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1、西安石油学院 谭成仟 2002.11测井资料在 石油工程中的应用1、绪论 2、常规测井方法及其地质响应 3、测井储层分析 4、工程测井 5、油井动态测井讲授内容石油主要形成于沉积盆地 ，在沉积盆地中岩石成层分 布且类型很多，但并非所有 的岩石都能储集油、气、水 ，而只有那些具有一定孔隙 空间和具有一定渗透性的岩 石才能储集油气水，我们称 这类岩层为储集层，我们测 井的一个基本任务就是从钻 井地质剖面中把这种储集层 划分出来，继而找出有工业 价值的油气藏。一、绪 论石油测井所能解决的问题一、绪 论地质问题：(1)建立钻井地质岩性剖面， 划分油、气储集层，定量的估 计油、气储集层的储集性能-孔 隙
2、度、渗透率以及油、气储集 层的深度和厚度；(2)评价油、气储集层的生产 能力，确定油、气储集层的含 油、气饱和度，研究油、气储 集层的径向饱和特性；(3)进行地质剖面的对比，研 究岩层的岩性、储集性、含油 性等在纵、横向上的变化规律 ，确定岩层产状和绘制地下构 造轮廓；石油测井所能解决的问题一、绪 论生产问题：(1)在油田开发过程中 ，提供油层动态资料， 例如生产井各层的产液 和注水井各层的吸水状 况；(2)研究油、气井的技 术状况，如井径、井斜 、固井质量以及检查水 泥封堵效果和检查压裂 效果等；(3)研究地层压力，岩 石强度和其它一些问题 。流量测井图石油测井所能解决的问题一、绪 论固井声
3、幅测井曲线固井 质量 合格固井 质量 中等检查压裂效果放射性同 位素测井第1次压裂 开的井段第2次压裂 开的井段常用的石油测井方法一、绪 论目前，在石油测井中广泛使用的测井方法有：(1)研究岩石导电性质的一组测井方法：如感应测井，侧向测 井，微侧向测井，球形聚焦测井以及普通电极系视电阻率测井 ，微电极系测井等；(2)研究岩石电化学性质的一组测井方法：如自然电位测井， 人工电位测井；(3)研究岩石弹性性质的一组测井方法：如声波速度测井，声 波幅度测井，声波电视测井，声波全波列测井(变密度测井)；(4)研究岩石的原子物理及核物理性质的一组测井方法：如自 然伽码测井，密度测井，中子测井，碳氧比测井，
4、中子寿命测 井，能谱测井，同位素测井等；(5)其它一些测井方法：如流量测井、热测井、核磁测井，介 电测井，地层倾角测井，气测井以及检查井内技术状况的一组 测井方法。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（综 合测井图） 即：1、岩性测井系列自然伽马、自然电位、井径测井2、电阻率测井系列-饱和度测井深、中、浅三电阻率测井曲线3、孔隙度测井系列声波、中子、密度三孔隙度测井曲线二、常规测井方法及其地质响应自然电位-SP自然伽马-GR井径测井-CAL二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列在电阻率测井的初期，人
5、们在钻 井中就观测到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 个电极放在地面，另一个测量电极 放在井下，移动电极M，就可以连续 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 的负峰处一般对应具有渗透性的砂 岩。因此自然电位可以作为划分岩 性，判断储层性质的基本测井方法 。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SP自然电位测井原理1、自然电位产生的 原因在油气钻井中，产生 自然电位的主要原因是 在井壁上产生的扩散吸 附电动势和过滤电动势 。 （1）井内的扩散吸 附电动势：井内的扩散吸附电动 势，是由于溶解在
6、地层 水和泥浆中的离子存在 浓度差的条件下，离子 进行扩散形成的。离子 的扩散途径有两个。如 图示二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SP自然电位形成示意图井中砂、泥岩接触的情况下，当地层水浓度Cw大于 泥浆滤液浓度Cmf时，离子扩散形成的电荷分布A、砂岩井壁上产生的扩散电动势： 在地层水与泥浆之间的直接扩散 B、泥岩井壁上产生的扩散电动势： 地层水通过泥岩与泥浆之间的扩散假定泥浆 滤液和地 层水均为 NaCL溶液二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SPA、砂岩井壁上产生的扩散电动势： Na离子和CL离子在砂岩井壁上直接扩散，形成的扩散电动势Ed极性：低浓度溶液（泥浆）一方为负，高
7、浓度溶液（地层）一方为正。大小：与两种溶液之间的浓度差有关，还与溶液中盐离子的类型和溶液 温度有关。显然，溶液之间的浓度差越大，形成的扩散电动势也会越大。 B、泥岩井壁上产生的扩散电动势：地层水通过泥岩与泥浆之间的扩散。泥质颗粒对CL离子有选择性吸附 的作用，CL离子都被束缚在泥质颗粒表面，不能自由移动，只有Na离子 可在泥质地层中移动，泥质所起的作用就好象一种只许带正电荷的钠离子 通过，而不允许氯离子通过的离子选择薄膜一样。因此在泥岩井壁上只发 生钠离子的扩散。这时形成的电动势称为扩散吸附电动势Eda极性：低浓度溶液（泥浆）一方为正，高浓度溶液（地层）一方为负。大小：也是取决于两种溶液之间的
8、浓度差，还与溶液中盐离子的类型和 溶液温度有关。自然电位产生的原因 （2）过滤电动势：除去上述由于扩散吸附作用产生的自然电动势之外， 还有一种由于地层和钻井液柱压力差引起的过滤电动势。这种电动势时由于泥浆柱与地层之间存在着压力差， 泥浆滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的，其大小与井壁 两侧的压力差和泥浆滤液电阻率称正比，与泥浆滤液的粘 度成反比。在石油钻井中通常要求钻井液柱压力略高于地 层压力，但相差不是很大，故过滤电位在油井中一般很小 ，与扩散电动势相比，可忽略不计。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SP二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SP2、自然电位测井曲线形状分析井内自然
9、电流的分布如图所示，它 说明井内的电流强度不是均匀分布的 。自然电位测井在井内测量的电位是 自然电流的电位降产生的。在离砂岩 较远的泥岩上(如a点以上)，自然电流 甚小，几乎没有什么变化，所以大段 泥岩上的自然电流曲线基本是一条直 线。过了a点，电流强度逐渐增加，使 井内电位逐渐降低(RwRmf时)，自 然电位曲线缓慢偏向负的方向。在泥 岩与砂岩的接触面附近，井内电流强 度最大，电位降也最大，自然电位曲 线急剧偏负。过了地层界面，电流强 度又逐步减小，电位继续降低，自然 电位曲线继续偏负，但速度减慢。若 砂岩厚度较大，则在地层中部，自然 电流很小，变化也很小，自然电位曲 线几乎是与井轴平行的直
10、线。在砂岩 下部，自然电流又逐渐增加，但因其方向与砂岩上部相反，自然电流的电 位降是使井内电位逐步增加，自然电位 曲线向电位正的方向移动，其变化情况 与砂岩上部类似，因此，若砂岩岩性均 匀，自然电位曲线在砂岩上的异常对地 层中点有对称性，异常幅度的半幅度应 是地层的界面，异常幅度的大小应当等 于自然电流在井内的电位降。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-SP3、自然电位曲线的应用 （1）划分渗透性岩层，并确定其界面明显的自然电位异常是渗透层的显著特征 ，自然电位曲线是划分渗透层的有效工具。 一般可按半幅值点确定渗透层的界面。 （2）分析岩性因为自然电位是离子在岩石中的扩散吸附 作用产生的
11、，而岩石的扩散吸附作用与岩石 的性质有很密切的关系，故可根据自然电位 曲线的变化分析岩性，特别是分析岩性变化 。如地层的岩性变细，泥质含量增加，常常 表现为自然电位幅度降低。自然电位曲线可 明显地划分出泥岩类(泥岩、页岩等)、砂岩、 泥质砂岩，并可结合电阻曲线划分出有渗透 性的生物灰岩等。因为自然电位曲线与岩性有密切关系，曲 线变化又比较简单，比较形象，自然电位曲 线也是地层对比的一项重要资料。 （3）定量计算地层泥质含量 （4）估算地层水电阻率自然伽马测井如图所示，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
12、很好地划分岩性和确定 渗透性地层，自然伽马的另一 个优点是可在下套管的井中测 量。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-GR1、岩石的放射性由表1-3可以看出，沉积岩的自然放射性，大体可分为高、中、低三种 类型。（1）高自然放射性的岩石：包括泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、深海沉积 的泥岩，以及钾盐层等，其自然伽马测井读数约100API以上。特别是深海泥 岩和钾盐层，自然伽马测井读数在所述沉积岩中是最高的。（2）中等自然放射性的岩石：包括砂岩、石灰岩和白云岩。其自然伽马 测井读数介于50100API之间。（3）低自然放射性的岩石：包括岩盐、煤层和硬石膏。自然伽马读数约 50API以下。其中硬石膏
13、最低，10API以下。 根据这一分类看出，除钾盐层以外，沉积岩自然放射性的强弱与岩石中 含泥质的多少有密切的关系。岩石含泥质越多，自然放射性就越强。这是因 为构成泥质的粘土颗粒较细，有较大的比表面积，在沉积过程中能够吸附较 多的溶液中放射性元素的离子。另外，泥质颗粒沉积时间长(特别是深海沉积 )，有充分的时间同放射性元素接触和进行离子交换，所以，泥质岩石就具有 较强的自然放射性。这也成为我们利用自然伽马测井曲线区分岩石性质、进行地层对比，以 及定量估计岩石中泥质含量的依据。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-GR2、自然伽马测井曲线的应用(1)划分岩性主要是根据地层中泥质含量的变化引起
14、自然伽马曲线幅度变化来区分不同的岩性。右图是自然伽马测井曲线对不同地层的 响应，对于纯石灰岩、纯砂岩、白云岩、硬 石膏，石膏、煤层及盐岩等，自然伽马显示 低值；对于火山灰、泥岩显示高自然伽马值 ，而对于含泥质岩石自然伽马显示中等，并 且随着泥质含量增减而变化。一般来说，泥 岩的自然伽马幅度为75-150API单位，平均 为100API单位，硬石膏和纯石灰岩为15- 20API单位，白云岩和纯砂岩的自然伽马幅 度为20-30API单位。但对某一地区来说，应 该根据岩心分析结果与自然伽马曲线进行对 比分析，找出地区性的规律，再应用于自然 伽马曲线的解释。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-G
15、R自然伽马测井响应曲线2、自然伽马测井曲线的应用(2)进行地层对比。自然伽马曲线与地层中所含流体性质无关 ，地层水矿化度对其也没什么影响，因此自然伽马曲线幅度主要 决定于地层中的放射性物质，通常对于不同岩性其幅度较为稳定 。另外对比的标准层也易于选取，通常用厚层泥岩作为标准层， 进行油田范围或区域范围内的地层对比。 (3)估算地层中泥质含量。首先用自然伽马相对幅度的变化 计算出泥质含量指数IGR：式中GR目的目的层的自然伽马幅度；GRmax纯泥岩层的自然伽马幅度；GRmin纯砂岩层的自然伽马幅度。 通常IGR的变化范围为01，用下式将IGR转化为泥质含量Vsh式中 G-希尔奇指数，可根据实验室
16、取心分析资料确定，北美 第三系地层取G3.7，老地层G2。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-GR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。通常自然伽马测井得出U、Th、K三条曲线与一条 总的自然伽马曲线。二、常规测井方法及其地质响应岩性测井系列-NGS井径测量井孔直径的变化，也是岩石性质的一种间接反映 ，例如，泥岩层和某些松散岩层，常常由于钻井时 泥浆的浸泡和冲刷造成井壁坍塌，使实际井径大于 钻头直径，出现井径扩大；渗透性岩层，常常由于泥浆滤液向岩层中渗透 ，在井壁上形成泥饼，使实际井径小于钻头直径， 出现井径缩小；而在致密岩层处，井径一般变化不大，实际井 径接近钻头直径。因此，在对比测井中，也把井径 测量作为划分井孔地质剖面、识别岩性的一种辅助 手段。测量井孔直径的变化，是利用井径仪来完成 的。目前使用的井径仪，就其结构来讲，主要有两 种
