测井常识.pdf

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1、测井介绍第一节 引言1927 年发明测井时,法国人把它译为 Carottage eletrigue,其意为电取心,它相当准确地描述了这种地球物理勘探方法。有少数人直译为“在井内用测量装置记录所穿过的地层的 特性”。但是，测井对不同人有不同的用途，对于地质学家来说，测井主要是一种地下勘探 的绘图技术；对岩石物理学家来说，测井是评价储层油气生产潜力的一种方法；对地球物 理学家来说，测井是地面地震分析的一种补充资料。对于测井工程师来说，测井可能仅仅 为模拟应用提供数值。测井的最初应用，是按电导率曲线形态进行逐井地层对比，有时可以越过大的距离。由于测量方法的改井和增多，测井的应用开始趋向于定量评价油气

2、层。下面大部分内容将 主要说明在地层评价中发展起来的测量装置和解释方法。虽然测井是由石油工业为评价油气聚集的特殊需要发展起来的，但是，它和地学家感 兴趣的其它许多领域有关。为了地下绘图而发展起来的新的有用的测量可用于绘制构造图、油藏描述和沉积识别。另外它还可用来识别裂缝或提供地层的矿物组成。在讨论这些应用 之前，先详细分析测量原理。在这个过程中，测井被看成是需要许多学科的综合体，例如 物理学、化学、电化学、地球化学、声学和地质学。本章将按照传统方法讨论测井油气层评价中应用，描述与岩石物理参数有关的各种物理测量，我们从描述测井过程开始，提供一个必须测量的理想试验环境。第二节 测井是什么测井过程包

3、括许多组成部分。我们的主要兴趣是测量装置或探测器。为了满足各种资 料的要求和任务，目前不同类型的测井仪器已超过五十余种，其中一些是无源的测量装置，而另一些是对所穿过的地层产生一些影响的有源装置。它们的测量结果通过特制的铠装点 缆传送至地面，叫做电缆测井。后面的大部分章节讲述测量探测器的基本原理，没有更多地涉及实际仪器的细节，只 对探测器的结构作一般性叙述。所有探测器从外形上来看相互类似，一般呈圆柱装置，直 径为 4in 或更小，以便适应在直径小于 6in 的井眼中测量。它们的长度与传感器排列和所 需的电子线路的复杂性有关。许多仪器可能同时连接，形成长达 100ft 的仪器串。一些探测器常被设计

4、成在井内居中位置测量。这种测量利用附着在仪器外部的弓形弹 簧或较复杂的水力驱动臂来完成，一些测量要传感器和地层紧密接触，也可利用水力辅助 驱动臂完成。专门设计的这些仪器，它们对目的层的一个或多个地层参数很敏感。仪器车给井下仪 器提供电源，以及起下仪器的电缆，并且还拥有数据处理、测量解释和资料永久存储的计 算机。后面个章将要讨论的大部分测量都是连续测量，测量在井下仪器向地面缓慢提升时进 行。实际测井速度随仪器的性质而变化。具有统计涨落误差的测量或传感器与地层之间需 要机械接触的测量，则测速较慢，每小时在 600-1800ft 之间。某些声波和电法测井仪器测 速较大。常规采样为下井仪器每移动 6i

5、n 采集一个平均测量。纵向分辨率的某些仪器，采 样间隔为 1.2 英寸。用于地质研究的专门仪器测井，具有更高的纵向分辨率。在这种分辨 率下，仪器采样的数据，使其能在毫米比例尺上进行详细地解释。从狭义上来讲，测井是岩心、井壁取心和岩硝分析的代用品或补充。因为取心可能在 给定的层段对地层进行连续分析，尽管人们通常喜欢采用，但是电缆的其他操作状态进行 井壁取心，已提供不同深度点处的岩样。从钻井泥浆返回捞取的岩硝，是地下取样的最大 来源之一，但由于录井岩硝与其实际深度不对应，使根据岩硝重建的岩石层序很不准确。虽然测井方法不能直接评价岩样的物理性质，但是它可通过简介方法获得上述三种方 法的补充资料。测井

6、可连续提供与孔隙度、岩性、油气存在以及目的层其它岩石性质有关 的原地测量参数。第三节 储层岩石的性质在讨论测井测量（它常用来提取井内地层岩石信息）之前，让我们简要地研究一 些储 层岩石的性质，以便了解目的层参数和深入理解后面将要讲解的测井测量。根据实际应用，可减少或增加下面的描述内容。地质学家、油藏工程师、地球物理学家或测井分析家的需 要可能不同。构成储层岩石孔隙介质的粒间性质是基本的。尤其是，岩石应该是孔隙的，它的孔隙 度测量是最重要的测量。岩石可能是纯的或含有粘土，纯岩石是一种特定的岩石类型，其本身就是一种重要的 参数。粘土的存在能够影响测井读数，并且对渗透率也有很大的影响。渗透率是流体从

7、孔 隙空间排出难以程度的度量。岩石可能是固结的或非固结的，其机械性质将影响声波测井，而且对井壁的稳定性，以及对地层的产液能力有影响。地层可能是均匀的或具有裂缝。天然裂缝或次生裂缝的存在，将大大地改变地层的渗 透性，因此，裂缝探测和裂缝预测是一项重要工作。储层岩石内表面积常用来评价孔隙空 间产液的可能性。孔隙空间与颗粒性质有关，能够用力度和分布描述它。到目前为止，虽然我们集中与岩石的性质，但实验室中通常含有商业价值的流体。区 分占据孔隙空间的油气和盐水是极其困难的。通常用于描述油气和盐水含量的术语成为“饱 和度”，含水饱和度是被盐水而不是油气占据的空隙空间的百分数。在油气情况下，重要的是区分液体

8、和气体。它不仅对最后的生产过程是相当重要的，而且对地震测量的解释也是相当重要的，因为饱和天然气的地层常常产生性质不同的反射 波。虽然流体性质通常能从间接的测井中做出推断,但是仍然设计有专用的电缆装置,可供对 地层流体取样,并可测量目的层的流体压力。流体的温度和压力对钻井和生产状态都是重要 的。必须识别超压地区，并且可以限制地层的产能。流体含量和岩体的构造形态密切相关。例如，重要的是了解沙提是否相当于一个小的 弯曲河流沙坝，还是一个巨大的石岩平原，这对估算储量和以后的生产钻井将由重大的影响。第四节 测井的应用测井对成功开发油气藏起着重要的作用。它的测量在井的开采期限内，地面地震勘探（它影响决定井

9、位）和生产试验两个重大事件之间占据着重要位置。传统的电缆测井的作 用，一般局限于两个领域：地层评价和完井评价。在油气生产中，地层评价的目的概括起来主要有四个方面：1）是否有油气存在？首先需要识别或推断被井眼穿过的地层中是否有油气存在。2）油气在哪里？必须识别油气聚集地层的深度。3）地层含有多少油气？首先定量确定地层中油气以少数表示的有效体积，即孔隙度。它是一个非常重要的参数。其次是定量确定岩石骨架内流体中油气的体积百分率。第三是关于含油气地层或地质体积的区域延伸范围，这最后一项已远远超出了传统 测井的范围，但是利用最近发展起来的井眼地震测量是能够达到的。4）油气可开采吗？事实上，所有的问题都上

10、好归结于这一实际关心的问题。遗憾的是，由推断出的地层性质，难以解决这个问题。解决这个问题的一种途径是确定地层渗 透率。应用许多经验的方法，可以从测井中提取具有不同精度的渗透率参数。由于地层评价的不断发展，它的一个重要特征，实质上是在逐井评价的基础上完成。已 经研制出许多测量装置和解释方法，原则上，它们通常不求助于地质知识，可以提供随 深度变化的孔隙度和含油气饱和度熟知。因为地下地层变化很大，所以需要许多不同的 测井仪器，对预期的岩石类型给出最可能的组合测量。尽管可利用这样大量的测井仪器，每一种提供补充资料，最后得出的结果主要是两个方面：油气层位置和估算油气藏的原 始油气储量。传统电缆测井研究第

11、二领域是完井评价。它包括多种测量项目。如水泥交 结质量、套管和油管腐蚀、压力测量，以及生产测井的全部服务内容，虽然完井评价并 非本书的重点，但是有关这种用途的某些测量方法，如粘土矿物的识别和岩石机械性质 的估算，也要加以讨论。第五节 测量方法测井最直接的应用,是提供与孔隙性地层存在的油气类型和体积分数有关的测量。应用的测量方法来自三个主要学科：电学、核学和声学。通常，测量主要是对岩石性质或 孔隙流体敏感。首先发展的方法是电导率测量，孔隙性地层的电导率，取决于充满孔隙空间电解液 的性质。显而易见，岩石骨架是不导电的，但其饱和的液体是导电盐水。因此，当盐水 被油气置换时，就会产生电导率差别。通常，

12、在低频条件下进行电导率测量，可以用直 接自然电位的测量确定盐水的电导率。影响孔隙性地层电导率的另一因素是它的孔隙度。盐水饱和的不同孔隙度的岩石，具有十分不同的电导率。低孔隙度地层的电导率非常低，而高孔隙度地层的电导率很高，这样，为了正确地解释电导率测量和确定油气可能显示的重要性，必须知道地层的孔隙 度。许多核测量对地层孔隙度是敏感的，首次试图测量地层孔隙度是建立在以下事实的 基础上，即高能中子与氢之间的相互作用，比地层其它元素能更有效地减小中子的能量，但是，以后将会知道，中子孔隙度测井仪不仅对孔隙空间中的含氢量敏感，而且对地层 中所有的含氢量都敏感。因为测井仪器以同样的方式记录孔隙空间的含氢量

13、和粘土矿物 中的含氢量，所以在有粘土矿物存在时，将使解释复杂化。另一种选择方案是应用噶马 射线的衰减确定地层体积密度有岩石类型的知识可知其特定的颗粒密度，能够简单地把 这种测量转化成充满流体的孔隙度数值。地层中元素俘获低能中子后产生特征能量的伽马射线。通过对这些伽马射线能量的 分析，能够对地层的化学成分作选择性分析，这对识别岩石中的矿物特别有用。高能中 子与地层相互作用，利用碳原子和氢原子的比值，能够直接确定油气的存在。核磁感应（实质上是一种电测量）对地层中自由质子的数量是敏感的，因此，核磁 测井又提供了一种确定孔隙度的方法，应用核磁测井的其它方面预测地层渗透率，也取 得了某些成功。声波测量能

14、够确定岩石的弹性参数，决定纵波传播的一个重要因素是孔隙度，因此，声波测量又能提供另一种孔隙度测量，它对探测裂缝也是有用的。井内传播的低频声波 幅度与渗透率有关。从以上叙述得到的一个印象是：测井仪器测量的参数和实际期望的参数有关，但又 不相同。由于这个缘故，有一个称之为测井解释的独立学科领域，它试图把测井仪器响 应与地质学结合，提供随井深变化的各种重要的岩石物理学参数综合剖面图。第六节 其他人如何看测井表 1-1 是关于沉积环境的重要地质参数简明系列表，地层成分在细节一项中作了研 究，将其分成框架和流体，必须按照矿物类别识别框架，如果有粘土存在，需要确定 其数量。值得注意的是，把测井中通用的术语

15、骨架归结为岩层、粘土或泥岩分别处理，流体含量必须分为水和油气。表内最后一项有关资料的数量，可由各种不同的测井测 量提供，在原来的表中，列举了许多测井测量与地质参数有联系。表 1-1 沉积环境的地质参数这里仅详细列出其组成，最后几类可用各种测井测量确定表 1-2 有 Pickett 提供,它说明测井在石油工程中的一些应用,13 种不同的识别应用可清楚地 划分为三类:识别、估算和生产。识别涉及地下构造图或地层对比，估算是测井较定量的应 用，它需要具有一定精度的物理参数，如含水奥合度或压力，最后一类用测井测量监视油 藏再生产期间动态的变化。表 1-2 测井在石油工程中的应用（取自 Pickett）岩

16、石类型 识别地质环境 油藏流体接触面位置 探测裂缝 估算原始油气储量 估算可采油气量 确定地层水矿化度 确定油藏压力 确定孔隙度或孔隙大小的分布 水驱可行性 油藏评价图 层间连通的可能性 油藏流体云移监测 表 1-3 时为商业教育片准备的测井应用一览表。若从字面上来看，则表明每个人都需要测井，为了检验这个假设的正确性，需要详细 地观察一下它的测量。作为这种分析的开始，让我们转向测井的历 史起源，即可看出为什么称它为电取心。表 1-3 测井可解答的问题测井应用在一口井中测量的一组测井曲线，通常对不同人有不同的应用，让我们研究一下各类人提出的问题和想要探索的答案1、地球物理学家期待解决的问题1）、

17、你预测的盖层顶部在哪里？2）、正如你从地震资料所假定的那样，这些潜在层是孔隙性地层吗？3）、合成地震剖面显示了什么？2、地质学家可能要求1）、地测顶不深度是多少？2）、环境对油气聚集是否有油气显示？3）、该井是否有油气显示？4）、什么类型的油气？5）、存在的油气具有商业价值哪？6）、是一口好的井吗？7）、储量是多少？8）、在位移钻井中的地层是否有商业价值？3、钻井工程师1）固井的井眼体积是多少？2）井中是否有“键槽”或严重的“狗腿子”？3）你能够得到好的试井分割器的位置在哪里？4）哪里是安装造斜器的最佳位置？4、油藏工程师需要知道1）产油层的厚度多大？2）剖面地层均云吗？3）每立方米地层油气体积是多少？4）该井能偿还成本吗？5）该井能开采多久？5、生成工程师与下列问题密切相关1）该井在什么层段完井？2）期望该井是什么类型的采油速度？3）该井是否产水？4）该经应如何完井？5）潜在产层是否与水层隔离？-摘自:Well Longging for Earth Scientists DARWIN VV.Ellis张守谦,顾纯学译