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162石油地球物理测井石油地球物理测井石油地球物理测井石油地球物理测井一、综合篇1.1.1.1.什么是地球物理测井井下地层是由各类岩石组成，不同的岩石具有不同的物理化学性质，为了研究各类岩石的物理性质及井下地层是否含有石油天然气和其他有用矿产，建立了一门实用性很强的边缘学科??地球物理测井学，简称“测井”，它以地质学、物理学、数学为理论基础，采用计算机信息技术、电子技术及传感器技术，设计出专门的测井仪器，沿着井身进行测量，得出地层的各种物理、化学性质、地层结构及井身几何特性等各种信息，为石油天然气勘探、油气田开发提供重要数据和资料。测井的井场作业如图所示，由测井地面仪器、绞车和电缆组成，通过电缆把下井仪器放到井底，在提升电缆过程中进行测量。地球物理测井包括以下方法：（1）电法测井，如视电阻率测井、侧向测井、感应测井、阵列感应测井等，能在各种井眼条件下测量地层电阻率；（2）电磁波传播测井，测量岩石介电常数，利用地层电阻率和介电常数能准确地划分出油气层；（3）地层倾角测井，确定井下地层的产状和构造；（4）全井眼地层微电阻率扫描成像测井，能研究地层结构、层理及裂缝等，并能给出井壁成像；（5）声波测井，如声速测井、阵列声波测井、偶极声波成像测井等，可用于确定地层孔隙度、渗透率、裂缝及机械特性等。井下声波电视可提供井壁图像，是成像测井系列的重要方法之一；（6）核测井（放射性测井），自然伽马测井用于测量岩石的自然放射性，自然伽马能谱测井可确定岩石中铀、钍、钾的含量。用伽马射线源照射地层可确定地层的岩性和密度，称为岩性密度测井。用中子源照射地层可研究地层的中子特性，包括中子测井、中子寿命测井、碳氧比测井、中子活化测井等，用于确定井下地层的岩性、孔隙度及含油饱和度，是划分油、气、水层的重要方法；（7）近年来又兴起一种新的测井方法??核磁测井，能测量地层孔隙度、束缚水及可动油饱和度；（8）热测井，测量井下地层温度；（9）在油井生产过程中能测量各地层的油气产量，这类方法统称生产测井。地球物理测井已成为勘探地下油气藏、煤田及其他有用矿产的重要方法，在能源、矿产资源建设中起着重要作用。2.2.2.2.为什么需要地球物理测井石油和天然气埋藏于数千米的地下，为了找到和开采石油和天然气，就要钻勘探井和开发井。在钻井过程中需及时了解井身是垂直的还是倾斜的（井斜），如果是倾斜的，要测出是向哪个方向倾斜（方位），还要测量井眼直径的大小（井径）。在钻大斜度井和水平井时，要及时控制钻井方向和位置，以保证在有前景的目的层中钻进，就需要工程测井和随钻测井163提供有关信息，指导钻进过程。在钻完井后，要用一系列地球物理测井（简称测井）方法对井下地层进行测量，确定地层是水平的还是倾斜的（产状），是由何种岩石构成，并且划分出含石油天然气地层和含水地层，提供含石油天然气地层的准确深度和厚度，地层储存油气空间（孔隙度●1）的大小，含油气的多寡（含油饱和度●2），以及石油天然气是否能开采出来（渗透率的大小），为计算石油天然气储量和油气田开发设计提供可靠依据。下完套管和固井后，要检查水泥胶结质量，如果水泥胶结质量好，要进行射孔，用射孔枪把油气层部位的套管、水泥环和地层射穿，为石油天然气流入井内提供通道，水泥胶结质量好坏与油气层部位的确定也都要由地球物理测井来完成。在采油过程中要测量各层的油气产量，并监视井下地层还剩有多少石油天然气，注水效果等，需进行生产测井。总之从一口井开钻起，到油层枯竭，油井报废为止，都要进行地球物理测井，地球物理测井是油气勘探和油田开发全过程中最可靠的监测方法，也可以说不进行地球物理测井就无法勘探和开发石油天然气。3.3.3.3.石油井中的地层是什么样子钻井穿过地层后，井下地层会是什么样子呢？对于一些松软致密地层，如泥岩等，由于钻井液浸泡，井壁垮塌，井眼扩大（井径明显大于钻头直径），根据井径测井曲线，可划分出泥岩层。这类非渗透性地层，通常不会是油气层。但对一些孔隙性和渗透性地层，要进行仔细研究。所谓孔隙性岩石，是指岩石中有互相连通的孔隙空间，孔隙空间的大小用孔隙度表示。渗透性岩石是指在一定压差下流体能在孔隙中运动，渗透性愈好表示流动性愈好。如果孔隙中储存有油气，那么渗透性好的岩石中比较容易开采出石油。对于渗透性、孔隙性岩石，在钻井过程中，为了防止井喷，一般情况下井内钻井液柱的压力大于地层压力，具有一定的压差，钻井液中的水分（称为钻井液滤液）会侵入到地层中。钻井液滤液将地层中的原生流体驱走，在井壁附近的地层中钻井液滤液会将原生流体全部替换，孔隙中100%含有钻井液滤液，这一区域称为“冲洗带”。随着离井壁的距离增大，钻井液滤液含量逐渐减少，原生流体含量逐渐增大，直到钻井液滤液含量变为零，到达100%含有原生流体的地层的原始状态??原状地层。从钻井液滤液含量开始变化到其含量为零的区域叫作“过渡带”，冲洗带和过渡带统称侵入带。对于好的储集层，多形成侵入带，它是寻找油气层的重要标志，但同时给测井带来更复杂的问题。为了探测出冲洗带、过渡带和原状地层的电阻率，要用具有深、中、浅探测深度的组合测井和阵列测井，将在以后条目中介绍。1644444．探测油气层的遥控遥测装置————————测井仪器系统在日常生活中，当医生为患者诊断疑难病时，为了确诊，会针对患者病情使用现代医学仪器对患者进行各种检查，诸如心电图、Ｂ超、Ｘ射线、核磁共振等，这些仪器是利用人体器官的电、声、核、核磁等物理性质检查人体器官的病变。在寻找石油和天然气时，由于含油气地层的电、声、核、核磁等物理性质也不同于不含油气的地层，因此，在石油勘探中，需要在几千米的井中测量所有地层的电、声、核、核磁等物理性质，以确定哪些深度的地层含有油气。把测量上述各种物理性质的仪器组合在一起，并以地面的计算机为中心按照一定的时序对地层的各种物理信息进行采集、传输、处理和快速解释，并在测量过程中实时地对下井仪器进行控制。这就是现代的石油测井仪器系统。测井仪器的发展和各行各业的测试技术一样，随着科学技术的进步从简单到复杂。最早的测井仪器就是一个大的万用表，将测量电极延伸至井下，测量地层的电阻进而换算成电阻率。随着测井学科的发展，从单一的电测井到包括电、声、核、核磁的各类测井，使下井仪器多样化。更由于材料工业、电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展，使测井仪器从单一的单参数测量发展到对多参数大量信息进行采集、传输到处理、解释，并经历了从模拟记录、数字记录、数字控制到今天的成像测井系统，实时地自动展现井下地层各种物理参数的二维图像。测井仪器系统由三部分组成：下井仪器、地面仪器和连接两者的电缆。下井仪器包括电测井仪、声测井仪、核测井仪、核磁测井仪以及测量井内温度、井孔直径的井温仪和井径仪等。每种下井仪器都装有对被测物理参数敏感的传感器和对被测信号进行放大、处理的电子器件。地面仪器则由主机和前端机以及绘图仪、打印机、显示器等构成，某些测井系统还增添了同时进行资料解释和绘图的工控机。前端机控制各类数据通道（模拟道、数字道、脉冲道、遥测道等）实现对下井仪器所发送数据的实时采集，主机完成对整个系统的控制和数据处理，并将测量结果以曲线或图像形式显示、打印出来。主机和前端机之间的数据和命令通讯通过总线或以太网实现。计算机间形成局域网共享打印机、绘图仪、文件、数据等硬件资源。测井时，根据油气田的地质特点选择需要测量的物理参数，将相应的下井仪器挂接在电缆末端放入几千米深的井中。当电缆以均匀速度上提时，操作人员操作计算机,启动测井系统程序,按时序发出命令，通过电缆传送给井下仪器，控制井下仪器的工作流程。井下仪器测得的数据经放大、简单处理和编码后，按帧通过电缆发送到地面。地面计算机系统对数据进行一系列处理后，输出按深度变化的测井曲线或图像，有经验的测井工程师可根据曲线或图像的变化初步确定哪些深度的地层含有油气。对于地质特征复杂的地层或是对含油气地层要做量的计算，则须把测量得到的所有数据送计算中心做进一步的处理、分析和地质解释。5555．探头————————井下的测井仪器油气层埋藏在地下几千米深，如果人们具有古代神话传说中的千里眼，就可以毫不费力的探寻宝藏，尽管千里眼是人们良好的愿望，但科学的发展使我们可以将复杂的电子仪器下放到为探寻油气层所钻的井中，这就是寻找油气层的“千里眼”??测井下井仪器。当地层含有油气时，它的电、声、核和核磁等物理性质就不同于其他地层。我们将测量电阻率或介电常数、测量声波传播速度或衰减、测量放射性射线能谱和测量核磁共振特性的仪器用电缆下放到几千米深的井中，当电缆上提时，在地面仪器命令的控制下，自动测量地层相应的物理特性。由于钻探井的直径一般仅15～20厘米，且井内充满钻井液，更由于井深和井内的温度、165压力都很高。因此，下井仪器都制作成细长形状，在狭窄的空间内放置对所测物理参数敏感的传感器和其他电子线路，其钢外壳要承受高温、高压，连接处和导线引出处要密封绝缘不受钻井液浸入。下井仪器测量的物理参数，如电阻率大小、声波传播时间的长短、核测井计数率等，其输出信号有的是模拟信号，有的是数字信号，还有脉冲信号，因此，在将各种信号通过电缆发送前必须进行统一处理。为此，每支下井仪器都设置井下仪器接口，将测量的物理参数和仪器工作状态转换为数字信号储存于接口中以备发送。为了完成地面计算机和下井仪器之间的信息交换，电缆的地面端接地面遥测模块，井下一端接井下遥测短节。地面遥测模块和地面仪器前端机进行数据通信,实现测井的实时采集和传递地面计算机的控制命令；井下遥测短节传递命令实现各下井仪器的数据发送。测井过程中，地面遥测模块不时地将前端机的命令调制后通过电缆送井下遥测短节，井下遥测短节将接收到的地面命令，如控制电压、电流、进行信息采集等，解调后控制各下井仪器的工作。在进行信息实时采集时，各井下仪器在接到命令后，将按顺序地把接口的待传数字信号送井下遥测短节，并在这里对各种信号按帧进行编码，然后，通过电缆逐帧发送到地面，经遥测模块送前端机。前端机和主机进行数据交换，主机对所测数据进行处理和（或）快速解释后，打印输出测井数据或通过绘图仪输出地层物理参数的二维图像。6666．我国地球物理测井学科的发展概况我国地球物理测井开始于20世纪30年代末。1939年12月，我国著名地球物理学家翁文波在四川石油沟1号井中测量记录了井下的自然电位和地层的电阻率，并据此划分了气层的位置，这是我国现代测井事业的开端。之后，翁文波和赵仁寿在玉门油矿的十几口井中进行过电法测井。1947年刘永年在玉门建立了我国第一个专门进行地球物理测井的作业站，1949年春，王曰才接替调离的刘永年担任地球物理测井站的站长，1949年9月25日，王曰才和工友们一起迎接玉门油矿的解放。新中国诞生后王曰才和测井站的同志们改造组装了原来的设备，后来又接收和使用原苏联进口的测井设备，为玉门油矿的发展做出了贡献。但是当时从事测井工作的专家并没有系统地接受过地球物理测井的专业教育，都是从学物理、采矿等行业改行来的。新中国成立以后，全国开始了大规模的经济建设，地质勘探是经济建设的先行行业，地球物理测井又是地质勘探中的新兴学科，急需能从事野外工作的人才，便在当时的中等专业学校??北京石油地质学校设置了测井专业，培养了野外急需的地球物理测井小队的专业技术人员。但这满足不了教学、科学研究等多方面的需要，因此1952?1953年在北京陆续组建了北京地质学院、北京矿业学院、北京石油学院，即现在的中国地质大学、中国矿业大学、中国石油大学（北京及华东）的前身。首先在1953年10月1日成立的北京石油学院的地质系开设地球物理测井课程（1954年），1955年由我国现代测井事业的奠基人之一王曰才先生负责组建了我国最早的地球物理测井专业。由于西方国家和旧中国的高等学校没有类似的专业，因此专业设置是按照当时苏联高等学校的地球物理测井专业的模式筹建的。第一期学生是从北京地质学院1953年入学的学生转学过来的，专业及专业教研室的名称，俄文是“Промысловаягеофизика”,原意是“工业（或经济）地球物理”，王曰才将其翻译定