节岩性孔隙度测井系列PPT课件.ppt

1 第一章测井方法及其地质响应 第一节岩性 孔隙度测井系列第二节电阻率测井系列第三节地层倾角测井第四节成像测井方法 2 属常规测井方法 主要是指目前在油气勘探开发中 探井 评价井 开发井测井工程中都要测量的测井方法 即所谓 九条 曲线系列 岩性 孔隙度测井系列电阻率测井系列地层倾角测井 自然伽马 自然电位 井径三岩性曲线浅 中 深三电阻率曲线声波 中子 密度三孔隙度曲线 3 在地层复杂的情况下再加上地层倾角 自然伽马能谱二项构成所谓的 十一条曲线 这也是测井地质学研究所依靠的基本测井信息 这些测井方法从70年代的数字测井系列 到80年代的数控测井系列 直到90年代的成像测井系统 如5700和MAXIS 500 都保留着 也都是常测的项目 本章将简要介绍各种方法的测量信息 影响因素 所能解释的地质现象 重点 地质响应 4 第一节岩性 孔隙度测井系列 一 自然电位测井二 伽马测井三 声波测井四 中子测井五 密度测井 5 一 自然电位测井 钻井中观测到一种非人工产生的直流电位差 且可以毫伏级的精度记录下来 人们称之为自然电位 自然电位曲线可以作为划分岩性 判断储层性质的基本测井方法 1 自然电位产生的原因1 扩散电动势2 过滤电动势2 影响自然电位异常幅度的因素 3 自然电位曲线的应用 6 1 扩散电动势 是钻井液滤液与砂岩中地层水接触的结果 钻井液滤液和地层水都主要含NaCl 假设 钻井液滤液的浓度是Cmf 地层水浓度是CW 一般是CW Cmf 即地层中的Na CI 离子均由地层向钻井液滤液方向扩散 由于CI 的迁移速度比Na 快 在地层水内富集正电荷 钻井液滤液中富集负电荷 形成由于离子扩散而产生的电动势 扩散电动势 7 实验证明 纯水砂岩的扩散电动势等于 aW 表示地层水的电化学活度 矿化度 与含盐量和化学成分有关amf 表示钻井液滤液的电化学活度 与含盐量和化学成分有关K1 扩散电位系数 与溶液的成分和温度有关对于氯化钠溶液 温度为18 时 K1值为 11 6mV 8 式中 K2 泥岩的扩散吸附电位系数 对于NaCl溶液 在25 时 K2 59 1mV 对于与纯水砂岩相邻的泥岩 泥质颗粒对CI 离子选择性吸附 CI 离子都被束缚在泥质颗粒表面 不能自由移动 只有Na 可在地层水中移动 泥岩井壁上只发生Na 离子扩散 泥岩一方为负 井内钻井液一方为正 形成扩散吸附电动势 9 2 过滤电动势 由于地层和钻井液柱压力差引起的过滤电动势 在压力差作用下 溶液通过毛细管时管壁吸附负离子 使溶液中正离子相对增长 且同溶液一起向压力低的一端移动 在毛细管两端 压力低的一端带正电 压力高的一端带负电 产生电位差 过滤电位 只有地层压力与钻井液柱压力相差悬殊 且在钻井液未形成前 过滤电位才有较大显示 一般情况下很小 常忽略不计 低压 高压 10 由于电动势E砂和E泥的存在 在井与砂岩和泥岩的接触处 产生自然电流 该自然电流回路的总自然电动势为上述两个电动势的代数和 t 25 总自然电动势E总 11 2 影响自然电位异常幅度的因素 地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响 岩性的影响 温度的影响 地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响 地层电阻率的影响 地层厚度的影响 井径扩大和侵入的影响 12 地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响 地层水和泥浆滤液中含盐量差异 矿化度 是造成自然电场中扩散电位Ed和扩散吸附电位Eda的基本原因 地层水浓度CW 泥浆滤液浓度Cmf 当Cw Cmf时 SP曲线上砂岩层段出现负异常 当Cw Cmf时 砂岩层段则出现正异常 当Cw Cmf时 无造成自然电场的电动势产生 在一定的范围内Cw和Cmf差别大 造成自然电场的电动势高 曲线变化明显 13 岩性的影响 在砂泥岩剖面中 SP曲线以泥岩为基线 只有在砂质渗透性岩层处才出现SP曲线异常 目的层为较厚的纯砂岩时 与围岩之间的E总达到最大值即静自然电位 此时SP曲线上出现最大的负异常幅度 在其它条件不变情况下 目的层含泥质时 E总随目的层泥质含量增加而下降 所测曲线幅度也随之减小 14 扩散电动势系数Kd和扩散吸附电动势系数Kda与绝对温度T成正比 同样条件的岩层由于埋藏深度不同 其温度不同 因此Kd和Kda值有差别 导致同样岩性的岩层 由于埋深不同 产生的SP曲线幅度有差异 温度的影响 15 地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响 地层水和泥浆滤液内所含盐类不同 所含离子不同 离子价和迁移率均有差异 直接影响Kd和Kda值 纯砂岩井段 溶液中所含化学成分改变时 扩散电位系数Kd随之改变 下表 因此 不同溶质的溶液 即使在其它环境条件都相同的情况下 所产生的Kd值各异 16 地层电阻率的影响 井内各部分电阻率相差不大且地层很厚 Usp SSP 目的层电阻率很高时 Usp SSP 地层的电阻率越高 则 Usp越低 根据该特点可用SP幅度的差异定性地分辨油水层 地层厚度的影响SP曲线的幅度 Usp随着地层厚度变薄而减小 且曲线变得平缓 17 井径扩大和侵入的影响 井径扩大 使井的截面加大 等效电阻随之减小 致使 Usp减小 泥浆侵入 使地层水和泥浆滤液的接触面向地层内部推移 有侵入的渗透层井段 Usp比同样渗透层没有泥浆侵入 或侵入极浅 时所测 Usp要低 侵入越深 Usp越低 18 3 自然电位曲线应用 在判断岩性 地层对比 划分渗透层 计算地层水电阻率 估计泥质含量及判断水淹层等项工作中 目前都常使用自然电位测井资料 划分渗透性岩层 估计泥质含量 确定地层水电阻率RW 判断水淹层 19 划分渗透性岩层 在淡水泥浆的砂泥岩剖面中 SP曲线以大段泥岩层的SP曲线为基线 负异常井段可认为是渗透性岩层 其中 纯砂岩井段出现最大的负异常 含泥质的砂岩负异常幅度较低 且随泥质含量的增多而异常幅度下降 20 此外 Usp还决定于砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质 一般含水砂岩的自然电位幅度比含油砂岩的自然电位幅度要高 21 识别出渗透层后 用 半幅点 法确定渗透层的界面位置 当渗透层厚度满足h d 4时 半幅点法是可信的 地层越厚精度越高 薄渗透层 用 半幅点 法划分界面 所求地层厚度会产生偏高误差 一般以微电极系或短电极距的视电阻率曲线为主配合自然电位曲线来划分渗透层界面较为可靠 半幅点法示意图 22 估计泥质含量 一般把砂岩中所含的细粉砂和湿粘土的混合物叫泥质 泥质在砂岩中存在状态有三种 分散泥质 层状泥质 结构泥质 泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的扩散吸附电动势有直接关系 因而用SP曲线可估计泥质含量 目前 常用方法是图版法和计算法两种 23 对各种含泥质砂岩取样 测定其泥质含量Qsh 然后绘制出Qsh与经过岩层厚度和电阻率校正的SP幅度的关系曲线 该地区确定砂岩渗透层泥质含量图版 读取待解释渗透层SP幅度 Usp 经过SP 3图版校正得到 用砂岩渗透层泥质含量的图版求出泥质含量Qsh值 图版法求泥质含量 24 每块图版是在Rxo Rt Rxo 冲洗带电阻率 Rt 原状地层电阻率 Rs Rm Rs 围岩电阻率 Rm 泥浆电阻率 取不同数值时 所作的 Usp SSP与h d关系曲线族 各图版中曲线号 Rt Rm 无侵入 Rxo Rm 有侵入 25 经验公式估算泥质含量当砂岩中所含泥质呈层状分布形成砂泥质交互层状 泥质和砂质层的电阻率差别不大时 地层的泥质含量可用下式计算 PSP 含泥质砂岩的自然电位幅度 SSP 本地区含水纯砂岩的静自然电位 26 确定地层水电阻率RW 评价油气储层时 经常以岩层的孔隙度 含油饱和度等重要参数作依据 确定这些参数时 都需要地层水电阻率值 SP测井资料是确定地层水电阻率的常用方法之一 厚含水层纯净砂岩层地层水电阻率RW 溶液矿化度较高时地层水电阻率RW 27 在求地层水电阻率时 要选择剖面中较厚的饱含水的纯净砂岩层 读出该层的SP幅度 Usp 并根据泥浆资料确定泥浆滤液电阻率Rmf 根据下式可求出RW值 这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说 所得RW是正确的 Rmf 泥浆滤液电阻率Rw 地层水电阻率K 自然电位系数 厚含水层纯净砂岩地层水电阻率RW 28 地层水和泥浆滤液矿化度较高时 矿化度与溶液电阻率非线性关系 为了求取RW准确值 引入 等效电阻率 概念 即不论溶液矿化度范围 溶液的等效电阻率和溶液的矿化度总是保持线性关系 此时 该式适用于任何矿化度的溶液 但求出的是地层水等效电阻率 之后用SP 2图版求出RW Rmfe 泥浆滤液等效电阻率Rwe 地层水等效电阻率K 自然电位系数 溶液矿化度较高时地层水电阻率RW 29 确定地层水电阻率RW的一般步骤 30 确定含水层的静自然电位值SSP 选含水层相当厚 无侵入 且目的层与围岩和泥浆的电阻率相差不大时 可以直接读出该含水层的自然电位幅度值 Usp近似作为SSP使用 若含水层不能满足上述条件 则必须对该层 Usp进行厚度 电阻率和侵入校正得到SSP 使用SP 3图版 根据Rs Rm Rxo Rt值选出与之最接近的一块图版 用Rt Rm 或Rxo Rm 值在所选图版中选一条曲线 在横坐标上找目的层的h d值 过该点作纵轴的平行线与选定曲线得一交点 该点的纵坐标为校正系数 Usp SSP 31 确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe 为确定Rmfe 必须知道地层温度t和地层温度下的泥浆电阻率 确定方法如下 A 确定地层温度t根据目的层深度 用 估计地层温度图版 确定地层温度 估计地层温度图版 32 已知溶液矿化度C和温度t时 在图版上投点A 18 若A点落到某条斜线上 该斜线号码即为NaCl溶液矿化度 沿该斜线下滑到温度为地层温度t的水平线与其相交 交点的横坐标读数 地层温度下的泥浆电阻率 33 34 根据和泥浆密度用 估计Rmf和Rme图版 确定Rmf 如泥浆密度1 32g cm3 0 45 m时 先在图版中选定曲线号为1 32的曲线 后在纵轴找到0 45 m点 过该点作平行于横轴的直线与选定曲线相交 交点的横坐标读数即为Rmf C 确定泥浆滤液电阻率Rmf Rmf 35 用近似公式Rmf 0 75计算得到Rmf D 确定Rmfe 如果泥浆滤波中只含有NaCl 温度为75 F 24 当Rmf 0 1 m 则Rmfe Rmf 如果Rmf 0 1 m 需用SP 2图版求出Rmfe值 先用地层温度t选择一条曲线 然后在纵轴上找到Rmf点 过此点作水平线与选定曲线的交点的横坐标即为所求的Rmfe值 36 Rmf 37 确定Rw值 首先 用SP 1图版求出地层水的等效电阻率Rwe 作法 用地层温度t在图版中选一条曲线 并在横轴上找到目的层SSP值点 过此点作横轴的垂线与选定的曲线相交 交点的纵坐标即校正系数 Rmfe Rwe 将第2步骤中确定的Rmfe值代入 Rwe Rmfe 然后 用SP 2图版求出Rw值 38 Rmfe Rwe Rw 39 注意 利用SP测井资料求地层水电阻率的适用条件 只适合于有一定渗透性的地层 地层水中主要化学成分是NaCl 泥浆电阻率不高 自然电位中过滤电位可以忽略不计 不适用 渗透率很低的地层 压力枯竭的地层 很重的钻井液等 有大的过滤电位存在 40 判断水淹层 储层何种部位被水淹取决于岩层各部分渗透性 一般规律是渗透性好的部分容易被水淹 利用测井资料判断水淹层位及估计水淹程度是检查注水效果的重要课题 目前 某些油田 利用SP曲线上基线偏移确定水淹层位 并根据偏移量 Esp大小 原基线与偏移后基线间所的毫伏数 估计水淹程度 41 统计资料表明 Esp 8mV 为高含水层 5mV Esp 8mV 为中含水层 Esp 5mV 低含水层或由岩性变化引起 42 二 伽马测井 1 自然伽马测井 测量地层放射性强度随深度的变化曲线 GR与SP测井相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层 自然伽马测井曲线的应用 划分岩性 进行地层对比 估算地层中泥质含量 43 美国石油学会在休斯敦大学建立了自然伽马刻度井 由3层模型地层组成 2个低放射性地层 中间为一个高放射性地层 各层的铀 钍 钾含量经过精确测定 三者分别占总放射性量的19 47 和34 定义高放射性地层与低放射性地层读数之差为200API单位 作为标准刻度单位 选择孔隙度精确测定过的纯灰岩地层组成模型井 地层孔隙和井中充满淡水 以此作为仪器的标准系统 如美国休斯敦大学的中子刻度井 把仪器零线与孔隙度为19 的印地安纳石灰岩井段测得的曲线偏转幅度差值的1 1000定为一个中子测井单位 API中子测井单位 关于API单位 美国石油学会规定的标准单位 自然伽马测井API单位 中子测井API单位 44 自然伽马测井曲线的应用 主要根据地层中泥质含量变化引起GR曲线幅度变化区分不同岩性 划分岩性 45 GR与Rt交会图 商58 5井1716 3 1720 3m 生物灰岩1750 0 1760 0m 凝灰岩1795 0 1805 0m 砂岩与泥岩 泥岩 砂岩 生物灰岩 火山岩 46 GR AC交会图不同亚相带测井值范围不同 商74 6井取心段1829 1838m 凝灰岩商74 12井取心段1976 2008m 砂质白云岩 48 商58 4井取芯段 1702 4 1732 4m主要为 火山角砾岩 凝灰岩 生物灰岩 AC COND交会图 49 需要注意 对某一地区来说 应根据岩心分析结果与GR曲线进行对比分析 找出地区性的规律 再应用于自然伽马曲线的解释 一般情况下 泥岩的GR幅度为75 150API单位 平均为100API单位 硬石膏和纯石灰岩的GR幅度为15 20API单位 白云岩和纯砂岩的GR幅度为20 30API单位 50 51 GR曲线幅度主要决定于地层中的放射性物质 通常对于不同岩性GR曲线幅度较为稳定 GR曲线与地层中所含流体性质无关 地层水矿化度对其也没什么影响 对比的标准层易于选取 通常用厚层泥岩作为标准层 进行油田范围或区域范围内的地层对比 GR对泥质含量 粒级反映较敏感 韵律性清晰 进行地层对比 52 商16 2井 商74 16井火山岩期次划分 GRSPCOND周期性变化 53 桩45 1井韵律层划分 54 估算地层中泥质含量 GR目的 目的层GR幅度Grmax 纯泥岩层GR幅度Grmin 纯砂岩层GR幅度 用GR相对幅度变化计算出泥质含量指数IGR 55 2 自然伽马能谱测井 自然伽马测井只能测量地层中放射性元素的总含量 无法分辨地层中含有什么样的放射性元素 自然伽马能谱测井 可测量不同放射性元素放射出不同能量的伽马射线 从而确定地层中含有何种放射性元素 1 自然伽马能谱测井原理2 自然伽马能谱测井的应用 56 1 自然伽马能谱测井原理 不同岩石的化学成分不同 其放射性物质成分各异 泥岩地层主要成分为粘土矿物 粘土矿物所含的放射性元素如右表 57 纯砂岩和碳酸盐岩的放射性元素含量都低 当水中含有易溶铀元素 并在适宜条件下沉淀后 可形成高放射性渗透层 可用自然伽马能谱测井划分这些地层 58 据实验室对铀 钍 钾放射伽马射线能量测定 发现钾放射的单色伽马射线能量为1 46MeV 铀及其衰变产物放射的是多能谱伽马射线 在高能区 1 76MeV的峰值明显 易于鉴别 钍及其衰变产物放射多能谱伽马射线 其中2 62MeV峰值易于识别 59 自然伽马能谱侧井能分别测量不同幅度的脉冲数 从而得出不同能量的伽马射线能谱 用以测定不同的放射性元素 自然伽马能谱测井与自然伽马测井的主要差异 自然伽马能谱测井根据测出的伽马射线特征峰值 经刻度 输出的是U Th K三条曲线与一条总的自然伽马曲线 60 2 自然伽马能谱测井的应用 图中4122 4220m井段是纯石灰岩 U Th K三条曲线显示低异常 GR也显示低异常 上 下两层GR高值 泥岩 自然伽马能谱曲线上 上部泥岩U显高值 K稍高 富含有机质 下部泥岩K Th含量均高 U含量也高但低于上部泥岩 两层泥岩性质不同 划分岩性 61 下图中1600ft和1638ft处 GR曲线上显示两个尖峰 似乎应为两个薄泥岩层 在自然伽马能谱测井曲线中K Th两条曲线无显示 而在U曲线显示2个尖峰 与GR曲线吻合 表明不是泥岩层 应为一渗透层 其U含量较高可能是溶有U的水运移中沉淀下来 62 据经验统计 Th U 7时 主要为陆相泥岩和铝土矿 是风化完全 有氧化和淋滤作用的陆相沉积 2 Th U 7时 为海相沉积环境 岩性为灰色和绿色泥岩及杂砂岩 Th U 2时 海相沉积 为黑色海相泥岩 石灰岩及磷酸盐岩 利用Th U比值曲线研究沉积环境 63 图中画出了不同矿物的分区带 根据自然伽马能谱测井得出的K Th含量 即可鉴别地层含有粘土矿物 自然伽马能谱测井的用途是可用来直接寻找放射性矿物 用自然伽马能谱测井区分粘土矿物 K Th含量鉴别粘土矿物的关系图 64 X地区米1井2700 3400m井段钍 钾比值交会图表明 主要粘土矿物类型为蒙脱石 伊 蒙混层矿物和伊利石 65 用自然伽马能谱测井寻找页岩储集层 富含有机物的高放射性黑色页岩 在局部地段有裂缝 燧石 粉砂或碳酸盐岩夹层 可成为产油层 这种夹层在能谱测井曲线上的特点 钾 钍含量低 铀含量高 66 寻找高放射性碎屑岩和碳酸盐岩储集层 纯的储集层 其U Th K40的含量很低 当这些岩石中含有高放射性矿物 如独居石 锆石等 时 纯砂岩的U Th K含量会很高 67 用自然伽马能谱测井研究生油层 岩石中的有机物对铀的富集起着重要作用 故可用自然伽马能谱测井在纵向 横向上 追踪生油层和评价生油层的生油能力 68 用自然伽马能谱测井求取泥质含量 研究发现 地层中泥质含量与钍或钾的含量存在较好的线性关系 而与地层的铀含量关系较小 一般用总计数率 钍含量 钾含量的测井值计算泥质含量 A 利用计数率求泥质含量B 利用钍含量求泥质含量C 利用钾含量求泥质含量 69 A 利用计数率求泥质含量 SVCT 用总计数率求出的泥质含量指数SVCE 用总计数率求出的泥质体积含量CTS 总计数率GCUR Hilchie指数CTSmin 纯地层计数率CTSmax 泥岩总计数率 70 B 利用钍含量求泥质含量 SVTH 用钍含量求得的泥质含量指数SVTE 用钍含量求得的泥质体积含量Th 钍含量Thmin 纯地层钍含量Thmax 泥岩钍含量 71 C 利用钾含量求泥质含量 SVTH 用钾含量求出的泥质含量指数SVKE 用钾含量求得的泥质体积含量K40 钾含量K40min 纯地层钾含量K40max 泥岩钾含量 72 用自然伽马能谱测井区分泥质砂岩和云母 利用钍和钾的交会图 可以给出三种组成矿物 石英 云母 泥质 的百分含量 钍 钾含量交会图 73 第一节岩性 孔隙度测井系列 一 自然电位测井二 伽马测井 结束 三 声波测井四 中子测井五 密度测井 74 1 自然电位测井 自然电位产生的原因 影响自然电位异常幅度的因素 自然电位曲线的应用 划分渗透性岩层 估计泥质含量 确定地层水电阻率RW 判断水淹层 2 自然伽马测井曲线的应用 划分岩性 进行地层对比 估算地层中泥质含量 3 自然伽马能谱测井的应用 划分岩性 研究沉积环境 区分粘土矿物 寻找页岩储集层 研究生油层 求取泥质含量 区分泥质砂岩和云母 75 第一节岩性 孔隙度测井系列 一 自然电位测井二 伽马测井三 声波测井四 中子测井五 密度测井 第一章测井方法及其地质响应 76 三 声波测井 将一个受控声波振源放入井中 声源发出的声波引起周围质点的振动 在地层中产生体波 纵波和横波 在井壁 钻井液界面上产生诱导的界面波 伪瑞利波和斯通莱波 这些波作为地层信息的载体 被井下接收器接收 送至地面的记录下来 即为声波测井 根据声系 接收器 声源的统称 排列及尺寸的不同 声波测井仪可分为补偿声波测井仪 BHC 长源距声波测井仪 LSS 和阵列声波测井仪 77 由于地层岩石成分 结构 孔隙中流体成分的变化 声波在井内地层中传播时 波的速度 幅度甚至频率都会发生变化 只记录声波速度变化的称为声速测井 AC 记录声幅度变化的称为声幅测井 声速测井中短源声系 仅记录纵波 即首波 传播时差 长源距声系 可记录纵波 横波 伪瑞利波 斯通莱波等各种波列的传播时差 又称为全波声波测井 阵列声波仪 可记录纵波声速 全波列声速 还可以记录声幅 78 1 阵列声波测井的输出显示 纵波时差 tp 根据源距为8ft 2 4384m 和10ft的声系可得出2种纵波时差 8ft源距的时差 tp 10ft长源距时差 tlp 横波时差 tS 根据阵列声波的波形 找出横波首波 即可计算出横波时差 tS 79 横波首波波至可用如下方法识别 根据纵波首波时间确定 一般地层条件下 纵波速度约为横波速度的1 5 1 8倍 横波首波滞后于纵波首波时间为 1 5 1 8 Tp 根据纵波首波与横波间波峰数确定 相同源距条件下 纵波首波与横波到达时间有一定范围 通常约为5 9个波峰 同一地层 一般条件下纵波与横波速度基本保持不变 利用波形图中各纵波首波起始点联线 再找出横波首波起始点清楚处联线 使其与纵波首起始点联线近于平行 即可确定 80 2 声波全波列信息采集 依据到达接收探头的先后分别为 滑行纵波 P波 滑行横波 S波 伪瑞利波斯通莱波 ST 81 声波全波列各种波型在到时 振幅 频率特性等方面各不相同 82 3 声波全波列测井资料解释与应用 声波全波列测井含有大量的地层声学性质 从而拓宽了声波测井的应用范围 主要有以下应用 1 估算地层孔隙度2 划分岩性3 划分含气层4 判断裂缝带5 估算岩石力学的某些参数6 合成地震记录7 检测异常压力和断层 83 1 估算地层孔隙度 根据雷依曼 Raymer 平均时间修正公式 可以利用横波时差估算地层孔隙度 tmas 岩石骨架横波时差 tf 孔隙中流体的时差m 经验指数 与岩性有关 砂岩 2 碳酸盐岩 2 2 2 tR 横 纵波时差比值 tR ts tp 最好利用地区岩性统计资料 如岩性已知可用以下参考值 砂岩为1 58 1 78 含气砂岩为1 6 石灰岩为1 9 白云岩为1 8 84 2 划分岩性 相关实验及实际测井资料表明 横波时