成像测井方法简介.ppt

1、成像测井,第一节 井壁成像测井,一、地层微电阻率扫描成像测井（FMS） 1、电极排列及测量原理 1）、电极排列 采用侧向测井原理，在原地层倾角测井仪极板上装有钮扣状的小电极，电极直径5mm. 如图所示。井壁覆盖率达40。电极个数每个极板：2816；四个极板：41664。,2）、测量原理 测量每一钮扣电极发射的电流强度。地层电阻率高，电极的接地电阻大，电流强度小；反之，电流强度大。因此，通过测量电流强度，即可反映井壁地层电阻率的变化。,二、全井眼地层为电阻率扫描成像测井（FMI）,1、仪器特点 除4个极板外，在每个极板左下侧又装有翼板，翼板可围绕极板轴转动，以便更好地与地层接触。 每个极板和翼板

2、装有两排电极，每排12个电极，共192个电极。井眼覆盖率达80（8.5英寸的井眼）。,两排电极中心间距离0.3英寸，使深度位移更准确。钮扣电极直径为0.16英寸，电极周围绝缘环的外缘直径0.24英寸，提高了仪器的纵向分层能力。,此仪器的纵向分辨率0.2英寸，横向探测深度约12英寸。测量结果可用于划分裂缝、岩石结构及地层分析等。,2、测量模式 1）、全井眼模式测量 用192个钮扣电极进行测量。在6.25英寸的井眼中的井壁覆盖率93；8.5英寸的井眼中的井壁覆盖率80；12.25英寸的井眼中的井壁覆盖率50；,2）、四极板模式测量 用4个极板上的96个钮扣电极进行测量，翼板上的电极不工作。井壁覆盖

3、率降低一半。采集数据量少，提高了测井速度快，测井成本低。,3）、地层倾角模式 只用四个极板上的8个电极测量，得出与高分辨率地层倾角仪同样的结果，但提高了测井速度。,3、测量环境 水基泥浆：泥浆电阻率小于50欧姆米，地层电阻率与泥浆电阻率比值小于20000。,油基泥浆：当油基泥浆含水量大于3040时，也可以测井，但测井质量难于保证。,4、资料应用 （1）裂缝识别,可确定电导率裂缝 的倾角及倾向,电导率裂缝的特点 电阻率低，表现为暗色,电导率裂缝,电导率裂缝,电导率裂缝,电导率裂缝,网状裂缝电成像测井图,高电阻率裂缝,高电阻率裂缝特点 亮色条带,高电阻率裂缝,高电阻率裂缝,电导率裂缝,电阻率裂缝,

4、地层层面,裂缝走向,裂缝方位,地层层面，地层倾角及倾向,（2）确定地层倾角及倾向,地层层面，地层倾角及倾向,层状灰岩与裂缝灰岩的电成像图象,层状灰岩及裂缝的电成像测井解释,第二节 方位电阻率成像测井,一、测量原理 方位电阻率测井是在双侧向测井基础上发展起来的一种测井方法。共有12个电极，装在双侧向测井的屏蔽电极A2的中部，每个电极向外张开的角度为30。12个电极覆盖了井周360方位范围内的地层，电极为长方形，其电流分布如图所示。,方位电极排列及电流线分布示意图,方位电阻率：,环状监督电极相对于电缆外皮的电位；,方位电极的供电电流；,除输出12个方位电阻率外，还可以通过对12个方位电极供电电流求

5、和，提供一种高分辨率的侧向测井（LLHR）.,得到的12个电阻率值相当于每个电极供电电路所穿过路径介质的电阻率，穿过的路径包括电极30张开角所控制的范围。因此当井周介质不均匀或有裂缝时，得到的12个电阻率就会有变化。由此可以确定井周地层导电性的变化。,二、应用,1、探测深度和纵向分层能力 方位侧向LLHR的横向探测深度与深双侧向接近；方位侧向LLHR的纵向分层能力与微球聚焦测井接近。如图所示。,2、划分薄互层 如图所示,3、识别裂缝,裂缝层段，电阻率出现明显异常（低）。 如图所示。,第三节 阵列感应成像测井,一、测量原理- Western Atlas测井仪 阵列感应测井采用一系列不同线圈距的线

6、圈系测量同一地层，从而得到原状地层及侵入带电阻率等参数。,与双感应浅聚焦测井不同，阵列感应测井除得到原状地层电阻率和侵入带电阻率外，还可以研究侵入带的变化，确定过渡带的范围。,阵列感应测井主线圈距有8个：6英寸、9英寸、12英寸、15英寸、21英寸、27英寸、39英寸、72英寸。采用20KHZ和40KHZ的工作频率。 8组线圈采用同一频率（低频）；此外，6组探测范围浅的线圈系同时还采用另一种较高频率。由此，得到14种探测深度的线圈距，每种线圈距测量同相信号R和90度相位信号X，共测28个原始信号。,二、阵列感应测井的输出 通过对原始的28个信号进行井眼校正，而后进行“软件聚焦”处理，可得到1英

7、尺、2英尺、4英尺三种纵向分辨率。每一种纵向分辨率又有10英寸、20英寸、30英寸、60英寸、90英寸5种探测深度的电阻率曲线（斯伦贝谢公司ATXX）。阿特拉斯公司的阵列感应仪可得到三种纵向分辨率（1、2、4英尺）、六个探测深度（ 10、20、30、60、90、120英寸）的测井曲线（MXRY）。,油层 55655585,差油层 55855600,阵列感应测井图,实例分析,井位坐标图,油层 53845395.5,含水油层 5395.55398,含油水层 53985399.5,YM34,油层 55795587,干层 55875602,差油层 56025610,YM35,油层 55655585,Y

8、M35-1,差油层 55855616,YM35-1,油层 56165643,差油层 56435652,YM35-1,油层 53765405,水层 54055420,YM34-H1,YM34 5375-5405,YM34-H1 5365-5410,地层对比,YM35 5570-5620,YM35-1 5558-5590,地层对比,A30、A60小于A20，存在低阻侵入环带。,双侧向、中深感应电阻率及阵列感应电阻率曲线在水层的表现。,RLLD、RILD、AT90的探测深度依次增加。,RLLDRLLS;RILDRILM,纵向分辨率为4英尺。不同探测深度曲线对应的电阻率值见下图。,20t/d,水层,X

9、、Y两层阵列感应电阻率与探测深度的关系,Y层显示有低阻侵入环带；而X层表现为泥浆高侵，为水层特征。,水层比值小；油层比值大。,ATXX斯伦贝谢公司的阵列感应。 纵向分辨率：1英尺、2英尺； 横向探测深度：10、20、30、60、90英寸。,水层,油层,电阻率比值,引自SPE38666,尽管RSFL大于RERD ，但M2RX大于M2R1、RERD 大于RERM。所以储层为油层。,引自SPE38666,对于泥质砂岩，地层泥质含量、泥浆电阻率于地层水电阻率比值都对用深浅电阻率比确定储层流体性质有影响。,引自SPE38666,第四节 偶极声波成像测井,一、偶极横波成像测井原理 1、地层 硬地层：地层横

10、波速度大于井内泥浆声波速。 软地层：地层横波速度小于井内泥浆声波速。 在软地层内，无法由单极子声源获取地层横波信息。,2、偶极声波源 偶极声波源可以使井壁一侧压力增加，另一侧压力减小，使井壁产生扰动，形成轻微的挠曲，在地层中直接激发横波。 产生的挠曲波的振动方向与井轴垂直，传播方向与井轴平行。 其工作频率一般低于4KHZ。,单极子声源振动示意图,偶极子声源振动示意图,软地层中的单极子波形,软地层中的偶极子波形,偶极声源除产生纵波、横波外，还可以在井眼激发挠曲波。此波具有频散性。高频传播速度低于低频传播速度。低频时其传播速度与横波速度相同。,3、偶极声波测井仪的仪器结构 如图所示。,DSI井下仪

11、结构简图,1）、发射器的组成 由三个发射单元组成。单极子全方位陶瓷发射器；上偶极发射器、下偶极发射器，两个偶极发射器的方向互相垂直。,2）、接收器 由8个接收器位置，间距为6英寸，每个接收器位置上由两对接收器，一对同上偶极发射器方向一致，另一对同下偶极发射器方向一致。,3）、信号记录方式 对于偶极方式，每对接收器时分开传输的；而对于单极方式，二者合在仪器传输。,4）、源距 最低接收器与单极发射器的距离9英尺；与上偶极发射器的距离11英尺，与下偶极发射器的距离11.5英尺。,二、仪器的工作方式,1、下偶极方式 采集和处理下偶极发射器发射时，相应接收器接收到的偶极波形数据及挠曲波的慢度，从而获取有

12、关横波数据。,2、上偶极方式 采集和处理上偶极发射器发射时，相应接收器接收到的偶极波形数据及挠曲波的慢度，从而获取有关横波数据。,3、斯通利波方式 用低频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的单极波形数据，从而获取斯通利波的有关数据。,4、纵波和横波方式 用高频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的单极波形数据，从而得出纵波和横波时差。,5、首波检测方式 用高频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的单极波与阈值的交叉数据，从而得出纵波时差。,记录波形,哈里伯顿的交叉偶极子声波成像测井仪。,单极声源,偶极子声源,接收器阵列,源距：10.24英尺；

13、9.23英尺。,该仪器采用3 个发射器和8 个接收器阵列。发射器包括一个全方位的单极发射器和2 个同深度的偶极发射器( XX , YY) 。,8 个接收器阵列中的每个接收阵列均有4 个正交排列的接收器, 依次为R1 、R2 、R3 、R4 。其中R1、R3 接收器沿偶极发射器的XX 方向排列, R2、R4 沿偶极发射器的YY 方向排列。,第一个接收阵列与单极发射器的源距为10.24ft , 与偶极发射器的源距为9.23ft 。相邻2 个接收阵列的间距为0.5ft 。,对于标准发射序列, 发射器每发射一次,8 组接收阵列的32 个接收器将记录32 条波形曲线。每一个深度点上可获得96 条波形。,

14、包括32 条单极波形、16 条XX 偶极波形、 16 条XY偶极波形;16 条YY 偶极波形, 16 条YX 偶极波形。 从单极和偶极波形可分别提取出纵波、横波以及斯通利波。,三、偶极横波成像测井的应用,1、识别岩性和划分气层 地层纵横波速度比与地层岩性有关。,白云岩,石灰岩,纯砂岩或含气砂岩,地层纵波速度随地层含气饱和度的增加而降低，但横波速度变化较小，因此随含气饱和度的增加，纵横波速度比减小。如图所示。,2、划分裂缝带 1）、有效裂缝分析 当斯通利波遇到张开的裂缝时，由于裂缝处声阻抗大，使斯通利波的能量被反射。通过处理斯通利波波形，可以提取斯通利波的反射系数，从而判别裂缝带。如图所示。,如

15、上图1 所示, 在某井的段, 常规资料显示该段均可能发育裂缝, 首先从成像上来看, 该段广泛发育裂缝, 且为暗色正弦曲线, 应该为张开缝。但是从WSTT 上看, 在段, 斯通利波能量并没有明显衰减, 上行和下行反射系数都没有显著增大, 且变密度图像上没有变化, 因此判定此段不发育有效裂缝, 成像上的暗色曲线为无效裂缝。,而在2334.5m 以下的段, 斯通利波能量衰减强烈, 且理论斯通利波时差曲线和实测斯通利波时差曲线出现了差异, 反射系数变大, 变密度图像上出现模糊的V 字型条纹, 因此判定此段为渗透性较强的地层, 为有效张开缝, 且渗透性极好, 对储层有较大贡献。,在12221332 m井

16、段, FMI图像显示有裂缝,在斯通利波裂缝分析图上,反应明显。斯通利波变密度图干涉严重,能量损失大,指示出裂缝为有效开口大的裂缝。,56705685 m 试油,产液239 m3,其中油106 m3。,2）、裂缝区域有效性分析,因地应力释放引起的椭圆井眼的长轴方向, 为地层最小主应力方向。 而诱导缝的走向平行于最大水平主应力的方向。,根据偶极子资料计算的快横波方位为地层现今最大水平主应力的方向。,椭圆井眼法、诱导缝法及WSTT快慢横波法计算的地层最大水平主应力方向对比图如下：,可见3 种方法计算的主应力方位非常一致。,上图为地层的裂缝走向和最大水平主应力方向对比图, 其中A、B、C、D 为白垩系

17、4套碳酸盐岩地层, 按照有效裂缝走向与水平最大主应力夹角的大小, 将白垩系地层的裂缝区域有效性由好到差分为3 个等级: 级, 夹角小于10; 级, 夹角在1030; 级, 夹角大于30。由此可知, B 层的裂缝有效性最好, A 和C 次之, D 最差。现今最大主应力对A、B、C 地层的裂缝有效性较有利, 对D 地层则起到挤压破坏的作用。,椭圆型井眼,现今最大水平主应力方向 北东南西向,水平主应力方向的确定方法： 如下图 所示,设井壁受到无穷远处两个主应力,即最大水平主应力1 和最小主应力2 (1 2 ) 的作用,钻井液对井壁产生的压力为p , 井眼半径为R。则井眼外区域内任一点p1 处的受力情

18、况可表示为：,式中r 、r分别是径向主应力、切向主应力和剪切应力。,钻井过程中应力崩塌形成的椭圆井眼通常是由切向正应力作用于井壁形成的。从式(7) 可以得到, 在=/2 和=3/2 处, 有最大值, 井壁所受的切向正应力最大;在=0和=处, 有最小值, 井壁所受的切向应力最小。其计算式分别为,式(9) 表明:切向正应力的最大值出现在最小主应力的方向上。在这一方向上最易引起应力崩塌及造成椭圆井眼,椭圆井眼的长轴方向为最小水平主应力的方向。,式(10) 表明: 在切向正应力的最小值方向上,若p 32 - 1 ,则在该方向上井眼表面上有拉应力,可能发生径向拉伸破坏,从而在该方向上产生走向为最大水平主

19、应力方向的钻井诱导缝。,当高角度缝的走向与最大水平主应力的方向一致时,后期水平应力对原生裂缝有保持作用;当高角度裂缝的走向垂直与最大水平主应力的方向时,地应力对高角度裂缝有破坏和闭合作用。,3、岩石机械特性分析 根据测到的地层声波速度、纵波速度及地层密度，可以计算岩石的动态弹性参数。如泊松比、剪切模量、杨氏模量、体积弹性模量极拉梅常数。,上式中,为慢度时间相关法的相似系数； s为慢度，,s为慢度， ； N接收器的个数； T为某一成份波首波到达时间,；,为第 m个接收器 t时刻的声波信号,mV ; d为接收器的间距,ft 。,为时窗长度,各向异性地层,横向各向同性地层（TIV介质）对称轴Z轴,其

20、中:,沿Z方向传播的横波的速度为,质点振动方向沿X或Y轴。,TIH介质对称轴为X轴,其中,沿Z方向传播、质点振动方向沿Y方向的横波速度,沿Z方向传播、质点振动方向沿X方向的横波速度,由于C44一般大于C55，因此横波沿井壁方向（Z轴）传播时，往往分解为快横波和慢横波。根据二者的速度差异及传播方位，即可确定地层的各向异性程度。,如果地层各向异性是由地应力造成的，则根据偶极子资料计算的快横波方位为地层现今最大水平主应力的方向。 如果地层各向异性是由地层裂缝造成的，则根据偶极子资料计算的快横波方位为地层裂缝的走向。,有效裂缝的走向与最大水平主应力的夹角越小，裂缝越利于保存。,偶极子声波资料确定快横波

21、方位的方法：,张开裂缝在井壁电成像和声成像测井图上均表现为连续或间断的宽窄不一的深色条带, 其形状取决于裂缝的产状, 垂直缝和水平缝分别为竖直的和水平的条带,斜交缝为正弦波条带状见上图。,X井利用过套管交叉偶极横波识别裂缝压裂高度,各向异性= 2 (快横波速度- 慢横波速度) / (快横波速度+ 慢横波速),裂缝是造成各向异性增大的主要原因,当地层存在裂缝时,横波的各向异性将明显增大,而不存在裂缝时,则各向异性值基本为零。,因为当井壁不存在裂缝时,横波快慢时差基本相同,基本不存在各向异性,而当井壁被压裂,形成垂直裂缝时,各向异性值将明显增大,因此,各向异性变化明显段就是裂缝被压开的高度,这就是

22、利用交叉偶极横波判断裂缝压裂高度的原理。,X 井就是利用过套管交叉偶极横波识别裂缝压裂高度的一个例子:该井在1362 m1368 m 射孔,于压裂作业前先测了一次过套管交叉偶极横波测井,经处理,发现在射孔段附近横波各向异性不明显,无裂缝存在。压裂后,又进行了一次过套管交叉偶极横波测井,发现在1357 m1374 m 井段快慢横波时差差异明显,各向异性明显,据此判断裂缝压裂缝延伸段为1357 m1374 m ,裂缝高度为17 m ;经压裂作业,裂缝向上延伸7 m ,向下延伸6 m ,压裂效果良好。如上图所示。,第五节 核磁共振测井,一、基本原理 1、原子核的磁性 核磁共振是磁场中的原子核对电磁波

23、的一种响应。 所有含奇数核子（质子数中子数）以及含偶数个核子但原子序数为奇数的原子核，都具有自旋角动量。自旋产生的核磁矩矢量：,旋磁比，可正可负，有实验确定；,自旋角动量。,2、单个自旋在外加磁场中的表现,在外加静磁场中，单个自旋磁矩将受到力矩的作用，绕外加磁场的方向进动。进动频率为：,如：氢核的旋磁比为：,在2.5102 T的磁场中，其进动频率为1.065MHZ。,旋进质子示意图,静磁场,3、自旋系统的宏观磁化矢量,自旋系统的宏观磁化矢量等于单位体积内核磁距的和。,宏观磁化矢量与外加静磁场平行。,4、系统在外加磁场中的现象核磁共振现象,1）、核磁共振现象,被静磁场磁化后的自旋系统，再施加一个

24、与静磁场垂直、以进动频率（0）振荡的交变磁场B1。 此时，处于低能态的核磁矩吸收交变磁场提供的能量，跃迁到高能态，磁化强度相对于外磁场发生偏转，此现象称为核磁共振现象。,磁化矢量扳转示意图,M与B0及B1垂直,2）、弛豫,射频脉冲加入之前，自旋系统处于平衡状态，M与B0 方向相同；射频脉冲作用期间，M偏离B0方向；射频脉冲结束后，M通过自由进动，向B0方向恢复，使和自旋从非平衡态分布回复到平衡态分布。此过程叫弛豫。,M=(MX,MY,MZ),(1)、横向弛豫过程,非平衡状态时的磁化矢量X、Y分量衰减至零的过程。 弛豫速率用1/T2表示。T2 为横向弛豫时间。,(2)、纵向弛豫过程,非平衡状态时

25、的磁化矢量的Z分量恢复至初始磁化强度M0的过程。,弛豫速率用1/T1表示。T1 为纵向弛豫时间。,二、物质的弛豫特征,1、NMR弛豫机理 有三个影响弛豫时间T1 、T2 的NMR弛豫机理。 （1）、颗粒表面弛豫 研究发现，在大部分岩石中，颗粒表面弛豫对T1 、T2 的影响最大。,孔隙大小在表面弛豫中起重要作用。 大孔隙，横向、纵向弛豫快；小孔隙，横向、纵向弛豫慢。,其中：S/V为孔隙表面体积比。孔隙小，对应S/V大。,当岩石中流体弛豫主要为颗粒表面弛豫时，弛豫时间比（T1/T2 ）在12.5之间，通常为1.6。,对于多孔隙的岩石，由于其S/V不是常数，因此，实测岩石的T2不是一个值，而是T2分

26、布函数。 T2分布函数与岩石孔隙尺寸分布及孔隙度有关。岩石孔隙尺寸分布及孔隙度NMR解释的重要参数。,（2）、扩散弛豫 在梯度场中，分子扩散造成的弛豫。,扩散弛豫只对T2有影响。,（3）、体积弛豫 在孔隙流体中产生的弛豫。 流体粘度提高，会缩短体积弛豫时间。 体积弛豫受温度影响大。 当体积弛豫明显时，T1=T2.,（4）、弛豫过程 当上述弛豫过程并行作用时，它们的速率相加。,-表面弛豫的贡献；,-扩散弛豫的贡献；,-体积弛豫的贡献。,2、油气水的弛豫特征,不同介质的T1、T2,（1）水的弛豫特征,在水润湿的碎屑岩中，水的弛豫时间为颗粒表面的弛豫所控制。弛豫速度与充满水的孔隙的比面和颗粒矿物有关。,在下列情况下，水的弛豫时间主要与体积和扩散弛豫、温度有关。 a.孔洞孔隙，孔隙比面小。（大孔隙） b.严重油湿岩石； c.含高浓度顺磁离子如铁、铬的原生水或泥浆滤液。,（2）油的弛豫时间 在水润湿岩石中，油的NMR弛豫时间仅为油组分和地层温度的函数。 油的T1、T2与油的粘度关系紧密。 原油的T2 分布跨度大。,（3）、气体的弛豫特征 甲烷的T1为其成分、温度和压力的函数。弛豫为体积弛豫。 气体的T2完全受控于扩散弛豫。甲烷的扩散系数大。 气体的T1和T2无关。,（4）、结论,水,油,三、核磁共振测