测井原理与技术.ppt

第一部分油层物理基础第一章储层岩石的物理性质一、储层骨架性质1、岩石粒度组成指构成砂岩的各种大小不同颗粒的含量。即测定不同粒级颗粒占全岩颗粒的百分数。（表示岩石骨架分散性的一种指标）2、岩石比面指单位体积岩石内，岩石骨架的总表面积或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。（颗粒越细，比面越大）（同样是表示岩石骨架分散性的一种指标）对油藏中流体流动影响很大，它可以决定岩石的许多性质，如表面现象、流动阻力、渗透率、吸附量等。二、岩石孔隙结构1、孔隙类型结构模型（单一、双重、多重）2、孔隙大小及分选（同粒度度量）3、孔隙度岩石的孔隙体积占岩石外表体积之比。（分为总、有效、流动）,测井基础知识培训,三、岩石的饱和度指岩石孔隙中某种流体所占的体积百分数。岩石中由几相流体充满其孔隙，则这几相流体饱和度之和为1。原始含油饱和度、原始含水饱和度、目前油、气、水饱和度、残余油饱和度四、岩石的渗透率代表岩石让流体通过能力的大小，常用来对比不同岩石的渗透性。达西定律（线性渗流定律）单位时间内通过岩心的液体流量与岩心两端的压差及岩心的横截面积成正比，而与岩心长度及流体粘度成反比。四、岩石的其它性质热学性质、导电性、放射性、敏感性,,第二章储层流体的物理性质一、天然气的物理性质组成碳1到碳5的烷烃、非烃气体地层天然气的高压物性体积系数地下体积比地面体积（一般小于1）压缩系数在等温条件下，单位体积天然气随压力变化的体积变化率粘度流体中任一点单位面积的剪应力与速度梯度的比值。是流体内摩擦力引起的阻力。表征流体流动的难易程度。压缩因子（偏差压缩系数）实际气体与理想气体之间的一切偏差。,二、地层油的物理性质溶解油气比将某一压力、温度下的地层含气原油，在地面进行脱气后，得1立方米原油所分离出的气量，就是该压力、温度下的地层原油溶解油气比。体积系数（一般大于1）地层油气两相体积系数地层压力小于饱和压力时，地层原油和析出气体的总体积与它在地面脱气后原油体积之比。压缩系数、粘度原油凝固点指原油由能流动到不能流动的转折点。三、地层水的物理性质矿化度代表水中矿物盐的浓度。溶解度指地面1立方米水，在地层压力、温度下所溶解的天然气的体积。粘度、体积系数、压缩系数,第三章多相流体渗流机理一、岩石的界面现象体积性质由相内分子所引起的性质。界面性质由于两相界面层分子所引起的性质。如水驱洗油、互溶混相驱油时界面消失等。表面张力作用于单位长度上的力。（热力学第二定律任何自由能都趋于最小的趋势。）吸附现象溶解在具有两相界面系统中的物质，自发地聚集到两相界面层上，降低该界面层的界面张力的现象。润湿现象和毛管力是当不相混的两相流体与岩石固相接触时，其中一相流体沿着岩石表面铺开，其结果使体系的表面自由能降低的自发现象。这种现象发生在岩石的细小毛管中，在其中出现弯液面和由于弯液面而产生毛管力。界面粘度，比体相粘度大得多，为异常高粘度。,二、岩石的润湿性当存在两种非混相流体时，其中某一相流体沿固体表面延展或附着的倾向性。驱替过程非润湿相驱替润湿相的过程。（亲油岩石水驱油）吸吮过程润湿相驱替非润湿相的过程。（亲水岩石水驱油）三、毛管压力曲线毛管压力和饱和度的关系曲线对于研究岩石孔隙结构、分析产油能力、确定岩石润湿性、油水饱和度分布、采收率、多相流体渗流均有意义。亲水岩石，毛管压力为正，将其浸泡在油中，水在压力作用下自动进入岩心，吸吮。亲油岩石，毛管压力为负，为阻力，水不能自动进入岩心，必须施加外力克服毛管力，才能水驱油，驱替。四、驱油过程中的阻力效应贾敏效应气泡通过窄口时产生附加阻力的现象。,,五、相对渗透率曲线Sw、So～Kro、Krw的关系曲线A区单相油流区Sw梯度，正幅度差;电位4d，可用半幅点划分界面；C、地层中点取曲线幅度的最大值。3影响因素曲线特征取决于造成自然电场的静自然电位（岩性、地温、地层水和泥浆中的离子成分及浓度比）和自然电流的分布（厚度、井径、线路中介质的电阻率）一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值二、岩性三、温度四、地层水和泥浆滤液中含盐性质五、地层电阻率,六、地层厚度h下降，异常平缓七、井径扩大和泥浆侵入d增加，泥浆侵入越深，曲线幅度下降。4自然电位曲线应用一、划分渗透性地层对于砂泥岩剖面，用异常来判断二、估计泥质含量三、确定地层水电阻率Rw四、判断水淹层五、研究沉积环境,第三章侧向测井在高阻（灰岩）和高矿化度泥浆（盐水）剖面中钻孔，进行普通视电阻率测井时，由于井的分流作用大，所以曲线变化平缓，几乎无法分辨剖面上的岩层，更无法确定其真电阻率。为此，在电极系上增设聚焦电极迫使供电电极发出的电流径向地流入地层，从而减少了井的分流和围岩的影响，提高了纵向分辨率；用这种电极系沿井孔进行视电阻率测井即侧向测井，又称为聚焦测井。为求准地层径向各带的电阻率，设计了各种聚焦电极系并建立了相应的侧向测井，目前有三侧向、六侧向、七侧向、八侧向、双侧向、微侧向、邻近侧向、微球形聚焦等。1三侧向测井一、三侧向电极系（柱形）A0主电极，发出主电流I0A1、A2屏蔽电极，发出屏蔽电流IsB1、B2回路电极，N对比电极电极之间用绝缘材料隔开，O1A0、A1之间中点、O2A0、A2之间中点O1O20.175米，有利测薄层。（为测准Ri、Rt，设计了深、浅三侧向电极系）,三、资料应用1、划分岩性剖面比普通视电阻率测井受井眼、围岩-层厚、侵入的影响小，并有利划分薄层2、判断油气水层将深浅三侧向曲线在同一坐标中重叠绘制3、确定地层真电阻率Rt需经井眼、围岩-层厚、侵入校正，用图版，同时可以求侵入带直径di,2确定Rxo的侧向测井一、微侧向测井因为Rmc2m，用“半幅点”划界面，通常要结合微电极系或短电极距的视电阻率曲线二、确定地层真电阻率进行均质、围岩-层厚、侵入校正。均质校正无限均匀介质中传播效应校正传播效应电磁波在均匀介质中传播时其幅度衰减和相位移动的现象电磁波传播测井测介电常数，可以判断低阻油层和高阻水层,第五章声波测井该法是通过测量井孔剖面上岩层及井壁附近的声学特性参数，来判断岩性、估算孔隙度和确定岩层的弹性力学性质以及检查固井质量等工程问题的测井方法。它不受泥浆性质和侵入影响，适应性强。主要有声波速度测井、声波幅度测井、声波全波列测井、声波井下电视、噪声测井等1声学基本知识一、弹性体和塑性体弹性体对物体施加外力而产生形变，取消外力后，物体恢复原来状态。塑性体不能二、声波测井的声波声波（人耳能听到的）16Hz-----20000Hz超声波20000Hz测井用声波15KHz------30KHz,均为弹性波，都是质点的机械振动以波动形式在介质内部的传播纵波质点的振动方向与波的传播方向一致的弹性波横波垂直三、滑行波岩石C2泥浆C1四、声源和接收器,2声波速度测井是沿井孔剖面测量声波在各种岩石中传播速度的差异来判别岩性、确定孔隙度以及寻找气层的一种测井方法。一、岩石的声速特性密度大，弹性好（E大），则速度（C）快影响因素1、岩性，矿物成分；2、结构，胶结物性质（孔隙度）3、孔隙中的流体（气使C下降）；4、埋藏深度（使C上升）二、测井原理井下仪器单发单收声速测井仪、单发双收、双发双收、双发四收等源距L，间距l，记录点O曲线记录了O所在深度上下各0.25米范围内岩层的平均声波时差hl厚层（曲线对称）；h9相线泥浆直达波第一界面好套管波弱第二界面好地层波强定性解释,第六章放射性测井是通过研究井孔剖面上岩石的核物理性质的差异来判别岩性、寻找油气储集层和其它有用矿藏，获取生产井内重要参数及解决油井工程问题的地球物理方法。据测井所接受的射线性质不同，可将目前常用的放射性测井分为两大类伽马测井以研究伽马射线为基础的放射性测井方法。中子测井以研究中子源照射井壁介质后中子和伽马射线性质为基础的放射性测井方法。放射性测井的特点1、工作不受井孔结构、井内流体性质的影响；2、在高阻剖面中适用；3、成本高、时效低，技术设备复杂，需专门的防护保健。,伽马测井自然伽马测井自然伽马能谱测井放射性同位素测井地层密度测井岩性密度测井中子测井中子--超热中子测井中子--热中子测井（补偿中子测井）中子伽马测井中子寿命测井非弹性散射伽马能谱测井中子活化测井,1伽马测井基础知识一、原子与原子核二、核素、同位素、放射性核素核素原子核中具有一定数目的质子和中子，并能在同一能态上的同类原子，同位素原子核中质子数相同而中子数不相同的核素，在元素周期表中占同一位置，故名。如1H1、1H2、1H3核素分为稳定核素和放射性核素；放射性核素又分为放射性同位素和放射性元素。,三、核衰变放射性核素的原子核能自发地放射出一个带电粒子并转变成另一个新的原子核，新核处于激发态，在很短的时间内激发核以辐射伽马光子的形式把多余的能量释放出去，而处于稳定态的现象。放射性核素的数目随时间的推移数量将按指数递减规律下降,四、放射性射线五、伽马射线与物质的相互作用伽马射线能量不同，照射物质产生的效应不同1、光电效应2、康普顿吴有训效应3、电子对形成高能伽马射线穿过物质时会产生上述三种效应，随着穿行路线的增加，射线强度随之减弱（按指数递减规律）六、伽马射线源由浓缩的放射性核素造成的发射伽马光子的装置七、伽马射线探测器闪烁记数器将伽马射线强度转变为电脉冲数的换能器,2自然伽马测井这是以测量井孔剖面内岩石中自然存在的放射性核素在核衰变过程中放射出的伽马射线强度大小，来确定岩性剖面、估算泥质含量及进行地层对比的一种测井方法。一、岩石的自然放射性决定于岩石所含放射性核素的种类和数量与泥质含量有正向比例关系放射性核素主要有铀系、钍系、锕系、钾40等；岩石的放射性依此为粘土岩、砂质泥岩、泥质砂岩、含泥质碳酸盐岩、石膏、硬石膏、不含钾盐的岩盐、白云岩、石灰岩、石英砂岩二、自然伽马测井原理仪器地面放射性控制面板地下高压电源电源（各测井共用）放大器闪烁计数器,仪器接受到岩石自然放射线照射后，输出与接受信号成正比的电脉冲数探测范围以探测器的记录点（闪烁记数器）为中心，以一半径（30-45cm）为半径作一球面，若其内所包介质对测量结果的贡献占全部读数的90以上，此半径为探测半径。三、测井曲线理论计算曲线的条件测速为零，泥浆无放射性，记数率为100，d30cm特点1、曲线关于地层中界面对称，在此处取极大值；2、厚度下降，曲线幅度下降，h3d时，幅度不受影响；3、h3d时，用半幅点划分界面。四、影响因素1、井的影响泥浆性质、井身结构等2、测井速度和积分电路充放电时间常数的影响积分电路有惰性，速度增大，极大值向提升方向偏移，曲线畸变，失去对称,3、放射性涨落的影响放射性核素的核衰变是随机的，因此在同样的地层条件下，相同的时间间隔内，测量条件不变，多次进行测量，每次测量的读数各不相同，但与全部读数的平均值之间的差值大部分分布在一定的范围内的现象。该现象引起曲线不光滑，呈“锯齿状”，不能作地质解释。4、地层厚度的影响（见曲线特征）五、曲线应用1、划分岩性剖面根据泥质与放射性强弱的关系2、确定泥质含量3、地层对比与标准测井类同，但更优越。因为GR不受地层及井内流体性质影响，标准层易选，特别在油水过渡带解释，效果更佳。,3放射性同位素测井用放射性同位素配置的活化液，对井进行活化处理，在活化处理前后各测一条自然伽马曲线，对比两次曲线得到活化剂的分布特点，从而解决油井中的工程技术问题及检查采油增产措施的效果和有关参数的研究。一、测井过程及步骤1、编写施工设计书，内容有2、按设计书施工进行放射性同位素测井的过程工作原理活化层活化液水份进入渗透层，固相载体则滤积在渗透层表面吸水量正比于滤积量，曲线异常面积的增量（Jr2-Jr1），用求积仪测定。4地层密度测井岩石真密度每立方米岩石的质量。岩层体积密度单位体积中岩石骨架和孔隙内流体的质量之总和。,5中子测井核物理基础知识一、中子源能以某种方式将原子核中的中子释放出来的装置自然界中几乎无自由中子，但“束缚”状态的中子到处可见，其平均寿命很短，半衰期为11.7分钟。测井中常用中子源有1、同位素中子源如镅铍中子源，简写Amα,nC此源发射的中子具En4MeV，适用于中子--中子测井，中子伽马测井。,2、加速器中子源（脉冲中子源）如D--T加速器中子源产生的快中子能量是14MeV，采取人为控制脉冲式发射。二、中子的分类快中子En1KeV能量高，速度大慢中子En1KeV超热中子En0.025eV--1KeV热中子En0.025eV三、岩石的中子特性（中子与物质的作用）1、快中子非弹性散射,2、快中子对原子核的活化快中子与稳定的原子核作用会发生n,α、n,p核反应，生成新的放射性核素，称为活化核反应。活化形成的新核素，有一定的半衰期，其衰变产生的伽马射线叫活化伽马射线。如Si28n,pAl28，Al28衰变放出伽马射线，衰变式为3、快中子弹性散射中子减速过程长短取决于核的物理性质A、靶核微观弹性散射截面（即靶核与快中子发生弹性散射的几率）；B、每次碰撞中子的最大可能损失的能量；C、每次弹性散射中子平均损失的能量；D、同等能量中子碰撞不同靶核使其变成热中子时所需散射次数不同。,H是快中子最佳“减速剂”，有利寻找油层。4、热中子弹的俘获A、不同的核，俘获热中子的几率不同；B、不同的核，俘获热中子后放射出的中子-伽马射线不同。Cl的俘获热中子的几率最大，可分辨高矿化度水层和油层。四、中子探测器（将热中子密度转变为电脉冲数的装置）,6中子热中子测井利用中子源发射的快中子经与地层原子核发生弹性散射被减速为热中子，探测热中子密度的方法，其中补偿中子测井是一种较好的热中子测井。一、补偿中子测井（CNL）补偿原理热中子的分布不仅与氢含量有关，还与氯含量有关。二、应用（如图）1、确定地层孔隙度2、CNL与FDC测井交会求孔隙度、确定岩性3、φD--φN曲线重叠法直观确定岩性4、CNL与FDC石灰岩孔隙度曲线重叠定性判断气层,7中子伽马测井一、原理热中子被俘获，产生俘获伽马射线，其分布既与氢含量有关，又与氯含量（矿化度）有关。下井仪器中子源、屏蔽体、伽马射线探测器（长源距）其探测范围略大于CNL和SNP二、应用（如图）1、划分气层（高值）2、确定油水界面（结合中子热中子测井）NGR中子热中子油层氢含量相当，Cl少低高水层Cl多高低,第七章地层倾角测井该法是在裸眼井中测得不同方位上3-4条电阻率曲线、电极系方位、井轴的倾角及方位角、井径值，处理后得地层倾角和倾向的成果表及图，来解决有关油气勘探方面的地质问题，如推断局部构造形态、确定断层和不整合、研究沉积环境、寻找油气藏、进行地层对比、绘制构造图等倾角垂直于走向的最大下斜线即倾向线与水平面的夹角倾向倾向线的水平投影与正北方向线的顺时针的夹角1测井原理“四臂高分辨率地层倾角测井仪”辅助电路、液压部分、测量部分一、四臂极板系统二、方位测量系统,2测井成果表示成果显示方式成果表、成果图一、成果表如斯伦贝谢公司设计的CLUSTER程序输出的成果表二、成果图1、矢量图（箭头图、蝌蚪图）倾角读横坐标，纵坐标为深度倾向短线方向红色模式描述一组倾向基本不变，而倾角随深度增加而加大的倾角矢量变化规律兰色模式描述一组倾向基本不变，而倾角随深度增加而减小的倾角矢量变化规律绿色模式描述一组倾向、倾角基本不变的矢量规律,2、棍棒图（杆状图沿一定方向上的横剖面画出的井孔剖面中的地层层面视倾角图）棍棒与水平线的夹角表示在该横剖面上的地层层层面视倾角（未移到大地坐标中）常用于井间地层对比，绘出井间的构造倾角趋势线3、方位频率图（利用矢量图的颜色模式）扇形区（倾斜方位），矢量长度（倾角次数，即频数）此外，还有斯密特图、圆柱面展开图、线性极坐标图等三、应用1、地层对比2、构造问题3、沉积问题,第八章工程测井1井径测井在钻井过程中，由于岩性不同以及泥浆、钻头和钻杆对地层的撞击等原因，使岩性不同的井段的井径大小不等，在进行解释和解决某些油井技术问题时，都需要了解沿井身井径变化情况一、原理井径井筒横截面的平均直径的简称，单位厘米仪器腿依靠弹簧的张力，与井壁紧密接触，当井径改变时，仪器腿绕轴转动是凸轮带动连杆移动，连杆与电位器滑动轴相连接，可变电阻随井径变化而变化，将电位差变化送至地面，通过地面仪器记录得井径曲线。二、应用1、判断岩性、进行地层对比渗透层形成泥饼、缩径；泥岩层疏松垮塌、扩径；,致密层与钻头直径相近2、求实际井径直接对应深度读数3、计算平均井径为固井计算水泥用量提供依据4、为测井曲线综合解释所不可少的资料5、酸化、固井时选择封隔器、套管鞋位置的依据2井斜测井在钻井过程中，由于岩层的结构、钻具结构、操作技术等原因，很难保证钻进方向不变，随井身测定的倾斜的方位和倾角，可以避免由于不了解井身弯曲情况而造成的种种事故，指导钻井工作的正常进行。确定井斜（井的空间位置）的两个参数倾斜方位角井轴在水平面上的投影与磁北方向（以磁北为起点）顺时针的夹角。倾角井轴与铅直垂线之间的夹角。,一、原理井斜仪上装有一个带环形电位器的罗盘和一个弧形电位器的方位角和倾角测量装置罗盘支撑在框架上，绕水平轴转动而保持水平，由于半重锤作用，框架面始终保持与井轴的倾斜面（井轴与铅垂线构成的面）相垂直的位置上，以保持方位角环形电位器（用来改变电压大小的可变电阻）缺口（电位器起止端）在井轴的倾斜面上，即井轴的水平投影线永远在电位器的起始端。当井轴不偏斜时，磁北针与方位角环形电位器缺口在一个方向上，方位为零，当井轴偏斜时，磁北针离开缺口，偏离的角度便是方位角，该角的大小由这个角内电位器的电位差所反映，方位角大，则电位差大，反之则小。仪器经校正，便可知单位电位差代表的方位角的度数，测量磁北针与井轴投影线间的电位差，就可以井轴偏斜的方位角。倾角由对应弧形电位器上的电位差反映。二、资料记录及应用1、点测,间距为25米一点，同时测井斜角和方位角，井斜小时，可加大间距50米一点，井斜大时，可减小间距10米一点，或更小现场要求，同次测井斜角重复测量误差0.5，不同次测井斜角重复测量误差SW,Sxo-SWShmSorSxo1,三、渗透率在一定压力作用下，对一定粘度的流体通过地层畅通性的度量，它反映了油气水层的产能。绝对渗透率相渗透率（有效）相对渗透率K与φ有一定的相关关系,四、有效厚度目前经济技术条件下能产生工业性油气流的油气层的实际厚度根据φe、K、SO及测井信息（Rt、SP、Δt）、岩芯资料综合确定,,第三章测井资料综合解释的基本方法1确定岩性和孔隙度岩性决定孔隙性和渗透性，所以确定岩性和孔隙度是同时进行的。常规的岩性孔隙度测井系列有声波速度、中子、密度、自然伽马能谱孔隙度的基本关系式测井信息（物理参数）ρ、Rt、Δt地质信息（地质参数）岩性（粒度）、φ、K、So1、体积模型（岩石体积物理模型，实为一种简化的地层模型）测井方法特点A、测量的物理量可看成某个宏观的物理量的体积平均值；B、它们对测井结果的贡献，按单位体积来说都是一样的。,2测井数字处理技术及成果简介一、测井数字处理技术的发展1、测井数字处理技术装备的发展六十年代初，数字处理技术开始引入测井工作，车载计算机自动控制的“数控测井仪”人工读数、穿孔输入计算机模数转换装置，自动转换离散数字量输入计算机井场等距采样，模数转换，数字磁带记录仪由车载计算机控制、自动操作、刻度、质检，尽可能减少人为误差，并在井场进行初步处理和解释，采用远程终端和计算站及计算中心通过电话、无线电、卫星传输通讯方式形成计算机网络，及时进行各种类型的处理。如斯仑贝谢测井公司PDP11/34计算机控制的测井仪器CUS系统提供第一级服务，即井场处理资料与现场解释；基地中心站采用VAX77/780计算机，可提供第二级服务，即单井测井资料处理与由油气评价，单井地层倾角测井处理，合成地震记录等；巴黎计算中心站，应用UNIVAC6065和IBM360/370大型计算机，可提供第三级服务，不仅进行单井的资料处理，还可对多井及整个油田进行综合评价。2、数字处理方法及软件的发展“王牌测井”人工读数、穿孔输入，应用不同探测深度的电测井，曲线计算渗透层的Ri、Di、Rt,“Quicklook”快速直观解释方法模数转换装置输入，半定量解释如斯仑贝谢测井公司CUS数控测井仪应用的CYBERLOOK程序进一步发展，对地层岩性成分、粘土含量、孔隙度、孔隙结构、含油性等，建立了相应的测井响应方程及解释模型。有代表性的程序有SARABAND适用于砂岩地层POR、SAND2CORIBAND适用于碳酸盐岩及复杂地层CRAGLOBAL二、数字处理成果图简介1、砂岩地层成果图2、碳酸盐岩及复杂地层成果图3、GLOBAL成果图4、赛佰罗克（CYBERLOOK）解释成果图分为予解释成果图Cyberlookpassone最终解释成果图Cyberlookpasstwo,