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第一章石油地质基础知识

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一章石油地质基础知识第一节 石油与天然气一、石油石油是天然生成的、液态的、以碳氢化合物为主的混合物,是可燃矿产。石油的物理性质如下:(1)颜色。石油的颜色一般为棕黑色、深褐色、黑绿色、淡黄色。颜色的不同主要是原油中的沥青质和胶质含量不同所致。(2)气味。石油是有气味的液体。气味取决于石油中所含的成分,如含硫化氢,则有臭鸡蛋气味。(3)密度。一般原油的密度介于 O.75~1.00g/之间,密度小于 0.9 g/度大于 0.9 g/的称为重质油。(4)溶解性。石油能溶解于有机溶剂中,在一般情况下不溶于水。(5)发热量。它是指单位质量的石油所产生的热量。一般石油发热量为 9 000—11 000 184.8 J)。(6)凝固点。指石油开始凝固的温度。一般在0℃石油都可能凝固。凝固点的高低与石油的含蜡量有关。含蜡量高,凝固点就高。二、天然气天然气是指天然生成的所有气体。我们在这里所指的是与油田和气田有关的气体,一般情况下,天然气的主要成分为甲烷(其含量可多达 80%以上。天然气的主要性质如下:(1)密度。指在标准状态下,单位体积天然气的质量与同体积的空气质量之比。一般为空气密度的 O.6~1.0 倍,因此天然气比空气轻。(2)溶解性。地下天然气在不同程度上均可溶于天然水和石油中,但随着油、气、水的性质和温度、压力的不同而不同。压力降低,温度升高,天然气在水中的溶解度减小。含重烃多的天然气易溶于石油中。(3)发热量。燃烧 l 立方米天然气所放出的热量称为天然气的发热量。单位为m 3,天然气的发热量一般为 8 000 m 3左右,随着天然气中重烃含量的增加其发热量升高。第二节 生、储、盖组合油、气在地下的存在,往往有一套与其相联系的含油、气地层的组合,即生、储、盖组合。一、生油、气岩层生油、气岩层是指具备生油、气条件,且能生成一定数量的石油和天然气的地层。它是油、气生成的具体场所。它可以是海相沉积岩层,也可以是陆相沉积岩层。其主要是浅海相、渴湖相和深水湖泊相、半深水湖泊相等沉积的暗色粘土岩类和碳酸盐岩类岩层。1.生油、气岩层的岩性(岩相特征)1)生油、气岩层的颜色生油、气岩层的颜色一般较深,多呈灰绿、深灰及灰褐色。其颜色与岩石中所含硫化铁、氢氧化亚铁、绿泥石及有机物有关。2)生油、气岩层的岩石类型(1)暗色的沉积岩类。主要包括暗色的页岩、泥岩、砂质泥岩等。它们富含有机质。(2)富含有机质的碳酸盐岩。主要包括含有大量有机物的生物灰岩、礁块灰岩,暗色微晶、隐晶质泥灰岩、石灰岩及白云岩等。其中以生物灰岩和泥灰岩对生油、气最有利。3)生油、气岩层富含有机质和化石生油、气岩层常含有大量残余的有机质及丰富的动植物化石,尤其以含大量的呈分散的浮游生物为主。4)生油、气岩层含有指相矿物指相矿物是指能反映地层沉积环境的一些原生产物。生油、气岩层中常见的指相矿物有黄铁矿、菱铁矿等,它们都是还原、弱还原环境下的产物。2.生油、气岩层的地球化学特征生油、气岩层的岩性只能给研究评价生油、气条件好坏以定性认识。目前,生产部门大量采用地球化学分析的方法,来定量认识生油、气岩层。其主要内容是围绕生油、气岩层的根本条件,即有无大量的生油、气的有机物质,有无还原条件,以及有机物向油、气转化的程度,这样就有了定量的概念。1)反映有机质丰度的指标(1)石油类沥青的含量。(2)剩余有机碳含量。(3)烃含量。2)反映有机质成熟度的指标(1)烃与有机碳的比值。 。(2)正烷烃分布及正烷烃奇偶优势。(3)有机质类型。3)反映氧化一还原环境的指标(1)二价铁和三价铁的比值。(2)铁的还原系数。(3)还原硫的含量。二、储油、气岩层储油、气岩层是指能够使油、气在地层中储存,并能在其中流动的岩层。1.储油、气岩层的基本特征储油、气岩层要能储集油、气必须具备一定的储集空间和一定的连通性。(1)岩石的空隙性。岩石的空隙是指岩石内未被固态物质充填的空间体积。岩石这种由孔隙、裂缝及孔洞所形成空间的性质称为岩石的空隙性。岩石空隙性的好坏常用孔隙度来表示。孔隙度又有绝对孔隙度和有效孔隙度。岩石的绝对孔隙度是指岩石中总孔隙体积与岩石总体积之比,用百分数表示。岩石的有效孔隙度是指岩石中能够被流体所饱和并能在其中流动的孔隙体积与岩石总体积之比,用百分数表示。(2)岩石的渗透性。岩石的渗透性是指在一定的压力差作用下,岩石本身能够允许流体通过的性能。渗透性的好坏常用渗透率表示,它是相对的有条件的。岩石渗透率是表示岩石内部通过流体的能力。其大小是用达西直线渗滤定律计算的。渗透率的单位为 规定粘度为 l Pa·s 的 1 过横截面积为 1 压力差为 l ,l s 内流体通过的距离恰为 1 m,则该孔隙介质的渗透率为 1 实际应用中由于渗透率值较小,通常使用时作为它的单位。 2.储油、气岩层类型储油、气岩层根据岩性和储集空间的结构特征,可分为碎屑岩类储集层、碳酸盐岩类储集层和其他岩类储集层三大类。(1)碎屑岩类储集层。碎屑岩类储集层分布最广。它包括已成岩的砾岩、砂岩、粉砂岩和未成岩的砾岩层、砂层等。其储集空间主要是碎屑颗粒之间的空隙。(2)碳酸盐岩类储集层。碳酸盐岩类储集层的主要类型为石灰岩(生物灰岩、碎屑灰岩及鲕状灰岩等)、白云岩等。除生物灰岩、碎屑灰岩、鲕状灰岩等具有较好的原生孔隙外。典型的碳酸盐岩为化学或生物化学沉积,岩性比较致密,只有经过次生变化(如构造运动或溶解作用),产生次生裂缝和孔洞,才能具备良好的储集性能。(3)其他岩类储集层。其他岩类储集层包括岩浆岩、变质岩、沉积岩中的粘土岩等储集层。它们都很致密,但在一定的地质条件下,经风化、剥蚀作用或强烈的构造运动,形成次生的裂缝和孔洞,改善其岩石的孔隙度和渗透性。此外,火山喷发岩在喷发过程中所含气体逸出后产生气孔,冷凝过程中体积收缩形成裂缝,使其具有一定的储集性能。三、盖层盖层是指能阻止储集层内的油、气向上运移的致密的不渗透岩层。盖层一般具有厚度大、岩性致密、断裂少、相对不渗透或渗透性极弱的特性。常见的盖层岩石有页岩、泥岩、盐岩、石膏和致密的石灰岩及白云岩等。页岩、泥岩的盖层常与碎屑岩储集层相伴生,而盐岩、石膏、石灰岩、白云岩等多与碳酸盐岩储集层共存。盖层的隔绝性不仅与其致密、无裂缝和渗透率差有关,还与其具有较高的排替压力有关。四、生、储、盖组合的类型生、储、盖是生油、气层,储油、气层和保护油、气不致散失的盖层的简称。包括有生油、气层,储油、气层和盖层的一整套地层,称为一个生、储、盖组合。其类型有碎屑岩类生、储、盖组合,碳酸盐岩类生、储、盖组合,碎屑岩类与碳酸盐岩类混合组成的生、储、盖组合等三种类型。第三节 油气藏基本类型在一个沉积盆地内要形成油气藏需要具备“生、储、盖、运、圈、保”等六个方面的条件。其中控制油气藏的基本条件是“生、运、圈” 。一、油气藏的基本概念油气藏是指油气在地壳内形成工业聚集的基本单元。圈闭内聚集了石油称为油藏;圈闭内聚集了天然气则称为气藏;圈闭内聚集了石油和天然气就称为油气藏。所以油气藏的含义是在同一圈闭内,具有统一压力系统的油气聚集。通常所说的工业油气藏是指国家在目前技术经济条件下,开采油气藏的投资低于所采出的油气的经济价值的油气藏。油气藏的主要参数有油气藏的高度、含油边缘、气顶高度、含水边缘及含油气面积。二、油气藏的基本类型在石油地质学中所说的油气田是指在同一构造背景控制下,同一块面积内上下重叠若干个油气藏的总和。通常所说的油田是包括许多地质学油气田在内的一个广大行政管理的总称。油气藏的基本类型有四大类。(1)构造油气藏。构造油气藏是指油气在构造圈闭内聚集的油气藏。其基本特点是油气的圈闭是由构造运动使岩层发生变形或变位而形成的。主要有背斜油气藏和断层,藏。(2)地层油气藏。地层油气藏是指油气在地层圈闭中聚集的油气藏。地层圈闭主要:地层沉积或间断、地层超覆和风化剥蚀作用形成的。主要有古潜山油气藏、地层超覆油气不整合覆盖油气藏。(3)岩性油气藏。岩性油气藏是指油气聚集在因岩性或物性发生横向变化,形成的:尖灭、透镜体等圈闭中的油气藏。主要有岩性尖灭油气藏、透镜体油气藏、生物礁块油气藏(4)特殊类型油气藏。特殊类型油气藏是指油气藏的构造背景、圈闭、遮挡条件的4 性,或油、气、水分布等都与常见的油气藏有所不同的油气藏。主要有基岩油气藏、水动力油藏、页岩油气藏、水封闭油气藏。第四节 钻井地质录井基本知识钻井地质的工作内容主要有钻井地质设计剖面的编制、各项录井资料的收集、中途测试资料的收集,与钻井地质有关的工程数据的收集、各项录井资料的整理及钻井地质总结报告编制等五个方面。钻井地质录井是指在钻井过程中,取全取准反映地下地质情况的各项资料数据的工作一、油气田勘探的步骤根据我国多年油气勘探的实践经验,一般把油气勘探分为三个阶段,即区域综合勘探整体解剖、油气田勘探。1.区域综合勘探区域综合勘探是以盆地为勘探对象,进行整体勘探,整体研究,整体认识油气生成、运移和聚集条件的勘探。其基本任务是解决定盆、定凹、定组合、定带、定圈闭等五方面的问题。其最终成果是通过对区域地质的综合研究和生油层、生油凹陷以及生储盖组合的对比,确定盆地内主要生油凹陷及有利于油气聚集的二级构造带(长垣、背斜带、断裂带),为第二阶段的勘探部署提供依据。2.整体解剖整体解剖的地质任务是做好综合研究。其主要工作方法是地震法和钻井。最后发现油气聚集的圈闭条件及最有利的圈闭。当部分井见到油气流时,勘探进入第三阶段。3.油气田勘探油气田勘探是指在整体解剖的基础上打出油气井,在提供一定含油气范围的情况下,进一步掌握含油气范围内地质条件及油气水性质等的勘探。其主要的工作方法是钻井。二、井的类别及主要任务在油气勘探与开发过程中所钻的井,有许多分类方法,可根据井的深度或井眼轴线的空间位置来分。钻井地质上,一般根据井的目的和任务分类,通常分为区域探井、整体解剖井、详探开发井。1.区域探井区域探井又称基准井。区域探井包括预探井、参数井、区域剖面井。其主要任务是以整个盆地为勘探对象,结合地质、物探、化探等资料,调查新探区生储盖层的地质年代、厚度、岩性、物性、电性、油气水分布及其特征;查证二、三级构造的存在特征及构造(或断块)圈闭中油气保存条件;为寻找具有工业性油气流的构造,进一步研究油气藏形成条件及聚集规律提供可靠的第一性资料。2.整体解剖井整体解剖井主要是初探井。其主要任务是尽快查明二级构造带油气聚集情况,为迅速控制最大的含油面积和二、三级油气地质储量提供可靠的岩性、物性、电性和含油性资料及其他有关的储量参数资料。3.详探开发井包括详探井、资料井、探边井、生产井、注水井、观察井、检查井等。详探井和开发井往往是紧密联系不可分割的。详探.开发井主要任务如下:(1)详细查明每一个含油构造(或断块)油气层的纵向组合特征,油气水系统及各油气层的准确厚度、物性参数以及横向上各油气水层的分布范围和面积。 ,(2)按照详探开发方案,通过对各类油气水层的分层试油,了解油气产能及有关油气水层的特性资料(如油气水性质,油气层压力、温度、高压物性等),为全部控制一、二级油气地质储量,提供齐全准确的第一性资料。(3)根据生产实验区试验结果,完成开发系统中所担负的早期强化注水,强化开采,以及观察、检查油气田动态等任务。井的类别不是固定不变的,对于裂缝性碳酸盐岩高产大油气田,可直接把探井、详探井转为生产井或注水井。三、钻井地质录井的方法钻井地质录井的方法有钻时录井、岩心录井、岩屑录井、钻井液录井、气测录井、荧光录井等。1.钻时录井钻时是指钻头每钻进一个单位深度的岩层所需的时间,通常以 m 或.5 m 表示。钻时录井是指钻进现场把记录的钻时数据按井深绘制成钻时曲线来研究地层的工作。1)钻时记录的原则和方法(1)钻时记录的原则。一般在新探区从井口到井底平均每米记录一个钻时值;在目的层加密带每 0.5 m 记录一次;在碳酸盐岩井段一般 0.2 m 或 0.25 m 记录一次;老探区的非目的层井段可 1 m 以上记录一次或不记,但目的层必须每米记录一次。钻进中如发现有油气显示要立即加密记录。(2)钻时记录方法。目前常用的有深度面板法、米尺划线法、固定标尺法及综合录井仪记录法。记录时,要以整米方入作标记,每钻进一个记号,进尺为 1 m,所用时间为该米的钻时。记录钻时要注意井深准确。为此,必须掌握井下钻具组合及钻具长度计算,必须正确丈量方入和进行计算。2)钻时录井的影响因素(1)钻头类型与新旧程度的影响。(2)钻井液性能与排量的影响。(3)钻井措施与方式的影响。(4)人为因素的影响。主要是司钻操作技术水平的高低对钻时有影响。3)钻时曲线的应用由于钻时录井的影响因素很多,单凭钻时录井资料不能得出正确结论,但钻时录井可以作为一项重要的参考资料。钻时曲线可用在钻井工程和地质方面。 (1)钻井工程方面的应用。了解起下钻时间和纯钻进时间,进行效果分析;观察不同类型钻头对各种岩石的破碎效果,以便选择合适的钻头,提高机械钻速;观察跳钻、蹩钻、卡钻、溜钻的井深及其与岩性的关系,找出原因,采取措施,保证安全钻进;司钻可以根据钻时的突变。判断是否钻遇油气层,以便及时循环钻井液,观察油气显示情况。若是油气层,从钻时曲线上可以推断出油气层顶部深度以及油气层厚度,并决定是否取心。(2)地质方面的应用。利用钻时录井定性地判断岩性,解释地层剖面;利用钻时录井资料判断缝洞发育井段。2.岩心录井岩心是在钻井过程中,利用专门的取心工具取出的地下岩石。岩心是反映井下岩层最直观、最实际的第一性资料·岩心录井是指地质人员按一定标准对岩心进行编录、观察、试验和描述的工作过程。岩心录井的工作流程是:确定取心层位-准备取心工具一取心前的组织工作一取心钻进一岩心出筒、丈量一岩心描述一岩心采样及保管入库。1)岩心录井的应用(1)通过观察描述岩心,可以了解地层沉积特征、岩性特征、含油气水特征和地下构造情况(如地层倾角、接触关系、断层位置等)。(2)通过对岩心生油指标和油层物性(如孔隙度、渗透率、饱和度等)参数的分析,对碳酸盐岩缝洞的观察研究,了解生油层、储集层特征,为油气田的勘探开发取得可靠的资料和基础数据。(3)通过岩心资料与地球物理资料、测井资料的对比研究,了解地层岩性.物性之间的关系,为地震、测井成果的合理解释提供地质依据。2)岩心录井的要求(1)取心层位准。(2)取心深度准。(3)取心长度、顺序准。(4)观察描述准。3.岩屑录井岩屑(俗称砂样)是地下岩石被钻头破碎后,由钻井液带到地面的岩石碎块。岩屑录井是在钻井过程中,地质人员按照一定的取样间距和迟到时间,将岩屑连续收集起来,进行观察、分析,并综合运用各种录井资料进行岩屑归位,以恢复地下原始剖面的过程。它具有成本低、简便易行、了解地下情况及时及资料系统性较强等优点。1)岩屑捞取方法及步骤捞取岩屑必须保证井深准确无误,合理选择取样密度。以保证捞取的岩屑具有代表性,保证不漏掉岩层甚至不漏掉 0.5 m 的薄夹层。岩屑捞取的具体方法步骤是捞取岩屑、清水冲洗岩屑、晾晒岩屑、岩屑装袋。2)影响岩屑代表性的因素(1)钻井液性能不好,造成井壁坍塌。(2)钻井液过程中切力变化较大。(3)划眼深度。(4)人为因素。(5)钻井液排量大小、流速高低、井径规则程度。(6)钻井液的除砂情况。 ‘3)岩屑录井草图的应用 (1)进行地层对比。把岩屑录井草图与邻井进行对比,可及时了解本井岩性特征、岩性组合、钻遇层位、正钻层位等,还可检查和验证本井地质预告的符合程度,以便及时校正地质预告,进一步推断油气水可能出现的深度,指导下一步工作。另外,经常进行地层对比,可以帮助地质人员卡准完钻层位和完钻井深。(2)配合钻井工程。在处理钻井事故(如卡钻、倒螺纹、泡油等)过程中,利用岩屑录井草图,分析事故原因,制定有效的处理措施。在进行中途测试和完井作业过程中也要参考岩屑录井草图。(3)为电测解释和绘制完井综合录井图提供依据和基础资料。4.钻井液录井钻井液录井是通过记录钻井过程中钻井液性能的变化来研究地层及其含油气情况的工作过程。1)钻井中影响钻井液性能的地质因素(1)高压油气侵。当钻穿高压油气层时,在油气压力驱动下,油气侵入钻井液,造成钻井液密度降低,粘度升高;当钻遇淡水层时,水侵导致钻井液密度、粘度及切力降低,滤失量增加。钻井液性能变化程度可以反映油气入侵的程度。(2)盐侵。当钻遇盐水层或地层中含有可溶性盐类(如岩盐、石膏、芒硝等)侵入钻井液。导致钻井液的粘度、滤失量、切力及 等性能发生变化。(3)砂侵。砂侵主要是粘土中原来含有的砂子及钻进时岩屑中砂子侵入而在地面净化系统中未沉淀除去,导致钻井液密度增大,粘度、切力上升。(4)粘土侵。当钻遇粘土层或页岩层时,由于地层造浆而使钻井液密度、粘度升高。(5)漏失层。一般情况下,钻进漏失层时,要求钻井液具有高粘度、高切力、低滤失以阻止钻井液流入地层。(6)地温。地层温度通常随深度增加而升高,平均每 100 m 增加 3 右。高温可使粘土颗粒进一步分散,引起某些处理剂分解,使钻井液性能发生变化。2)钻井液录井的方法(1)观察钻井液颜色的变化。(2)测定钻井液性能的变化。(3)观察钻井液中油、气、水显示。3)油、气、水显示资料收集(1)一般情况下,收集如下油、气、水显示资料:①记录显示的起止时间。②记录出现显示的钻头深度。③记录钻井液液面油花、气泡的大小(直径),分布情况,占槽面百分比。④连续测定钻井液密度、粘度等及水侵性质,定时取样做氯离子测定。⑤记录钻井液池面和槽面上升高度。⑥记录显示高峰时间。(2)特殊情况下,油、气、水显示资料的收集。①井喷资料收集。井喷时需要收集的资料有记录井喷时间、井深、层位、钻头位置;记录悬重表悬重变化情况,泵压变化情况;观察记录放喷管压力及变化情况;观察记录喷出物性质喷出数量、喷出方式、喷出高度;记录井喷前后钻井液性能;记录压井时间、加重剂及用量、加重过程中钻井液性能变化情况;取样做油、气、水试验。②井漏资料收集。井漏时需要收集的资料有井漏起止时间、井深、层位、钻头位置;钻井液漏失量,包括漏速及漏失总量;漏失前后及漏失过程中钻井液性能及其变化;是否有返出物,返出物数量及返出特点,返出物中是否有油气显示;堵漏时间、堵漏物质及用量,堵漏前后井内液柱变化情况,堵漏时钻井液返出情况,堵漏前后钻井情况,以及泵压和排量变化情况。5.气测录井气测录井简称气测井,是一种直接测定钻井液中可燃性气体含量的测井方法。气测井的实质是通过分析钻井液中可燃性气体含量,发现有无工业价值的油气藏的方法。气测曲线的主要作用是解释井身剖面上的油、气、水显示,综合其他录井资料判断油气层。由于影响气测录井的因素较多,只根据气测录井不能指出地层的含油、气、水性质,只能作出原则性判断。影响气测录井的因素有地质因素和钻井工程因素。1)地质因素(1)油气比的影响。油气比是影响气测录井资料的最重要的因素。油气比越大则气测记录值越高。(2)地层压力影响。地层压力与钻井液液柱压力的差值直接影响气体由地层向井内钻井液中的渗透。压力差越大,气测异常值越高;反之,气测异常值较低。(3)岩石渗透率和孔隙度的影响。在其他条件一样时,岩石渗透率和孔隙度越大,井内钻井液中天然气的浓度就越高。2)钻井工程因素(1)钻头直径、钻速的影响。钻头直径和钻速越大,相同时间内破碎的岩石体积也越大,进入钻井液的气体越多,气测异常值越高;反之,气测异常值低。(2)钻井液排量的影响。循环钻井液的排量越大,钻井液在井底停留的时间越短,油气由储层向钻井液内渗透扩散的时间越短,从而使钻井液中气体含量越少,气测值越低。(3)钻井液粘度和密度的影响。钻井液粘度大,从其中脱气困难,使得进入分析仪器的气样减少,气测值低。钻井液密度大,钻井液液柱压力大,使岩石的油气不易进入钻井液,因而气测值低。若钻井液密度小,则会破坏井壁滤饼,上部已钻穿地层中的油气继续进入钻井液,造成气测值的假异常。(4)钻井液中混有油类或原油。当搅拌不均匀使钻井液中含一定量的烃类气体或液体时,可造成气测值的假异常。6.荧光录井荧光是石油和大部分石油产品在紫外光照射下所发出的一种特殊的光。荧光录井就是系统地收集岩屑荧光资料,进行对比分析来判断油气层层位的方法。荧光的颜色和亮度与石油类型和含量有密切关系,根据发光的亮度可以测定石油含量,根据发光的颜色可以测定石油组分。荧光录井常用在探井上。1)荧光录井的方法目前采用的荧光分析方法有荧光直照法、点滴分析法、系列对比法、毛细分析法。2)荧光录井的影响因素(1)发光矿物的干扰。(2)钻井液混油和成品油污染。(3)岩性描述鉴定准确性的影响。3)荧光录井的作用(1)发现油气显示,寻找油层。 (2)初步判断原油性质和含油饱和度,为油层测试和综合判断提供参考资料。(3)新探区的特殊岩性井段,若电测解释不理想时,可配合其他录井资料解释油气显示层位。(4)钻井取心中,对含油砂岩进行荧光分析,系统地鉴别其沥青性质。可以帮助了解纵向上含油性质的变化情况,对判别油水同层、底水油层有一定作用。(5)在地层剖面中,系统收集荧光分析资料,根据沥青含量和性能变化,有助于研究生油层及油气运移方向;根据发光岩层,可以选择标准层,以利于进行地层对比。第五节 常用地球物理测井知识地球物理测井就是采用专门的仪器设备,沿井身(钻井剖面)测量地球物理特性(参数)的方法。它又称为矿藏地球物理测井,简称测井。它不仅应用于油气勘探和开发中,而且还可以用来寻找其他矿藏。地球物理测井技术在解决石油勘探与开发中的地质与工程问题中,发挥着越来越重要的作用。测井的主要任务是为查明地下构造及含油气情况提供大量有价值的资料。如编制地质综合柱状剖面,进行地层对比、油层对比、岩心归位,为计算油气储量提供基本数据。目前,测井不仅对储层进行最终评价,也是整个油气藏描述的主要组成部分。石油勘探开发的迅速发展,促进了石油测井技术的进步。在测井装备方面已由半自动测井仪发展到 581 型全自动多线测井仪和 801 型数字测井仪,以及先进的由车载计算机及其外围设备组成的人机对话的测井系统数控测井仪。测井工作可分为测井及解释两个工作过程:测井就是向井内下人特制仪器,下井仪器将岩石的地球物理参数(或工程技术参数)转换成电位差或电脉冲传送到地面记录仪,然后由地面记录仪记录成测井曲线;测井解释就是综合现场收集的各种资料以及电测资料与邻井资料依据综合解释的原理和方法对井身剖面作出符合实际的地质解释。一、测井方法与原理1.电阻率测井1)普通电阻率测井普通电阻率测井是采用供电电极 A、B 向井内供给恒定的直流电流 I,由测量电极M、N(按不同排列方式及尺寸组成不同的电位电极系或梯度电极系。常用的电位电极系为0.5m 常用的梯度电极系为 2.5 m 和 4 m 等)测得电位差 △U 送到地面记录仪记录下来,其电位差的大小则反映了井内不同地层电阻率的变化。地层视电阻率 ·U/I。由于在测量过程中,除受地层自身电阻率影响外,还要受到钻井液电阻率、滤饼电阻率、钻井液侵入带电阻率、围岩电阻率、钻井液侵入带直径、地层厚度、井径、入井仪器性能及结构等因素的影响。因此,测得的电阻率不是地层的真电阻率,而是近似值,所以称为视电阻率,故普通电阻率测井又称为视电阻率测井。普通电阻率测井曲线可用来判断岩性,划分地层及进行地层对比。2)侧向测井为了弥补普通电阻率测井方法的不足,发展了聚焦电阻率测井方法。侧向测井有三电极侧向测井和七电极侧向测井。测量原理是采用给主电极通以恒定电流,通过屏蔽电极发出可调整的电流,保持测量电位平衡,使测量电流聚焦成层状电流,射人地层,测出该电位数值根据电阻率公式 ·U/I 便可求得地层的视电阻率。3)双侧向测井双侧向测井是可以同时记录两条视电阻率曲线(即深侧向视电阻率和浅侧向视电阻率)的测井方法。其测量原理是采用同时调节主电流和屏蔽电流,使两监测电极的电位相等。采用数字传输技术,同时记录深、浅侧向测井电阻率。还可以与浅探测的微球形聚焦或微侧向测井组合,同时测得三条电阻率曲线。4)球形聚焦测井球形聚焦测井是一种中等探测深度的电阻率测井。其测量原理是利用聚焦电流迫使等位面在井径变化比较大的情况下,仍保持成球形电流,由一个电极向地层发射电流,以维持某一固定电压值不变,电流的大小依赖于地层的视电导率。球形聚焦测井能准确测定侵人带部份的电位数值,通常与深感应测井组合使用。5)感应测井感应测井是测量地层电导率的测井方法。它是由一组同轴发射线圈和一组接收线圈组成的复合线圈系统。发射线圈发射出频率为 2 000 交变电流,产生交变磁场,在地层中感应出次生电流,次生电流在与发射线圈同轴的环形地层回路中流动,又形成次生磁场,便在接收线圈中感应出电动势,它的大小与地层视电导率成正比。当钻井液矿化度高于地层水矿化度或地层电阻率大于 50 Q·m 时,使用感应测井的效果不如侧向测井。6)微电极测井微电极测井是利用特制的短电极系贴附井壁,测量井壁附近的岩层电阻率的一种测井方法。其测井原理是在极板上嵌入三个成直线排列的小电极,电极间相距 2.5 成一个微梯度电极系和一个微电位电极系,同时记录微电位和微梯度曲线。由于电极嵌在绝缘板上,其阻止了钻井液对电流的分流作用,又因电极紧贴于井壁,电流不经钻井液而直接进入井壁附近介质。因此,微电极读数一般不蔓钻井液影响。由于微电极系电极距很小,其探测范围也很小,读数一般不受围岩和邻井的影响。当钻井液滤液渗入渗透性砂岩地层中,在井壁上形成滤饼,由于微电位比微梯度探测深度深,所以在渗透性砂岩地层处微电位数值大于微梯度,出现正异常。但是微电极的径向探测深度浅(2.5~5 且不能聚焦,当用盐水钻井液或井壁垮塌以及滤饼过厚时,微电极测井难以取得满意效果。7)微侧向测井微侧向测井是由中心电极 1、M 2、A 1组成,这些电极都装在一个绝缘板上,靠弹簧压向井壁。由主电极 0,被 性与 2之间的电位差为零,测量2的电位,根据电阻率公式 求出地层的视电阻率。由于主电流的直径很小,微侧向测井的纵向分辨率特别高,可划分 5 的薄层。缺点是受井眼和滤饼影响严重,径向探测深度只有 7.6—10 )邻近侧向测井邻近侧向测井有三个电极,A。为主电极,A。为屏蔽电极,M 为参考电位电极,用推靠器压向井壁。测量时,调节屏蔽电极 A。的电流, ,使 M 电极的电位与仪器内已知的参考电极电位相等,并在测量过程中保持为常数,调节主电极电流,使主电极电位等于参考电极电位,这样在主电极和参考电极之间形成零点位梯度区,使测量电流沿垂直于井眼轴线方向流人地层,这样减小了滤饼的影响。通过公式 R。=K·u/,得出地层的视电阻率,邻近侧向视电阻率近似于冲洗带电阻率。邻近侧向测井的探测范围大于微侧向测井,其探测范围为 15。25 )微球形聚焦测井为了更好地反映冲洗带电阻率,减小滤饼及原状地层的影响,提出了微球形聚焦测井。它与微侧向测井相比,滤饼影响显著减小;与邻近侧向测井相比,其探测深度相对较浅,约为 15般不受原状地层的影响,常与双侧向测井组合使用。10)八侧向测井(聚焦测井)八侧向测井与七侧向测井原理类似,通常与双感应测井仪组合使用。双感应八侧向组合测井效果与钻井液矿化度及侵入性质有关。当在淡水钻井液、地层电阻率较高的情况下,它可测量侵入带电阻率;在盐水钻井液、地层电阻率较低的情况下,可测量冲洗带电阻率。2.岩性孔隙度测井方法储层孔隙度分为总孔隙度和有效孔隙度。按孔隙结构分为原生孔隙(粒间孔隙)、次生孔隙(溶孔、溶洞、裂缝)。利用测井技术划分岩性和计算孑 L 隙度的方法很多。1)密度测井密度测井是一种划分岩性、测量孔隙度较为有效的测井方法。密度测井仪贴在井壁滑板上的伽马放射源,向地层发射出中等能量的伽马射线,在与地层的电子碰撞时,发生康普顿散射,采用与放射源固定距离的探测器记录散射的伽马射线。因此,密度测井仪的读数主要取决于地层的电子密度。因电子密度与真实体积密度有线性关系,所以密度测井可以直接测量地层的体积密度,进而计算出地层孔隙度。2)岩性密度测井岩性密度测井方法改进了地层密度测井,提高了划分岩性的能力。它除了测量岩石体积密度外,还能测量一条岩石的有效光电吸收截面指数曲线。岩性密度测井是在伽马射线某一能量范围的能量窗口内进行测量的。3)中子测井中子测井是利用中子测井仪测量热中子分布的测井方法。中子测井仪包括普通中子测井仪、井壁中子测井仪及补偿中子测井仪。中子测井是一种划分岩石成分与测量地层孔隙度的有效方法。中子测井资料主要用来确定地层的孔隙度,也可用来划分岩性及含气层。当地层水矿化度很高时,油井的测井读数高于水层;当地层孔隙中流体以含氢为主时,中子测井读数和孔隙中流体体积相对应,即中子测井读数等于孔隙度。4)声波测井声波测井是记录单位距离声波传播的时间,即纵波速度的倒数,单位为 us/m。声波测井仪的声系部分使用两个发生器交替发出声脉冲,而在相应的两对接受器中交替测量声波时差,由地面仪器加以平均,输出一条声波时差曲线。在沉积岩中,声波时差主要与岩石骨架、孔隙分布及孔隙中的流体性质有关。因此,根据怀利公式可以求得被压实砂岩地层的声波孔隙度。利用声波时差曲线可划分气层、地层界面和裂缝带。3.确定泥质含量的测井方法泥质是一种复杂的混合物,它由各种粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)和细粉砂组成。由于泥质颗粒较细,吸附大量的束缚水,对各种孔隙度测井都有影响。尤其是当泥质含量较高时,它对孔隙度测井的影响不能忽视。因此通过以下各种测井方法可确定岩石中的泥质含量。1)自然伽马测井自然伽马测井是测量地层中天然放射性物质的射线强度的,实际上是测量自然伽马射线。当伽马射线被探测器中的碘化钠晶体吸收时,便损失了大部分能量,并转换成可见光,然后由光电倍增管转换成电脉冲,电脉冲的数目反映伽马射线强度。一般细粒的沉积岩含有较高的放射性,纯砂岩含放射性较低。2)自然伽马能谱测井 它是自然伽马测井的新发展,其特点是对自然界常见的三种放射性元素量做出定量的估价。其测量提供四条曲线:即以百分数(%)表示的钾(K)、以质量浓度(g/m 3)表示的铀(U)和钍(量以及总的自然伽马(自然伽马能谱测井在判断粘土类型,确定其含量,研究沉积相和评价油层特性等方面都有独特的优点。地层中铀与粘土含量之间没有很好的规律性,铀不但容易被粘土所吸附,也经常与有机物和碳酸盐岩相结合,同时也是其他放射性矿物的主要成分,所以铀的存在对求解地层泥质含量是干扰。而钍和钾的含量则与地层中的泥质含量有很好的相关性。所以自然伽马能谱测井的 K 曲线以及无铀 线能够比较精确的计算地层泥质含量。3)自然电位测井自然电位测井是测量地层电化学作用产生的电位。当两种不同浓度的 液接触时,存在一种使浓度平衡的自然趋势,即高浓度溶液内的离子要穿过渗透性隔膜向低浓度的溶液移动,这种现象叫扩散。由于 a+离子,因此低浓度溶液中集大量负电荷,高浓度溶液中则是 子相对增多,形成正电荷的富集。这就在两种溶液间产生了一定的电动势。当钻井液滤液和地层水都以含 主时,于 层水内富集正电荷,钻井液滤液中富集负电荷,在纯水砂岩地层的井壁上产生扩散电动势。与纯水砂岩相邻的泥岩井壁上产生的扩散电动势是泥岩内地层水与井壁钻井液滤液相接触的产物。由于泥岩的孔道极窄,地层水被束缚在泥岩泥质颗粒表面,而泥质颗粒对 泥岩井壁上只产生 子的扩散,这时形成的电动势称扩散吸附电动势。泥岩为负,井内钻井液为正。除去由于扩散吸附作用产生的自然电动势之外,还有一种地层和钻井液液柱压力差引起的过滤电动势。当 于 w、别为水和钻井液的电阻率)时,自然电位曲线在砂岩处出现负异常。反之,当 于 岩在自然电位曲线上偏向正的方向,形成正异常。对于纯氯化纳溶液,其电阻率与 度成反比,而对其他水型或 液浓度较高时,就不再保持准确的反比关系,因此采用“等效电阻率” 概念。用自然电位曲线可划分渗透性地层,分析岩性以及估算地层水电阻率,还可以用来确定地层中的泥质含量。4.确定裂缝性地层的测井方法1)井下声波电视测井目前,在国内外日益广泛使用井下声波电视测井。在裸眼井中可以观察到井壁上的裂缝分布及岩性界面。仪器工作原理是:在井下放置可以绕井轴以固定角速度(3-6 r/s)旋转的声波探头,每秒发射 3 000 次宽度为 20率为 1~2 声脉冲,并用同一探头接收井壁介质(岩层)表面反射回来的声波信号。被井壁反射回来的声波信号的幅度大小取决于井壁表面的情况。井壁表面上的任何不规则,都将改变反射波信号的幅度。在地面,根据井下传输上来的每个声波信号的幅度调制电视显像管的辉度,并进行照相记录,即可以确定井壁界面的几何位置,得到完整的平面展开图像。通过成像系统变成井壁的电视图像。2)声波全波列测井声波全波列测井仪是一种测量整个声波波列的仪器。长源距声波全波列测井仪的声系,由两个发射探头 2,两个接收探头 2组成,T 1和 1和 09 6 m,这相当于“短源距” ,T 1和与之最靠近的接收探头 .438 4 m,这相当于“长源距” 。当长源距声波测井仪的声系处于不同的工作状态时,可以组合成四种单发单收声系,记录四条相应的传播时间差曲线。由于源距长,井的影响相对变小,但仍不能彻底消除井眼影响,因此在测量时仍采用井眼补偿的测量原理。即在某时刻 2正对目的层时,若发射探头 1和1发出的声信号,记录到 1和 1发出的声信号的时间差,这相当于一个发射探头在下方,接收探头在上方的单发双收声系的工作情况,双发双收声系井眼补偿记录结果。目前常见的记录方式是将全波列图变换成照相胶卷上感光银膜的变密(厚)度显示在这种图上,幅度大的波显示为颜色较浅的线条。长源距声波全波列测井能记录的信息有:纵波时差△f p(横波时差△t s(速度比 vp/v s=△t p/△t s(纵波幅度一般以 2接收到的纵波幅度为标准值,记为 两接收探头接收到的同一发射探头发射的声信号首波幅度之比。横波幅度是以 射时 收到的横波首波幅度为标准值,记为 度比为 B/A。目前使用全波波列测井资料进行解释,多数处于定性阶段,而且必须综合其他测井资料行判断,裂缝地层同样只能根据人字形波形加以判断。3)地层倾角测井地层倾角测井资料在研究地质构造、沉积相及识别裂缝性地层方面得到广泛的应用。地层倾角测井仪的主要测量部分是四个装有极板和电极系的加压臂,各极板在一个办面上,其方位角相差 900,可以测出四条微聚焦电导率曲线。四个加压臂同时起井径仪的作用,测出 l~3、2—4 极板之间两条井径。用磁罗盘测量 1 号极板相对于磁北极方向的方位角,简称 1 号极板方位角。用井斜重摆测量井斜角。用井斜方向重摆测量 1 号极板相当于井眼倾斜方向的相对方位角,简称相对方位角。野外测井主要记录 9 条曲线,有时加测 1 条电缆张力曲线。记录方式有照相模拟记录和数字磁带记录。磁带记录采样点电导率曲线为每米 320 个点,其他曲线每米 40 个点。在探测裂缝的测井技术中,地层倾
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本文标题:第一章石油地质基础知识
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