[科普中国]-常规测井方法

简介

所谓常规测井方法主要是指目前在油气勘探开发中,探井测井,评价井测井、开发井测井工程中都要测量的测井方法,即所谓"九条"曲线系列一一白然伽马、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。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。这九种测井方法各有主要的应用方向，具体见右表所示。

自然电位测井在电阻率测井的初期,人们在钻井中就观测到了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。自然电位的测量很简单,即把一个测量电极放在井下,另一个放在地面,可以连续地测量出一条自然电位曲线,如果把曲线正极电位作为基准,则曲线的负峰处一般都是具有渗透性的砂岩。因此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

伽马测井1.自然伽马测井

把仪器放到井下,测量地层放射性强度的方法叫作自然伽马测井(GR)。这种方法已有很长的历史,自然伽马与自然电位测井相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层,自然伽马测井的另一优点是可在下套管井中测量。

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,为此研制了自然伽马能谱测井,即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。

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,在地层中产生生波即纵波和横波,在井壁一钻井液界面上产生诱导的界面波即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,就是声波测井。接收器、声源统称为声系,根据声系排列及尺寸的不同,声波测井仪可分为补偿测井仪(BHC)、长源距声波测井仪( LSS)和阵列声波测井仪。声波在井内地层中传播由于地层岩石成分、结构、孔隙中流体成分的变化其波的速度、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),而记录声幅度变化的则称为声幅测井。

声波速度测井中短源声系仅记录纵波(即首波)传播时差,长源距声系可记录下纵波、横波、伪瑞利波、斯通莱波等各种波列的传播时差,所以又称为全波声波测井,而阵列声波仪由于声系复杂既可以记录纵波声速,又可以记录全波列声速,还可以记录声幅。1

中子测井中子测井是用中子探测器直接测量地下地层中的热中子和超热中子的密度,它能记录孔隙度随深度变化的曲线,中子测井、密度测井、声波测井三种方法进行组合分析,能较准确地划分地层岩性和确定地层孔隙度。

密度测井密度测井是确定岩性和岩石密度的重要测井方法,与声波测井,中子测井组合形成岩性孔隙度测井系列。

1.伽马射线物质的作用

由伽马射线源放出的伽马射线,其能量范围为几万电子伏特到几百万电子伏特。当高能伽马射线穿过物质时,与物质发生相互作用,通常会产生三种效应,即电子对效应、康普顿效应和光电效应。

2 补偿地层密度测井原理

利用伽马射线与物质作用的康普顿效应，研制出补偿地层密度测井仪。利用固定强度的伽马射线源照射地层，伽马射线穿过地层时，由于产生康普顿效应，伽马射线会吸收,地层对伽马射线吸收的强弱决定于岩石中单位体积内所含的电子数,即电子密度,而电子密度又与地层的密度有关,由此通过测定伽马射线的强度就可测定岩性的密度。

3.岩性密度测井原理

岩性密度测井是在补偿地层密度的基础上发展起来的,除利用康普顿效应求地层密度外,还利用光电效应来划分岩性。

侧向测井1.七电极侧向测井(简称七侧向)

七侧向测井由主电极Ao、两对监督电极MIM2、M1'M2 及两个屏蔽电极A1、A2 构成,电极呈环状,每对电极相对Ao 是对称的,并短路相接。测量时Ao 电极供以恒定电流Io,屏蔽电极A1、A2 流出相同极性的屏蔽电流Is,通过自动调节,使监督电极M1 与M1'(M2 M2')之间的电位差为零,因此无论从Ao 或Al、A2 来的电流都不能穿过M1、M1' (M2 与M2')之间的介质,迫使电流沿径向流入地层,主电极Io 电流呈圆盘状沿径向流入地层,圆盘的厚度约为O1O2(O1 和O2 分别为M1M1'和M2M2'的中点)。

2.球形聚焦和微球形聚焦测井

1)球形聚焦测井

球形聚焦测井由九个电极组成,A0 为主电极,在A0上列对称排列着M0、M0', A1、A1', M1、M1'、M2、M2'四对电极,每对电极短路相接,A1、A1'电极与A0 电极极性相反,称为辅助电极。由A0 供给的电流一部分流到A1、A1'电极,称为辅助电流,用Ia 表示;另一部分电流进入地层,流经一段距离后回到较远的回路电极B,这部分电流称为测量电流。

2)微球形聚焦测井

微球形聚焦测井原理与球形聚焦测井完全相同,只是电极系形状不同。主电极呈矩形,其他电极是短形环状,电极间的距离变小,并装在绝缘极板上,借助于推靠器,使电极与井壁直接接触(如图)。辅助电流Ia 主要经泥饼流入A1 电极,这就减小了泥饼的影响,迫使主电流Io 流入地层中,对于渗透性地层,即流到侵入带中。由于电极距小,探测深度浅,不受原状地层电阻率影响,主要是探测侵入带的电阻率。

3.双侧向测井

双侧向测井的原理与七侧向测井类似,采用圆柱状电极和环状电极,主要极Ao 通以测量电流Io,Ml、M2(M'1、M'2)为测量电极,测量过程要保持Ml 、M2(M'1、M'2)电极间的电位差为零。进行深侧向测井时屏蔽电极A1、A2 合并为上屏蔽电极,A'1、A'2 合为下屏蔽电极,并发射与Ao 电极同极性的屏蔽电流Is。浅侧向测井时A1、A'1 为屏蔽电极,极性与Ao 电极相同,A2、A'2 为回路电极,极性与Ao 相反,由Ao 和屏蔽电极Al、A'1 流出的电流进入地层后很快返回到A2、A'2 电极,减小了探测深度。1

感应测井直流电法测井(普通电阻率测井、侧向测井等)方法都是由供电电极供以电流,在井周围地层中形成电场,测量周围地层中电场的分布,得出地层电阻率,这就要求井内有导电钻井液,提供电流通道。但有时为了获取地层原始含油饱和度资料,需用油基钻井液钻井,有时还采用空气钻井,井内没有导电介质,不能使用直流电法测井。1

地层倾角测井地层倾角测井是一种用来确定过井的地层平面相对于水平面的倾斜角及相对于磁北的倾斜方位角的测井方法。

目前,我国石油测井中使用的地层倾角仪有阿特拉斯公司的1013 仪和1016 仪,斯伦贝谢公司的高分辨率地层倾角仪HDT、地层学高分辨率地层倾角仪SHDT、哈里伯顿公司的六臂倾角仪等。我国海洋测井公司已经制造出了八臂倾角仪。应用这些倾角仪在我国石油探井中已经测量过数千口井的资料,利用这些资料在识别断层,不整合、裂缝、沉积构造、确定地应力等方面做了大量的研究工作,在油气勘探开发工程中发挥了重要的作用,地层倾角测井已经成为一种常规测井方法。1