6-测井新技术及应用

测井新技术及应用大量研究工作表明，我国陆上油气资源丰富，勘探潜力很大，但随着一些主要含油气盆地勘探程度的不断提高，待探明资源的品位已明显变差，储量开发经济效益的边际性也明显增强。摆在我们面前的主要勘探对象多为隐蔽油气藏、低渗透低丰度油气藏、砾岩等特殊储层油气藏、裂缝性油气藏，以及用常规方法很难识别的低阻油气藏。油气勘探过程中勘探对象复杂化对测井技术提出了新的更高的要求。油气勘探面临地质难题的主要表现大面积、低丰度、低渗透岩性油气藏。其难点是储层薄，砂体纵向、横向变化大，砂体基质孔隙结构复杂，地层敏感性强，部分区域高角度或水平裂缝发育等。前陆冲断带的高陡构造区。其难点是地质构造复杂，地层倾角大，构造应力大，复杂地层多，易跨塌，多套压力系统，作业难度大，资料获得难等。高成熟区的复杂小断块油气藏。其难点是地质构造复杂，断裂破碎，地层速度纵、横向变化大。台盆区的碳酸盐岩裂缝性油气藏。其难点是碳酸盐岩缝、洞、孔发育，非均质性强，埋藏深，地温高、梯度大，地层压力变化大等。低幅度构造区的低阻油气藏。其难点是储层电阻率接近水层的电阻率，储层易受污染，岩石附加导电性增强，且圈闭幅度小，识别圈闭、油层难度大等。隐蔽性复杂岩性体油气藏。其难点是储层岩性复杂、致密，非均质性强，储层参数难以准确测量等。20世纪90年代初期，斯伦贝谢公司等国外油气田服务公司在数控测井的基础上先后研制出了以成像测井技术为代表的新一代测井技术，并推出了相应的现场仪器及资料处理软件，使测井技术在油气勘探过程中解决油气层识别问题的能力大幅度增强。成像测井系统是由电成像测井仪、超声成像测井仪和配套使用的核磁共振测井仪、模块式地层动态测试器、核孔隙度—岩性测井仪等一系列下井仪器，以及高速数字遥传系统、多任务数据采集与计算机图像解释工作站等组成。与上一代数控测井技术相比，成像测井的仪器和数据处理方法，考虑了复杂、非均质地层的特性，采用阵列探测器及非线性、非均质处理解释方法，垂向分辨率高，实现了测井与地震相结合，对复杂油气藏具有更强的适应能力。测井新技术的发展除了包括声、电、核等成像测井新方法，还在新的科技发展的基础上推出各种类型的随钻测井／随钻测量新方法以及其他的新技术，使测井技术的到了长足的发展，大幅度增强了测井技术在油气勘探过程中解决油气层识别问题的能力。超声成像测井(UBI/CBIL/CAST)多极子阵列声波测井(MAC)微电阻率扫描成像测井（FMI）阵列感应成像测井(AIT)STARImager核磁共振测井(NMR)随钻测井/随钻测量(LWD/MWD)地层动态测试器(MDT)FloImagerLogDHV(downholevideo)service测井解释新软件主要内容超声成像测井(UBI/CBIL/CAST)UltrasonicBoreholeImagerCircumferentialBoreholeImagingLogCircumferentialAcousticScanningTool井周声波成像测井仪工作原理井周声波成像测井，是以超声波扫描测量方式对井壁地层成像，反映井壁地层特征。它采用一个旋转式半球形聚焦换能器，以脉冲回波的方式对井孔的整个井壁进行360°扫描测量，其方位采样间隔为1.44°，垂向分辨率可达0.762cm。白色半圆球为发射和接收换能器。它按顺时针方向旋转，记录点成螺旋上升。测量的信号是井壁反射波的回波幅度以及回波传播时间。经定向后可获得按地理北、磁北或其它定向方式的幅度和传播时间图像。井周声波成像测井仪工作原理井壁地层声阻抗的变化(包括由岩性，物性的变化及裂缝、孔洞、层理等沉积构造引起的变化)使探头接收到的回波幅度发生变化，仪器将记录到的回波幅度以及回波传播时间(可转换成仪器至井壁的距离)按井周360°显示成灰度或彩色图像。传播时间的变化，通常反映井径的变化，传播时间可以按声波在钻井液中的传播时间刻度成井径。幅度的变化通常反映地层的岩性、孔隙的变化或出现层理、节理、裂缝等地质现象。用以识别地层特征，计算地层产状等。井周声波成像的声波入射、反射示意图声波在均匀的介质中沿直线传播，传播距离增大→声波的幅度减小。当声波从一种介质进入到另一种介质时，传播方向将发生变化。传播方向的变化与声波的入射角度相关。如果声波以垂直于两种介质的界面入射，就只产生反射和透射现像(如图)，否则，声波将产生折射和反射；根据两种介质波阻抗的不同，其反射系数也不同。由于岩石的波阻抗变化(岩性、孔隙度、裂缝、层理岩石物理性质变化)和传播距离以及钻井液的性能的变化，将引起接收的回波幅度的变化。因此，在反射波幅度上有一定的差异，根据图像的差异可以识别出地层的岩性和地质特征。仪器结构及测量环境目前，世界三大测井服务公司均推出了自己的高性能井周声波成像测井仪，它们是斯伦贝谢公司的UBI，西方阿特拉斯公司的CBIL和哈里伯顿公司的CAST。这些仪器的测量原理和测量方式基本相同，只是在一些细节上和技术指标上有一些差异，下面以西方阿特拉斯公司的CBIL仪器为例介绍仪器的结构：CBIL仪器的声波发射器的发射频率为250kHz，有两个直径分别为1.5in和2.0in的半球组成，在不同的井径或钻井液状态下采用不同的发射器工作，以适应复杂的测井环境；仪器直径为3.625in，仪器长度为15.3ft，不论是在油基钻井液还是水基钻井液，CBIL仪器都可以正常工作；耐温达204℃，耐压138MPa；采样率为6r/s，每周采集250组回波幅度和传播时间。最大测井速度为182m/s。由于岩石的波阻抗变化(由岩性变化、岩石物理性质变化以及裂缝、层理引起)，将引起接收的回波幅度的变化。因此，在回波幅度上有一定的差异，根据图像的差异可以识别出岩性和地质特征。UBI(UltrasonicBoreholeImager)超声探头(发射/接收)UBI仪器结构及测量图象CBIL声波成像测井仪结构及仪器图裂缝(地层)井周声波扫描成像图特征在直井中，水平裂缝、水平地层界面在井周声波成像测井图上显示为一条直线，而倾斜裂缝、倾斜地层则表现为一正弦波的特征。裂缝/破裂时井周声波扫描成像图特征在钻井过程中，由于水平应力不平衡，可能引起在井壁两侧最小水平主应力方向上出现岩石崩落或井眼破裂，形成椭圆井眼。利用这种图像特征可以估计地层最大、最小水平主应力方位。这种图像特征在成像测井资料上十分容易划分出来。井周声波扫描成像图特征根据井周声波成像测井图像特征的几何形状可以得到不同地质特征的形态描述，如地层层理类型、地层走向、倾向，裂缝走向、角度，椭圆井眼方位等。这些资料对构造、储层分布、裂缝发育方位及地应力方位等方面具有十分重大的意义。井壁成像测井资料包含的地层信息是通过成像图上的颜色、形态等反映出来，它们代表不同的地质意义。按图像颜色可分为浅色、暗色及杂色三类，分别代表了不同的地质意义，如高阻(或高声阻抗)、低阻(或低声阻抗)及电阻(或声阻抗)非均质地层。凭借成像图上颜色的深浅可以对岩性、裂缝等进行识别。CBIL图象形态按图像形态分类，可分为块状、线状、条带状、斑状等模式，它们分别表示不同的地质意义。不同形态模式的意义块状模式：指颜色较单一的均质块状结构，代表一种块状沉积结构，表明沉积中不发育裂缝、层理、孔洞等。亮色块状指示岩性较致密，如致密碳酸盐岩、致密火成岩、块状砂岩等；暗色块状指示典型的泥岩及缝洞发育的碳酸盐岩和火成岩等。条带状模式：图像上显示为明暗相间的条带状，指示为砂泥岩互层沉积环境。线状模式：图像上显示为线状，指在一定范围内由于声阻抗或电阻率的变化，而导致图像颜色突变。线状模式可指示裂缝、人工诱导缝、层面、冲刷面、缝合线、不整合面、断层等不同特征。它们容易混淆，因此，正确识别它们是裂缝识别和计算的关键。斑状模式：成像图呈现为斑状，多为溶蚀孔洞或井壁地层剥落(对声成像)等。当地层有角砾或砾石存在时，图像呈亮色斑状。影响因素井眼不规则度及仪器偏心影响井壁不规则将导致声波不是按垂直与井壁入射，使反射波的传播路径和反射率与垂直入射的回波幅度和传播时间有一定的差异，导致资料的准确度下降；由于井眼的弯曲造成仪器的偏心，使仪器采集的资料在回波幅度和传播时间出现与实际特征不符的情况，将干扰解释的准确性。后一种情况可以通过利用传播时间加以校正，但前一种情况无法校正。钻井液影响钻井液密度过大，一是导致钻井液对声波的衰减系数增大，二是导致反射系数变小，致使回波幅度低，影响幅度变化的主要因素为井筒的变化，地层的特征反映不明显，影响资料的分析。另一种是钻井液中含有大量的固体颗粒，这些固体颗粒对声波信号产生散射，产生大量的干扰信号，使采集的资料质量很差，无法分析地质特征。CAST(CircumferentialAcousticScanningTool)PrincipalApplications构造、沉积、裂缝、应力等评价孔隙度和薄层分析检查套管的破损情况和射孔情况多极子阵列声波测井(MAC)——MultipoleArrayAcousticLog多极子阵列声波测井(MAC)的产生是专门为解决慢地层(慢速、△t很大)横波资料获取问题的。许多油田遇到了松散砂岩是高质量储集层的情况。这些岩层纵波△t大于100us／ft，井眼横波速度低于纵波速度，横波△t值在松散地层中是很难确定的。由MAC仪器提供的低频偶极测量是求取这类地层横波慢度的好方法，且横波速度对于AVO技术是很重要的参数。测量原理MAC由2个交错的声波阵列系统组成的。仪器包括两个间隔30in靠近仪器下部的单极发射器，两个单极发射器间放置两个间隔12in的偶极发射器，8个间隔6in的单极接收器和8个偶极接收器，偶极接收器间距也是6in，交错在单极接收器之间。接收器与发射器的最小距离是8ft，最大距离是10ft6in。测量原理偶极发射器有两种工作模式，线性校正工作需要在仪器下井前作好。两种工作模式是：(1)所有8个偶极接收器与2个偶极发射器共线排列，形成一个由8个偶极接收器与8个单极接收器排列的8x8阵列，偶极接收器间距是6in。(2)每隔一个偶极接收器旋转90°与一个偶极发射器共线排列，形成两个正交偶极阵列，每个阵列由4个偶极接收器和一组8个单极接收器阵列组成。此模式中偶极接收器的间隔是12in。从一种模式到另一种模式的转换需要使用不同的套筒，转换工作需4h。多数情况下是用8x8模式，需要测各向异性时用4x4x8模式。配备1个遥测短节，还有遥测系统继电器和声波数字化电子线路短节。MAC仪器在顶部居中放置5～6个橡胶扶正器。单极子接收波形特征单极纵波发射器是一个圆柱状的压电元件，压电元件在电场强度突变时会发生形变和振荡，声波在仪器周围的空间中全方位传播。单极纵波发射器激发一些井壁折射波：(1)纵波在地层中以纵波速度传播，质点能量在井眼中形成纵波首波，可以用于测量地层纵波速度。(2)伪瑞利波以接近地层横波速度的速度传播(在低速地层几乎不可能识别)，质点运动路径为椭圆，在靠近井眼处最强，很快就会消失在地层中。(3)横波在纵波首波穿过井眼流体后在地层中激发，根据反射定律，当地层横波速度小于井眼流体中声波速度时不会产生横波首波。横波走时比纵波走时长1.6～1.9倍。横波通常比纵波的幅度大，由于流体不支持横波，所以地层中产生的横波首波变为纵波穿过井眼流体到达接收器作为滞后到达的纵波。单极子接收波形特征(4)管波或Stoneley波以接近于井眼流体纵波的速度直接穿过井眼流体到达接收器。Stoneley波幅度很大，它沿井壁和仪器轴与井眼流体的界面传播。(5)流体或钻井液波是从发射器穿过流体直接到达接收器的纵波。仪器设计使流体波受到衰减和延迟。偶极子接收波形特征MAC偶极发射器运作与前面的不同，声波被向井眼的一面推又被从另一面拉，这两种不同的力的作用在井眼中产生挠曲波。在低频状态下，挠曲波以与横波速度接近的速度传播。探测挠曲波的接收器仅对于不同压力差灵敏。由于它们对轴对称应力场不灵敏，P波和Stoneley波的首波被压制，这是一个对于后续处理非常有用的特