测井综合解释及数据处理.ppt

测井资料综合解释与数据处理 从地质应用的角度来介绍测井技术 即如何应用测井信息解决地质问题 它综合运用各种地球物理学方法对单井岩性 物性 含油性进行定性 定量的分析和评价 同时对油藏构造 微相等方面进行判识 第一讲现代油气测井常规方法的地质应用第二讲测井地层剖面及储层岩性分析第三讲测井储层流体分析及储层评价参数确定第四讲测井地层对比第五讲测井微相研究第六讲油藏描述 本讲将从油气测井现状出发 按在地质应用中的重要性 分别对常规测井的探测对象及其地质解释依次介绍 它们分别是 第一讲现代油气测井常规方法的地质应用 自然伽马测井曲线的地质应用自然电位测井曲线的地质应用密度测井曲线的地质应用中子测井曲线的地质应用声波测井曲线的地质应用感应测井曲线的地质应用普通电阻率测井的地质应用侧向测井曲线的地质应用井径测井曲线的地质应用 现代油气测井常规方法的地质应用 thegammaraywelllogging 1 测量对象自然伽玛测井是测量地层中天然伽玛射线强度 其强度取决于地层中放射性物质的含量 在沉积岩中 由于粘土颗粒吸附放射性元素的能力比其它骨架颗粒要强 故gr射线强度主要取决于泥质含量的多少 一 自然伽玛测井gr 因为gr测井值与岩石矿物成份和泥质含量有关 所以在地质分析中主要用来 1 划分岩性及地层对比在富含泥质地层显示高值 当地层中富集有放射性元素时 如钾长石 锆石 云母等 显示异常高值 2 利用gr测井曲线形态特征解释沉积环境gr测井曲线是沉积微相分析的主要手段 可以根据gr曲线形态的变化 顶底接触关系和幅度的大小来推断砂岩的沉积层序 粒度变化 物源供给变化 砂体改造程度 进而推断砂体的沉积微相 microfacies 和微环境 microevironment 以上两种应用均需配合其它测井方法 如sp 进行实际应用 2 地质应用 3 利用gr测井值计算泥质含量经常采用的方法是相对值法 式中 gcur 希尔奇 hilchie 指数 它与地层地质时代有关 常以为 第三系地层取3 7 老地层取2 sh1 gr相对值 也称泥质含量指数 其中 gr grmax grmin分别表示目的层 纯泥岩层 纯砂岩层的gr读数 标准化单位为 api 3 适用范围gr测井适用面广 既可在下套管井测井 也适用于空气钻进 油基泥浆的钻孔中 在碳酸盐岩剖面 它是地质解释的一种工具 1 测量对象当井内钻井液的矿化度与地层水矿化度不同时 在井中就会形成电位 电势 自然电位测井就是探测井眼中这种电位的测井方法 二 自然电位测井sp v m n 井中电极m与地面电极n之间的电位差 selfpotentialcurve 通常泥岩的sp是类似的 而且其读数很稳定 sp曲线平直 常称之为泥岩基线 曲线向左偏移表明是渗透性地层 sp 2 地质应用 1 识别储层在碎屑岩剖面中 储层sp显示负异常 2 分层并确定地层厚度sp曲线的拐点相当于渗透层与非渗透层的界面 利用半幅点法划分地层界面 确定地层厚度 sp 3 进行地层对比和沉积环境分析在相当大的区域内 某些特殊地层的sp曲线相类似 利用这种现象在长距离范围进行地质对比 sp曲线形状代表特殊的地下沉积环境 sp曲线的斜率及曲线的对称情况有助于鉴别沉积环境和某些地质特征 4 确定泥质含量vshsp测井值与流体特性密切相关 sp幅度大小受泥质含量的影响 可用于计算vsh 式中 psp 解释层的sp幅度 mv ssp 纯水层的静自然电位 mv 5 判断油水层的依据之一岩性一致的储层由于所含流体的性质不同 sp反应不同 油层的sp幅度 水层的sp幅度 油层 水层 6 确定地层水电阻率rw利用sp幅度及温度 泥浆滤液电阻率rmfe 估算地层等效电阻率rwe 式中 k sp系数k 60 0 133t f 或k 70 7 273 t c 298 7 判断水淹层油层水淹后 sp基线偏移 幅度减小 基线偏移 幅度减小 3 适用范围sp测井既受地层水与泥浆间矿化度差值影响 也受泥质 层厚 高阻层等的影响 所以适用范围窄 仅适用于碎屑岩剖面和充以可导电泥浆的裸眼井 解释中存在多解性 地质上应用不及gr 1 探测对象密度测井是探测井内岩石体积密度的变化 三 密度测井den fdc densilog 2 地质应用 1 是测量岩层孔隙度的方法之一密度测井主要反映岩石矿物组成及流体特征 密度测井响应方程 b 1 d ma d f式中 ma 骨架密度 f 流体密度 d 孔隙度一般 ma 2 3 f 1 所以 的大小对体积密度值影响很大 当地层孔隙充以天然气时 即 f很小 所以体积密度值 b明显降低 岩性因素对体积密度值影响较小 用den确定 d 可由上式推得 2 判断岩性对纯岩性如无水石膏 岩盐 白云岩 致密灰岩 煤层等都有既定的密度值 可与其它岩性相区分 由于密度测井对井眼变化过于敏感 对井壁的规则性要求过高 它对高 中孔隙度砂岩其定性效果不如ac 这也正是在部分油田 如长庆油田 利用den计算孔隙度效果要好于ac的主要原因 3 适用范围den对井眼质量要求高 对于扩径 不平整井壁均应进行校正 目前常采用的是补偿密度测井仪fdc 新方法 岩性密度测井 岩性密度测井能够同时测量地层的体积密度和岩石光电吸收截面指数 pe pe参数用于指示岩石中矿物的含量 岩性密度测井的应用包括区分岩性 确定粘土含量 计算地层的孔隙度 确定含气层和识别裂缝 litho densitylogging 岩性密度测井是国外70年代后期研制的一种新测井方法 它是在密度测井基础上发展起来的 1 探测对象中子测井是测量井中的热中子分布 输出视孔隙度 n 常见的中子测井仅有两种 1 测超热中子分布的井壁中子测井仪 snp 2 测热中子分布的补偿中子测井仪 cnl它们的区别如下 四 中子测井 neutronlog 补偿中子测井 补偿中子测井主要用于识别孔隙性地层和估算孔隙度 通常 通过将中子测井孔隙度与其它孔隙度测井或者岩心分析资料对比 能够将气层从油层或者水层中区分出来 中子和密度测井相结合能够提供精确的地层评价资料 应用 确定孔隙度 识别气层 结合其它类型的孔隙度测井识别岩性 2 地质应用 1 识别孔隙地层 确定孔隙度 n因为中子孔隙度测井是一种通过地层含氢量来反映充满液体的孔隙大小的测井方法 所以 其中 n nma nf分别表示岩层 骨架 孔隙流体的含氢指数 2 与密度孔隙度配合 较易识别气层 由于气层的含氢指数低 故 n偏小 3 利用双中子 超热 热中子 重叠曲线可快速识别淡水水淹层和高矿化度水层 淡水层 热中子孔隙度 ther 超热中子孔隙度 epi盐水层 热中子孔隙度 ther 超热中子孔隙度 epi 4 识别岩性 1 探测对象声波测井是探测井内岩层声波时差的变化 五 声波测井曲线的地质应用ac acousticallogging 岩石骨架值砂岩182168灰岩156白云岩143硬石膏164淡水620盐水606 补偿声波测井 补偿声波测井是测量所钻开地层的声速 补偿测量能消除恶劣井眼条件的影响 测量的传播时间可用来进行地层对比和计算地层孔隙度 应用 确定含流体地层的孔隙度 在恶劣井眼条件下采集准确孔隙度资料 地层对比 采集地层速度资料 结合其它孔隙度资料识别岩性 结合其它孔隙度资料确定次生孔隙度 从波形特征或变密度显示识别裂缝 高分辨率声波测井 2 地质应用 1 确定岩层的孔隙度在固结 压实的纯地层中 若有小的均匀分布的粒间孔隙 则 与 t间存在线性关系 该式称为平均时间公式或威利公式 式中 t tma tf分别为岩层 岩石骨架 流体的时差值 单位 s m由于 tma tf难以求准 通常按地区 针对某一地层用岩心分析资料和测井资料建立 与 t的统计关系 2 识别气层声波时差在气层上反映高的 t值 在松散层含气时 会出现明显的周波跳跃现象 3 划分地层 进行地层对比a 砂泥岩剖面砂岩速度一般较大 t较低 通常钙质胶结比泥质胶结的 t要低 随钙质增多 t下降 随vsh增多 t增大 b 碳酸盐岩剖面致密的灰岩与白云岩 t最低 若含泥质 t增大 如有孔隙或裂缝时 t有明显增大 4 利用中子密度交会孔隙度 dn与 s的差值 可判断有无次生孔隙存在 因为ac确定的 s基本反映的是岩石的粒间孔隙度 它小于 dn 5 判断水淹层 油层水淹后 ac增大 rt减小 ac增大 rt减小 6 可用于绘制合成地震剖面 在油藏描述中 进行地震剖面的层位标定工作 7 估计地层异常压力 大30井 大5井泥岩压实特征对比图 1 测量对象它是测定地层电导率的变化 输出深 浅两条感应测井曲线 感应测井一般适用在地层电阻率小于100 m的地层剖面 对低阻层反应极佳 它也可在非导电泥浆中进行测量 六 感应测井cond inductionlog 2 地质应用 1 确定真电阻率当地层具有浅到中等深度侵入 侵入带直径小于35英寸 时 感应测井的读数近似于地层真电阻率 当地层的泥浆侵入较深时 需进行校正 感应测井的垂向分辨率较低 1 5m 对挑选薄层不利 2 确定地层含油 水 饱和度根据阿尔奇公式 式中 可根据三种孔隙度方法求得 rw 在很多地区 地层水电阻率是已知的 也可用sp曲线估算rw 或通过相邻或下伏的水层通过已测定的 和ro确定rw m 胶结指数 随岩石胶结程度不同而变化 变化范围 1 5 3 0n 饱和度指数 n接近于2a 与岩性有关的比例系数 0 6 1 5b 系数 一般接近于1 3 划分渗透层 确定岩层厚度当h 2m时 可用 半幅点 法划分岩层的顶 底界面 而后确定储层厚度 4 利用双感应径向差值 判断油水层 5 用于砂泥岩剖面中的地层对比 油层对比 普通电阻率测井是最早出现的方法之一 1 探测对象各种岩石在外加电场作用下其导电能力各不相同 普通电阻率测井就是反映岩石的导电能力强弱 七 普通电阻率测井rt 2 地质应用 1 划分岩性剖面在砂泥岩剖面中 利用电阻率的差异将寻找的高阻层分辨出来 然后参考sp曲线 把在sp曲线上具负异常的高阻层井段找出来 即为解释的目的层 2 常用于地层对比 尤其是油藏剖面 油层对比 3 研究储层径向电阻率的变化 4 识别油水层和确定so油层 rt较高水层 rt较低3 适用条件普通电阻率测井适用于淡水泥浆 中 低电阻率的碎屑岩剖面 4 介绍 几种经常提到的名词a 标准测井 1 500标准测井图 在一个油田或一个地区 或一个完整的区域内 为了研究地质剖面岩性变化 构造形态或进行大段油层的对比工作 常使用标准电极系和其它几种测井方法在全地区的井中 用相同的深度比例 1 500 和相同的横向比例 对全井段进行测井 这种测井组合 叫 标准测井 标准测井内容包括 标准电极系电阻率测井 sp测井和井径 有的还包括gr 我国大部分油田多用 r0 5电位电极系和r2 5底部梯度电极系作为标准电极系 b 横向测井横向测井就是研究储层径向电阻率的变化 求取岩层真电阻率的一种组合测井 它由一系列电极距不同的一组底部梯度电极系测井组成 常用到的有 0 45m 1m 2 5m 4m 8m c 微电极测井微电极测井输出两条曲线 微梯度 探测深度40mm 受泥饼影响大 微电位 探测深度100mm 主要反映井壁附近冲洗带电阻率rxo 具有较强的纵向分辩能力 微电极测井的地质应用 1 确定岩层界面微电极曲线的纵向分辨能力较强 划分薄互层和薄夹层比较可靠 根据曲线的半幅点确定地层界面 2 划分岩性和渗透性地层渗透性地层在微电极曲线上的基本特征就是具有幅度差 而非渗透性地层的曲线无幅度差或正负不定的较小的幅度差 微电位曲线幅度大于微梯度曲线幅度为正幅度差 同时根据幅度的大小和幅度差的大小可详细划分岩性和判断岩层的渗透性 3 确定含油砂岩的有效厚度he在评价油气层和计算储量时 需要求出油气层的有效厚度 由于微电极曲线具有划分薄层和区分渗透性和非渗透性地层的二大特点 利用它将油气层中的非渗透薄夹层划分出来并把其厚度从含油气井段的总厚度中扣除就得到油气层的he 4 确定井径扩大井段在井内如有井壁坍塌形成的大洞穴或石灰岩的大溶洞时 在这些井段中微电极系的极板悬空 所测视电阻率曲线幅度降低 其视电阻率和泥浆电阻率基本相同 5 确定冲洗带电阻率和泥饼的厚度 在高矿化度泥浆和高阻薄层的井中 普通电阻率曲线变得平缓 难以进行分层和确定地层真电阻率 为了减小泥浆的分流作用和低阻围岩的影响 提出了侧向测井 又称聚集测井 常用的侧向测井有 三侧向rll3 七侧向rll7 双侧向rll duallaterlog 微侧向rmll microlaterlog 邻近侧向rpl proximitylog 微球聚集rmsfl 其中 微侧向rmll和微球聚集rmsfl是常用的冲洗带电阻率测井 八 侧向测井 laterlog 双感应八侧向测井 双感应 八侧向测井仪用来确定低到中等电导率钻井液所钻地层的电阻率 该仪器能提供一条深探测感应电阻率 一条中探测感应电阻率和一条浅探测八侧向电阻率曲线 同时可测一条自然电位曲线 应用 确定地层真电阻率 确定侵入半径 指示渗透层 确定地层水电阻率rw 地层对比 储集层评价 包括油 水层 1 rll3 rll7 rll的地质应用 1 用来确定含水饱和度当地层内含有高导电性钻井液或目的层的rt很高时 可得出可靠的电阻率值 且对充满导电泥浆的井 井眼的影响是很小的 这时可利用阿尔奇公式 求出sw 2 根据深 浅侧向的幅度差判断油水层 油层 正幅度差 rlld rlls减阻侵入 水层 负幅度差 rlld rlls增阻侵入 3 划分地质剖面常在视电阻率曲线开始急剧上升的位置为地层界面 双侧向测井 双侧向测井仪是一种用来测量由盐水钻井液钻井的裸眼井的地层电阻率仪器 其测量原理是使 聚焦 的电流流入地层 双侧向仪器在高阻地层 100欧姆米 和钻井液电阻率比地层水电阻率低的地层中测井要优于感应仪器 双侧向仪器能提供一条深探侧电阻率和一条浅探侧电阻率曲线 据此 我们可以确定地层真电阻率和侵入带的含水饱和度 应用 确定盐水钻井液和高阻地层的电阻率 定性判别渗透率 地层评价 包括油 水层 2 微侧向测井rmll的地质应用 1 确定冲洗带电阻率rxo 2 划分薄层因为rmll主流层厚度很小 约44mm 所以纵向分辨能力强 可分出约50mm的薄层 rmll一般用在泥饼不厚 泥浆电阻率rmf低的条件下效果较好 3 邻近侧向测井rpl的地质应用邻近侧向rpl受泥饼影响小 它可用于rmf较高 泥饼层较厚的井中 rpl的地质应用同rmll 4 微球聚集测井rmsfl的地质应用rmsfl既具备rmll rpl的优点 又在较大程度上克服了它们的缺点 因为rmsfl受泥饼影响小 在确定rxo起重要作用 同时具有较高的纵向分辨能力 在区别渗透层岩性和划分夹层方面有较大优越性 1 反映地层的岩性特征和储层的渗透性 如致密与否or蒙脱石遇水膨胀等 常用于地层对比 岩性判断 挑选储层 2 反映裂缝 隙 存在与否 九 井径测井cal 应用 确定井眼几何形态 确定褶皱 断层和角度不整合 裂缝识别 沉积环境和沉积相解释 确定砂体延伸方向 gr sp 判别岩性 计算vsh ac den snp cnl 计算孔隙度 cond 普通电阻率 侧向 计算sw sxo 微电极测井与微侧向测井的关系 微电极测井是属于普通电阻率测井方法 微侧向测井属于侧向测井方法 侧向测井是在普通电极系的基础上加上聚焦装置而得出的 这样改进的结果使电极系探测深度大大改进 并且降低了井眼和围岩的影响 因此 微侧向测井是改进微电极测井而提出来的 第二篇测井地层学 本讲的目的是用单井测井的全部信息进行地层的研究 着重介绍储层的测井识别与评价 重点放在储层的研究 包括 储层的岩性描述流体性质的分析储层参数的求取裂隙性碳酸盐岩储层特征参数的求取 第一节测井地层剖面及储层岩性分析 利用测井资料识别岩性是地质解释的第一步 1 对进行地质录井的生产井或生产层段 地质人员可以依据录井剖面结合标准曲线 提出深度准确的地层岩性解释剖面 完井剖面 2 对不进行地质录井的生产井或生产层段 就需要通过所有的测井曲线 对生产层段逐层进行岩性分析 细分储层并挑出其中夹层 第一节测井地层剖面及储层岩性分析 综合利用测井曲线进行岩性识别应该在对区域地层剖面了解的基础上 并对关键取芯井建立四性 岩性 物性 含油性 电性 关系的前题下进行 参考主要岩性的理论测井响应值 对单井组合测井曲线进行综合分析 比较 确定其岩性 地质人员还常用统计的方法 找出本区主要岩性的各种测井响应值域 用判别分析或聚类分析等手段在计算机自动分层基础上划分岩性 同时 用曲线重叠法 交会图法半自动识别骨架成分方法也是当前测井解释人员常用的方法 曲线重叠技术判断某些简单 纯岩性层有效 交会图在识别骨架成分上要优于曲线重叠法 目前利用交会图可以识别三种甚至四种骨架成分体积含量 复杂岩性的识别可建立在多次交会图判断岩性骨架成分上 再依据体积模型建立各种测井响应方程 求解方程组 获取各骨架成分含量 但是这种岩性剖面仅能展示骨架多成分的纵向变化 还需结合曲线特征 分层并定出岩性具体名称 若用地球化学测井最新成果可直接提供剖面分段的矿物组合及含量 定性划分岩性 是人们利用测井曲线的形态特征和读数的相对大小 根据长期生产实践积累的一些规律性认识 或经验 去划分地层岩性的方法 它是手工解释中常用的方法 显然 其解释结果的可靠性取决于人们的实践经验和岩性剖面的复杂程度 一 综合利用测井曲线定性识别岩性 为了定性地划分岩性 地质人员还必须在熟悉区域地质情况以及掌握研究区地质沉积特征 地层层序及厚度变化规律的基础上 通过一口或几口井较完整的钻井取心或岩屑录井资料 与测井资料详细分析对比 掌握各种岩性地层在不同测井曲线上的特征 一 综合利用测井曲线定性识别岩性 下表列举是人们从长期的生产过程中总结出来的几种常见的主要岩层测井特征 根据这些特征 一般可以划分那些成分较单一的井剖面岩性 各种岩性的测井特征 测井方法 曲线特征 岩性 在实际应用时 各种测井方法区分岩性的能力是不同的 一般地说 sp gr和岩性密度测井所提供的光电吸收截面指数pe等区分岩性的能力较强 定性划分岩性的步骤 a 用sp和微电极测井曲线把渗透性和非渗透性区分开 砂岩和生物灰岩的sp有明显的负差异 微电极有正幅度差 而致密灰岩和泥岩的sp无异常 微电极无幅度差 b 利用声波时差和微电极测井曲线区分砂岩和生物灰岩 砂岩声波时差要高于生物灰岩 而微电极测井曲线则表现出砂岩的曲线幅度低于生物灰岩的特征 c 利用电阻率可区分泥岩和致密灰岩 致密灰岩为高阻 泥岩为低阻 下面分别对常见的碎屑岩剖面和碳酸盐岩剖面进行详细说明 1 碎屑岩剖面 1 对碎屑岩剖面 应先区分出砂岩 泥岩 比较有效而常用的测井资料是 sp 或gr 微电极和井径a 砂岩层sp曲线往往显示负异常微电极曲线显示正离差gr低值由于渗透层井壁存在泥饼 实测井径值一般小于钻头直径 且井径曲线比较平直规则 b 泥岩层sp基线微电极视电阻率为低值 没有或只有小的幅度差 gr显示高值井径有扩径现象 2 划分砂泥岩后 再进行细分岩性a 非渗透层非渗透层可细分为纯泥岩 砂质泥岩 钙质泥岩 炭质页岩 页岩 油页岩 煤层 细分时主要依靠电阻率曲线 gr和岩性密度ldt曲线 再参考有关的井径曲线和ac曲线 纯泥岩 rt低 ac高 由于泥质颗粒吸附负离子 产生附加导电性 使rt变小 钙质泥岩 rt高 尖峰 ac低砂质泥岩 炭质页岩 页岩 油页岩 rt居中煤层 可依据 b 体积密度 和pe值低先选出 b 渗透层 砂层 砂岩类常见有 纯砂岩 钙质砂岩 泥质砂岩 按粒度分有 粉砂岩 砂岩 砾岩 常用rt gr区分岩性 钙质砂岩 常出现在砂层顶或底段 为致密层 在微电极曲线上显示薄层 高阻 刺刀形曲线特征 泥质砂岩 相对纯水层而言 gr显示高值 rt变低 砂泥岩剖面综合资料测井曲线 2 碳酸盐岩剖面在碳酸盐岩剖面中的渗透层 通常是夹在致密层中的裂隙带 按岩性可分为 灰岩 白云岩以及它们之间的过渡类型 如泥灰岩等 作为储层除泥灰岩外 其余岩性都具有一定程度的储集性 主要用gr rt区分它们 泥灰岩 为非储层 gr高值 rt相对低值 其余 为储层 gr低值 rt相对高值 由于裂隙性储集层以致密的碳酸盐岩为其围岩 这就使它具有相对低的电阻率 中子伽玛测井值和相对高的ac 通常所说的 两低一高 3 膏盐层剖面均为非渗透层 组成封闭好的盖层 膏盐剖面地区 由于微电极及sp不能使用 故划分岩性主要依据gr 电阻率测井 孔隙度测井 井径 石膏 硬石膏 芒硝 盐岩 钾盐都具高阻特征 但石膏 硬石膏 芒硝 盐岩gr为低值 而钾盐gr显示高值 盐岩还具有明显的扩径现象 煤层 低gr 低密度 高声波时差 高中子孔隙度 高电阻率 砂岩 低gr 高密度 低ac 低cnl 中 高电阻率 白云岩 低gr 高密度 低ac 低中子孔隙度 中 高电阻率 泥岩 高gr 低密度 中 高ac 高cnl 低电阻率 利用地质统计方法 从取心井出发 建立已知岩性与其相应测井响应井的关系图版 扩展到未取心井 将其测井响应值转换成岩性 具体方法很多 有利用建图版方式 交会图 直方图 也有直接用计算方式如判别分析或聚类方法来识别岩性 二 利用地质统计方法半自动识别岩性 取数口井的岩心分析数据 以此为例 可作出 gr b gr rt n b交会图 可确定各种实测岩性点的位置 并确定出各岩性的测井参数下限 岩性与测井参数的关系 测井参数 岩性 在建立岩性剖面时 最好将砂岩与储层的标准统一 以突出储层概念 储层有规定的物性下限值 它是根据国家颁发标准及结合当地试油成果制定的 以某油田为例 储层物性的下限值为 vsh12 分别依据油田岩心描述确定的各岩性及相应的孔隙度值 测井计算得到 作孔隙度分布直方图 下图 该砂岩峰值为20 22 最低值为12 与储层物性下限统一 最低值砂岩峰值 而由 gr vsh关系图中 下图 下限vsh 30 相应的 gr 0 35与砂岩的相对自然伽马值下限统一 孔隙度测井方法探测范围浅 它反映冲洗带的岩性及孔隙度值 受储层内部流体类型的影响较小 可作为识别岩性的辅助手段 常用孔隙度测井曲线的重叠法识别岩性 常用中子 n 密度 b 或 d 测井曲线重叠 由于 n d都是由标准化了的测井仪器测定 在灰岩段 n d 0 两条曲线重叠 其他岩性段 n d反应不一 可以以其特征值识别岩性 见下图 三 利用重叠曲线方法快速识别岩性 该方法仅适用于纯岩性地层 泥岩 砂岩 石灰岩 白云岩 硬石膏 石膏 岩盐 天然气 d n s 白云岩 d n n n d明显增加 与盐密度小有关 n 0 与含氢指数低有关 气层 n降低 d增大泥岩 d n 四 利用交会图技术判断岩性 交会图技术应用的是几何作图方法 它利用骨架矿物 天然气 孔隙结构等对几种孔隙度测井响应值不同 再结合岩性密度测井 自然伽马能谱测井等识别岩性 求准孔隙度 这种方法可以识别出较复杂的由3 4种以下的矿物组成的岩性 由于理论交会图是针对纯地层提出的 因此 如果岩性中含有泥质时将会使交会点发生偏移 从而使骨架矿物含量及地层孔隙度发生误差 则必须先进行泥质校正 当含有天然气时也会影响测量值 要进行校正 同时它也为识别气层提供了依据 由于不同矿物的测井响应值不同 因此可以采用交会图来确定两种矿物的比例 并求得比较准确的孔隙度 常见的有孔隙度测井交会图 两种孔隙度测井交会图是指 中子 密度交会图中子 声波交会图声波 密度交会图由于声波受到的影响因素比较多 故中子 密度交会图是一种应用最多的确定岩性和孔隙度的交会图 四 利用交会图技术判断岩性 1 用两种孔隙度测井交会图识别由两种矿物组成的过渡岩性 在介绍交会图之前 先讲一下什么叫密度测井视石灰岩孔隙度 所谓密度测井视石灰岩孔隙度 就是不论什么岩性都用石灰岩骨架密度 2 71g cm3 按 1 计算得来的孔隙度 例如 设砂岩孔隙度 20 对淡水 f 1 0 按 b 1 ma f计算 砂岩的体积密度 b 1 0 2 2 65 0 2 1 0 2 32g cm3代入 1 式 可求出砂岩的密度测井视石灰岩孔隙度为 d 2 71 2 32 2 71 1 0 22 8 从上述这个计算过程来看 也可以这样解释密度测井视石灰岩孔隙度的意义 在石灰岩中刻度密度测井仪的孔隙度单位 石灰岩孔隙度 然后用这个刻度标准去测其它岩性所得的密度孔隙度读数 即是视石灰岩孔隙度 简称石灰岩孔隙度 中子测井也常用石灰岩孔隙度作为单位 其意义也与此相同 后面我们用到的密度孔隙度 中子孔隙度曲线 或数据 除个别例外 基本上都是以石灰岩孔隙度作为单位的 右图是井壁中子 snp 与补偿密度 fdc 测井交会图 图的纵座标是体积密度或按纯石灰岩刻度的密度视孔隙度 横座标是按石灰岩刻度的中子测井视石灰岩孔隙度 均作过井眼校正 所有的这种形式的交会图都是对饱含液体的纯地层制作的 井内为淡水或盐水泥浆 在图上有四条按单一矿物制作的纯岩性线 最上面一条为砂岩线 代表平均骨架密度为2 65g cm3 从0 30 的砂岩 第二条为石灰岩线 代表同方解石组成的骨架密度为2 71g cm3 从0 30 的石灰岩 第三条为白云岩线 代表同白云岩组成的骨架密度为2 87g cm3 从0 30 的白云岩 第四条为硬石膏线 代表骨架密度为2 98g cm3的硬石膏 该图的制作方法 以砂岩线为例 可假设 0 5 10 15 20 25 30 等 先按下表查出砂岩的骨架中子孔隙度 nma值和骨架密度 ma 查出饱和岩石液体的中子孔隙度 nf和密度 f值 然后将它们代入方程组 n nf 1 nma b f 1 ma分别计算出不同孔隙度时的 n和 b 将算出的 n和 b值点到图4 6的坐标系中 便得到 为上述数值的各点 然后将各点连线 此线即为纯砂岩的中子 密度关系线 同理可作为白云岩线 石灰岩线和硬石膏线 石灰岩线是由 n d 那些点构成的 由于 n是对石灰岩刻度的 故只有石灰岩线是线性变化的 其它岩性线都略有弯曲 该图版是对充满液体的纯地层制作的 有油气或含泥质的地层也可以用 但要作相应的校正 该图版可由淡水泥浆制作 也可由盐水泥浆制作 在应用这个图版解释时 把对应某一岩层的密度值和中子孔隙度 均经环境校正 泥质校正 点入图版 如图上的p点 如果已知该项岩层是由白云石和方解石两种矿物组成的 通过p点作一平行于白云岩和石灰岩线相同孔隙度连线的直线 分别交a b两点 孔隙度由a b点在岩性线上的位置而定 17 6 两种矿物成份的体积百分含量由p点在ab线上的位置确定 如 灰岩百分含量为 66 7 白云岩百分含量为33 3 根据矿物的百分含量 可计算过渡岩性的视骨架密度 ma a 2 71 66 7 2 87 33 3 2 76g cm3 这种交会图的优点是 既使矿物对象选错了 如岩石由白云岩或灰岩组成 而错误认为是砂岩和白云岩 而求出的 和 ma偏差很小 缺点是 不能确切地指出岩性 只能指出可能的岩性 还必须根据地质条件进行判断 mid交会图是由视骨架密度 ma a和视骨架声波时差 tma a组成 见下图 其中 ma a可从中子 密度交会图上查出 tma a可在中子 声波交会图上查出 将判别岩性层的 ma a与 tma a值投在mid交会图上 可判定该项岩性层的矿物组成 2 用mid岩性骨架矿物识别图识别三矿物组成的岩性 mid matrixidentification 如右图上的a点 最可能的是石灰岩和硬石膏的过渡类型 在两者的连线上 由于a点在砂岩 白云岩 硬石膏三种岩性构成的三角形中 也可能是这三种岩性的过渡类型 还应注意有关的影响因素 缝 洞影响使资料点左移 天然气使点子向冀东方向偏移 此外 实际应用时 还要根据地质上的可能性作出判断 a m n的定义对纯地层来讲 其有效孔隙度 的测井解释计算公式分别为 声波测井 中子测井 密度测井 3 用m n交会图解释三矿物组成的过渡岩性 则有 即得 令 式中的0 01是使m n值在数量上相匹配 m n的意义从上式可以看出 在饱和液体性质一定时 n值的大小主要取决于岩石骨架的 nma和 nma值 这说明n值是由岩石骨架成份所决定的参数 同样m值亦然 所以参数m n是反映岩石骨架性质的 m值代表声波密度交会图上某骨架点与液体点连线之斜率值 n值代表中子密度交会图上该骨架点连线之斜率值 从表4 3列举的资料看 岩性不同 m n值也不同 应用在判断某层岩性时 先用该层的 t b n值计算m n 点在m n图版上 如果岩石是由一种矿物组成的 则该项点将和相同矿物点相重合 如果岩石是由两种矿物组成 则该点将落在相应两种矿物的连线上 如果是由三种矿物组成 则将落在这三种矿物构成的三角形内 按所处的封闭三角形的三个端元骨架岩性 确定三组分的体积百分比 vi 并解下列方程组可求得正确的孔隙度值 t tf 1 v1 tma1 v2 tma2 v3 tma3 n nf 1 v1 nma1 v2 nma2 v3 nma3 b f 1 v1 ma1 v2 ma2 v3 ma3 1 1 v1 v2 v3 如果存在次生孔隙 泥质或含气 将会使点子发生偏移 分析时应考虑这些因素的影响 它是利用岩性密度测井ldt的成果 将岩石的视骨架密度 maa与视体积光电吸收截面指数umaa b cm3 交会 maa由中子密度交会图求出 umaa由光电吸收截面和密度测井求出 umaa 式中 ta 视总孔隙度 由确定 ta的中子 密度交会图查出 umaa 也可由诺模图查出 4 用umaa诺模图识别三矿物组成的过渡岩性 pe b ta 010203040 实例 pe 3 65 b 2 52 ta umaa umaa 10 9 右图给出了这些矿物在 maa umaa交会图上的位置 由石英 方解石 白云石三种常见矿物组成三角形并对含量值予以刻度 在这种交会图上天然气将使点子向上方移动 而重矿物使数据点向右移动 粘土点和泥岩点落在白云石点下方 交会图技术是识别岩性变化非常有效的手段 而它只解决了3 4种矿物组成的岩性 限制了实际上可作图的测井曲线数量 而数字技术则可处理多条测井曲线和提供必要的数值解 将各种不同的测井方法在不同的地层条件下的响应方程联立 采用各种数学方法求出该项方程组的解 从而达到确定岩性的目的 五 利用测井响应方程组联立定量确定岩性矿物组成 六 岩石体积物理模型及测井响应方程 为了应用计算机技术对测井资料进行处理与解释 就必须根据所要解决的问题应用适当的数学物理方法 建立相应的测井解释模型 导出测井响应值与地质参数之间的数学关系 然后对测井资料加工处理和分析解释 把测井信息转变为尽可能反映地质原貌特征的地质信息 供地质勘探开发使用 目前 在测井数据处理中采用的解释模型有许多种 可按不同角度对它们大致分类 按岩性分类有 纯岩石和含泥质岩石模型 单矿物 双矿物和多矿物模型 砂泥岩 碳酸盐岩 火成岩 变质岩模型 按储集空间特征分类有 孔隙型 双重孔隙型 裂缝型和孔隙裂缝型模型 按孔隙流体性质与特征分类有 含水岩石和含油气岩石模型以及阳离子交换模型 瓦克斯曼 史密茨模型和双水模型 按建模方法分类有 岩石体积模型 最优化模型和概率统计模型 此外 还可以从其它角度来对解释模型分类 由测井方法原理可知 许多测井方法的测量结果 实际上都可看成是仪器探测范围内岩石物质的某种物理量的平均值 如岩石体积密度 可以看成是密度测井仪器探测范围内物质 骨架和孔隙流体 密度的平均值 即单位体积岩石的质量 g cm3 岩石中子测井值可以看成中子测井探测范围内岩石物质含氢指数的平均值 即单位体积岩石的含氢指数 岩石自然放射性 gr u th k 热中子宏观俘获截面 体积光电吸收截面pe 声波时差ac 电磁波传播时间 tpl 和幅度衰减 eatt 等等 均可作同样解释 一 岩石体积物理模型 总之 上述测井方法有两个共同特点 它们测量的物理参数可以看成是单位体积岩石中各部分的相应物理量的平均值 在岩性均匀的情况下 无论任何大小的岩石体积 它们对测量结果的贡献 按单位体积来说 都是一样的 根据这些特点 我们在研究测井参数与地质参数的关系时 就可以避开对每种测井方法微观物理过程的研究 着重从宏观上研究岩石各部分 孔隙流体 泥质 矿物骨架 对测量结果的贡献 从而发展了所谓岩石体积物理模型 简称体积模型 的研究方法 用这种方法导出的测井响应方程与相应测井理论方法和实验方法的结果基本一致 是一种很好的近似方法 此法的特点是推理简单 不用复杂的数学物理知识 除电阻率测井外 对其它具有前述 平均 概念的测井方法 均可导出具有线性形式的测井响应方程 既便于人们记忆使用 又便于计算机计算处理 所谓岩石体积物理模型 就是根据测井方法的探测特性和岩石中各种物质在物理性质上的差异按体积把实际岩石简化为性质均匀的几个部分 研究每一部分对岩石宏观物理量的贡献 并把岩石的宏观物理量看成是各部分贡献之和 这种方法的要点有二 按物质平衡原理 岩石体积v等于各部分体vi之和 岩石宏观物理量m等于各部分宏观物理量mi之和 石油测井中遇到的地层虽然复杂 岩性类型很多 但是油气储集层主要是砂泥岩和碳酸盐岩两大类 从测井解释来看 由于泥质成分与岩石骨架成分在物理性质上有显著的区别 故可把岩石划分为含泥质岩石和纯岩石 不含泥质或含泥质甚少 两类 从数学物理观点看 不管岩石骨架成分如何 均可把储集层简化为两种简单的岩石体积模型 纯岩石模型 由岩石骨架及其孔隙流体组成 含泥质岩石体积模型 由泥质 岩石骨架及其孔隙流体组成 当地层岩性复杂 骨架矿物的物理性质明显不同时 还可以把骨架矿物分为两种或多种 从而建立双矿物岩石体积模型和多矿物岩石体积模型 但最基本的是纯岩石和泥质岩石两种体积模型 由这两种模型可以很容易导出双矿物和多矿物体积模型 纯含水岩石体积模型a 岩石结构b 等效体积 二 纯岩石水层模型及测井响应方程 右图为纯砂岩水层岩石结构及其等效体积模型 砂岩骨架矿物颗粒 如石英和长石等 的物理性质比较接近 且与孔隙中的水或泥浆滤液的物理性质有很大差别 如石英等矿物颗粒几乎是不导电的 而地层水是可导电的 矿物颗粒的密度比地层水的密度大一倍以上 矿物颗粒传播声波的速度也比地层水大得多 因此 从物理性质上考虑 可把纯砂岩分成岩石骨架和孔隙两部分 根据上述纯砂岩水层的体积模型 可以导出各种测井值与岩石孔隙度等参数之间的基本关系式 自学 1 声波测井根据岩石体积模型 可以认为 滑行波在岩石中直线传播的时间应等于滑行波在岩石骨架中的传播时间与在孔隙流体中的传播时间之和 2 密度测井3 中子测井4 中子寿命测井5 电阻率测井 综上所述 岩石体积模型方法的基本特点是 按物理性质的差别 把岩石当作是由几个部分组成的 而且岩石的总体积等于各部分体积之和 岩石的某一宏观物理量m等于各部分同一物理量之总和 具体说可分两类 一类像孔隙度测井那样的方法 岩石的宏观物理参数就等于各部分相对体积与其相应的单位体积物理参数乘积之总和 其体积模型公式都是线性方程 根据这些特点 很容易写出这类线性方程体积模型公式 另一类是像电阻率测井方法 其宏观物理量不等于其体积与单位物理量之乘积 必需根据物理意义 用等效体积的方法来建立具体的体积模型公式 纯砂岩油气层的孔隙中 除了地层水外还有油气 纯砂岩油气层的岩石结构 等效体积模型及其物理参数如右图所示 自学 1 孔隙度测井2 中子寿命测井3 电阻率测井 纯砂岩油气体积模型a 岩石结构b 等效体积 三 纯岩石油气层模型及响应方程 四 泥质砂岩解释模型 纯岩石模型没有考虑泥质及油气的影响 这对于定性解释和初步的定量解释是可行的 它对一般含泥质少的地层和不含天然气的地层也基本适用 但由于泥质和天然气对测井响应有明显影响 因而在对含泥质较多或含天然气及轻质油的地层进行综合评价时 必须充分考虑泥质和油气的影响 随着测井资料计算机处理解释技术的发展 现在比较完善的裸眼井测井数据处理方法及程序 均采用了比较全面地考虑了泥质和油气影响的解释模型和方法 纯岩石模型没有考虑泥质及油气的影响 这对于定性解释和初步的定量解释是可行的 它对一般含泥质少的地层和不含天然气的地层也基本适用 但由于泥质和天然气对测井响应有明显影响 因而在对含泥质较多或含天然气及轻质油的地层进行综合评价时 必须充分考虑泥质和油气的影响 随着测井资料计算机处理解释技术的发展 现在比较完善的裸眼井测井数据处理方法及程序 均采用了比较全面地考虑了泥质和油气影响的解释模型和方法 测井资料数据处理是在整个解释井段内连续计算解释的 因而所用的解释模型必须具有通用性 不但适用于纯岩石 而且也适用于含泥质岩石和泥岩 即应采用砂泥岩通用的解释模型 众所周知 泥质砂岩是由砂粒 泥质及孔隙流体等物质组成 砂粒为岩石骨架 主要成分是石英 其次是长石等矿物 泥质常呈胶结物 测井解释中所说的泥质通常指粘土矿物 细粉砂及粘土所含水的混合物 粘土矿物的颗粒很细 其直径一般小于0 01mm 主要有伊利石 蒙脱石 高岭石及绿泥石 1 砂泥岩的通用解释模型 在泥质砂岩中 粘土的成分和数量有很大变化 粘土矿物之间 还可相互转化 主要是蒙脱石和高岭石经成岩 后生作用可变为伊利石 而伊利石经风化也可变成蒙脱石或高岭石 地层条件下的粘土含束缚水 即为湿粘土 湿粘土的物理性质较稳定 可在较长井段内保持其性质基本不变 因此 常用湿粘土来建立解释公式 细粉砂的颗粒粒径约为0 01 o 05mm 其矿物成分主要是石英 也可有长石 方解石及其它矿物 虽然细粉砂在中子和密度测井上的显示与砂岩骨架成分相同 但由于细粉砂的颗粒很细 它对自然放射性 电阻率和自然电位等测井的影响又很类似于粘土 故通常把细粉砂 粘土和水的混合物统称为泥质 如果认为在顺序沉积的砂泥岩中 泥质砂岩与它对应的泥岩具有基本相同的泥质性质 即所含的细粉砂和湿粘土的性质相同 我们就可建立砂 泥岩的通用解释模型 把砂泥岩看成由砂岩骨架 泥质和有效孔隙三部分组成 其相对体积分别是vsd vsh e 则砂泥岩物质平衡方程为 vsd vsh e 1纯砂岩是泥质含量vsh 0的特例 纯泥岩是vsd 0和 e 0的特例 认为泥质砂岩的泥质与它对应的泥岩有相同的泥质性质 而泥质是由细粉砂和湿粘土两部分组成 设细粉砂和湿粘土的相对体积分别是vsd和vclay 则有 vsh vsi vclay为了说明泥质中的细粉砂含量 我们规定粉砂指数si代表细粉砂体积占泥质体积的百分数 即 si vsi vsh代入前式得地层的泥质含量 vsh vclay 1 si 以上三式说明砂泥岩中泥质 细粉砂和粘土三者相互之间的关系 注意 粉砂指数si只说明泥岩的性质和泥质砂岩中泥质成分的性质 即只说明两者的细粉砂相对含量 它绝不代表整个泥质砂岩的细粉砂含量 只有细粉砂相对体积vsi才代表泥质砂岩的细粉砂含量 由于粘土含量vclay与泥质含量vsh可以按上式相互转换 故可分别按泥质性质和粘土性质建立解释公式 为了简单起见 一般是先按泥质性质建立解释公式 再用上式转换为粘土性质的解释公式 而在使用时 由于砂泥岩粘土性质稳定而泥质性质变化很大 砂泥岩常使用粘土性质的解释公式 为了导出含泥质岩石的测井响应方程 可将含水泥质砂岩和含油气泥质砂岩分别简化为如图4 13和图4 14所示的体积模型 将含水泥质砂岩看成由砂岩骨架 泥质和有效孔隙度三部分组成 对于含油气的泥质砂岩 还需要把图中的有效孔隙体积划分为含水孔隙体积和含油气孔隙体积 2 含泥质岩石的测井响应方程 为了直接推导出泥质砂岩的体积模型公式 根据前述纯岩石体积模型公式的规律 针对泥质砂岩情况把体积模型公式的基本特点 不包括电阻率测井 说明如下 1 岩石各部分的相对体积之和等于1 含水泥质砂岩 vma vsh e 1含油气泥质砂岩 vma vsh esxo e 1式中 vma和vsh 分别为泥质砂岩骨架和泥质的相对体积 e和sxo 分别为岩石有效孔隙度和冲洗带含水饱和度 2 测井参数 岩石体积密度 含氢指数 声波时差及岩石宏观浮获截面等 等于岩石各部分的相对体积与相应物理参数乘积之和 同时 在实际井中 一般都有泥浆冲洗带 除电阻率测井外 其它测井方法的探测范围都比较小 主要是测量靠近井壁的冲洗带的情况 因此 在下面推导泥质砂岩的公式中 除电阻率测井外 主要是讨论冲洗带的情况 a 声波测井 自学 b 密度测井c 中子测井d 中子寿命测井e 自然伽马测井f 自然电位测井g 电阻率测井a 层状泥质砂岩b 含分散泥质的泥质砂岩c 含混合泥质的泥质砂岩h 计算地层泥质含量vsh的方程i 确定束缚水饱和度和渗透率 前述泥质砂岩电导率解释模型中 把砂岩和泥质 粘土 中的地层水看成是性质相同的一种自由电解液 泥质砂岩的导电性是泥质与砂岩孔隙中地层水并联导电的结果 只不过是根据含泥质地层中泥质或粘土的分布形式 如含分散泥质 层状泥质或混合泥质 提出不同的假设 按并联导电概念和archie公式 得出不同的泥质砂岩电导率方程 实际上它们都是在泥质砂岩条件下对archie模型的扩展和延伸 五 阳离子交换模型 自学 实际上 几乎所有泥质砂岩中均含有数量不同的粘土矿物 而从导电机理来说 粘土矿物具有阳离子交换能力 它是与自由电解液 离子导电 完全不同的导电 1956年hill等人根据大量泥质砂岩电导率的实验资料 首次提出根据粘土矿物的阳离子交换特性来研究泥质砂岩的导电性 1968年waxman和smits在此基础上又进一步实验研究 提出了基于粘土矿物阳离子交换能力的泥质砂岩电导率方程 即所谓waxman smits模型 简称w s模型 此模型被认为是比较先进的解释模型 得到较广泛的应用 它把泥质砂岩的解释推向一个新阶段 第二节测井储层流体分析及储层评价参数的确定 一 定性地综合判断油水层测井响应值是岩性 物性 含油性的综合反映 为此在运用测井曲线判断油 气 水时 必须考虑岩性 物性的影响 即用测井资料判断油 气 水层必须与地质结合 与岩心 录井 气测的含油显示互相验证 与邻井试油成果结合 因此它是综合定性识别油 气 水层的方法 对储层流体特性反映灵敏的常规测井方法有 电阻率测井 sp 其次为孔隙度测井 新方法有c o 核磁测井等 一 识别油气水层的方法 1 气层的识别 1 常规方法识别气层密度测井低值中子孔隙度测井 低孔隙度ac显示高值 由周波跳跃引起 井温曲线为低温异常 以此与油水层区别 电阻率曲线显示高值 以此与水层区别 井温低温异常 b减小 n减小 t增大 n减小 b减小 30 电阻率曲线显示高值 以此与水层区别 将ac与中子伽马ng曲线在水层重叠 在气层ac和ng出现差异 且ng在ac之右 ng增大 2 测井新方法识别气层a 岩性密度测井提供的pe u曲线与油 水层相比 气层的pe u值均显低值 见下表 其中u为体积光电吸收截面指数 为电子密度 b c o测井提供的fcc 俘获 虚线 和c i 俘获 非弹性散射 曲线气层 fcc c i均为高值 负差异 fcc c i油层 c i与泥岩接近 正差异 fccc i 在泥岩段令其重合 3 曲线重叠法a 对纯岩性地层 采用中子 密度曲线重叠 气层 b低 b下降 n减小 b 对泥质砂岩含气层 用 t n曲线重叠 气层 n减小 30 c 用 t与中子伽玛曲线在水层处重叠气层 t与中子 明显增加 区分油层 acn