石油地球物理测井简介

  • 作者: 实验中心
  • 发布日期: 2016/11/01 00:00:00
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介绍
  测井运用物理学的原理和方法,使用专门的仪器设备,沿钻井(钻孔)剖面测量岩石的物性参数,包括电阻率,声波速度,岩石密度,射线俘获及发射能力等参数。根据这些参数,了解井下地质学信息及资源赋存状态。工程人员根据对这些信息的研究,发现并评价资源(包括石油、天然气、煤、金属、非金属、地热、地下水等资源)的储量和赋存状态。在此基础上,制定各种资源的合理有效的开发方案。也就是说,地球物理测井是包括油气藏、煤、水资源、金属及非金属等各种资源勘探开发极其重要的技术手段。甚至在城市的市政规划中地基勘测、高速铁路建设及地铁建设中也发挥着重要的作用。

  岩石和矿物有不同的物理特性,如导电特性、声波特性、放射性等。这些特性统称为岩石和矿物的物理性质。在地球物理勘探中相应地建立了许多种测井方法,如电法测井、声波测井、放射性测井和气测井等。
地球物理测井的应用范围如下:确定井剖面的岩石性质,评价油(气)、水层,发现煤、金属、放射性等矿藏,并确定其埋藏深度及有效厚度;测量计算储量所需要的各种地质参数,如岩性成分、孔隙度、饱和度、渗透率煤田储量计算参数等;确定地层倾角、岩层走向和方位,以及钻孔倾角和方位角,研究沉积环境等;检查井下技术情况,如检查固井质量和套管破裂情况等;发现和研究地下水源(淡地层水)。


发展历史
  地球物理测井方法于1927年由法国人斯伦贝谢兄弟(现在全球最大的油田技术服务公司斯伦贝谢创始人)(C.Schlumberger & M.Schlumberger)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。
50年代初期,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,对岩层作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。60年代后期,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、浅侧向测井,深、中感应测井,微侧向测井),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)性等作定量解释,同时开展了以地层倾角测井为核心的地质分析。70年代末期出现了数控测井仪,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。


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:
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。
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。
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。根据同性电相斥的原理,在供电电极(又称主电极)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(垂直井轴方向)流入地层。由于侧向测井电极系结构不同(如双侧向电极系的浅侧向电极系和深侧向电极系),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。
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。它是淡水泥浆井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。
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田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。
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而产生的。因此,自然电位曲线可用来指示渗透层,确定地层界面、地层水矿化度以及泥质含量。在油(气)井中,它与电阻率测井组合,可以划分油(气)、水层并进行地层对比等。
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情况。声波测井按其探测目的不同,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。
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。
声幅测井
  测量声波初至波前半周幅度的衰减。分为裸眼声幅测井及固井声幅测井。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。
声波变密度测井
  是一种全波波形测井。在套管井中,它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。在裸眼中,它用于确定岩石的横波速度,计算岩石弹性参数(泊松比、杨氏模量、切变模量等),对于评价煤层的岩石强度特别有用。
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。
放射性测井
  测量井剖面岩石的天然放射性射线强度,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,判断气层等(见核子地球物理勘探)。
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(油、气、水),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、戊烷等)和非烃类气体的含量及其化学组分,用以发现探井中油(气)层,提供测试层位。它是石油勘探中一种直接找油、找气的测井方法。
随钻测井
  将电阻率、自然伽马、井斜等传感器装在钻挺内,边钻进边测量,脉冲信号通过泥浆传输到地面记录系统,可以消除泥浆对油(气)层侵入的影响,能反映油(气)层的负电阻率,提高地层评价精度。井斜信息能及时确定井眼斜角和方位角,控制钻井质量。这种方法已在世界海洋钻井工作中使用。
生产测井
  测量套管井内流体的流量、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测井、含水率测井、压力测井及温度测井等。
  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。
数据处理
  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射线强度等。
测井数据的处理是通过由不同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 野外磁带的检查,是用程序将磁带上记录的数据打印出来,以检查各种数据文件的鉴别号、深度值、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。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、原始油气体积、可动油气体积、渗透率、次生孔隙度指数、岩石矿物成分等十几个地质参数,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。
解释
  根据处理后所得到的数据或地质参数曲线,对钻孔的目的层作出定性、定量评价。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、并对煤层的品位作出评价。图1和图2是油田中碳酸盐岩剖面和砂-泥岩剖面计算机处理解释成果图的实例。图中:岩石体积成分为显示地层有效孔隙度(Фe)、粘土含量(Vc)和岩石骨架矿物含量(Vm)测井解释曲线;流体体积成分为显示地层有效孔隙体积()、冲洗带地层含水孔隙体积 ()和原状地层含水孔隙体积(V·ФW =ФSW)测井解释曲线;油气分析为显示原状地层含水饱和度(SW)、冲洗带地层残余油气体积(Vhr=Ф ·Shr)和冲洗带地层残余油气质量(mhr=Ф·Shr·ρh)测井解释曲线;地层特征就是显示地层次生孔隙度指数(SPI)、平均岩石骨架颗粒密度()和渗透率指数(KI)测井解释曲线。在地层体积成分与流体成分之间显示一条井径差值曲线。