测井技术的实践应用研究

测井技术的实践应用研究

王一凡 1 朱文涛 1 陈魏巍 2

1长江大学 湖北省荆州市 434000； 2中国石油集团测井有限公司 陕西省西安市 710069

摘要：石油勘探以及开发系统不断升级，测井技术也需面临更为严苛的技术要求，以此保障测井过程的高效性与测井结果的精准性。本文对测井资料在石油地质中的使用价值进行总结，从实践应用的角度，总结几种测井技术的应用原理与具体用途，全面分析测井技术的发展情况，用以支持石油地质研究工作。

关键词：实践应用、测井技术、石油地质

石油地质环境显现出复杂化的变动趋势，为了给后续石油开采以及生产活动做好技术准备，形成更为安全的作业条件，相关单位必须重视石油地质勘探工作，并在现有技术的基础上，提升技术水平，升级技术系统，以此获得更加精准的地质信息。现总结在石油地质研究中测井技术的实际应用状况。

1测井资料的应用价值

勘探油田地质与钻井开采环节均需使用测井技术，测井观测的优势体现在纵向连续性良好、分辨率比较高且观测密度较大等方面，因此在地层评价活动中也有极高的应用价值，同时该技术也能够在油藏管理与油气资源价值评价中发挥重要作用。油气勘探以及后续开发工作中面临的新挑战越来越多，尤其是环境上的挑战，测井技术也在不断升级更新，其在原本技术基础上，发展为可对多井的油气层实施评价与描述的技术，使用范围也得到扩大。

测井资料在油层评价中有重要作用，特别是在岩石性质分析过程中，有极高的参考价值，可以确定地层界面的情况，也能够用于岩性剖面图的绘制与岩层矿物成分的计算，可计算出的储层参数，包括渗透率与孔隙度等，对储层进行综合评价，对水层、气层与油层展开精准划分，提供产能信息。常规油层一般表现为自然伽马低值，电然电位负异常，油层一般较水层自然电位幅度小，声波时间为180～380μs/m，油层一般较水层多为高阻，是水层电阻率的3～5倍，一般为低侵剖面，即ILD>ILM>LL8。低孔低渗条件下油层（油水层）特征为自然伽马低值，电然电位负异常,油层一般较水层自然电位幅度小，声波时间为180～380μs/m，油层一般较水层多为高阻，是水层电阻率的2倍以上，常表现为高侵剖面，即LL8>ILM>ILD。水层特征为自然伽马低值，电然电位负异常,水层自然电位幅度较油层大，声波时间为180～380μs/m，电阻率一般较低，常表现为高侵剖面，即LL8>ILM>ILD。干层电阻率一般较高，物性较差，孔隙度小，表现为声波时差低值，干层侵入不明显，双感应、又侧向几乎重合。

石油地质研究中也需要使用测井资料，获取测井信息后，可对综合地质柱状剖面图加以绘制，实现岩心归位后，进行地层对比；测井资料能够支持地层沉积相、断层以及构造的研究工作，展现油气水分布情况以及油气藏的分布规律，而后制定科学的油田开发方案，确定油气储量。钻井工程中，测井资料可帮助掌握井眼的几何形态、方位与倾斜情况，对平均井径进行计算，查看固井质量；明确水泥上返高度与下套管的实际深度；测井信息能够被用于估计岩石的实际破裂压力梯度以及地层孔隙流体压力数值。采油工程中，测井资料主要用于吸水剖面与生产剖面的测量工作，同时也能够支持油田射孔，确认水淹状况与水淹层情况，查看压裂、酸化以及射孔的实际效果。

2测井技术的实践应用情况

2.1岩性测井系列

2.1.1自然伽马、自然伽马能谱测井

自然伽马测井是通过测量井内岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井方法，其伽马射线强度与放射性元素的含量及类型有关。岩石的放射性是由岩石中所含的铀、钍、钾系放射性同位素引起的。

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、泥岩以及钾盐层等，其自然伽马测井读数约100API以上。（2）中等自然放射性的岩石，包括砂岩、石灰岩和白云岩，读数介于50～100API。（3）低自然放射性的岩石，包括盐岩、煤层和硬石膏，读数约50API以下。可见，除特殊的放射性矿物如钾盐层以外，油气田中常遇到的沉积岩的自然放射性强弱与岩石中含泥质的多少有密切的关系。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。

自然伽马测井曲线的应用主要有（1）划分岩性，确定渗透层。纯砂岩在自然伽马曲线上显示出最低值，泥岩显示最高值，粉砂岩、泥质砂岩介于二者之间，并随着岩层中泥质含量增加曲线幅度增大。（2）进行地层对比。运用自然伽马测井曲线进行地层对比的优点有：自然伽马测井与岩石流体性质（油、水、地层矿化度）无关、与泥浆性质（盐水泥浆、淡水泥浆）无关；在自然伽马测井曲线上容易找到标志层；在油水过渡带内进行对比时，自然伽马优势明显，因为岩石中含流体性质变化大，使电阻率、自然电位曲线形状变化不益于进行对比。（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I

_GR: I_GR=(GR_目的-GR_min)/(GR_max-GR_min)，式中GR_目的为目的层的自然伽马幅度，GR_max为纯泥岩的自然伽马幅度，GR_min为纯砂岩的自然伽马幅度。通常泥质含量指数I_GR的变化范围为0-1，用式：V_sh=(2^G×IGR-1)/(2^G-1)，将I_GR转化为泥质含量V_sh，其中，G为希尔奇指数，可根据实验室取心分析资料确定，新地层G=3.7，老地层G=2。

自然伽马能谱测井是在井内对岩石自然伽马射线进行能谱分析，分别测量地层内铀、钍、钾的含量来研究井剖面地层性质的测井。自然伽马能谱测井曲线的应用主要有（1）寻找高放射性储集层；（2）计算泥质含量；（3）研究沉积环境和粘土矿物类型，钍/铀比值大于7为陆相沉积，氧化环境或风化壳；钍/铀比值小于7为海相沉积，灰色和绿色泥岩；钍/铀比值小于2为海相黑色泥岩。用钍和钾交会识别粘土矿物。（4）研究生油层，还原环境和有机质的富集，可以使泥质沉积物吸附大量铀离子，因而使生油层的铀含量明显升高，使铀或铀/钾比值与有机碳含量有密切关系。

2.1.2自然电位测井

钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的电场叫自然电场，沿井轴测量记录自然电位变化即为自然电位测井。自然电位产生的原因有地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势，地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。自然伽马测井曲线的应用主要有（1）划分渗透性地层，并确定其界面；（2）分析岩性，估算泥质含量；（3）估算地层水电阻率；（4）判断水淹；（5）研究沉积环境。

2.1.3井径测井

不同岩性的井径曲线特征如下，泥岩会出现扩径；页岩井径值稍大于或接近于钻头直径；渗透性砂岩会形成泥饼，造成缩径；粉砂岩的井径介于泥岩和砂岩之间。井径曲线的应用主要有（1）检查井跟大小，确定固井水泥量；（2）配合其他曲线分析地层岩性。

2.2电阻率测井系列

电阻率测井是测量岩石电阻率，反映岩石的岩性及所含油水性质。在钻井过程中，通常保持泥浆柱压力稍等大于地层压力，在压力差作用下，泥浆滤液向渗透层侵入，泥浆滤液替换地层孔隙所含的液体而形成侵入带，同时泥浆中的颗粒附在附在井壁上形成泥饼，这种现象叫泥浆侵入。泥浆侵入分两类：高侵，侵入带电阻率大于原状地层电阻率；低侵，侵入带电阻率低于原状地层电阻率。水层经常发生高侵现象，油层经常发生低侵现象。

岩石电阻率与岩性、储层物性和含油性有着密切的关系，主要用途是（1）研究油层的侵入特性，（2）确定地层电阻率，（3）计算含油饱和度。常用的电阻率测井有普通电阻率测井、微电极测井、侧向侧井、微球形聚集测井、感应测井等。

2.2.1微电极测井

微电极测井优点在于纵向分辨能力相对较强，在判断分析渗透层时显现出直观性较强的特点，在确定含油砂层的具体厚度、岩层界面以及岩性剖面划分等活动中有较好的应用效果，另外还能帮助判定确定冲洗带与大井径井段的电阻率。这种测井技术能够对岩性变化进行反映，在一定的井径与淡水泥浆规则的影响下，对于泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩以及砂岩而言，其对应的微电极曲线的幅度差会逐步缩小。

2.2.2双侧向测井

双侧向测井技术主要依靠电流屏蔽法，使主电极上的电流在完成聚焦之后，呈现出水平状的电流束，并与井轴保持垂直，流入地层，将低阻层给电流形成的影响与井的分流作用控制到最低程度，以此缩减围岩与井眼所遭受的影响，将地层电阻率产生的真实变化展现出来，以此弥补普通电极系测井的不足。深侧向探测半径约115cm，反应地层真电阻率变化。浅侧向探测半径约30～35cm，反应地层侵入带电阻率变化。双侧向视电阻率曲线的特点是对高阻层具有对称性，读最大值可以确定地层电阻率，且对薄层分层能力比其它电阻测井要清晰得多。两条曲线的幅度差可以划分渗透层和油气水层。油层与气层一般显示正差异，水层显示负差异。

八侧向测井技术属于浅探测式的聚焦测井技术，电极距相对比较小，纵向分层能力极强，可对井壁周边介质产生的电阻率变动情况进行反映。

微球形聚焦测井技术则属于微聚焦电法测井技术，具有中等探测深度，探测深度约20cm，在检测冲洗带电阻率时有良好使用效果。

2.2.3感应测井

感应测井是利用交流电的互感原理测量地层导电性的测井方法。阵列感应测井测量信息多，纵向分辨率高，阵列感应能够提供0.3米、0.6米和1.2米3种纵向分辨率曲线，常规双感应的中感应只能提供纵向分辨率为0.8米，深感应为1.2米。阵列感应径向探测深度大，径向不同探测深度分辨率统一，测量精度高，能够详细描述侵入剖面，准确确定地层真电阻率。阵列感应测井技术对电阻率测井技术的应用范围进行拓展，确保储层电阻率评价形成更高的精度，相比双侧向测井，其反映侵入更为直观、探测深度也比较大、分辨率更高，能够探测的信息更多，获取不同纵向分辨率与不同探测深度的电阻率曲线。阵列感应曲线的地质应用主要有（1）利用径向电阻率变化定性判断油层、水层、油水界面；（2）利用径向电阻率变化定性判断储集层渗透性好坏。

2.3孔隙度测井系列

2.3.1声波时差测井

声波时差测井测量记录在固定源距上所接收到的滑行波传播时间，随接收到的滑行波的到达时间不同，可以测量记录井壁上声波速度不同的岩层的声速。声波时差测井的主要应用有（1）划分岩性，作地层对比。根据不同岩性的声速高低确定岩性，砂泥岩剖面中砂岩显示为低时差，值为400～180μs/m，越致密声波时差越低；泥岩显示为高时差，值为548～252μs/m；页岩介于砂岩与泥岩之间；（2）判断气层。天然气和油水层时差差别大，一般气比油水中大30～50μs/m，所以当岩层孔隙中含气时，时差将显著增大。此外由于声波在气层中能量衰减显著，有可能出现周波跳跃现象；（3）计算孔隙度。

2.3.2补偿中子测井

补偿中子测井测量地层对中子的减速能力，测量结果主要反映地层的含氢量。在贴井壁的滑板上安装同位素中子源和远近热中子探测器，用远近探测器计数率比值来侧量地层含氢指数的一种测井方法,其探测范围为冲洗带。补偿中子测井主要应用有（1）计算储层孔隙度；（2）确定地层泥质含量；（3）判断地层岩性；（4）与密度、声波时差等曲线组合判识储层含气性，含水性。

2.3.3岩性-密度测井

岩性-密度测井是密度测井的改进和扩展。它除了记录岩石的密度之外，还测量地层的光电吸收截面指数Pe，而Pe和岩性有关。测井时，井下仪器分别记录散射γ射线较高能量部分和较低能量部分。高能量部分的散射γ射线强度取决于密度；低能量部分主要和岩性有关，同时也和密度有关，经过处理后可以得到Pe。岩性密度测井的应用主要有（1）确定岩性、划分渗透层；（2）计算孔隙度，根据密度曲线和岩心分析资料回归“密度—孔隙度”经验公式，或分析资料与密度、声波时差、中子等测井参数经多元回归的经验公式，再计算新井的地层孔隙度。岩性单一时，也可以用以下公式计算孔隙度：φ=（ρ_ma-ρ_b）/(ρ_ma-ρ_f)。（3）确定泥质含量，在孔隙度已知的情况下，可用ρ_b=（1-φ-V_sh）ρ_ma+V_shρ_sh+φ_fρ_f反求泥质含量V_sh，也可以回归求泥质含量的经验公式；（4）划分裂缝带和气层。

2.4测井新技术

核磁共振测井是以核磁共振为基础的测井方法，是利用原子核在磁场中的能量变化来获得原子核信息的现代技术，是唯一能直接区分岩石中束缚和可动流体（水和油）并测定其所占孔隙体积的地球物理方法，信号几乎与岩石骨架无关，可以弥补其它测井方法无法避免的油气识别难题，它在石油勘探和开发中正在发挥日益增长的重要作用。

微电阻率扫描成像测井是一种重要的井壁成像方法，它利用多极板上的多排纽扣状的小电极向井壁地层发射电流，由于电极接触的岩石成分、结构及所含流体的不同，由此引起电流的变化，电流的变化反映井壁各处的岩石电阻率的变化，因此在井周360度范围内对每一深度处进行微电阻率扫描测量，根据测得的数据，经处理后得出井壁展开图，显示出地层的结构、岩性、裂缝及断裂等,根据全井眼地层微电阻率扫描成像测井图，可准确描述井下地层情况，用这种成像方法准确地划分出裂缝发育层段，找出含气地层,划分出砾岩层、火山岩层，取得很好的地质效果。如今全井眼地层微电阻率扫描成像测井在陆地和海洋的关键井中成为必测项目，是石油工作者了解地下情况的"眼睛"。

阵列声波测井指的是使用多个接收探头的特殊声系，以不同的组合方式获取更多的声信息量，并以扩大声测井应用范围为目的的一种声测井方法。阵列声波测井不仅可以确定岩石力学参数、裂缝走向和出沙分析，最突出的优点是与井斜方位仪器一起测量还可以确定微裂缝和地应力方向，提供方位各向异性分析。主要应用于识别裂缝、探测气层、估算地层渗透率、判断地层各向异性、分析岩石的机械特性。经过对测井资料的特殊处理，还可以实现远探测的功能，能确定岩性、识别气水层；准确提取纵、横波信息，提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等岩石机械参数；进行井壁稳定性分析，评价有效天然裂缝及渗透性，地层各向异性及地应力分析；有效评价压裂效果。

地层元素测井通过测量地层物质含量来确定矿物成分,能够测量Si，Ca，Fe，S，Ti，Gd，Mg，K，Mn，Al，C等十余种元素的含量，由矿物转换确定石英、长石、石灰岩、白云岩、粘土、黄铁矿等地层矿物含量。在岩石矿物成分分析以及井间地层相关分析等方面具有重要作用。主要用于分析岩性，确定粘土类型及含量；改善孔隙度、饱和度、渗透率评价效果，有利于更精确地估算油气储量；研究沉积环境和烃源岩；分析岩石的脆性用以指导压裂；确定TOC含量，页岩气等非常规油气找“甜点”。

3结论

现代测井技术持续发展，所用的检测仪器也形成了更高的集成化程度，基于石油地质勘探需求，测井技术仍旧保持着较快的发展速度，本文列举多种当前可用的测井技术，能够满足不同的使用条件，还可同步开展钻井与测井工作，弥补既有钻井活动中的不足，完善钻井技术系统，在现有测井技术基础上，应继续研发升级测井技术。

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