测井原理及解释初步

测井基础知识讲稿 一引言 测井的最初应用 是按电导率曲线形态进行逐井地层对比 地球物理测井方法于1927年由法国人斯仑贝谢兄弟创始 1939年翁文波在中国开始地球物理测井工作 测井仪器由刘永年设计制造 使用的测井方法有自然电位测井法和视电阻率测井法 由于测量方法的改进和增多 测井的应用开始趋向于定量评价油气层 我们所讲的大部分内容将主要集中在每种测井仪器的理论原理和解释方法 测井是因为石油工业评价油气藏的特殊需要发展起来的 它和地学家感兴趣的其它许多领域有关 对于地质家来说 测井主要是一种地下绘图技术 对岩石物理学家来说 测井是评价储层产能的一种方法 对地球物理学家来说 测井是地面地震分析的一种补充手段 对于现场作业的测井工程师来说 测井仅仅为他们的模拟应用提供资料和数据 测井仪器的更新换代是测井学科发展和进步的标志 半自动测井仪器 全自动测井仪器 属于模拟测井时代上世纪20年代末 数字测井仪器 阿尔奇公式 电阻率 声 核测井仪器研制成功60年代末 数控测井仪器 计算机控制的数据采集和处理 80年代 成像测井仪 阵列测井仪器 成像测井仪器 计算机控制下的采集 传输 处理技术 90年代 二井眼与施工现场 井眼 充满钻井液 泥浆 泥饼 泥浆在高压作用下 失去大量水分 冲洗带 岩石孔隙受到泥浆滤液的强烈冲洗 原始流体被挤走 孔隙中为泥浆滤液和残余地层水或残余油气 过渡带 距井壁有一定的距离 泥浆滤液径向上逐渐减少 原始流体增加 未侵入带 未受泥浆侵入的原状地层冲洗带和过渡带合称侵入带 裸眼井 在钻井中 泥浆在正向压差作用下侵入地层 其具体过程大致如下 从井眼形成的瞬间开始泥浆和泥浆滤液便向渗透性地层渗透 在这段时间内还未形成泥饼 称为瞬时失水 喷失 过程 泥饼形成后 在泥浆循环状态下 泥浆失水量由大到小至恒定 这段时间属于动失水过程 在瞬时失水过程之后动失水和静失水过程交替出现 最终泥饼保持一定的厚度 累积失水量达到一定数值 形成动态平衡 一般而言 瞬时失水量较小 动失水量大于静失水量 失水量越大 泥饼越厚 通常情况下 泥浆及其滤液径向侵入剖面是渐变的 根据侵入程度的变化可分为冲洗带 过渡带和原状地层 泥浆侵入机理 套管井 井液钢套管水泥环地层 右图为最简单的三开井身结构图 水泥返高 自由套管 固井质量评价测井 一般不允许下仪器到井底遇阻 原因 测井现场 下井仪 马笼头 电缆 绞车 集流环 地面系统 1天滑轮和地滑轮哪个受力更大一些 2测井过程中 那一部分电缆受力最大 3地面电极放在何处 4集流环 滑环 的作用 5图中漏掉了深度系统 张力系统6马笼头的作用 连接电缆与下井仪 包括机械连接和电连接 三测井概念 在油气勘探与开发领域 测井是一种井下油气勘探方法 它运用物理学的原理 使用专门的仪器设备 沿钻井剖面测量岩石的物性参数 了解井下地质情况 从而达到发现油气层 评估油气藏的目的 在油气勘探领域 测井资料主要用来研究岩性剖面 构造特征 沉积环境 评价油气藏 此外 测井还是勘探煤层 盐 硫 石膏 金属 放射性矿藏 地热 地下水等资源的重要方法和有效手段 主要名词解释 测井系列不同的测井仪器有不同的性能和作用 在某种地质条件和钻孔条件下 根据一定的地质或工程目的 采用多种有针对性的测井仪器组合起来进行测井 称为达到这种目的的测井系列 电阻率测井是在钻孔中采用布置在不同部位的供电电极和测量电极来测定岩石 包括其中的流体 电阻率的方法 通常所用的三电阻率测井系列是 深侧向 浅侧向和微侧向电阻率测井 声速测井声速测井是利用不同的岩石和流体对声波传播速度不同的特性进行的一种测井方法 通过在井中放置发射探头和接收探头 记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差值 所以声速测井也叫时差测井 用时差测井曲线可以求出储集层的孔隙度 相应地辨别岩性 特别是易于识别含气的储集层 放射性测井放射性测井即是在钻孔中测量放射性的方法 一般有两大类 中子测井与自然伽马测井 中子测井是用中子源向地层中发射连续的快中子流 这些中子与地层中的原子核碰撞而损失一部分能量 用深测器 计数器 测定这些能量用以计算地层的孔隙度并辨别其中流体性质 自然伽马测井是测量地层和流体中不稳定元素的自然放射性发出的伽马射线 用以判断岩石性质 特别是泥质和粘土岩 井温测井井温测井又称热测井 它可以进行地温梯度的测量 可以在产液井中寻找产液的井段 在注入井中寻找注入的井段 对热力采油井 可以通过邻井的井温测量检查注蒸汽的效果 可以评价压裂酸化施工的效果等 地层倾角测井地层倾角测井是在钻孔中测量地层倾斜方向和倾斜角度的方法 根据测得的数据 可以研究地质构造与沉积环境 从而追踪地下油气的分布情况 井径测井井径测井仪是用来测量钻孔直径的 在未下套管的井中可以测量井径不规则程度 提供下套管固井施工所需要的水泥用量参数 还可根据钻孔的不规则形态 分析判断地下岩层裂缝的发育程度和裂缝的方向 在套管受损坏的井中 可以测量套管损坏的位置和变形情况 自然伽马射能谱测井自然伽马能谱测井是测量地层中放射性元素铀 钍和钾40的伽马射线强度谱 从而确定它们在地层中的含量 用于分析岩石及流体性质 声波变密度测井补偿声波测量的是接收到的声波波列的首波达到时间 用于测定地层的声波传播速度 源距较短 其资料用来计算地层孔隙度和确定气层 全波列声波测井记录的是接收到的声波全部波列 可测定岩层的弹性模量 其源距较长 用于求解岩层强度 检查压裂效果及固井质量等 在求解地层孔隙度及判断气层方面比补偿声波更为准确 三孔隙度测井指补偿中子 补偿密度及补偿声波测井 测井解释的 四性 四性 是指地层的岩性 储集性 孔隙度 渗透率 含油性和物理性 测井相测井相又名电相 是从测井资料中提取与岩相有关的地质信息 并将测井曲线划分若干个不同特点的小单元 经与岩心资料详细对比 明确各单元所反映的岩相 即是测井相 在一个地区建立了测井相后 可以利用测井曲线解释出井的柱状岩性剖面图 油藏描述油藏描述是把地震 测井 地质等多方面资料综合起来 运用计算机手段进行处理 定性 定量描述三维空间的油气藏 包括 构造 储层 储集空间 流体性质及分布 渗流物理特征 压力和温度 驱动能量和驱动类型 油气藏类型等 是对油气藏本身正确的认识 井壁取心井壁取心是使用测井电缆将取心器下入井中 用炸药或机械力将岩心筒打入井壁 取下小块岩石以了解岩石及其中流体性质的方法 油气探井为勘察地下含油气情况所钻的井称油气探井 探井一般有4大类 参数井 了解一个地区 盆地或凹陷 生油岩和储集岩存在和分布的情况的井 预探井 了解一个圈闭中是否含有油气和储集岩分布情况的井 评价井 在预探井发现含油气储集层后 为探明这个圈闭 油气藏 含油气面积和地质储量所钻的井 资料井 为获得油气藏油层参数 主要是使用特殊工具在钻进中取出整块 进行检测与分析 所钻的井 地球物理测井的分类 测井信息的正演和反演 正演 把可能用测井方法认识到的地质和工程实际问题 经过合理抽象建立起该问题的物理模型 给出该模型各个组成部分的岩石物理参数和井眼工程参数的空间分布 导出相应的介质物性参数空间分布 由已知的激发源发出信息 与这些介质作用后 形成由介质物性参数决定的物理场 具有特定作用的传感器在此物理场下 输出原始测井电信号 并被采集和处理 得到原始测井信息 反演 从实测的到的原始测井资料出发 结合传感器的相应特性通过各种处理手段 得到介质物性参数的空间分布 进而得出相应的岩石物理和井眼工程参数 显现出物理模型的具体面貌 达到认识实际问题的目的 实际问题 物理模型 岩石物理及井眼工程参数 激发源 物理场 介质物性参数 井下电信号处理和采集 传感器 信息处理和解释 地质和工程物理 测井方法和仪器 岩石物理和井眼工程参数 岩石的矿物成分和元素成分 孔隙度 渗透率 含油气饱和度地层水矿化度等介质物性参数 主要是测井工程值 如 电阻率 介电常数 密度 声波时差激发源 电 电磁 声 放射性物理场 地层信息 数据采集 测井环境测井速度 仪器操作参数 仪器扶正 结构组合 状态指示 原始地层参数 数据发送 滤波A D转换电缆均衡调制解调 环境校正井眼校正趋肤效应校正泥饼 井温 压力 刻度计算地层参数参数计算 记录存储显示 数据接收 地面系统 主机子系统信号采集子系统深度子系统 深度系统 马丁代克电缆移动带动张两轮转动 每转一圈产生N个脉冲 丈量轮的周长除以N 得到每个脉冲电缆移动距离 深度误差人为因素 1 深度置零计算错误 2 电缆操作速度不稳 使电缆上下弹性伸缩 yo yo 电缆本身 1 弹性伸长 2 非弹性伸长 3 热拉伸 4 扭曲和旋转测量精度 1 丈量轮打滑 2 丈量轮磨损 3 仪器遇卡钻杆长度 钻杆伸长 热膨胀 压力影响 我们所使用的电缆性能指标 直径 11 9mm空气中重量 509kg km耐温 232机械拉断力 85kn 19000lbs伸长率 0 8m km 5kn耐压 1200VDC绝缘电阻 15000Mohmm Km20 时直流电阻 33Ohmm Km 测井信息传输 测井作业常用7芯电缆 单芯电缆 同轴电缆等 单芯电缆主要用于生产井测井和射孔作业 7芯电缆使用在裸眼井 模式传输 模式1 7 环鼎仪器的传输方式阿特拉斯5700传输方式 四测井资料的应用 地质应用测井资料可编制钻井地质综合柱状剖面图 岩心归位 地层对比 研究地层构造 断层和沉积相 研究油气藏和油 气 水分布规律 计算油气储量和制订油田开发方案 钻井工程确定井眼的倾斜状况 方位和几何形态 计算平均井径 检查固井质量 确定下套管的深度和水泥上返高度 估计地层孔隙流体压力和岩石的破裂压力梯度 采油工程进行油田射孔 测量生产剖面和吸水剖面 判断水淹层及水淹状况 检查射孔 酸化 压裂效果 五测井系列 沙泥岩剖面碳酸盐岩剖面复杂岩性剖面水平井测井工艺薄层测井工艺固井质量检查其他 右图为沙泥岩剖面探井典型的测井项目设计 六测井曲线的初步认识 双侧向测井 理想情况下 双侧向视电阻率曲线对称于目的地层中部 深侧向的探测深度为1M左右 浅侧向的探测深度为0 75M左右 双侧向测井能够划分大于0 6M的地层 每次下井测量可以获得两条电阻率曲线 深侧向曲线主要反映原状地层的电阻率 浅侧向曲线主要反映侵入带的电阻率 两条电阻率曲线具有很好的相关性 双侧向测井 适用条件 盐水泥浆 储集层为高阻薄层 低浸 碳酸盐岩等高阻剖面 当钻井液滤液电阻率Rmf小于地层水电阻率Rw时 深侧向测量值应大于浅侧向测量值 低浸 在泥岩层或非渗透层段 双侧向曲线基本重合 在稠油层 无钻井液滤液浸入时 双侧向曲线应基本重合 仪器进套管后 双侧向测量值应回零 双感应 八侧向测井 双感应仪器一次下井测得2条电阻率曲线 深感应 中感应 深感应的探测深度1 2 1 6M 主要反映原状地层的电阻率中感应的探测深度0 65 0 8M 主要反映侵入带的电阻率 需要注意的是 深 中感应的垂向分辨率不同 深感应为2 5M 中感应为1 8M 适应条件 淡水泥浆 砂泥岩剖面 储集层为中低阻 中厚层 在仪器动态范围内 对砂泥岩剖面地层井眼规则井段 测量值符合以下规律 在泥岩层或非渗透层段 双感应 八侧向曲线基本重合 当RmfRw时 水层的双感应 八侧向曲线呈高浸特征 油层呈低浸或无浸特征 双感应 八侧向测井 微聚焦测井 微球形聚焦主要用于探测地层冲洗带的电阻率Rxo 当泥饼厚度小于1 9cm的时候 微球形聚焦测得的电阻率等于冲洗带电阻率 但如果泥饼厚度大于1 9cm的时候 需要通过图板进行校正 微聚焦测井仪器包括 微球形聚焦 微侧向 临近侧向等 三种仪器中由于微球形聚焦兼具微侧向和临近侧向的大部分优点 所以能够更加准确的反映地层的冲洗带电阻率 主要用途 确定冲洗带电阻率 主要影响因素 井眼不规则及泥饼等 微聚焦测井 井径等因素对微聚焦曲线的影响 微电位 泥饼外地层电阻率微梯度 泥饼电阻率储集层泥饼厚度0 1 2cm 电阻率约是泥浆电阻率的1 3倍 冲洗带电阻率约是泥饼电阻率3 5倍 微电极测井 微电极测井 简单的测井方法 电机系包括3个电极 电极距很短 对分辨率的作用 微电位 A0 05M2 微梯度 A0 025M10 025M2 试验值 微电位探测深度7 9mm 微梯度4 5mm 在渗透层 泥饼对微梯度的影响大于对微电位的影响 微电极曲线出现幅度差 一般为正幅度差 在某些致密渗透层出现负差异 在泥岩等非渗透层 曲线重合或正负不定交替变化的微小差异 微电极曲线主要用来划分渗透层 20cm左右的薄层可以分辨 这种测井方法受到外部条件的影响较大 井眼尺寸 泥饼厚度 泥浆矿化度等 微电极测井 主要用途 储层划分 确定储层的有效厚度 在井壁规则处纯泥岩层段微电位与微梯度曲线应基本重合 渗透层微电位与微梯度曲线应有明显正 幅度差 自然电位测井 自然电位测井沿钻孔剖面测量移动电极与地面地极之间的自然电场 自然电位通常是由于地层水和泥浆滤液之间的离子扩散作用及岩层对离子的吸附作用产生的 主要用途 计算泥质含量 储层划分 地层对比 划分水淹层 相对的判断油水层 适用条件 碎屑岩储集层 Rmf Rw 100m井段内 泥岩基线偏移应小于10mV 井斜83 泥浆为淡水泥浆 井径测井 主要用途 计算固井水泥量 测井解释环境影响校正 提供钻井工程所需数据 补偿声波测井 主要用途 计算储层孔隙度 计算矿物含量 划分气层 声波时差曲线数值不得低于岩石的骨架值 不得大于流体时差值 补偿声波测井 补偿密度测井 计算矿物含量 判断岩性 划分裂缝层段 在致密地层 测井值应与岩石骨架值相吻合 补偿密度测井 应用 与补偿密度相同 PE值在判断岩性方面有独到之处 PE 光电截面吸收指数PE Z 10 3 6 岩性密度测井 光电吸收截面指数PE曲线与岩性特征相吻合 岩性密度测井 当钻井液中重晶石含量大于7 时 光电吸收截面指数与岩性不吻合 致密层测井值应与岩石骨架值相吻合 补偿中子测井 补偿中子测井 计算储层孔隙度 计算矿物含量判断岩性 划分裂缝层段划分气层 计算泥质含量 长源距声波测井 主要用途 计算孔隙度纵横波时差及比值 泊松比 扬式模量 切变模量 地层破裂压力等力学参数 长源距声波对时差的要求与补偿声波测井相同 利用横波与纵波时差比值检查曲线质量 砂岩 1 6 1 8白云岩 1 8石灰岩 1 9 长源距声波测井 基本用途 计算泥质含量 储层划分 地层对比 划分水淹层 判断地层界面 例如太古界高伽马 与自然电位测井互补 自然伽马测井 基本用途 寻找高放射性储集层 研究流体流动情况 计算泥质含量 自然伽马能谱测井 测前在井斜较大 井眼规则的井段测量重复曲线 井斜角重复误差小于0 5 方位角的重复误差要求如下 当井斜1 2 时 井斜方位误差不大于40 井斜2 4 时 井斜方位误差不大于20 井斜大于4 时 井斜方位误差不大于10 井斜测井 固井后 要在适当的时候进行固井质量检查 确定固井水泥是否有效地封隔了地层 水泥胶结评价测井就是检查水泥与套管 通常所称的第一界面 水泥与地层 第二界面 封隔情况 固井水泥胶结评价测井 固井水泥胶结评价测井技术常规检测技术早期使用温度测井 仅确定水泥返高面声波幅度测井 CBL 只提供水泥环与套管 第一界面 的封固情况声幅变密度测井 CBL VDL 不仅可以评价第一界面的水泥胶结质量 还能较好地评价第二界面的水泥结质量 可满足多层注水开发对固井质量检查的需要扇段水泥胶结测井技术阿特拉斯 康普乐 现场应用获得良好效果 水泥成像图直观 准确反映水泥沟槽和空隙 有助于识别微环空 正确评价水泥固井质量 扇形水泥胶结测井 SBT SBT是国内外水泥胶结评价测井最先进的下井仪器 其测井资料除包括传统的水泥胶结测井参数外 还为用户提供套管外水泥环胶结情况的直观图像 该图像是将沿井周360 分成6个或8个扇面 根据各个扇区声幅可求取胶结指数 从而更精细地分析水泥在两个界面的胶结质量 确保水泥评价测井的精度和可靠性 拓宽了工程质量评价的应用领域 是一项很有发展潜力的技术 水泥胶结评价测井应用效果从应用情况看 即使在第一界面固井质量好的情况下 第二界面的固井质量也不一定好 生产过程中易发生窜槽 故需用声波变密度测井资料代替声波幅度测井资料评价水泥胶结质量 资料对比 每种仪器反映固井质量的CBL VDL资料及其它曲线相关性好 不同仪器的测井资料具有一致性 可比性 主要用途 计算储集层渗透率 直接获取地层流体样品 分析储集层压力系统 重复地层测试器简介 RFT RepeatFormationTester 一次下井可以重复测量储集层的地层压力 并可取得两个地层流体的样品 可以在0 1524 0 3747m的裸眼井内使用额定值压力 137 8MPa温度 177oC测量精度 6896Pa测量范围 0 137 8MPa取样桶体积 3 786L或10 409L 下井仪器工作状态示意图 技术指标 泥浆柱压力 RFT可测量井筒泥浆的压力 泥浆柱压力梯度反映了泥浆密度 也指示出泥浆系统的均匀性 当泥浆柱中存在泥浆颗粒的分离或地层中的流体窜入泥浆时 泥浆静液柱压力梯度将发生变化 下部泥浆密度低于上部泥浆密度 可以判断地层油气上窜 RFT测试资料的地质应用 下部泥浆密度大于上部泥浆密度 表明随着静止时间的增加 泥浆中的悬浮颗粒在重力作用下开始下沉 泥浆柱压力 测井数据的采集 传输与质量控制 岩石物理和井眼工程参数 岩石的矿物成分和元素成分 孔隙度 渗透率 含油气饱和度地层水矿化度等介质物性参数 主要是测井工程值 如 电阻率 介电常数 密度 声波时差激发源 电 电磁 声 放射性物理场 地层信息 数据采集 测井环境测井速度 仪器操作参数 仪器扶正 结构组合 状态指示 原始地层参数 数据发送 滤波A D转换电缆均衡调制解调 环境校正井眼校正趋肤效应校正泥饼 井温 压力 刻度计算地层参数参数计算 记录存储显示 数据接收 地面系统 主机子系统信号采集子系统深度子系统 深度系统 马丁代克电缆移动带动张两轮转动 每转一圈产生N个脉冲 丈量轮的周长除以N 得到每个脉冲电缆移动距离 深度误差人为因素 1 深度置零计算错误 2 电缆操作速度不稳 使电缆上下弹性伸缩 yo yo 电缆本身 1 弹性伸长 2 非弹性伸长 3 热拉伸 4 扭曲和旋转测量精度 1 丈量轮打滑 2 丈量轮磨损 3 仪器遇卡钻杆长度 钻杆伸长 热膨胀 压力影响 测井信息传输 测井作业常用7芯电缆 单芯电缆 同轴电缆等 单芯电缆主要用于生产井测井和射孔作业 7芯电缆使用在裸眼井 模式传输 模式1 7 成像测井方法 电学成像 微电阻率成像 方位电阻率成像 阵列感应 侧向电阻率成像等声学成像 超声波成像 偶极横波成像等光学成像 视频成像核物理学成像 核磁共振成像等动力学成像 模块式动态地层测试器 包括MDT CHDT等 成像测井方法 方位成像 微电阻率扫描 井眼超声波成像 方位电阻率成像径向成像 阵列感应 侧向电阻率成像等岩石特性成像 核磁共振成像 视频成像 偶极横波成像 动态地层测试等地层成像 垂直地震剖面 井间电阻率成像 井间地震成像等解释成像 阿尔奇 Archie 公式 含水饱和度 地层水电阻率 岩石电阻率 饱和度指数 岩性系数 胶结指数 地区性常数 孔隙度 核磁共振测井 利用原子核的核磁共振效应 氢核的核磁共振效应最明显 也是核磁共振测井的研究对象 核磁测井能够直接划分储集层 并确定它们的自由流体指数 进而确定地下可采的石油储量 核磁测井还能确定地层的有效孔隙度 地层流体类型和含量 地层水电祖率和岩性等多种参数 核磁测井是迄今为止唯一能够直接获取地层渗透率的测井方法 核磁共振基本原理核磁共振测井仪器类型CMR CombinableMagneticResonance SchlumbergerMRIL MagneticResonanceImageLogging Numar 一 核磁共振测井技术的发展概况 这一思想具有里程碑意义 可有效地消除井眼泥浆信号 为现代化商业化NMR测井仪的发展奠定了坚实的技术基础 70年代末 80年代初 美国LosAlamos国家实验室的J Jackson博士提出 Inside Out 技术 在井眼中 Inside 放一组磁铁 在井眼外 Outside 的地层中建立一定范围内均匀的强磁场 从而实现了对地层有效信号的测量 Inside Out技术 Miller领导的NUMAR公司 根据InsideOut 技术和NMR成像的基本思想 90年率先推出使用梯度场 居中方式测量的MRIL MagneticResonanceImageLoggingTool 测井仪 斯伦贝谢公司基于 Inside Out 思想 1994年推出使用均匀场 贴井壁测量的CMR CombinableMagneticResonanceTool 测井仪 90年代出现的NMR测井技术的发展和投用 被认为是继成像测井技术之后 测井技术的最重大进步 测井仪器型号发展 MRIL A B型 94年 第一代 MRIL C型 95年第二代 MRIL C TP型 96年 第三代 MRIL Prime型 98年 第四代 CMR型 94年 第一代 CMR200型和TCMR型 97年 第二代 CMR Plus型 98年 第三代 二 测量原理1测量原理简介 物理原理1 氢核 proton 的磁性氢核具有自旋性质 由于氢核带电 自旋会产生磁场 磁场强度用核磁矩矢量表示 u rp式中 u 磁矩 magneticmoment r 旋磁比 gyromagneticratio 是磁性核的一个重要性质 不同的原子核 其值也不一样 p 自旋角动量 p ki其中 k为普朗克常数 planck sconstant i为核自旋 nuclearspins 氢 H 的i 1 2 2 原子核的磁性 核磁共振技术的基础是利用原子核自身的磁性及其与外加磁场的相互作用原子核 质子 中子 核子原子序数 质子数具有自旋磁矩即具有磁性 如11H 21H 31H 136C 178O 2312Na等 这样的核 不停旋转 象一根磁棒 11H具有最大的自旋角动量和测量灵敏性 是测量对象 没有外场时 单个核自旋或核磁矩随机取向 系统宏观上没有磁性 3 单自旋核在外磁场中的表现 核磁矩在外磁场 由永久磁铁产生 中 受到力矩的作用 象倾倒的陀螺绕重力场进动一样 绕外场方向进动 对氢核 4258Hz Gauss 在500Gauss的外加磁场中 共振频率f 2 13MHz不同的核具有不同的 值 在同一磁场中具有不同的进动频率 因此能够将不同的磁性核区分开 没有外磁场时 施加外磁场时 4 大量核磁矩由无序变有序排列 5 NMR弛豫 1 射频脉冲施加前 自旋系统处于平衡状态 M与Bo方向相同 y M Bo 射频脉冲场 2 射频脉冲施加期间 M与Bo垂直 产生磁共振 核自旋系统吸收外界能量 由低能态跃升至高能态 3 射频脉冲施加后 M朝Bo方向恢复 核自旋系统由非平衡时的高能态恢复到平衡时的低能态 弛豫 核自旋系统由非平衡时的高能态恢复到平衡态的过程 称为弛豫 弛豫的快慢或速率用1 T1或1 T2表示 z 弛豫包含两种机制 T2 Mxy分量 M在xy平面投影 向数值为零的初始方向恢复 称为横向弛豫 所需要的时间称为 T2 横向弛豫时间 T1 Mz分量 M在Z轴上的投影 朝Mz为最大的初始数值恢复 称为纵向弛豫 时间为纵向弛豫时间T1 6 T2和T1 MRIL C仪及探测区域 测井原始数据 自旋 回波串 四 测量信息 主要包括 1 原始数据 2 原始数据的反演 3 T2分布的意义 4 影响T2的因素 孔隙半径 流体粘度 通过对自旋 回波串反演 得到下列参数 横向弛豫时间T2分布地层有效孔隙度自由流体体积束缚流体体积连续的渗透率剖面 典型T2分布 T2分布的意义 1 一般呈双峰分布 短T2对应的峰是由毛细管微孔隙中的束缚流体 不可动流体 形成的 长T2对应的峰是由渗流大孔隙中的自由流体 可动流体 形成的 2 区分自由流体和束缚流体的界限称之为T2截止值 砂岩T2截止值为33ms 灰岩为92ms 3 T2分布与压汞资料对比 可得到与之相对应的孔隙大小 孔径 分布 4 当孔隙中只有单相流体存在时 T2分布的形态反映岩石的孔隙大小 孔径 分布 从而能反映储集层的岩石物理特性 5 当孔隙中有多相流体存在时 T2分布的形态不仅反映岩石的孔隙大小 孔径 分布 而且反映流体的类型和特性 当油 气 水的弛豫性质差别较大时 根据T2分布的形态和展布情况 可定性地识别油 气 水的存在 表面弛豫 体积弛豫 扩散弛豫三种弛豫机制 1 岩石颗粒表面弛豫流体分子在孔隙内不停地运动和扩散 在每一个测量周期内 与岩石颗粒表面发生碰撞造成 对T2有贡献 大多数岩石颗粒表面对T1和T2具有重要影响 2 体积流体弛豫即使不存在于岩石孔隙内 在体积流体内也会发生弛豫 影响体积弛豫的因素有 流体粘度 温度 是否含气 3 梯度场中分子扩散引起的弛豫注 回波间隔小时 使磁场梯度较小 可把扩散对T2的影响减小 孔径大小与T2弛豫时间关系 充水的孔隙 小孔径 衰减快大孔径 衰减慢T2 1 S V 幅度 T2分布形态与K的关系 NMR孔隙度解释模型 六 NMR的三种测量方式 标准T2测井提供储层岩石物理学参数TR测井方式 差谱分析直接找油和气TE或T2D测井方式 移谱分析直接找轻质油和气 区分重油和水 TR方式 直接确定烃类型 根据油 气 水具有不同的弛豫响应特征 采用不同的等待时间TW 两个脉冲序列之间的时间 进行测量 可反映出流体性质在核磁共振响应上的差异 以便加以识别和区分 短等待时间Tws 水信号可完全恢复 烃不能完全恢复 长等待时间TWL 水信号可完全恢复 烃也能完全恢复 将两种TW测得的T2谱相减 差谱 可基本消除水的信号 突出烃信号 从而达到识别油 气 水层的目的 TE测井方式 直接找油气 油气水具有不同的扩散系数 在梯度磁场中对T2时间及其分布有不同程度的影响增加回波间隔TE 将导致T2减小 T2分布将向减小的方向移动 气有最大的扩散系数D T2减小最厉害 轻质油有较大的D T2减小明显 水的D比气和轻质油都小 T2减小程度小 重油有最小的扩散系数 T2减小最小 若采用长 短两种TE测井 对比其T2分布减小的程度 即进行所谓的移谱分析 将能够区分油气水 典型油层 油气水评价成果图 岩石骨架不导电油 气不导电岩石导电取决于水中的离子 水的含量及其矿化度 金属矿物除外 简史 地球物理测井方法于1927年由法国人斯仑贝谢兄弟创始 1939年翁文波在中国开始地球物理测井工作 测井仪器由刘永年设计制造 使用的测井方法有自然电位测井法和视电阻率测井法 这些测井方法主要用来鉴别岩性 划分油 气 水层 煤层 寻找金属矿藏以及地层对比等 半自动测井仪 50年代 出现了声波测井 感应测井 侧向测井 自然伽马测井 放射性测井 等 并开始采用单一岩性的测井解释模型和简单的数理统计方法 对岩层做物理参数计算以进行半定量或定量解释 但这些测井和解释方法对于碳酸盐岩 泥质砂岩以及其他复杂岩性的油 气 层评价仍然十分困难 JD581多线型全自动测井 简史 70年代后期 数字测井阶段 相继出现了岩性 孔隙度测井系列 中子测井 密度测井 声波测井等 电测井系列 深 浅测向测井 深 中感应测井 微测向测井 及地层倾角测井 对单一岩性与复杂岩性地层进行岩性 物性 含油 气 性等做定量解释 同时开展了以地层倾角测井为核心的地质分析 3600 SJD801 80年代末期 出现了数控测井仪器 应用电子计算机处理和解释测井信息 实现了测井系列化 数字化 3700 CSU XSKC 90年代 出现了成象测井仪器 使测井技术发展到一个高科技阶段 MAXIS500 ECLIPS EXCELL2000 分类 一般按所探测的岩石物理性质或探测目的可分为电法测井 声波测井 放射性测井 地层倾角测井 气测井 地层测试测井 钻气测井等 电法测井根据油 气 层 煤层或其他探测目标与周围介质在电性上的差异 采用下井装置沿钻孔剖面记录岩层的电阻率 电导率 介电常数及自然电位的变化 电法测井包括以下几种 1 普通电阻率测井使用简单的下井装置 电极系 探测岩层电阻率 以研究岩层的电性特征 由于影响因素较多 其测量结果称为视电阻率 电阻率测井按其电极系的组合及排列方式不同 又分为梯度电极系测井及电位电极系测井 2 微电极测井在电阻率测井的基础上发展了微电极测井 它用于测量靠近井壁附近很小一部分泥饼和冲洗带地层的电阻率 能较准确地指示泥饼的存在及划分渗透性地层 能区分储集层中的薄夹层 非渗透层 以及准确地确定地层厚度 3 侧向测井是一种聚焦电阻率测井方法 主要用于高电阻 薄地层及盐水泥浆测井 根据同性相斥的原理 在供电电极的上方和下方装有聚焦电极 用聚焦电流控制主电流路径 使它只沿侧向流入地层 由于侧向测井电极系结构不同 聚焦电流对主电流的屏蔽作用大小不同 因而它们具有不同的径向探测深度 4 感应测井是一种探测地层电导率的测井方法 该方法根据电磁感应原理 测量地层中涡流的次生电磁场在接收线圈中产生的感应电动势 以确定地层的电导率 它是淡水泥浆和油基泥浆井有效的一种测井方法 同时它特别适用于低电阻率岩层的探测 包括离子导电的含高矿化度地层水的油 气 水层和电子导电的金属矿层 5 介电测井是探测岩石介电常数的一种测井方法 由于水的介电常数远远大于油 气 和造岩矿物的介电常数 所以它可用于判断油日开发中出现的水淹层 并提供估计油层残余油饱和度及含水量多少的可能性 6 声波测井利用岩石的声波传播特性研究钻孔剖面岩层地质特征和井下工程隋况 声波测井拉其探测目的不同 可分为声速测井和声幅测井两类 常用的声波测井方法有 声速测井 纵波速度和横波速违度 声幅测井 声波变密度测井 或称微地震测井 声波电视测井等 1 声速测井记录声波沿井壁各地层滑行时经过某一长度所需要的时间 主要用于确定岩性 孔隙度和指示气层 它与密度测井进行综合解释 可以确定地层声阻抗和灰层的灰分 同时还可以合成垂直地震剖面 2 声幅测井测量声波初至波前半周幅度的衰减 分为裸眼井声幅测井和固井声幅测井 裸眼声幅测井主要用来寻找钻孔剖面上的裂缝带 固井声幅测井主要用于检查固井质量及确定水泥返回高度 3 声波变密度测井是一种全波波形测井 在套管井中 能检查套管与水泥环和水泥环与地层胶结程度的好坏 也是检查固井质量的有效方法之一 在裸眼 它用于确定岩石的横波速度 计算岩石弹性参数 柏松比 杨氏模量 切变模量等 对于评价煤层的强度特别有用 4 声波电视测井利用超声波的传播与反射 来反映井壁物体形象的测井方法 主要用途是 拍摄井下套管的照片 以检查套管射孔后的质量及套管的工程问题 在裸眼井内拍摄井下碳酸盐岩层和煤层的井壁照片 以确定岩层裂缝及溶洞的形状 核测井测量井剖面岩石的天然放射性射线的强度 或测量经过放射性源照射后 岩石所产生的次生放射性射线强度 用以发现放射性矿藏 确定岩石成分 计算岩石物性参数 判断气层 1 一般的中子测井 当中子源释放出的快中子同介质原子核发生碰撞时 就会失掉自己的部分能量 减低速度并最后变成热中子 由于氢原子核与中子的质量基本相等 中子在含有大量氢的含水层和含油层里最容易被减速 因此 通过测量中子的计数率可以反映孔隙度的大小 根据测量的中子能量的大小可以分为热中子和超热中子测井 目前的三孔隙度测井中的补偿中子测井就属于该类 核测井 2 中子寿命测井 测量热中子被地层俘获所需要的时间 可以利用它来区分油水层 划分油 气 水的界面 3 中子伽马能谱测井 快中子非弹性散射伽马能谱测井 中子俘获伽马能谱测井 中子活化伽马能谱测井 主要用于判别地层中碳氧原子含量的差异 进而判断含油 水量的大小 4 中子活化测井 是中子活化分析技术在测井中的应用 主要用于寻找铜 镍矿体并确定其含量 在石油领域主要用于识别岩性 确定泥质含量 5 伽马 伽马密度测井 即常说的密度测井 测量岩层密度 核测井 6 自然伽马测井 测量沿井孔的天然放射性 划分岩性 7 地层倾角测井测量地层的倾角与方位角 能够确定真实的地层倾角和方位的变化 可用于研究构造变化 确定断层 不整合 交错层 砂坝 岩礁 以及研究地质沉积环境等 此外 地层倾角测井还可以探测井壁附近的地层裂缝带 确定裂缝走向和方位 通常又称为裂缝识别测井 地层测试测井使用电缆式地层测试器 在裸眼井进行地层流体取样 测定地层流体恢复压力 通过计算获得原始地层压力及有效渗透率 它可以用于探井中途测试 是一种直接找油 找气的探测方法 气测井测定钻开岩层后进入泥浆中的烃类气体 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 和非烃类气体的含量及其化学成分 用以发现探井中的油层 提供测试层位 是石油勘探中直接找油的 找气的测井方法 地层测试测井使用电缆式地层测试器 在裸眼井进行地层流体取样 测定地层流体恢复压力 通过计算获得原始地层压力及有效渗透率 它可以用于探井中途测试 是一种直接找油 找气的探测方法 随钻测井将电阻率 自然伽马 井斜等传感器装载钻挺内 边钻进边测量 脉冲信号通过泥浆传输到地面纪录系统 可以消除泥浆对油气层侵入的影响 能反映油气层的电阻率 提高地层的评价精度 井斜信息能及时确定井眼斜角和方位角 控制钻井质量 这种方法目前已在世界海洋钻井工作中使用 生产测井测量套管内流体的流量 含水率 压力 温度等参数 它是在射孔作业以后进行的油井生产动态测井 此外 在水文地质勘探中也有广泛用途 生产测井可以分为流量 含水 压力 温度等测井 数据处理和解释各种测井仪所记录的测井信息 分为数字磁带记录和连续的模拟曲线照相记录两类 后者属于老的记录方式 当需要使用计算机处理时 必须通过数字化仪对连续的模拟曲线进行采样 并将数据记录在数字磁带上 数字处理 测井数据处理的对象是记录在磁带上的由测井仪器所获得的经过采样的各种物理信息 在磁带上记录的有地层电阻率 电导率 岩石体积密度 声波时差 自然电位以及人工放射性和自然放射性强度等 测井数据的处理是通过由不同的功能的环节组成的流程来实现 通常包括以下几个主要环节 1 野外磁带的检查与预处理包括 用程序将磁带上的记录的数据打印出来 以检查各种数据文件的鉴别号 深度 采样间距 采样数据是否合理 准确 预处理的目的是 将野外磁带处理成便于计算机使用的室内磁带或磁盘文件 其内容是改变记录格式 对野外磁带数据进行转换 刻度 校正及归类排列 从而得到采样间距一致 深度对齐 数据正确的是室内磁带 2 处理应用各种测井分析程序对室内磁带上的测井数据进行自动处理解释 获得钻孔中目的层的有效孔隙度 含水饱和度 原始含油体积 可动油体积 渗透率 次生孔隙度指数 岩石矿物成分等10几个地质参数 并以数据或连续曲线图的方式显示出来 处理中 还可以采用交会图技术 检查原始测井数据质量 选择解释模型及解释参数等 3 解释根据处理后所得到的数据或地质参数曲线 对钻孔的目的层做出定性 定量的评价 对石油勘探与开发则包括判断岩性 判断油 气 水层 计算油气储量等 对煤田勘探则主要是划分煤层 并对煤层的品位做出评价 软件 国内的 forward国外的 斯伦贝谢geoframe ppackage wellcompositionpetroviewplusEla