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地球物理测井数字处理与综合解释

地球物理测井数字处理与综合解释地球物理测井数字处理与综合解释实验指导书编写人：潘保芝范晓敏编写单位：吉林大学地球探测科技学院吉林大学二 00 五年十二月目录实验一定性划分储集层并定量解释……………………………………………..1 实验二利用综合方法估计地层泥质含量………………………………………..6 实验三含泥质复杂岩性地层综合测井处理……………………………………..10 ...

地球物理测井数字处理与综合解释实验指导书编写人：潘保芝范晓敏编写单位：吉林大学地球探测科技学院吉林大学二 00 五年十二月目录实验一定性划分储集层并定量解释……………………………………………..1 实验二利用综合方法估计地层泥质含量………………………………………..6 实验三含泥质复杂岩性地层综合测井处理……………………………………..10 1 实验一定性划分储集层并定量解释一、实验目的：通过对测井曲线特征的分析和认识，掌握定性划分砂泥岩剖面储集层的基本方法，并应用阿尔奇公式，进行储层参数的计算，巩固已经学过的钻井地球物理课程的主要内容与应用。二、实验要求正确划分出储集层和非储集层，对砂泥岩剖面能区分开较明显的油水层。进行测井曲线读数，简单地计算出孔隙度、饱和度等参数。三、实验场地、用具与设备测井实验室或一般的教室，长直尺、铅笔、像皮和计算器四、实验内容： 1．测井曲线图的认识；图 1 是某井的综合测井曲线图。图中共有 5 道，第一道主要为反映岩性的测井曲线道，包括：自然电位测井曲线――曲线符号为 SP、记录单位 mv；自然伽马测井曲线――曲线符号为 GR、记录单位 API；井径测井曲线――曲线符号为 CAL，记录单位 in 或 cm；岩性密度测井曲线（光电吸收界面指数）――曲线符号为 PE；第二道是深度道；通常的深度比例尺为 1：200 或 1：500 第三道是反映含油性的测井曲线道，包括深中浅三条电阻率测井曲线，分别是：深侧向测井曲线――曲线符号为 LLD、记录单位Ωm；浅侧向测井曲线――曲线符号为 LLS、记录单位Ωm；微球形聚焦测井曲线――曲线符号为 MSFL、记录单位Ωm；电阻率测井曲线通常为对数刻度。第四道为反映孔隙度的测井曲线道，包括：密度测井曲线――曲线符号为 DEN 或 RHOB，记录单位 g/cm3；中子测井曲线――曲线符号为 CNL 或 PHIN，记录单位%，有时为 v/v。声波测井曲线――曲线符号为 AC 或 DT，记录单位 us/ft，有时为 us/m。中子和密度测井曲线的刻度的特点是保证在含水砂岩层上两条曲线重迭，在含气层上，密度孔隙度大于中子孔隙度，在泥岩层上，中子孔隙度大于密度孔隙度；第五道是反映粘土矿物类型的测井曲线道，包括自然伽马能谱测井中的三条曲线：放射性钍测井曲线――曲线符号为 Th 或 THOR，记录单位是 ppm；放射性铀测井曲线――曲线符号为 U 或 URAN，记录单位 ppm；放射性钾测井曲线――曲线符号为 K 或 POTA，记录单位%，有时为 v/v。 2 2．测井曲线特征（1）砂泥岩剖面的测井曲线特征砂泥岩剖面储集层（砂岩）的典型特征是，一般自然电位有明显的异常，异常的方向和幅度取决于泥浆滤液电阻率（Rmf）和地层水的电阻率（Rw），或者说与 Rmf 与 Rw 的比值有关,如果 Rmf> Rw，则为负异常，否则为正异常。如果砂层中不含放射性矿物，自然伽玛曲线亦显示低值。微电极曲线一般在砂岩层幅值高，并出现正幅差。而泥岩的幅度和幅差均较低，当井眼条件不好时，可能会出现曲线跳动现象。砂岩中含灰质较多的夹层，因为致密电阻率异常高，幅度差很小或没有。一般幅度差的大小标明了储集层渗透性的好坏。普通电阻率测井曲线在泥岩处显示为低值。砂岩处显示为高值，含油砂岩幅值就更高，如有两条探测深度不同的 Ra 曲线，幅值的差别显示着低侵、高侵。通常在油层上为低侵，水层上为高侵。井径在泥岩层扩大，砂岩层缩小（略小于钻头直径）。具体特征总结见表 1 表 1 砂泥岩剖面测井曲线特征（2）碳酸盐岩剖面的测井曲线特征碳酸盐岩剖面的测井解释任务，就是从致密的围岩中找出孔隙性、裂缝性的储集层，并判断其含油性。碳酸盐岩剖面电阻率一般较高，自然电位效果不好。为了区分岩性和划分储层，一般使用自然伽马测井曲线。储集层相对于致密的围岩具有低阻、低自然伽马以及孔隙度测井反映孔隙度较大的特点。 3．划分储集层的基本方法与原则基本要求：凡一切可能含油气的地层都要划出来，要适当地划分明显的水层。具体地层测井曲线储集层－砂岩非储集层－泥岩自然电位负异常（RwRmf）泥岩基线自然伽马低高井径缩径扩径深中浅电阻率高阻低阻声波 <300us/m >300us/m 钍低高铀低高钾低高 3 要求为：（1）估计为油层、气层、油水同层和含油水层的储集层都必须分层解释。（2）厚度半米以上的电性（测井曲线）可疑层（即指从测井曲线上看有油气的地层）或录井显示为微含油级别以上的储集层必须分出。（3）选择出作为确定地层水电阻率 Rw 的标准水层（厚度大、岩性纯、不含油）要划分出来。（4）录井、气测有大段油气显示而测井曲线显示不好的储集层，应选取一定层位，尤其是该组储层的顶部层位，进行分层。（5）当有多套油水系统，油层组包括若干水层时，只解释最靠近油层的水层。（6）对于新区探井，应做细致工作，对各个储层均应酌情选层解释，以使不漏掉可能有油气的地层。 4．正确划分出储集层的方法（1）砂泥岩剖面通常是自然电位（SP）曲线的异常确定渗透层的位置，用微电极曲线确定分层界面，分层前，应将井场收集的井壁取芯、气测显示等有关油气显示的资料标注在综合测井曲线图上，并根据邻井的测井和试油等资料对本井的油水关系作出初步估计。分层时应注意： z 确定分层的界面深度时，应左右环顾，照顾到分层线对每条测井曲线的合理性。 z 分层的深度误差不应大于 0.1m。 z 渗透层中，凡是 0.5m 以上的非渗透性夹层（泥岩或致密层），应将夹层上下的渗透层分两层解释。 z 岩性渐变层顶界（顶部渐变层）或底界（底部渐变层）分层深度应在岩性渐变结束处。 z 一个厚度较大的渗透层，如有两个以上解释结论，应按解释结论分层。 z 在同一解释井段，如果油气层与水层岩性、地层结构和孔隙度基本相同，则油气层是纯水层的电阻率的 3-5 倍。纯水层的自然电位异常最大，油气层异常明显偏小，油水同层介于油、水层之间。并且厚度较大的油水同层，自上而下电阻率有明显减小的趋势。（2）碳酸盐岩剖面碳酸岩盐剖面划分渗透性地层的 5．测井曲线读数分层以后，要从有关的主要测井曲线将代表该储层的测井曲线读数，以便计算孔隙度、饱和度等地质参数，在厚度较大的储集层中按测井曲线变化确定几个取值区，对每个取值区对应读数计算，几种主要测井曲线取值区的最小厚度如下：各种孔隙度测井≥0.6m。侧向测井≥0.6m 4 感应测井，低阻≥0.6m，高阻层≥1.5m。每种测井曲线分层和取值要符合其方法特点，例如声波测井扣除致密夹层，选用与渗透层相对应部分的平均值。电阻率测井曲线则扣除致密夹层，选用与渗透层相对应部分的极大值的平均值。另外注意孔隙度与电阻率测井曲线对应取值的原则。因为要用两者结合计算地层的含水饱和度，两者当然应该是对应深度上同一地层或同一取值区的读数。岩层含油性的定性判断，主要依据井曲线的测井曲线特征，而电性特征是岩石物性、岩性和含油性的综合反映。因此在判断地层的含油性时，一般应将测量井段首先按照地层水矿化度的不同分为不同的解释井段，然后才有可能对每一个解释井段在充分考虑其岩性特点的前提下进行含油性解释。由于地下地层复杂性，仪器的局限性，上述原则是一般性的。要做到正确地解释，一方面应多收集资料，认真分析曲线，另一方面还要了解区域性特点和规律，要积累经验。 6．计算出孔隙度、饱和度等参数。读数以后，还要做一些定量计算，常用的公式：孔隙度： maf ma tt tt Δ−Δ Δ−Δ=φ 含水饱和度： t m w w R aRS φ= 上式中 tΔ 为当前层的声波时差， ftΔ 为地层水的声波时差,189us/ft(623us/m)， matΔ 为固体骨架的声波时差，对于砂岩骨架，主要矿物为石英，其声波时差为 55.5us/ft。a 是常数，对于砂岩地层通常取 1.0， tR 为当前层的电阻率，m 为胶结指数。五、实验报告 1．对所给砂泥岩刻面的综合测井图独立分层，对储集层从上到下进行编号，对油气水层进行识别。 2．在报告中说明分层及解释的依据。 3．分别对储集层进行读数，并求出孔隙度φ和含水饱和度 Sw （已知 Rw =0. 5）。测井曲线读数储层序号顶部深度（m）底部深度（m）厚度（m） SP GR DT Rt Rxo 孔隙度含油饱和度 5 图 1 某井的综合测井曲线图 PE 0 10 自然电位 -30 20 自然伽马 0 150 井径 6 16 深度 (m) 微球形聚焦 2 2000 深侧向 2 2000 浅侧向 2 2000 补偿密度 2 3 声波时差 140 40 补偿中子孔隙度 0.42 -0.18 钍 0 30 钾 0 0.5 铀 0 20 680 2690 2700 2710 2720 2730 2740 2750 6 W903井测井曲线图 PE 0 20 自然电位 -50 50 自然伽马 0 150 井径 6 16 深度 (m) 微球形聚焦 2 2000 深侧向 2 2000 浅侧向 2 2000 补偿密度 2 3 声波时差 140 40 补偿中子孔隙度 0.42 -0.18 钍 0 30 钾 0 0.5 铀 0 10 80 2690 2700 2710 2720 2730 2740 2750 7 实验二利用综合方法估计地层泥质含量一、实验目的：通过实际计算，巩固掌握利用多种测井资料确定泥质含量的方法。二、实验要求自编程序，在计算机上运算出地层泥质含量。三、实验场地、用具与设备计算中心，尺子、像皮和计算机；四、实验内容：１．什么是泥质含量：泥质是指颗粒直径小于 0.01mm 的碎屑物质，泥质含量，也叫做泥质体积，是指泥质的体积占岩石总体积的比： %100×= 岩泥 V V Vsh ２．确定 Vsh 的重要性泥质含量的确定，在泥质砂岩储集层的定量解释中具有重要意义。多年来人们提出许多计算泥质含量的理论和方法。目前求取泥质含量的方法大致可分为两类，一类是用每种测点各求出一个泥质含量，然后求出最佳值。当岩石含有泥质时，各种测井曲线均或多或少地受到泥质的影响，其影响的程度受 Vsh 的决定，评价岩石的特性时，只有已知 Vsh ，才知道由于泥质带来的影响，从而将泥质的影响校正掉。一般而言，用自然伽马或自然伽马能谱或自然电位来求取泥质含量效果最好，但自然伽马要求储层中除了泥质外，其他物质不含放射性矿物。自然电位要求地层水电阻率保持不变，且储层中的泥质与相邻泥岩的的成分相同。用其他方法计算泥质含量则要求更为苛刻的条件：如电阻率方法要求储层的孔隙度和含水饱和度均要很小。中子和声波方法则要求孔隙度很小。 3. 确定 Vsh 的方法：（１）自然伽玛法 12 12 ' ' minmax min − −= − −= ⋅ GcuR VGouR sh sh sh V GRGR GRGRV 式中， minGR maxGR 分别是砂岩和泥岩层的自然伽马值，GCUR 是与地层有关的经验系数，新地层（第三系地层）GCUR=3.7，老地层 GCUR=2.0. 8 （２）自然电位法 minmax min SPSP SPSPVsh − −= 式中，SP是当前层的自然电位读数， minSP 和 maxSP 分别是纯地层和泥质地层的自然电位读数（３）电阻率 b t sh sh R R V /1)(= （b=1.5）（４）中子法 Nsh N shV φ φ= 式中， Nφ 是当前层的视中子孔隙度读数， Nshφ 是泥岩层的视中子孔隙度读数。（５）交会图法以中子—密度测井交会图为例，通过对图 2 所示的石英点（Q）、水点（W）和泥岩点（SH）构成的三角形进行分解，依据资料点所落入三角形中的位置，可以推测出来泥质含量。或者利用下式进行计算（依据点到直线的距离计算方法）： CBA CBA V cNc bN sh ++ ++= 11 ρφ ρφ 式中， CBA bN ++ ρφ ＝0 是石英点（Q）和水点（W）连线的直线方程。依据任意两点的直线，用石英点( maNma ρφ , )和水点( fNf ρφ , )两个点的参数可以推出： A=(ρma –ρf) B=(φf –φma ) C=φNmaρf -φNfρma Nφ bρ SH W Q 9 ∴ maffNmashNmaNffmaNsh maffNmabNmaNffmaN shV ρφρφρφφρρφ ρφρφρφφρρφ −+−+− −+−+−= )()( )()( 当然，也可以用中子—声波、声波—密度交会图的类似方法求 Vsh 。如果解释层段上没有纯泥岩层时，上述交会图法所定出的泥岩点位置并不代表实际的泥岩参数，导致用交会图方法估计的泥质含量比实际值偏大。上述几种方法计算的泥质含量往往都有一定的条件，当条件满足时，泥质含量的近似结果，当条件不满足时，计算的泥质含量均可能偏高，所以在实际处理时，最后选取其中的最小值作为接近实际的泥质含量。五、实验报告 1．说明用测井曲线计算地层泥质含量的方法与主要步骤 2．编程并处理。分别按 5 种方法求泥质含量，并取极小值作为该层的泥质含量。附所编写的程序和计算结果 3 ．已知条件： GRmin=50; GRmax=110 SPmin=0 SPmax=100 b=1.5, Rsh=5 Nshφ =30pu; shρ =2.54 maρ =2.65 fρ =1.0 Nfφ =100 Nmaφ =-4 DEPTH SP MSFL LLS LLD RHOB NPHI GR DT CAL 2680.98 88.5 4.8 9.09 10.84 2.55 17 103.17 73.13 11.99 2682.09 83.4 2.02 6.58 8.21 2.07 20 108.25 77.75 14.19 2683.01 70 1.58 5.71 7.17 1.59 24 107.81 81.81 15.59 2684.02 80 1.92 5.96 7.48 1.96 23 108.75 81.21 14.79 2685.04 84.3 2.98 6.81 8.28 2.3 20 105.08 78.38 12.03 2686.05 78.5 9.6 7.15 8.22 2.59 19 112.19 77.13 10.59 2687.07 36 14.18 10.93 11.73 2.64 17 98.44 72.4 9.82 2688.09 26.5 19.38 18.13 19.14 2.58 17 85.54 70.73 9.49 2689 25.2 68.94 50.06 51.54 2.5 11 53.48 65.94 9.26 2690.02 27 55.81 45.66 45.83 2.52 10 64.06 65.31 9.16 10 实验三含泥质复杂岩性地层综合测井处理一、实验目的：综合所学习的测井解释与数据处理知识，掌握一般含泥质复杂岩性地层测井数据处理的步骤和方法。二、实验要求用 C 语言编程，调试通过，并能计算出正确的结果。三、实验场地、用具与设备计算中心，计算机；四、实验内容：（一）原理：测井数据处理与解释的主要任务就是依据“四性”关系，用测井所获得的地层的各种 “物理参数”，定量地计算出地下地层的岩性（ 1maV … maNV ）、储集性(孔隙度φ 和渗透率κ ) 以及含油性（饱和度 Sw）。当储层含有泥质时，还要求取泥质含量，对测井数据进行泥质校正。对于含有泥质骨架由两种矿物构成,且矿物含量随深度变化的复杂岩性地层，其体积模型如图 3 所示。这种泥质储层测井处理的过程见图 4 所示。其基本思路就是用几种方法分别计算出独立的泥质含量 Vsh ，然后取最极小值作为该深度的泥质含量。对测井数据进行泥质含量校正，两种孔隙度组合求出孔隙度和两种矿物的含量，在恢复为含泥质地层，计算出实际地层的孔隙度和矿物含量。在计算过程中所设计的参量和模型的变化见图 3 所示。，纯岩石图 3 体积模型与计算过程中的变化实际上求上述四种体积含量的方法有两种：（１）三种孔隙度测井联立解方程（矩阵方法，计算的核心是求逆阵）接出φ，Vsh , V1 , V2 (2) 独立方法计算泥质含量，二种孔隙度测井组合，解出纯岩石模型的各个部分的体积。 Vsh φ V1 V2 Vsh φN φwW V1 V2 Vsh φ V1 V2 φ’ Vma1 Vma2 恢复为泥质岩石求 Sw K 11 图 3 计算步骤图读入一个深度的测井数据孔隙度，矿物 1 和矿物 2 构成的体积模型泥质含量 Vsh GR 取最小值作为泥质含量 SP Rt TH CNL-DEN 泥质含量 Vsh 泥质含量 Vsh泥质含量 Vsh 泥质含量 Vsh 中子、密度测井曲线泥质校正计算含水饱和度 Sw 矩阵方法计算纯地层孔隙度φ，矿物 1 和矿物 2 的含量计算渗透率读入测井解释参数最后一个深度点结束是否 12 先求出泥质含量，再校正泥质的影响后的测井数据联立求解φ’, Vma1 , Vma2 ，相当按纯岩石计算，然后再根据泥质的多少换算出实际岩石的孔隙度和矿物含量。，（二）．计算过程。（１）根据 GR，SP 求 Vsh minmax min minmax min SPSP SPSPV GRGR GRGRV sp GR − −= − −= ),min( SPGRsh VVV = 当 Vsh ≥50%时，按泥岩处理 φ=0，Sw =1.0, Vsh =100, V1 =0, V2 =0.K=0 当 Vsh <50%时，按下述方法处理。（2）进行泥质校正 )1( )( )1( )( sh bshshb bC sh NshshN NC V V V V − −= − −= ρρρ φφφ （3）求纯岩石的孔隙度和矿物含量 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ++= ++= ++= '1 ' ' 21 2211 221 φ φρρρρ φφφφφ mama fmamamamabC NfmaNmaNmaNC VV VV V 用矩阵表示为： CX=L 其中： C= ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ 111 21 21 fmama NfNmaNma ρρρ φφφ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ' 2 1 φ ma ma V V X ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = 1 bC NC L ρ φ 则孔隙度和两种矿物的含量可以用解常数阵的逆的方法得出： X=C-1L 13 （3）恢复成泥质岩石 )1(' )1( )1( 22 11 sh shma shma V VVV VVV −⋅= −= −= φφ （４）计算含水饱和度（混合泥质公式）利用 1963 年 Simandoux 的（混合泥质公式）计算含水饱和度。 21 w w m w sh sh t S aR S R V R φ+= 可以看成是关于 Sw 的一元二次方程。对于 A ACBBSw 2 42 −+−= A、B、C 分别上述一元二次方程的系数。当 a=1.0,m=2.0 时，A、B、C 分别为： wR A 2φ= sh sh R V B = tR C 1−= （５）计算渗透率 si wi wi S K S S 3 250 /005.0 005.0 φ φ φ ⋅−= = =⋅ （三）已知条件及编程说明（１）输入测井解释参数请自己赋值（）。（２）输入测井曲线数据按上述顺序放入数据文件， depth, Rt, Rxo, SP, GR, ΦN ,ρb Log.dat 中，请直接打开读取，共设计了五个深度点。（３）输出计算结果放入文件中，自己命名。 Depth,Vsh, V1, V2, Φ ,Sw, K 由于常数矩阵 C 在整个计算过程中保持不变，所以在输入测井数据及其他计算之前先求出 C 的逆矩阵。 14 ⎥⎥ ⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎣ ⎡− = 111 171.265.2 10004 C 求逆的算法和代码由教师给出。（４）将求逆子程序 Inverse(n,c)放入自己主程序之后五、实验报告 1．绘出体积模型：泥+孔隙+石英+方解石 2．绘出所编程序的具体流程图。 3．编程调试并获得正确结果，并对结果进行分析，加以说明。 4．如果地层中含有气，请说明油气校正的处理思路。 15 A B 恢复Φ ，V1 ，V2 A= B= C= A ACBDSw 2 42 −±−= K 输出 DEP≥5250？ yes END 说明语句参数赋值矩阵 C 赋值求逆阵 C-1 读入一个深度测井数据求 Vsh Vsh <0.5 赋值 Vsh =1 Sw =1 泥质校正，ρbc , ΦNc LCV ⋅= −1 A B

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