水平井聲波影響因素

1、2.1大斜度井/水平井密度測井影響因素分析密度測井儀是一種定向聚焦型測井儀。在水平井中，密度測井儀的測量極板由于引向器和旋轉(zhuǎn)接頭組成的機(jī)械定向裝置存在從而使得其始終朝下貼在井筒底邊上，而且它還可以定向發(fā)射放射性粒子，因此可知知道被測量到的是井眼下部地層。由密度測井儀器的特性可知，其受周圍環(huán)境影響相對較小。2.1.1井眼擴(kuò)經(jīng)或井壁不規(guī)則密度測井記錄的是地層散射伽馬強(qiáng)度，主要用于測量地層的體積密度和計(jì)算地層孔隙度。井內(nèi)一般填充有泥漿，它的體積密度要比地層的小。當(dāng)井眼擴(kuò)大或井壁不規(guī)則時(shí)，井內(nèi)泥漿在測量結(jié)果中所占的比重增加，對密度測井?dāng)?shù)值有明顯的影響，往往會(huì)使密度測井曲線陡然下降，得到的密度值明顯偏低

2、。2.1.2井徑影響當(dāng)井徑大小超過10in，其對測井值造成的影響不可忽略。井內(nèi)為普通泥漿，當(dāng)泥漿內(nèi)重晶石泥漿含量較小時(shí)，對測井?dāng)?shù)值基本沒有什么影響；當(dāng)重晶石含量較高時(shí)，由于其密度大，將使長短源距探測器計(jì)數(shù)率減小，而短源距計(jì)數(shù)率減小量更大，導(dǎo)致密度校正量負(fù)值大。2.1.3地層蝕變影響當(dāng)用水基泥漿鉆井時(shí)，地層中的粘土礦物由于吸水而膨脹，稱為蝕變，其蝕變程度取決于地層中的粘土礦物類型與含量、地層埋藏深度、泥漿性能及浸泡時(shí)間等9。地層蝕變程度的大小和地層中所含粘土礦物類型有關(guān)，不同的粘土礦物，其吸水能力不同，吸水能力最大是蒙脫石類粘土，其吸水后膨脹程度最大，其次為伊利石類型粘土，吸水能力最低是高嶺石和

3、綠泥石類粘土，故其蝕變也最小。另外，巖石的蝕變程度還跟泥漿浸泡時(shí)間以及地層埋藏深度有關(guān)。因此，當(dāng)泥巖或含泥質(zhì)多的巖石中含有蒙脫石含量的粘土、較長時(shí)間的泥漿浸泡以及地層埋藏越淺，則泥漿失水量會(huì)很大，從而導(dǎo)致泥質(zhì)和含泥質(zhì)多的巖石非常嚴(yán)重的蝕變。在泥巖和含泥質(zhì)多的地層遇到地層蝕變現(xiàn)象時(shí)，我們在這個(gè)地層中所測到的密度測井值會(huì)明顯降低。對砂巖和碳酸鹽巖等地層泥漿浸泡作用無明顯影響，但其影響程度隨著地層泥質(zhì)含量增加而增大。2.1.4地層界面的影響在大斜度井/水平井特殊井眼環(huán)境下，井眼以一定的角度鉆入地層，使在應(yīng)用測井?dāng)?shù)據(jù)時(shí)地層界面對測量結(jié)果的影響不得不考慮。目前使用的儀器都是針對垂直井而設(shè)計(jì)的。我們假設(shè)地

4、層是水平層位，且假定地層在垂直井眼周圍是對稱均勻分布，這種假定在井眼傾斜較小時(shí)是基本正確的。但是當(dāng)井斜角較大的時(shí)候，地層不再是均勻，測量結(jié)果是各個(gè)地層特征的綜合反應(yīng)，因此儀器響應(yīng)中出現(xiàn)大的異常。對于垂直井，一般井眼正交（或略傾斜）切割地層。而斜井與地層界面位置則存在兩種情況，一是層界面以一定的角度橫切井眼，另一是層界面遠(yuǎn)離井眼。在垂直井中，除尋找鹽丘或鄰近的井眼以外，對不與井眼相交的層面沒必要考慮。然而在大斜度井中，了解不與井眼相交的層面是非常重要的。因?yàn)榧词共慌c井眼相交的地層界面也可能對測井結(jié)果產(chǎn)生影響。通常假設(shè)地層頂部位在兩口垂直井間的直線上，確定井眼相對于附近水層或泥巖層的位置時(shí)，跟蹤這

5、些層面的軌跡是非常重要的10。測量過程中，雖然儀器穿過同一個(gè)地層界面，但井斜角對于密度測井的測量存在一定的影響，因此，井斜角不同時(shí)儀器對于地層界面的響應(yīng)是不同的。井斜角度越大對于地層的分辨能力越高，測井曲線變化的過渡段越小。2.1.5巖屑層的影響在水平井或大斜井中，由于重力作用，在測量過程重儀器緊貼井眼底部，但在鉆井過程中可能會(huì)遺留一定厚度的巖屑，這些巖屑層會(huì)夾在儀器與井壁間，從而影響密度測井?dāng)?shù)值。鉆井過程中的大量巖屑在鉆井過程中被清除，但水平井特殊的井眼環(huán)境還是會(huì)使水平井眼的底部存在一層巖屑，這就是巖屑床或巖屑層。巖屑層的密度一般小于地層密度，且密度測井的探測深度較淺，所以巖屑層會(huì)對密度和核

6、測井響應(yīng)都有相當(dāng)程度的影響。實(shí)際測井時(shí)，井筒底部堆積的巖屑層的厚度是變化的，因此儀器所測的密度值不僅與地層密度有關(guān)，而且與巖屑層的厚度有關(guān)，這就需要對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行巖屑層影響校正。于華偉，孫建孟利用蒙特卡羅模擬研究了巖屑層對密度測井的影響，認(rèn)為厚度小于2cm的巖屑層可用“脊肋圖”的方式進(jìn)行補(bǔ)償，如圖2-1所示。脊線是無巖屑影響時(shí)長、短源距計(jì)數(shù)率關(guān)系線，而肋線顯示井眼因素對計(jì)數(shù)率的影響，并對測量密度進(jìn)行補(bǔ)償。密度測井探測器源距的大小反映了它們探測深度的不同，長源距探測器的探測深度較大，因此它主要反映地層信息，短源距探測器的探測深度較小，因此它主要反映井眼內(nèi)巖屑層的信息。如果井眼內(nèi)沒有巖屑，長源距

7、探測器和短源距探測器都能探測到地層信息，利用兩個(gè)長、短源距探測器計(jì)算得到的地層密度為一個(gè)值；如果井眼內(nèi)堆積有巖屑，會(huì)使近探測器與遠(yuǎn)探測器記錄的計(jì)數(shù)率有一定程度的偏高，因此出現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)在“脊肋”圖中向脊線的右上方偏離的現(xiàn)象11。于華偉，孫建孟利用蒙特卡羅模擬研究了巖屑層對密度測井的影響，認(rèn)為厚度小于2cm的巖屑層可用“脊肋圖”的方式進(jìn)行補(bǔ)償，如圖2-1所示。脊線是無巖屑影響時(shí)長、短源距計(jì)數(shù)率關(guān)系線，而肋線顯示井眼因素對計(jì)數(shù)率的影響，并對測量密度進(jìn)行補(bǔ)償。密度測井探測器源距的大小反映了它們探測深度的不同，長源距探測器的探測深度較大，因此它主要反映地層信息，短源距探測器的探測深度較小，因此它主要反映井

8、眼內(nèi)巖屑層的信息。如果井眼內(nèi)沒有巖屑，長源距探測器和短源距探測器都能探測到地層信息，利用兩個(gè)長、短源距探測器計(jì)算得到的地層密度為一個(gè)值；如果井眼內(nèi)堆積有巖屑，會(huì)使近探測器與遠(yuǎn)探測器記錄的計(jì)數(shù)率有一定程度的偏高，因此出現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)在“脊肋”圖中向脊線的右上方偏離的現(xiàn)象11。2-1巖屑層對密度測井影響模擬結(jié)果2.1.6非對稱式侵入的影響大量的研究表明：泥漿濾液在地層中造成的侵入帶的體積和形狀在整個(gè)侵入過程市不斷變化的。在垂直井的情況下，由于地層以垂直井軸為中心的徑向?qū)ΨQ性，侵入帶同樣也是以井軸為中心的對稱性圓柱體、圓錐體或鐘形體。當(dāng)侵入帶厚度很小時(shí)，重力未產(chǎn)生明顯的分異作用，此時(shí)的侵入帶是以垂直井軸為

9、中心的一個(gè)對稱圓柱體；當(dāng)侵入帶厚度很大時(shí)，重力可以產(chǎn)生很明顯的分異作用，侵入帶變成了以垂直井軸為中心的對稱圓錐體或鐘體。在大斜度井中，侵入流體是以兩項(xiàng)分離的機(jī)制來支配分布（圖2-2）。水平狀成層的地層中，水平滲透性要比垂直滲透性較大一些，從而導(dǎo)致水平井中的侵入帶呈現(xiàn)橢圓狀，橢圓的長軸沿水平方向伸展。泥漿濾液和地層流體密度的差別也會(huì)影響泥漿濾液的侵入，在泥漿濾液侵入含氣層的情況下，侵入方式起初呈圓形或橢圓形，但是，最終液體侵入流體匯集到氣頂，在井周附近重新造出一個(gè)含氣飽和帶，可動(dòng)泥漿濾液實(shí)際上脫離井眼，以淚珠的形式下降，形成殘余泥漿濾液，并持續(xù)下降直至其體積消失為止。由于重力影響，斜井、水平井中

10、高密度流體的侵入集中在井眼的底部，而且其侵入過程不是繞井眼徑向方向上或是居中對稱性侵入。這種情況下，測井儀器響應(yīng)會(huì)隨著與井眼接觸位置的不同而變化，而且由于其非對稱性分布，會(huì)對淺探測、定向聚焦型的中子、密度等儀器產(chǎn)生一定影響?？偨Y(jié)密度測井影響因素為下述表格。聲波影響1、 井眼擴(kuò)徑或井壁不規(guī)則目前使用的井眼補(bǔ)償聲波測井儀對井眼影響有較強(qiáng)的補(bǔ)償作用，但當(dāng)擴(kuò)徑嚴(yán)重或井壁很不規(guī)則時(shí)，井內(nèi)泥漿對測井結(jié)果的影響會(huì)增大，從而使聲波時(shí)差顯著增大。2、 地層蝕變影響當(dāng)采用水基泥漿作為鉆井液時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致井眼內(nèi)泥巖或含泥質(zhì)重的地層在泥漿浸泡下出現(xiàn)蝕變現(xiàn)象，聲波測井在這些井段會(huì)受到嚴(yán)重影響，通常要明顯大于真實(shí)值，為了

11、獲得精確的地層聲波時(shí)差值，需要對聲波測井進(jìn)行泥漿浸泡校正。3、 地層界面的影響在水平井中，由于地層及流體界面以較小的角度與井眼相交，因此我們很難用測井資料來精確的確定這些地層界面，因?yàn)?，對于徑向平均型測井儀器來說，它的測量曲線在井眼與地層的交角接近90°的地層附近會(huì)變化很快，在井眼與地層的交角很小的地層附近會(huì)變化緩慢。 對于垂直井，一般井眼正交切割地層；而斜井與地層界面位置則存在兩種情況，一是層界面以較低角度橫切井眼，另一是層界面遠(yuǎn)離井眼。對于水平井，我們可以簡單的假設(shè)水平井位于兩垂直井中間的儲(chǔ)集層頂部。根據(jù)實(shí)際采油面積評(píng)價(jià)水平井的成功率，地層界面相對水平井眼的位置是非常重要的。4、

12、 泥巖各向異性影響沿不同軸向測量時(shí)介質(zhì)的特征值不同，我們稱這種介質(zhì)具有各向異性。構(gòu)造應(yīng)力和原始沉積過程會(huì)使沉積巖具有各向異性，各向異性程度的大小決定介質(zhì)的各向異性對測量值的影響程度。在斜井中，地層參數(shù)的垂直分量也會(huì)給儀器測量數(shù)值一定的影響，因此，地層各向異性對測井儀器具有無法直接預(yù)計(jì)的影響。圖1是三種同一地層不同井斜度的井眼中的縱波時(shí)差對比圖，這些測井曲線都做過垂直深度校正。由圖可知，該地層的泥巖存在較強(qiáng)的各向異性。同一地層中，當(dāng)井斜角增大時(shí)，縱波聲波時(shí)差會(huì)減小，變化的范圍非常大，在8900英尺到9160英尺的HRZ泥巖層，當(dāng)井斜角從0°到67°變化時(shí)，縱波聲波時(shí)差也從12

13、0us/ft降低到80us/ft。圖1 井斜角和地層各向異性之間的關(guān)系圖2對井斜角從0°到90°多口井的砂巖段縱波聲波時(shí)差數(shù)據(jù)做了統(tǒng)計(jì)。直方圖橫軸代表縱波聲波時(shí)差速度，縱軸是各個(gè)時(shí)差段上數(shù)據(jù)頻率，不同井的數(shù)據(jù)用不同的顏色加以區(qū)別。從圖上可以看出，不同傾斜角的井在同一砂巖層段所測的縱波聲波時(shí)差值基本一致。圖2 砂巖層所有井斜角對于儲(chǔ)集層巖石沒有明顯的各向異性5、 儲(chǔ)層侵入影響校正在儲(chǔ)層段，由于泥漿侵入的影響導(dǎo)致儲(chǔ)層原始狀態(tài)被打破，聲波測井值和原始的地震測井值出現(xiàn)偏差，因此需要對聲波測井值做校正。綜上所述，將聲波測井影響因素總結(jié)為表格，如表1所示表1 直井與斜井聲波測井影響因素

14、對比分析2.3大斜度井/水平井補(bǔ)償中子測井影響因素分析補(bǔ)償中子測井CNL測量的是由快中子源在地層中造成的熱中子計(jì)數(shù)率，反映地層的含氫量，主要用于判斷巖性和計(jì)算地層的孔隙度，在有利條件下，配合其他測井方法可劃分油、氣、水層。補(bǔ)償中子測井儀器為徑向平均型測井儀器，它是在標(biāo)準(zhǔn)的純石灰?guī)r刻度井中刻度的，以石灰?guī)r孔隙度作單位。其標(biāo)準(zhǔn)刻度條件為：井徑7in，井內(nèi)和地層孔隙中充滿淡水，無泥餅或間隙，井溫為24°，101.325kPa，儀器在井中偏心。當(dāng)實(shí)際測井條件與標(biāo)準(zhǔn)刻度條件不同時(shí)，所測的中子測井值就不等于地層孔隙度，此時(shí)應(yīng)對這些環(huán)境影響因素進(jìn)行校正。其中有一些影響因素?zé)o論是在直井還是斜度井中都

15、是不可避免的。2.3.1井眼刻度環(huán)境影響2.3.1.1巖性影響補(bǔ)償中子孔隙度測井儀器是在淡水灰?guī)r地層井中刻度的，此時(shí)是以灰?guī)r刻度系統(tǒng)的中子減速長度為標(biāo)準(zhǔn)的。對巖性不同的地層，其中子減速長度的標(biāo)準(zhǔn)不同，測得的孔隙度也不同。若地層的中子減速長度比石灰?guī)r骨架小時(shí)，則測得的視中子孔隙度大于地層的真實(shí)孔隙度；反之，則視中子孔隙度小于地層的中子孔隙度13。常見的地層巖性有灰?guī)r、砂巖、白云巖等，與灰?guī)r相比，砂巖的骨架密度小而中子減速長度大；而對于白云巖來說，其與灰?guī)r相比骨架密度大而減速長度較小。因此，在進(jìn)行測井解釋之前要對隨鉆中子孔隙度測井曲線進(jìn)行巖性校正。CNL儀是在純石灰?guī)r井中刻度的，對巖性不同的地層，

16、測得的孔隙度值也不同。針對三種常見的巖性：白云巖、石灰?guī)r和砂巖，他們之間的純石灰?guī)r刻度測井值之間的關(guān)系下圖2-6所示。2.3.1.2井徑影響補(bǔ)償中子儀器是在井徑為7in裸眼井中刻度的。隨著井眼的擴(kuò)大，儀器與地層之間泥漿層增厚，泥漿對測量結(jié)果的影響增大，氫含量的增加導(dǎo)致井眼中快中子的減速能力快速上升，并且由于井眼中的泥漿含有相對較高的熱中子俘獲截面使得熱中子的擴(kuò)散長度減小，并且使得井眼中的熱中子數(shù)目減少。隨著井徑的增加，探測器的計(jì)數(shù)率和地層響應(yīng)的靈敏度都隨著減小。如果不進(jìn)行井徑校正，會(huì)使得測得的視中子孔隙度會(huì)大于真值。臨近中子源的視孔隙度增加更大，隨著離中子源距離增加，視孔隙度增加減小。當(dāng)探測器

17、距離探測源更遠(yuǎn)時(shí)，這個(gè)影響與探測深度的增加一致。通常，泥漿的含氫量比地層高，因此在擴(kuò)徑時(shí)測井的視中子孔隙度大于地層實(shí)際孔隙度；反之，當(dāng)d<20cm時(shí)，視中子孔隙度小于地層實(shí)際孔隙度。一般說，CNL曲線受井徑變化的影響使比較大的，故應(yīng)對CNL曲線作井徑影響校正。2.3.1.3泥漿密度影響補(bǔ)償中子儀是在淡水中刻度的，一般情況下井內(nèi)泥漿的含氫量要低于純水中的含氫量，因而泥漿密度對補(bǔ)償中子測井值會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)泥漿的密度增大時(shí)，泥漿中的固體成分替代了其中的部分水分，導(dǎo)致井眼中的中子減速能力下降，并使探測器的計(jì)數(shù)率增加，因而泥漿密度對視孔隙度值會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)視孔隙度較低時(shí)泥漿密度的影響可忽略，否則不

18、可忽略14。地層孔隙度為20%是一個(gè)臨界狀態(tài)：如果地層孔隙度低于這個(gè)臨界值時(shí)，測得的熱中子計(jì)數(shù)率主要決定于地層的含氫量，此時(shí)可以忽略泥漿密度的影響；如果地層孔隙度高于這個(gè)臨界值時(shí)，泥漿會(huì)影響熱中子的測量結(jié)果，此時(shí)視地層孔隙度值要低于實(shí)際地層孔隙度值，而且泥漿密度越大測得的視地層孔隙度值越低15。2.3.1.4礦化度影響控制熱中子衰減和熱中子散射的兩種地層特性是氫含量和熱中子吸收截面，這兩種特性受地層流體礦化度和地溫的影響。當(dāng)井內(nèi)泥漿和地層水的礦化度比儀器刻度用的淡水高時(shí)，由于氯含量的增高導(dǎo)致熱中子吸收截面升高，而且由于烴被鹽代替了，使烴含量減少了。當(dāng)泥漿礦化度增高時(shí)，導(dǎo)致地層中烴含量降低，使測

19、量得到的視地層孔隙度值偏高；當(dāng)?shù)貙铀牡V化度增高時(shí)，導(dǎo)致地層中氯含量增大，使測量得到的視地層孔隙度偏低。并且，對于地層，吸收截面升高減少了中子散射長度，使視孔隙度增加；烴含量減少，使中子減速長度增加，使視孔隙度減小。這兩種相反的影響使視孔隙度在低孔隙度地層增加，在高孔隙度地層下降16。2.3.1.5溫度影響一般儀器在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途锌潭葧r(shí)的溫度為24oC（75oF），在實(shí)際測井中，井溫隨井的深度而變化，一般井深每增加33米，井溫增加1，若鉆井深度為3300米，地層溫度大約為119。但是在模型井中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在常溫下得到的，井溫很難加以控制。溫度會(huì)極大地影響中子計(jì)數(shù)率的測量，研究表明，從物理學(xué)角度去

20、講，溫度影響測井值的原因，是因?yàn)闇囟纫鹆藷嶂凶用芏鹊淖兓?，同時(shí)還改變了泥漿對熱中子的俘獲截面。當(dāng)溫度增加時(shí)，慢中子變成快中子，泥漿對熱中子的俘獲能力變小，隨著源距增加熱中子密度減小的速率變低，使得長源距探測器的熱中子計(jì)數(shù)率與短源距探測器的熱中子計(jì)數(shù)率之間的比值增大，從而測出的CNL視孔隙度偏低5溫升高，就降低了井眼和地層核子的熱中子的束縛能量，這將導(dǎo)致中子散射長度增加，視地層孔隙度降低。2.3.1.6泥餅影響一般情況下，泥餅的含氫量高于低孔隙度地層，而低于高孔隙度地層，因此遇到低孔隙度地層時(shí)會(huì)使測量結(jié)果偏高，遇到高孔隙度地層時(shí)會(huì)使測量結(jié)果偏低。2.3.1.7間隙距離影響補(bǔ)償中子測井儀刻度過程

21、中令儀器偏心，并保持和井壁無間隙的接觸。在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是泥漿密度大的狀況，會(huì)在儀器上安置一個(gè)用來使儀器和井壁產(chǎn)生一定距離的間隙器，這樣可以起到預(yù)防井下儀器被卡住的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致間隙中充填泥漿，由于泥漿的高含氫性使得最終的測量結(jié)果偏高2.3.2地層界面的影響在大斜度井和直井中，井眼與地層界面的關(guān)系不同。對于垂直井，一般井眼正交切割地層；對于大斜度井，井眼與地層界面位置則存在兩種情況：一是層界面以一定的角度橫切井眼，另一是層界面遠(yuǎn)離井眼。在垂直井中，除非尋找鹽丘或鄰近的井眼，否則對不與井眼相交的層面不會(huì)考慮，然而在大斜度井中，則需要考慮不與井眼相交的層面，因?yàn)榧词共慌c井眼相交的地層界面

22、也可能對測井結(jié)果產(chǎn)生影響。通常假設(shè)地層頂部位在兩口垂直井間的直線上，確定井眼相對于附近水層或泥巖層的位置時(shí)，跟蹤這些層面的軌跡是非常重要的7。2.3.3巖屑層的影響在水平井中，由于井眼形狀的特殊性，在井眼下側(cè)往往沉積一些鉆井過程中的細(xì)碎巖屑，這些巖屑和初期形成的泥餅相混淆，從而形成巖屑層。目的層的層界面幾近平行于井眼，粘土層具有某種層理特征通，這種儲(chǔ)層的井眼幾何形狀有點(diǎn)像鑰匙孔形，井筒的低處在起下鉆過程中不斷受到向下的磨損，從而井眼擴(kuò)大積聚了許多鉆井巖屑和泥漿固體顆粒。這些巖屑層密度比較低，它們會(huì)影響中子和密度的測井值，使得中子孔隙度和密度孔隙度增大。下圖2-7所示為巖屑層影響研究模型示意圖。左側(cè)剖面圖由厚為4厘米的50p.u.高孔隙度巖屑層、橢圓形井眼和孔隙度為20p.u.的均質(zhì)砂巖。它們之間的相對關(guān)系是：巖屑層在井眼底側(cè)，井眼被包含在均質(zhì)砂巖內(nèi)。圖中中子測井結(jié)果模擬研究表明，井眼中由于高孔隙度的巖屑層的存在，使得測得的巖層孔隙度高出3個(gè)孔隙度單位17。2.3.4非對稱式侵入影響在大斜度井/水平井特殊井眼環(huán)境下，由于密度測井和補(bǔ)償中子測井儀器特征和測井環(huán)境的相似性，因此密度測井也存在非對稱侵入的影響。綜上所述，我們可以將補(bǔ)償中子測井影響因素總結(jié)為下述表格。見表2-3。2.4小結(jié)總結(jié)和梳理了大斜度井和