吉林大学钻井地球物理勘探(测井)教案

课程教案课程编号：0801223022课程名称：应用地球物理4：钻井地球物理勘探课程英文名称：AppliedGeophysics4:GeophysicalWellLogging总学时：64学分：3.5开课单位：地球探测科技与技术学院，地球物理系授课对象：地球探测科技与技术学院，勘查技术与工程专业本科生前置课程：普通物理一、教学目的与要求《应用地球物理4：钻井地球物理勘探》是应用地球物理系列课程之一，是勘查技术与工程专业的学科基础课程，本教学大纲适用于勘查技术与工程专业的本科教学。通过本课程教学，使学生掌握电测井、声测井、核测井及研究油井的其它测井方法的基本原理，了解与测井资料解释与处理与测井数据采集有关的基础知识和基本概念，为进一步学习《测井资料解释与数据处理》、《测井数据采集原理与技术》课程打下基础。通过对本课程的学习，学生应掌握各种主要测井方法的工作原理，了解如何根据地质与工程问题选择测井系列的能力。二、教学内容应用地球物理Ⅳ——钻井地球物理勘探第一章绪论一、定义钻井地球物理勘探——在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称。又称为：地球物理测井、矿场地球物理、油矿地球物理。简称为“测井”。1．石油勘探与开发过程的几个阶段（测井在其中的位置）；1）地质调查—查明含油气盆地、提出含油气远景区；2）物探—帮助查明盆地状况，通过详查找出有利储油的构造；3）钻探—了解地质分层，寻找出油气层；4）测井—划分渗透性地层，判别渗透层含油气情况；5）试油与采油—为了解油井动态变化及研究井的技术状况，还须进行测井。测井是贯穿在整个石油勘探与开发过程中的一个不可缺少的环节。2．有关“井”的几个概念1）钻井—又称钻孔，井孔，井眼2）泥浆—用于将钻井过程中产生的岩屑排出地面；保持对地层产生适当压力，防止发生井喷。3）裸眼井与套管井3．常用石油测井方法1）以岩石导电性为基础的一组方法；普通电极系电阻率法测井；微电极系测井；侧向测井及微侧向测井；感应测井、阵列感应测井、介电测井；微电阻率扫描成像测井。2）以岩石电化学性质为基础的一组方法；自然电位法人工电位法3）以岩石弹性为基础的一组测井方法声波速度测井；声波幅度测井；声波电视测井；声波井壁成像测井；4）以物质的原子物理和核物理性质为基础的一组侧井方法；自然伽马测井；密度测井及岩性测井；中子测井；中子寿命测井；中子活化测井；能谱测井；同位素示踪测井核磁测井。5）其它测井方法热测井气测井地层倾角测井检查井内技术状况的测井（井径、井斜）二、测井发展历史与现状（从评价油气层的角度来看）1．历史第一阶段：测井始于1927年，法国；我国1939年在四川首次测井。仅有普通电阻率法及自然电位法两种测井，只能测量视参数，定性估计储层情况。第二阶段：研究出一套根据视参数确定岩层电性参数的解释方法—横向测井；1942年Archie提出了研究电阻率、饱和度、孔隙度之间关系的Archie公式。上述进展使储层评价进入半定量阶段。（介绍孔隙度、饱和度、渗透率概念）。第三阶段：50年代中后期开始，出现一批新型测井方法，使储层评价进入定量阶段。新出现的测井方法：感应测井、侧向测井、微侧向测井；声波测井；密度测井与中子测井等。第四阶段：60年代以后，计算机技术引入测井；对各种的理参数与储量参数和参数之间的关系有了进一步的认识；解释模型更接近实际地层；综合解释方法成为求解岩石成分及储量参数、饱和参数的主要方法。2、现代测井仪器及测井技术发展特征方法系列化；仪器综合化；记录数字化；损伤程控化；解释自动化。三、地球物理测井在油气勘探开发中的作用和地位1）划分钻孔的岩性剖面，找出含油气储杂层，确定油气层的埋深及厚度；2）定量或半定量估计岩层的储杂性能（孔隙度、渗秀率）；3）确定岩层的含油气性质（含油气饱和度及油气的可动性）；4）研究岩层产状，进行剖面对比，研究岩性变化及构造；5）在油田开发过程中，研究油层动态情况（油水分布的变化情况）；6）研究钻孔的技术状况（井径、井斜、井温、固井质量）；7）研究地层压力、岩石强度等问题。6．测井仪器发展概况1）半自动模拟记录仪器2）全自动模型记录仪器3）数字记录仪器4）数控测井仪器5）成像测井仪器四、测井现场1．测井设备2．井场布置3．测井电缆五、测井的井下环境1．钻井工程及泥浆2．泥浆侵入带3．泥浆、井径和侵入带等环境因素本课程学习要点：本课程是地球物理勘探的一个独立分支，与其它物探方法相比，物理原理基本一致，差别在于所用仪器的传感器可直接靠近地层，因此表层（或中间层）的影响远小于地面的探方法；有些测井方法，地面无法使用；测井不仅可在单井中进行而且可在井间进行。学习本课程时应充分注意测井的特殊性。本课程各章讲述重点：1．各种测井方法的基本原理；2．各种测井方法的影响因素；3．各种测井方法的主要用途；4．各种测井方法中的基本概念。第二章普通电阻率法测井电阻率法测井—根据岩石导电能力的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的一套测井方法。它包括普通电极系电阻率法测井，微电极系测井，侧向测井，感应测井等方法。普通电阻率法测井—使用普通电极系的电阻率法测井。电阻率法测井的物理依据—石油和水的电阻率相差很大，同样的储集层，含油时比含水时电阻率要高。第一节电阻率法测井的基本知识一、岩石电阻率电阻率的概念：导线电阻用r=R·L/S式表示，式中系数R与物质的材料有关，称为电阻率。单位为Ω·m。岩石电阻率的影响因素：矿物成份、孔隙度、孔隙流体的性质、温度等。储杂层岩石导电性（电导率）可用下式表示：Ct=A·Cw+BCm式中Cw—孔隙中流体的电导率；Cm—粘土表面导电性造成的附加电层率；A,B—系数。不含粘土的砂岩层，电阻率可表示为：Rt=A′·Rw式中，A′=1/A—与岩石孔隙结构、孔隙大小是否含油气有关，可将上式改写为：Rt=F·I·Rw式中F—与孔隙结构、孔隙大小有关的系数，称为“地层因素”。F可写成：F=a/φm式中φ为孔隙度，a和m与岩性及胶结程度有关的系数。I—称为电阻率指数或电阻增大率，与岩石含油气有关。I与岩石中含油气饱和度有关式中Sw、S0分别为含水饱和度和含油饱和度，n为系数。孔隙流体的电阻率为Rw，它与含盐多少、盐的类型及温度有关。二、普通电阻率测井现场的测量原理电阻率法测井，首先是研究在一定供电电流的情况下电场分布的问题，然后再根据电场与电阻率的关系确定出岩层电阻率，并划分出不同电阻率的地层。三、描写电场分布的基本方程和边界条件稳定电流场基本方程为拉普拉斯方程：根据测井具体情况，解方程的边界条件有4项：①在接近点电源的点上，电位V的表示式与在单一介质中的情况相同；②在无限远点（r→∞），V→0；③在两种介质的界面上，V是连续的，即V1=V2；④电流穿过介质界面时，电流密度法向分量连续。根据基本方程和边界条件，可计算出在一定介质分布情况下，电场的分布（这就是地球物理正演问题）。四、均匀无限各向同性介质中电场的分布在均匀无限各向同性介质中，稳定电流场分布的基本公式：测井时，利用距供电电极A一定距离的测量电极M和N测量空间两点间的电位差，该电位差为：解上式得：式中：，称为电极系系数五、泥浆侵入带产生原因—泥浆柱静压力大于地层压力分类：增阻泥浆侵入：减阻泥浆侵入。六、视电阻率在非均匀介质中，利用电极系按Ra=K·ΔVMN/I式测得的Ra，并不是真电阻率，而是电极系周围介质综合影响的结果。七、电极系成对与不成对电极1．电位电极系2．梯度电极系顶部梯度电极系、度部梯度电极系3．电极系的探测深度第二节视电阻率理论曲线一、一个水平界面1．电位电极系利用镜像法分析是电阻率曲线形状2．梯度电极系利用低阻介质对电流的吸引和高电阻率底层对电流线的排斥，分析是电阻率理论曲线形状二、一个水平层1．电位电极系特征：曲线对着地层中心是对称的；当时，对着地层中心的Ra值接近地层其电阻率R。2．梯度电极系地层很厚时，对着地层中间一段的视电阻率三、倾斜地层与非理想电极系四、高阻邻层的屏蔽影响第三节视电阻率测井曲线的应用一、钻井地质剖面的划分—标准测井二、估计岩层真电阻率—横向测井第四节微电极系电阻率法测井一、微电极系测井的基本概念计算公式仍为二、微电极系测井曲线的应用1．划分渗透性地层正幅度差—微电位的视电阻率大于微梯度的视电阻率2．确定地层有效厚度，划分钻井剖面。本章授课内容重点：1．视电阻率测井的基本知识。2．微电极系测井的主要用途。基本概念：岩石电阻率视电阻率泥浆侵入带增阻泥浆侵入减阻泥浆侵入电极系微电极系正幅度差第三章聚流电极系电阻率法测井泥浆矿化度很高、地层电阻率很高，地层很薄围岩影响很大的情况下，普通电极系电阻率法测井，由于分流作用强而无法求准地层电阻率，为解决这一类问题，发展了聚流方式的电阻率法测井，即侧向测井。第一节三电极侧向测井一、基本原理主电极两侧的屏蔽电极通以与主电极相同极性的电流，由于屏蔽电流的作用，使主电极的电流或水平片状进入地层。按下式求视电阻率二、测量原理恒流型、恒压型、既不恒流也不恒压型三、影响视电阻率的因素1．电极系参数的影响①电极系长度C—C愈大探测深度愈大；②主电极长度L0—厚层影响不大，薄层时，L0增加，则Ra将下降；③电极系直径—对Ra影响不大。2．地层参数的影响①层厚与围岩的影响地层愈薄，围岩影响愈大。②井眼直径和泥浆影响井眼直径愈大，泥浆对电流的分流影响愈大。几何因子。③侵入带影响增加侵入较减阻侵入对Ra影响大。四、三侧向测井曲线的解释1）划分钻井剖面，判断渗透性地层；2）确定岩层电阻率。第二节七电极侧向测井一、基本原理较三侧向电极系增加两组监督电极测量监督电极与远电极之间的电压，按下式计算Ra二、影响七侧向视电阻率的因素视电阻率值由主电流片范围内介质的电阻率所决定，主电极电流片径向深入地层的深度，取决于电极系的聚热参数g。式中为电极系长度L0，为电极距，q愈大，探测深度愈大，但q值不能过大。三、七侧向测井曲线及其解释1．曲线特点①上、下围岩电阻率相同时，曲线对称；②曲线拐点处的宽度比地层厚度小一个电极距，对于薄层用侧向测井不能准确划分地层界面。2．能够解决的问题①划分剖面；②确定岩层电阻率。第三节微侧向测井和邻近侧向测井用于探测井壁附近（冲洗带）地层电阻率。一、基本原理微侧向：测量过程中，调节屏蔽电极A1的电流，使监督电极M1M2之间的电位差为零，测量M1（或M2）与N电极之间的电位差，按式计算视电阻率。邻近侧向：极板较微电极极板大，带有两个聚热电极，探测深度稍大于微侧向，在泥饼厚度较大时适用。二、曲线解释1）划分剖面和划分渗透层。2）确定侵入带电阻率。第四节微球形聚热测井适用于侵入比较浅，但泥饼厚度较大的情况。测量过程中，主电流I0保持不变，电路自动调整屏蔽电流Ia，使监督电极M1，M2之间的电位差，测量M1与M2中点（O）与M0之间的电位差，则视电阻率经过M0的等位面近似与井壁相切，因此，测量实际是要消除泥饼影响小。主由流等位面呈球形，故称为微球形聚热。第五节电阻率成像测井一、井壁微电阻率成像测井1．测量原理2．影响因素3．应用二、方位电阻率成像测井本章授课内容重点：1）各种侧向测井方法的基本原理及电极系结构特点；2）各种侧向测井的主要应用条件；3）从生产实际需要讲解各种侧向测井发展过程。基本概念：近似几何因子思考问题1）为什么要发展多种类型的侧向测井方法？2）侧向测井方法中，通过什么途径来改变电极系的探测深度？第四章感应测井感应测井可在井眼不导电的情况下（如油基泥浆井，空气钻井等）测量地层的电导率。这种方法对低阻层反应灵敏，因此更适合区分低阻油、水层和油水过渡带。第一节感应测井的基本理论一、基本原理感应测井是利用交变电磁场研究岩石导电性的一种方法。发射线圈T，通以20kHz交变电流，该电流在周围介质中产生交变电磁场中。φ1在介质中适应出环形电流i1，同时在接收线圈R中，产生感应电动势E1。环形电流i1，在介质中亦将引起二次磁场φ2，φ1在R中引起适应由动势E2。φ1在R中引起的电动势为无用信号，而φ2在R中引起的感应电动势E2与i1有关，i1又与地层导电能力有关，因而，通