声速测井的测量原理 说明 声波测井为使滑行波首先到达接收探头被接收 在仪器设计时 采用适当的源距和在仪器钢外壳上刻槽的方法 使直达波和反射波晚于滑行波到达接收探头 滑行波 反射波 直达波 t t2 t1 cd v2 de df v1若r1 r2对应井段井径没有明显变化 且仪器居中 则de df 所以 t cd v2 间距 地层声速间距 r1 r2之间的距离 目前我国采用0 5米的间距 t 0 5 v2 0 5 v声波时差 是指滑行波在地层中传播1米所用的时间 用 t表示 所以 t 1 v 2 t b 影响单发双收时差曲线的主要因素 1 井径变化的影响当井径扩大时 在扩径段的上界面和下界面 t曲线出现增大 上发下收 和减小 下发上收 的假异常 2 地层厚度的影响3 周波跳跃的影响 c 补偿声波测井 利用井径变化对上发下收和下发上收声波时差的影响正好相反的原理 取两者的平均值得到补偿时差 补偿掉井径变化及仪器偏心造成的影响 d 声速测井资料的应用 1 确定地层岩性 2 确定地层孔隙度 3 识别气层和裂缝 声波测井 声波曲线的应用 1 确定地层岩性 不同的地层具有不同的声波速度 根据声波时差曲线可以划分不同的岩性地层 2 确定地层孔隙度 威力时间平均公式对压实 固结的含水纯地层 若有小的均匀分布的粒间孔隙 则地层孔隙度 与声波时差存在线性关系 其中 tma 岩石骨架的声波时差 tf 冲洗带内流体的声波时差 声波测井 声波测井 声波曲线的应用 3 识别气层和裂缝声速 v水 v油 v气声波时差 t水 t油 t气气层特点 周波跳跃 时差值急剧增大 增大的数值是按声波信号的周期 50微秒左右 成倍增加 声波时差增大裂缝或层理发育的地层 也可能有以上现象 应结合其它资料区分气层和裂缝带 声波增大 自然伽马 gr 补偿中子孔隙度 cnl 岩性密度 den pe 补偿密度 den 自然伽马能谱 u th k sgr cgr 中子伽马 ngr 放射性测井资料应用 确定岩性计算储层孔隙度识别地层含流体性质沉积相研究 放射性测井技术 11 自然伽马测井 是在井内测量岩层中自然存在的放射性核素衰变过程中放射出来的 射线的强度