第二章 测井技术和测量方法

第二章 测井技术和测量方法

2.1测井分类

在本书中，我们把兴趣局限于评价岩石及其所含流体成分的测井问题上。这包括裸眼井

和套管井两个方面的测量内容。

表2—1示出分成两大类的这些测量方法：即由自然(或自发)现象形成的测量方法和由

诱发的现象形成的测量方法。第一组方法仅采用合适的探测装置取得测量结果，第二组除了

需要探测系统之外，还要有适当类型的发射体去激发地层的特有响应。

表2—1 测井的测量方法分类

类 别 方 法 方法代号

利用自然或自发的现象，基本设备是单探测器（被动系统） 自 然 电 位 SP

自然伽玛放射性 总计数 GR

谱测量 NGS*（能谱测井）

温度 T

井眼直径 GAL

井 斜 DEV

用来自地层的诱发相应测出的物理性质。基本设备是源（或发射体）和探测装置。 电

阻

率 长源距

装 置 非聚焦的 N,L,ES

聚焦的 KK , SFL

微装置 非聚焦的 ML

聚焦的 MLL , PL , MSFL

超长电极距装置 ULSEL

电 导 率 IL

介电常数（电磁波传播） EPT

氢指数（利用中子照射） N, NE, NT, SN (P), CN

(L)

中子俘获截面或热中子衰减时间（中子寿命） TDT , NLL , GST

光电吸收截面 LDT

电子密度 FDC , LDT , D , CD

质子自旋衰减时间（核磁共振）

元素成分(诱发的伽马射线测量)

声波速度

地层倾角

机械特性（声波幅度） 2.1.1 自然现象

1)能测量的自然伽马放射性为。①伽马射线的总计数率，如传统的自然伽马测井，②

对应于所选能量域的计数率，如自然伽马能谱测并(NGS*或能谱测量)。

2)自然电位。SP测井。

3)地层温度。井温测井。

4)井眼直径。井径测井，实标上是与岩石机械和化学性质密切相关的一种测量方法。

5)井眼偏斜。井斜测井，测量井眼偏离铅垂方向的角度及其偏离方向(或方位)。

2.1.2 测量地层次生响应的物理性质

2.1.2.2 电测量(发出电信号)

电阻率或电导率：

1) 采用电极系的有：普通电法测井(ES)，侧向测井(LL)、微电极测井(ML*)，微侧向测井(MLL*)、球形聚焦测井(SFL*)、微球形聚焦测井(MSFL*)、高分辨率地层倾角仪(HDT*)、(SDT*)。

2）采用感应线圈的有。感应测井(IL)。

2.1.2.2 核测量(以伽马或中子射线照射地层)：

(1) 密度

由放射源放出伽马射线，探测地层返回的康普顿散射伽马射线：地层密度或伽马一伽马测井(FDC*、D、GD*、LDT*)。

(2) 光电吸收系数(与平均原子序数有关)

这是一种低能伽马射线的现象，也是在岩性密度测井(LDTY)中，除密度之外还要进行测井的内容。

(3) 氢指数

地层连续受到高能中子的轰击。高能中子不断与原子核，特别是与氢原子核，发生弹性碰撞而被减速。

有几种技术已经使用，它们探测：

1) 热中子(己被减速到热中子能量的那些中子)。中子一热中子测井(CNL*,NT);

2) 热中子被原子核俘获时放出的伽马射线：中子一伽马测井(N);

3) 超热中子(还没有被减速到热中子能量的那些中子)：中子一超热中子测井(NE*、SNP*、超热中子型的CNL*)。

4) 宏观热中子俘获截面（∑）

放射短脉冲高能中子，在脉冲间隔内测量地层中热中子总数的衰减率。这是一种中子 获现象：热中子衰减时间测井(TDT*)或中子寿命测井(NLL)。

(5) 元素成分

对于高能中子与某些原子核相互作用而放出的伽马射线进行能谱分析。有三种类型的相互作用，这对于诱发出的伽马射线能谱比较重要：

1) 快中子或非弹性相互作用：非弹性伽马能谱测量法(IGT、GST)—碳／氧比测井；

2) 中子俘获。俘获伽马能谱测量方法(GST、IGT)—氯测井;

3) 活化及后续的放射性同位素衰变。活化测井，高分辨率能谱测量法(HRS)。

(6) 质子自旋衰减时间

脉冲直流磁场把质子的核磁矩进行瞬时排列。脉冲之后，测量地层质子停止在地磁场中旋进所需要的时间。该自旋衰减时间能用来求出残余油的数量，这种测量方法称为核磁共振测井(NMIL)。

2.1.2.3 声波测量——把声信号发送到地层中去

它可以测量： 1) 根据两个接收器之间的传播时间，测出纵波速度：声波测井(SV、SL、BHC*)还能测量横波速度。

2) 从地面震源到井下检波器的声波传播时间：地震测井(WST*)。

3) 到达接收器波列中的选定波峰或波谷的幅度。纵波或横波的波至可能是有用的：幅

度测井(A)。

4) 波列的各组成部分的相对幅度，波列的形态：变密度测井(VDL*)，声波波形成象，地震测井(WST)、井下电视测井(BHTV)。

2.2 测井测量方法特有的问题

虽然我们希望测井资料就是地层的直接测量结果，但是由于受井眼的限制，在井眼附近由钻井造成的某些不利因素，以及测井仪器本身的几何形态，都使测井读数受到影响。井内的温度和压力也可给仪器的工作带来麻烦。

2．2．1．井眼影响和侵入问题

2．2．1．1．钻井液

钻井液对测井资料的影响取决于几个方面的因素：

(1) 井眼直径

井眼越大，围绕测井仪器的流体体积越大，它对测井读数的影响也就越大。井眼尺寸大到一如定程度以后，可能就很少有或没有来自地层的信号了。测井公司除了要指定能使井下仪器安全起下的最小井眼尺寸之外，还常要推荐最大的井眼尺寸。

(2) 钻井液类型和钻井液密度

是不是能够或应该进行某一种测井取决于井眼中的钻井液类型。例如，在充满空气的井眼中，就不能很好地传播声波信号，油或空气不传导电流，饱和盐水钻井液，由于其高导电

性，而使得感应测井井眼信号偏大(可是另一方面，对于聚焦电阻率测井装置是有利的，因

为这使电极和地层之间的导电性得到改善)。

钻井液矿化度尤其影响电导率、电阻率和氢指数的测量结果。钻井液密度影响伽马射线的吸收。

有可供对井眼影响进行校正的图版。

2.2.1.2

暂不讨论用空气或乳化钻井液钻的井，钻井液的功能是：

1)冷却钻头；

2)防止井眼垮塌；

3)防止地层流体流动(极端情况是井喷)，

4)把岩屑带到地面。

原则上，应通过仔细控制钻井液密度，保持钻井液压力稍高于地层孔隙流体压力。由于这个压差，就有钻井液渗入多孔隙的渗透性地层中去的趋势。这就叫做钻井液侵入。钻井液中的固体颗粒通常比孔隙大，只有液体成分才能侵入到地层中去。所以在钻井过程中，只要有钻井液滤液渗入，就要在该处的井壁形成泥饼。实际上，泥饼形成了—个阻止进一步侵入的非渗透膜(图2—1)。 钻井液滤液替换了地层的一部分流体，其侵入深度取决于岩石孔隙度和渗透率、钻井液的“失水”因数(从钻井液中脱出水分的数量)以及井眼和地层之间的压差。

对于给定的钻井液类型，在与其相接触的地层的渗透性和湿润性以及压差一定的情况下，孔隙度越小，侵入深度就越大。即，对于指定的一组条件，我们认为滤液体积是恒定的；随着孔隙度降低，容纳该滤液所需要的岩石总体积增加。

图2—2是侵入剖面的示意图。井眼附近的储集岩石所含的流体与侵入以前不同，在性质和特征方面都发生了变化。由于测井仪器总是或多或少探测到一部分侵入带信号，所以欲求出完全代表原状地层部分的含流体饱和度数值，就必须考虑到这些变化。对于这个问题还没有完善的解决办法。一种满意的途径是把冲洗带电阻率RXO和原状地层电阻率Rt之间的侵入流体分布模拟为阶梯形剖面(图2—3)，把不同探测深度的测井仪器测出的电阻率组合起来，求出冲洗带和原状地层两个区域的饱和度(分别为Sx和SW )。

2．2．1．3．套管和水泥环

当有套管和水泥环时，某些测井方法就要被排除掉(如电阻率测井)。通常，只有核测量(和某些声波测量)才能透过套管。

2．2．1．4．流体可动性

从储集层评价的观点来看，虽然侵入是一种讨厌的现象，但是它能够用作储集层流体可动性的指示。烃类物质(油，气)的可动性是指它被替换的容易程度。

计算出的侵入带和原状地层的饱和度SXO。和SW的差值就是被滤液替换掉的烃类物质(油，气)的数量。可产油指数POI(也叫做可动油指数)的定义为：

)(WXOSSPOI

（2-1）

如果假定，在钻井液滤液侵入过程中对烃类物质的替换代表了后来的水驱生产期间所发生的情况那么POI就是非常有用的表示可能采收率的指数。当然，如果差值(SX一SW)小，则烃类物质的可动性可能不好，采收率会低反之，大的差值就意味着有好的采收率。流体可动性实质上是其相对渗透率的函数。如果该值为零，则可动性为零。在渗透率高的情况下，当然可动性也高，一旦钻井液循环停止则被替换的烃类物质常会迅速返回。如果侵入非常深如果侵入则深探测电阻率测量值可能非常接近于Rxo，而不是Rt。从表面上看，侵入带饱和度似乎与原状地层饱和度没什么差别，我们就有可能错误地得出结论：可动性很差。在压差小，侵入轻微的情况下，尽管烃类物质的可动性高，也还是会得出类似的结论。零压差或反压差也具有相同的效应。在计算饱和度Sxo。和Sw以及做出可动性好或差的结论以前，一定要仔细考虑对侵入可能有影响的因素：孔隙度、岩石类型、钻井液密度，地层压力等。

采收率因子f被定义为：

)1/()(wwxoSSSf （2-2）

它就是该处地层初始烃类物质中可采部分所占的分数。

2.2.2 井下仪器几何形状的影响

2.2.2.1井下仪器直径和偏心

对于一定尺寸的井下仪器，有可以使该仪器安全起下的最小井眼尺寸。大部分的测井服

务项目的井下仪器直径范围都适合于普通井眼尺寸，另外还包括有特殊的小井眼设备。

井下仪器可以处在相对于井轴的三种状况之一(图2—4)：居中、偏心靠井壁(δ=0)和离开井壁—个小间隙(δ= 常数)。某些测量方法要求仪器处在正确的位置，为此要用机械装置予以保证。这些机械装置有：—个或几个多臂的扶正器(BHC)、单臂偏心器(CNI、FDC)和橡胶间隙器(感应测井)。这类设备在斜井中就变得更为重要，因为在斜井中，井下仪器总是趋于躺在井的低边(实际上，井很少是完全铅垂的)。

偏心系数定义为：

)/(2井下仪器ddh （2-3）

当井下仪器完全居中时，ε为1.0;完全靠井壁时，ε为0。

2．2．2．2．传感器源距和探测深度

测井仪器读取的不是某一个点的读数，它们测量的信号来自传感器周围有限体积的地层。

如果单探测器装置(如自然电位电极、自然伽马探测器)周围的介质是均匀的，则它的响应来自以探测器为中心的一个球体的体积。

当井下仪器采用—个源或发射体(电流电极系统、感应线圈、中子源、声波发射器等)和一个探测器(测量电极、接收线圈、中子或伽马射线探测器、声波接收器等)时，它所接收到的是来自和源至探测器之间源距相当的同一数量级的高度的那部分地层体积的信号。

在用两个探测器的情况下(即，补偿中子或声波测井仪)，两个接收信号之差所测量的是探测器一探测器之间的那部分地层。

所以，测井的测量结果是平均数值，是所跨越体积范围内地层的集合响应，该地层体积的大小和形状取决于井下仪器的几何结构以及测量方法。