近鑽頭測井技術指標

Ⅰ 測井工程技術

測井技術是油氣資源評價的關鍵技術手段，其核心是儲層有效性的評價、油氣層識別和計算儲量。以碳酸鹽岩為主體的海相油氣藏儲層的嚴重非均質性、孔隙結構的多重性，以及低孔、低滲特點，使得傳統測井解釋理論、方法和技術面臨著許多的挑戰，成為當今測井評價的一個世界性難題。

以碳酸鹽岩為主體的海相儲層，岩石成分、結構的復雜性和孔隙空間的多重性以及極不均勻的隨機分布，導致儲層具有很強的非均質性，並在岩石物理學和滲流物理學乃至油氣分布等方面具有比砂岩儲層更為復雜的特點。為此，建立在均質、各向同性地層基礎之上的傳統測井理論和許多成熟的評價技術，在海相油氣藏勘探中，其有效性往往發生退化，甚至無效。進一步優化和更新原有的測井解釋理論、探索新的思路和評價方法，已成為國內外測井行業普遍關注的課題。

儲層孔隙度低、非均質性強烈，電阻率和孔隙度測井的測量結果受岩石骨架和孔隙結構影響嚴重，反映儲層孔隙流體性質的信息弱，又由於裂縫系統泥漿的深侵入特點，造成儲層流體性質難以識別。

海相油氣藏勘探所處的深層、高溫、高壓、小井眼以及存在腐蝕氣體（如硫化氫）等復雜環境條件，增加了測井技術配套和取全取准資料的難度，特別是影響了成像測井等關鍵技術的應用。

儲層的非均質性、岩石成分的復雜性和低孔隙度特點，影響了一系列儲量參數（岩石礦物成分、孔隙度、飽和度、有效厚度等）確定的精度，增加儲量計算的難度，需要從測井解釋理論和計算方法進行優化。

為此，要充分利用現代測井技術發展的優勢，通過應用基礎的理論研究，優化和更新傳統測井解釋理論，探索新的思路和評價方法，以應對以碳酸鹽岩為主體的海相油氣藏勘探中儲層測井評價面臨的難題。目標是形成一套適應於海相非均質儲層的測井理論方法、比較完整和有效的儲層評價技術及儀器系列，提高海相油氣藏勘探的效率和效益。

Ⅱ 測井技術在晉城寺河煤層氣地面預抽項目中的應用

周明磊¹王懷洪²蘇現為³畢葉嵐³

（1.山東煤炭地質工程勘察研究院 泰安 271000）

（2.山東科技大學地球信息科學與工程學院 青島 266510）

（3.山東省煤田地質局數字測井站 泰安 271000）

作者簡介：周明磊，男，漢族，山東即墨人，研究員，現在山東煤炭地質工程勘察研究院從事測井新技術新方法的應用研究以及資料的處理解釋。信箱：[email protected]。

摘要 本文探討利用數字測井技術解釋煤層氣的儲層參數，估算煤層氣含量，同時進行其他岩性的分析，並對煤層氣井的固井質量做出評價，為煤層氣勘探提供測井技術支持。

關鍵詞 測井技術 煤層氣 儲層參數 體積模型

APPlications of Well Logging Technology in Surface CBM Extraction Project at Sihe Coalmine，Jincheng City

Zhou Minglei，Wang Huaihong，Su Xianwei，Bi Yelan

（1.Shandong Survey Institute of Coal Geological Engineering，Tai'an 271000；2.College of Geoinformation science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qing 266510；3.Shandong Provencial Bureau of Coal Geotogy，Tai'an 271000）

Abstract：This article introced the use of digital logging technology in explaining the reservoir parameters，while analyzed other variable litho-logy，and assessed the cementing quality of CBM wells.It can supply logging technical support for CBM exploration.

Keywords：logging technology；CBM；reservoir parameters；volumetric model

1 概述

山西晉城煤業集團寺河礦井是「九五」時期國家重點建設項目，設計生產能力400萬t/a。井田位於沁水煤田東南部，跨陽城、沁水兩縣，全井田面積為91.2km²，可採煤層3層即3^＃、9^＃、15^＃煤層。其中3^＃煤平均厚度為6.42m，可采儲量為4.32×10⁸t，也是本次煤層氣地面預抽的目的層。

瓦斯也叫煤層氣，是煤礦安全的頭號殺手，也是一種清潔能源。本礦井屬高瓦斯礦井，為了從根本上杜絕煤礦瓦斯事故的頻繁發生，改善煤礦安全生產條件，同時還可作為一種新的能源；在地面上打井進行煤層氣抽采，高瓦斯礦井就可能成為低瓦斯礦井。隨著數字測井技術的快速發展，煤層氣的測井儀器、有效方法及解釋模型也比較成熟，已經具有能直接解釋煤層氣儲層參數的可能性。

2 煤儲層的地球物理特徵

煤層氣是一種以吸附狀態為主，生成並儲存在煤層中的非常規天然氣，其成分與常規天然氣基本相同（甲烷含量大於95%），可作為與常規天然氣同等優質的能源和化工原料。煤層氣的儲層就是煤層，煤層氣也就具有煤層的各種地球物理特徵。煤層氣儲層具有雙重孔隙結構，可以理想簡化，如圖1所示。煤基質的骨架是不同比例有機質和礦物質（一般以粘土礦物為主）組成的混合物。而煤層氣儲層的基質孔隙中，吸附著甲烷（CH₄）以及少量的水和其他氣體（CO₂、N₂、重烴等），幾乎沒有游離的水和氣。煤層圍岩的主要岩性是砂岩、泥岩、石灰岩等，煤層的物性特徵與圍岩存在較明顯的差異。本區的目的層為3^＃煤層，平均厚度為6.42m，含有1層夾矸，岩性為碳質泥岩，反映明顯，煤層頂底板岩性均為泥岩，具有滲透性差、隔水性良好的特點，致使煤層中的煤層氣難以向外逸散而得以保存富集。因此，3^＃煤為煤層氣提供了良好的存儲條件。其地球物理特徵如下。

表10 SH1號孔固井質量數據表

6 結論及建議

本次的目的層為3^＃煤層，測井物性反映明顯，解釋精度符合要求。

目的煤層的工業分析以及其他岩層的岩性分析是依據前面所述的體積模型及測井響應值，通過交會圖技術選取參數，採用最小二乘法求解所得，具有一定的參考價值。煤層含氣量的估算參考了本區內其他地質鑽孔的煤層化驗數據，結合鑽孔的測井響應值，應用灰分與含氣量的線性關系求解所得，供有關方面參考。

由於煤層氣測井還處於起步階段，無論測井儀器還是方法都需要進一步完善，通過本次的煤層氣測井，對以後的工作建議如下：

（1）增加雙井徑、雙測向等參數測量。

（2）盡量實現在每種探管上增加自然伽馬參數，消除由於電纜伸縮帶來的深度誤差。

（3）通過實驗確定聲波探管是否滿足固井質量檢測技術要求，開發新的應用程序從全波列波形圖上提取聲波幅度。

（4）研究磁定位測井技術。

（5）電纜深度測量精度要進一步提高，用人工進行深度刻度其測量誤差必須≤0.5‰。

（6）中子刻度必須有兩個點：水點和19%刻度箱。

參考文獻

[1]煤層氣測井方法研究編寫組.2000.煤層氣測井方法研報告，北京：中國煤田地質總局

[2]賀天才.2005.晉城寺河煤層氣抽采實踐與展望，中國煤層氣，第二卷第3期16頁

[3]測井學編寫組.1998.測井學，北京：石油工業出版杜

Ⅲ 常規和非常規煤炭測井技術拓展

隨著地球物理學科、電子技術、計算機技術的發展，以及我國國民經濟建設對地球物理測井的迫切和廣泛要求，在今後一段時期內，評價煤、油、氣藏的理論，新方法技術、儀器設備都將有長足的發展，具體表現在以下幾個方面：

1）目前利用常規的測井方法已基本解決煤岩層的識別問題，在煤層氣含量、滲透率、孔隙度評價方面，尚缺少針對性測井技術方法，有待進一步加強基礎理論工作，開發研究適用於煤炭測井、煤層氣測井的新方法、新儀器。

2）引進現代適用的成像測井技術，開展煤炭、煤層氣測井技術研究，刻度常規測井，創建測井解釋新理論，建立一套完善的測井評價技術，不但經濟有效，而且使測井技術定量化評價成為可能。

3）系統地開展煤心刻度測井技術研究，優化測井參數識別與評價模式，建立新的測井解釋理論。

4）將井中地球物理技術和井間地球物理技術合理結合應用，形成新的測量技術方法系列，為區域地質描述提供更好的依據。

5）測井儀器朝著多組合、小尺寸、高可靠性、低成本、以軟代硬的方向發展，充分發揮計算機技術的優勢。

6）研製新的煤炭地球物理測井處理解釋和應用評價軟體，使煤炭地球物理測井技術精確化、系統化、規范化。

Ⅳ 測井技術需要什麼基礎

《石油測井新技術及標准規范》本書主要內容包括：核磁共振測井技術及應用；電阻率成像測井技術及應用；聲波成像測井技術及應用；MDT模塊式地層動態測試器；綜合孔隙度岩性測井儀；儲層飽和度測井儀；快速平台測井儀，以及介紹了油氣田測井解釋中常見岩石和礦物的地球化學性質、物理性質、產狀、岩石物理性質、測井參數及相關標准規范等。本書適合於油田現場測井、測井解釋、勘探開發地質等工程技術人員參考，也可做為大專院校有關專業教師及測井分析和測井地質學科研究生的參考用書。第一篇裸眼測井工藝
第一章測井儀器
第二章大斜度井、水平井測井技術
第三章電纜使用工藝及測井基礎設施
第四章井壁取心
第二篇測井資料解釋
第一章測井資料的數字處理
第二章測井資料解釋方法
第三章利用測井資料進行區塊評價
第三篇生產測功井新技術
第一章生產測井技術
第二章井下流量測井
第三章流體密度及持水率測量
第四章溫度測井
第五章壓力測井及資料分析
第六章產出剖面測井信息綜合分析
第七章水平井生產測井技術
第八章注入剖面測井
第九章套管井底參數測井
第十章生產測井資料應用
第十一章套管工程檢測測井
第十二章數控測井儀器設備
第十三章剩餘油監測技術
第四篇射孔新技術
第一章射孔器及其檢測技術
第二章射孔深度控制
第三章射孔現場施工工藝
第四章射孔優化設計
第五章油氣井爆炸作業
第五篇其他測井新技術及其應用
第一章成像測井方法
第二章復雜儲層評價方法
第三章成像測井的地質分析
第四章核磁共振測井及其應用
第五章 基礎實驗研究
第六章測井解釋油氣飽和度岩石物理研究
第六篇相關標准規范

Ⅳ 石油鑽井技術

《中國國土資源報》2007年1月29日3版刊登了「新型地質導向鑽井系統研製成功」的消息。這套系統由3個子系統組成：新型正脈沖無線隨鑽測斜系統、測傳馬達及無線接收系統、地面信息處理與決策系統。它具有測量、傳輸和導向三大功能。在研製過程中連續進行了4次地質導向鑽井實驗和鑽水平井的工業化應用，取得成功。這一成果的取得標志著我國在定向鑽井技術上取得重大突破。

2.3.1.1 地質導向鑽井技術

地質導向鑽井技術是20世紀90年代發展起來的前沿鑽井技術，其核心是用隨鑽定向測量數據和隨鑽地層評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌跡。與普通的定向鑽井技術不同之處是，它以井下實際地質特徵來確定和控制井眼軌跡，而不是按預先設計的井眼軌跡進行鑽井。地質導向鑽井技術能使井眼軌跡避開地層界面和地層流體界面始終位於產層內，從而可以精確地控制井下鑽具命中最佳地質目標。實現地質導向鑽井的幾項關鍵技術是隨鑽測量、隨鑽測井技術，旋轉導向閉環控制系統等。

隨鑽測量（MWD）的兩項基本任務是測量井斜和鑽井方位，其井下部分主要由探管、脈沖器、動力短節（或電池筒）和井底鑽壓短節組成，探管內包含各種感測器，如井斜、方位、溫度、震動感測器等。探管內的微處理器對各種感測器傳來的信號進行放大並處理，將其轉換成十進制，再轉換成二進制數碼，並按事先設定好的編碼順序把所有數據排列好。脈沖器用來傳輸脈沖信號，並接受地面指令。它是實現地面與井下雙向通訊並將井下資料實時傳輸到地面的唯一通道。井下動力部分有鋰電池或渦輪發電機兩種，其作用是為井下各種感測器和電子元件供電。井底鑽壓短節用於測定井底鑽壓和井底扭矩。

隨鑽測井系統（LWD）是當代石油鑽井最新技術之一。Schlumberger公司生產的雙補償電阻率儀CDR和雙補償中子密度儀CDN兩種測井系統代表了當今隨鑽測井系統的最高水平。CDR和CDN可以單獨使用也可以兩項一起與MWD聯合使用。LWD的CDR系統用電磁波傳送信息，整套系統安裝在一特製的無磁鑽鋌或短節內。該系統主要包括電池筒、伽馬感測器、電導率測量總成和探管。它主要測量並實時傳輸地層的伽馬曲線和深、淺電阻率曲線。對這些曲線進行分析，可以馬上判斷出地層的岩性並在一定程度上判斷地層流體的類型。LWD的CDN系統用來測量地層密度曲線和中子孔隙度曲線。利用這兩種曲線可以進一步鑒定地層岩性，判斷地層的孔隙度、地層流體的性質和地層的滲透率。

旋轉導向鑽井系統（Steerable Rotary Drilling System）或旋轉閉環系統（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常規定向鑽井技術使用導向彎外殼馬達控制鑽井方向施工定向井。鑽進時，導向馬達以「滑行」和「旋轉」兩種模式運轉。滑行模式用來改變井的方位和井斜，旋轉模式用來沿固定方向鑽進。其缺點是用滑行模式鑽進時，機械鑽速只有旋轉模式鑽進時的50%，不僅鑽進效率低，而且鑽頭選擇受到限制，井眼凈化效果及井眼質量也差。旋轉導向閉環鑽井系統完全避免了上述缺點。旋轉導向鑽井系統的研製成功使定向井鑽井軌跡的控制從藉助起下鑽時人工更換鑽具彎接頭和工具面向角來改變方位角和頂角的階段，進入到利用電、液或泥漿脈沖信號從地面隨時改變方位角和頂角的階段。從而使定向井鑽井進入了真正的導向鑽井方式。在定向井鑽井技術發展過程中，如果說井下鑽井馬達的問世和應用使定向鑽井成為現實的話，那麼可轉向井下鑽井馬達的問世和應用則大大提高了井眼的控制能力和自動化水平並減少了提下鑽次數。旋轉導向鑽井系統鑽井軌跡控制機理和閉環系統如圖2.5所示。

目前從事旋轉導向鑽井系統研製的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。這些公司的旋轉導向閉環鑽井系統按定向方法又可分為自動動力定向和人工定向。自動動力定向一般由確定鑽具前進方向的測量儀表、動力源和調節鑽具方向的執行機構組成。人工定向系統定向類似於導向馬達定向方法，需要在每次連接鑽桿時進行定向。兩種定向系統的定向控制原理都是通過給鑽頭施加直接或間接側向力使鑽頭傾斜來實現的（圖2.6）。按具體的導向方式又可劃分為推靠式和指向式兩種。地質導向鑽井技術使水平鑽井、大位移鑽井、分支井鑽井得到廣泛應用。大位移井鑽井技術和多分支井鑽井技術代表了水平鑽井技術的最新成果水平。

圖2.5 旋轉導向閉環系統

（1）水平井鑽井技術

目前，國外水平鑽井技術已發展成為一項常規技術。美國的水平井技術成功率已達90%～95%。用於水平井鑽進的井下動力鑽具近年來取得了長足進步，大功率串聯馬達及加長馬達、轉彎靈活的鉸接式馬達以及用於地質導向鑽井的儀表化馬達相繼研製成功並投入使用。為滿足所有導向鑽具和中曲率半徑造斜鑽具的要求，使用調角度的馬達彎外殼取代了原來的固定彎外殼；為獲得更好的定向測量，用非磁性馬達取代了磁性馬達。研製了耐磨損、抗沖擊的新型水平井鑽頭。

圖2.6 旋轉導向鑽井系統定向軌跡控制原理

（2）大位移井鑽井技術

大位移井通常是指水平位移與井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井頂角≥86°時稱為大位移水平井。HD/TVD≥3的井稱為高水垂比大位移井。大位移井鑽井技術是定向井、水平井、深井、超深井鑽井技術的綜合集成應用。現代高新鑽井技術，隨鑽測井技術（LWD）、旋轉導向鑽井系統（SRD）、隨鑽環空壓力測量（PWD）等在大位移井鑽井過程中的集成應用，代表了當今世界鑽井技術的一個高峰。目前世界上鑽成水平位移最大的大位移井，水平位移達到10728m，斜深達11287m，該記錄是BP阿莫科公司於1999年在英國Wytch Farm油田M-16井中創造的（圖2.7所示）。三維多目標大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是將原計劃用2口井開發該油田西部和北部油藏的方案改為一口井開采方案後鑽成的。為了鑽成這口井，制定了一套能夠鑽達所有目標並最大限度地減少摩阻和扭矩的鑽井設計方案。根據該方案，把2630m長的水平井段鑽到7500m深度，穿過6個目標區，總的方位角變化量達160°。

圖2.7 M-16井井身軌跡

我國從1996年12月開始，先後在南海東部海域油田進行了大位移井開發試驗，截至2005年底，已成功鑽成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。為開發西江24-1含油構造實施的8口大位移井，其井深均超過8600m，水平位移都超過了7300m，水垂比均大於2.6，其中西江24-3-A4井水平位移達到了8063m，創造了當時（1997年）的大位移井世界紀錄。大位移井鑽井涉及的關鍵技術有很多，國內外目前研究的熱點問題包括：鑽井設備的適應性和綜合運用能力、大斜度（大於80°）長裸眼鑽進過程中井眼穩定和水平段延伸極限的理論分析與計算、大位移井鑽井鑽具摩擦阻力/扭矩的計算和減阻、成井過程中套管下入難度大及套管磨損嚴重等。此外大位移井鑽井過程中的測量和定向控制、最優的井身剖面（結構）設計、鑽柱設計、鑽井液性能選擇及井眼凈化、泥漿固控、定向鑽井優化、測量、鑽柱振動等問題也處在不斷探索研究之中。

（3）分支井鑽井技術

多分支井鑽井技術產生於20世紀70年代，並於90年代隨著中、小曲率半徑水平定向井鑽進技術的發展逐漸成熟起來。多分支井鑽井是水平井技術的集成發展。多分支井是指在一個主井眼（直井、定向井、水平井）中鑽出若干進入油（氣）藏的分支井眼。其主要優點是能夠進一步擴大井眼同油氣層的接觸面積、減小各向異性的影響、降低水錐水串、降低鑽井成本，而且可以分層開采。目前，全世界已鑽成上千口分支井，最多的有10個分支。多分支井可以從一個井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鑽穿不同深度的多層油氣層。多分支井井眼較短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般為砂岩油藏。

多分支井最早是從簡單的套管段銑開窗側鑽、裸眼完井開始的。因其存在無法重入各個分支井和無法解決井壁坍塌等問題，後經不斷研究探索，1993年以來預開窗側鑽分支井、固井回接至主井筒套管技術得到推廣應用。該技術具有主井筒與分支井筒間的機械連接性、水力完整性和選擇重入性，能夠滿足鑽井、固井、測井、試油、注水、油層改造、修井和分層開採的要求。目前，國外常用的多分支系統主要有：非重入多分支系統（NAMLS），雙管柱多分支系統（DSMLS），分支重入系統（LRS），分支回接系統（LTBS）。目前國外主要採用4種方式鑽多分支井：①開窗側鑽；②預設窗口；③裸眼側鑽；④井下分支系統（Down Hole Splitter System）。

2.3.1.2 連續管鑽井（CTD）技術

連續管鑽井技術又叫柔性鑽桿鑽井技術。開始於20世紀60年代，最早研製和試用這一技術鑽井的有法國、美國和匈牙利。早期法國連續管鑽進技術最先進，1966年投入工業性試驗，70年代就研製出各種連續管鑽機，重點用於海洋鑽進。當時法國製造的連續管單根長度達到550m。美國、匈牙利製造的連續管和法國的類型基本相同，單根長度只有20～30m。

早期研製的連續管有兩種形式。一種是供孔底電鑽使用，由4層組成，最內層為橡膠或橡膠金屬軟管的心管，孔底電機動力線就埋設在心管內；心管外是用2層鋼絲和橡膠貼合而成的防爆層；再外層是鋼絲骨架層，用於承受拉力和扭矩；最外層是防護膠層，其作用是防水並保護鋼絲。另一種是供孔底渦輪鑽具使用的，因不需要埋設動力電纜，其結構要比第一種簡單得多。第四屆國際石油會議之後，美國等西方國家把注意力集中在發展小井眼井上，限制了無桿電鑽的發展。連續管鑽井技術的研究也放慢了腳步。我國於20世紀70年代曾開展無桿電鑽和連續管鑽井技術的研究。勘探所與青島橡膠六廠合作研製的多種規格的柔性鑽桿，經過單項性能試驗後，於1975年初步用於渦輪鑽。1978年12月成功用於海上柔性鑽桿孔底電鑽，並建造了我國第一台柔桿鑽機鑽探船。1979～1984年勘探所聯合清華大學電力工程系、青島橡膠六廠研究所和北京地質局修配廠共同研製了DRD-65型柔管鑽機和柔性鑽桿。DRD-65型柔管鑽機主要有柔性鑽桿、Φ146mm潛孔電鑽、鑽塔、柔桿絞車及波浪補償器、泥漿泵、電控系統和液控系統等部分組成。研製的柔性鑽桿主要由橡膠、橡膠布層、鋼絲繩及動力線組成。拉力由柔桿中的鋼絲骨架層承擔，鋼絲繩為0.7mm×7股，直徑2.1mm，每根拉力不小於4350N，總數為134根，計算拉力為500kN，試驗拉力為360kN。鑽進過程中，柔性鑽桿起的作用為：起下鑽具、承受反扭矩、引導沖洗液進入孔底、通過設於柔性鑽桿壁內的電纜向孔底電鑽輸送電力驅動潛孔電鑽運轉、向地表傳送井底鑽井參數等。

柔性鑽桿性能參數為：內徑32mm；抗扭矩不小於1030N·m；外徑85～90mm；單位質量13kg/m；抗內壓（工作壓力）40kg/cm²，曲率半徑不大於0.75m，抗外壓不小於10kg/cm²；彎曲度：兩彎曲形成的夾角不大於120°；額定拉力1000kN；柔桿內埋設動力導線3組，每組15mm²，信號線二根；柔桿單根長度為40、80m兩種規格。

Φ146mm型柔桿鑽機由Φ127mm電動機、減速器、液壓平衡器和減震器組成。動力是潛孔電鑽，它直接帶動鑽頭潛入孔底鑽井。Φ146mm孔底電鑽是外通水式，通水間隙寬5mm，通水橫斷面積為2055mm²。

與常規鑽井技術相比，連續管鑽井應用於石油鑽探具有以下優點：欠平衡鑽井時比常規鑽井更安全；因省去了提下鑽作業程序，可大大節省鑽井輔助時間，縮短作業周期；連續管鑽井技術為孔底動力電鑽的發展及孔底鑽進參數的測量提供了方便條件；在製作連續管時，電纜及測井信號線就事先埋設在連續管壁內，因此也可以說連續管本身就是以鋼絲為骨架的電纜，通過它可以很方便地向孔底動力電鑽輸送電力，也可以很方便地實現地面與孔底的信息傳遞；因不需擰卸鑽桿，因此在鑽進及提下鑽過程中可以始終保持沖洗液循環，對保持井壁穩定、減少孔內事故意義重大；海上鑽探時，可以補償海浪對鑽井船的漂移影響；避免了回轉鑽桿柱的功率損失，可以提高能量利用率，深孔鑽進時效果更明顯。正是由於連續管鑽井技術有上述優點，加之油田勘探需要以及相關基礎工業技術的發展為連續管技術提供了進一步發展的條件，在經過了一段時間的沉寂之後，20世紀80年代末90年代初，連續管鑽井技術又呈現出飛速發展之勢。其油田勘探工作量年增長量達到20%。連續管鑽井技術研究應用進展情況簡述如下。

1）數據和動力傳輸熱塑復合連續管研製成功。這種連續管是由殼牌國際勘探公司與航空開發公司於1999年在熱塑復合連續管基礎上開始研製的。它由熱塑襯管和纏繞在外面的碳或玻璃熱塑復合層組成。中層含有3根銅質導線、導線被玻璃復合層隔開。碳復合層的作用是提供強度、剛度和電屏蔽。玻璃復合層的作用是保證強度和電隔離。最外層是保護層。這種連續管可載荷1.5kV電壓，輸出功率20kW，傳輸距離可達7km，耐溫150℃。每根連續管之間用一種特製接頭進行連接。接頭由一個鋼制的內金屬部件和管子端部的金屬環組成。這種連續管主要用於潛孔電鑽鑽井。新研製的數據和動力傳輸連續管改變了過去用潛孔電鑽鑽井時，電纜在連續管內孔輸送電力影響沖洗液循環的缺點。

2）井下鑽具和鑽具組合取得新進展。XL技術公司研製成功一種連續管鑽井的電動井下鑽具組合。該鑽具組合主要由電動馬達、壓力感測器、溫度感測器和震動感測器組成。適用於3.75in井眼的電動井下馬達已交付使用。下一步設想是把這種新型電動馬達用於一種新的閉環鑽井系統。這種電動井下鑽具組合具有許多優點：不用鑽井液作為動力介質，對鑽井液性能沒有特殊要求，因而是欠平衡鑽井和海上鑽井的理想工具；可在高溫下作業，振動小，馬達壽命長；閉環鑽井時藉助連續管內設電纜可把測量數據實時傳送到井口操縱台，便於對井底電動馬達進行靈活控制，因而可使鑽井效率達到最佳；Sperry sun鑽井服務公司研製了一種連續管鑽井用的新的導向鑽具組合。這種鑽具組合由專門設計的下部陽螺紋泥漿馬達和長保徑的PDC鑽頭組成。長保徑鑽頭起一個近鑽頭穩定器的作用，可以大幅度降低振動，提高井眼質量和機械鑽速。泥漿馬達有一個特製的軸承組和軸，與長保徑鑽頭匹配時能降低馬達的彎曲角而不影響定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中進行的現場試驗證明，導向鑽具組合具有機械鑽速高、井眼質量好、井下振動小、鑽頭壽命長、設備可靠性較高等優點。另外還研製成功了一種連續軟管欠平衡鑽井用的繩索式井底鑽具組合。該鑽具組合外徑為in上部與外徑2in或in的連續管配用，下部接鑽鋌和in鑽頭。該鑽具組合由電纜式遙控器、穩定的MWD儀器、有效的電子定向器及其他參數測量和傳輸器件組成。電纜通過連續管內孔下入孔底，能實時監測並處理工具面向角、鑽井頂角、方位角、自然伽馬、溫度、徑向振動頻率、套管接箍定位、程序狀態指令、管內與環空壓差等參數。鑽具的電子方位器能在鑽井時在導向泥漿馬達連續旋轉的情況下測量並提供井斜和方位兩種參數。

其他方面的新進展包括：連續管鑽井技術成功用於超高壓層側鑽；增加連續管鑽井位移的新工具研製成功；連續管鑽井與欠平衡鑽井技術結合打水平井取得好效果；適於連續管鑽井的混合鑽機研製成功；連續管鑽井理論取得新突破。

2.3.1.3 石油勘探小井眼鑽井技術

石油部門通常把70%的井段直徑小於177.8mm的井稱為小井眼井。由於小井眼比傳統的石油鑽井所需鑽井設備小且少、鑽探耗材少、井場佔地面積小，從而可以節約大量勘探開發成本，實踐證明可節約成本30%左右，一些邊遠地區探井可節約50%～75%。因此小井眼井應用領域和應用面越來越大。目前小井眼井主要用於：①以獲取地質資料為主要目的的環境比較惡劣的新探區或邊際探區探井；②600～1000m淺油氣藏開發；③低壓、低滲、低產油氣藏開發；④老油氣田挖潛改造等。

2.3.1.4 套管鑽井技術

套管鑽井就是以套管柱取代鑽桿柱實施鑽井作業的鑽井技術。不言而喻套管鑽井的實質是不提鑽換鑽頭及鑽具的鑽進技術。套管鑽井思想的由來是受早期（18世紀中期鋼絲繩沖擊鑽進方法用於石油勘探，19世紀末期轉盤回轉鑽井方法開始出現並用於石油鑽井）鋼絲繩沖擊鑽進（頓鑽時代）提下鑽速度快，轉盤回轉鑽進井眼清潔且鑽進速度快的啟發而產生的。1950年在這一思想的啟發下，人們開始在陸上鑽石油井時，用套管帶鑽頭鑽穿油層到設計孔深，然後將管子固定在井中成井，鑽頭也不回收。後來，Sperry-sun鑽井服務公司和Tesco公司根據這一鑽井原理各自開發出套管鑽井技術並制定了各自的套管鑽井技術發展戰略。2000年，Tesco公司將4.5～13.375in的套管鑽井技術推向市場，為世界各地的油田勘探服務。真正意義的套管鑽井技術從投放市場至今還不到10年時間。

套管鑽井技術的特點和優勢可歸納如下。

1）鑽進過程中不用起下鑽，只利用絞車系統起下鑽頭和孔內鑽具組合，因而可節省鑽井時間和鑽井費用。鑽進完成後即等於下套管作業完成，可節省完井時間和完井費用。

2）可減少常規鑽井工藝存在的諸如井壁坍塌、井壁沖刷、井壁鍵槽和台階等事故隱患。

3）鑽進全過程及起下井底鑽具時都能保持泥漿連續循環，有利於防止鑽屑聚集，減少井涌發生。套管與井壁之間環狀間隙小，可改善水力參數，提高泥漿上返速度，改善井眼清洗效果。

套管鑽井分為3種類型：普通套管鑽井技術、階段套管或尾管鑽井技術和全程套管鑽井技術。普通套管鑽井是指在對鑽機和鑽具做少許改造的基礎上，用套管作為鑽柱接上方鑽桿和鑽頭進行鑽井。這種方式主要用於鑽小井眼井。尾管鑽井技術是指在鑽井過程中，當鑽入破碎帶或涌水層段而無法正常鑽進時，在鑽柱下端連接一段套管和一種特製工具，打完這一段起出鑽頭把套管留在井內並固井的鑽井技術。其目的是為了封隔破碎帶和水層，保證孔內安全並維持正常鑽進。通常所說的套管鑽井技術是指全程套管鑽井技術。全程套管鑽井技術使用特製的套管鑽機、鑽具和鑽頭，利用套管作為水利通道，採用繩索式鑽井馬達作業的一種鑽井工藝。目前，研究和開發這種鑽井技術的主要是加拿大的Tesco公司，並在海上進行過鑽井，達到了降低成本的目的。但是這種鑽井技術目前仍處於研究完善階段，還存在許多問題有待研究解決。這些問題主要包括：①不能進行常規的電纜測井；②鑽頭泥包問題嚴重，至今沒有可靠的解決辦法；③加壓鑽進時，底部套管會產生橫向振動，致使套管和套管接頭損壞，目前還沒有找到解決消除或減輕套管橫向振動的可靠方法；④由於套管鑽進不使用鑽鋌，加壓困難，所以機械鑽速低於常規鑽桿鑽井；部分抵消了套管鑽進提下鑽節省的時間；⑤套管鑽井主要用於鑽進破碎帶和涌水地層，其應用范圍還不大。

我國中石油系統的研究機構也在探索研究套管鑽井技術，但至今還沒有見到公開報道的成果。目前，套管鑽井技術的研究內容，除了研製專用套管鑽機和鑽具外，重點針對上述問題開展。一是進行鑽頭的研究以解決鑽頭泥包問題；二是研究防止套管橫向振動的措施；三是研究提高套管鑽井機械鑽速的有效辦法；四是研究套管鑽井固井辦法。

套管鑽井應用實例：2001年，美國謝夫隆生產公司利用加拿大Tesco公司的套管鑽井技術在墨西哥灣打了2口定向井（A-12和A-13井）。兩井成井深度分別為3222×30.48cm和3728×30.48cm。為了進行對比分析，又用常規方法打了一口A-14井，結果顯示，同樣深度A-14井用時75.5h，A-13井用時59.5h。表層井段鑽速比較，A-12 井的平均機械鑽速為141ft/h，A-13井為187ft/h，A-14井為159ft/h。這說明套管鑽井的機械鑽速與常規方法機械鑽速基本相同。但鑽遇硬地層後套管鑽井，鑽壓增加到6.75t，致使擴眼器切削齒損壞，鑽速降低很多。BP公司用套管鑽井技術在懷俄明州鑽了5口井。井深為8200～9500ft，且都是從井口鑽到油層井段。鑽進過程中遇到了鑽頭泥包和套管振動問題。

此外，膨脹套管技術也是近年來發展起來的一種新技術，主要用於鑽井過程中隔離漏失、涌水、遇水膨脹縮經、破碎掉塊易坍塌等地層以及石油開采時油管的修復。勘探所與中國地質大學合作已立項開展這方面的研究工作。

2.3.1.5 石油鑽機的新發展

國外20世紀60年代末研製成功了AC-SCR-DC電驅動鑽機，並首先應用於海洋鑽井。由於電驅動鑽機在傳動、控制、安裝、運移等方面明顯優於機械傳動鑽機，因而獲得很快的發展，目前已經普遍應用於各型鑽機。90年代以來，由於電子器件的迅速發展，直流電驅動鑽機可控硅整流系統由模擬控制發展為全數字控制，進一步提高了工作可靠性。同時隨著交流變頻技術的發展，交流變頻首先於90年代初成功應用於頂部驅動裝置，90年代中期開始應用於深井石油鑽機。目前，交流變頻電驅動已被公認為電驅動鑽機的發展方向。

國內開展電驅動鑽機的研究起步較晚。蘭州石油化工機器廠於20世紀80年代先後研製並生產了ZJ60D型和ZJ45D型直流電驅動鑽機，1995年成功研製了ZJ60DS型沙漠鑽機，經應用均獲得較好的評價。90年代末期以來，我國石油系統加大鑽機的更新改造力度，電驅動鑽機取得了較快發展，寶雞石油機械廠和蘭州石油化工機器廠等先後研製成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流電驅動鑽機和ZJ20DB、ZJ40DB型交流變頻電驅動鑽機，四川油田也研製出了ZJ40DB交流變頻電驅動鑽機，明顯提高了我國鑽機的設計和製造水平。進入21世紀，遼河油田勘探裝備工程公司自主研製成功了鑽深能力為7000m的ZJ70D型直流電驅動鑽機。該鑽機具有自動送鑽系統，代表了目前我國直流電驅動石油鑽機的最高水平，整體配置是目前國內同類型鑽機中最好的。2007年5月已出口亞塞拜然，另兩部4000m鑽機則出口運往巴基斯坦和美國。由寶雞石油機械有限責任公司於2003年研製成功並投放市場的ZJ70/4500DB型7000m交流變頻電驅動鑽機，是集機、電、數字為一體的現代化鑽機，採用了交流變頻單齒輪絞車和主軸自動送鑽技術和「一對一」控制的AC-DC-AC全數字變頻技術。該型鑽機代表了我國石油鑽機的最新水平。憑借其優良的性能價格比，2003年投放市場至今，訂貨已達83台套。其中美國、阿曼、委內瑞拉等國石油勘探公司訂貨達42台套。在國內則佔領了近2～3年來同級別電驅動鑽機50%的市場份額。ZJ70/4500DB型鑽機主要性能參數：名義鑽井深度7000m，最大鉤載4500kN，絞車額定功率1470kW，絞車和轉盤擋數I+IR交流變頻驅動、無級調速，泥漿泵型號及台數F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及檯面高度：雙升式/旋升式10.5m，動力傳動方式AC-DC-AC全數字變頻。

Ⅵ 聲波成像測井技術

目前的聲波成像測井主要有超聲波成像和偶極橫波成像兩種類型，它們可以在不同程度上揭示潛山基岩的儲集空間，所以在復雜儲集層段中的應用越來越廣。

超聲波成像測井採用旋轉式超聲波換能器對井周進行掃描，並記錄反射回的波形信號；將測量得到的反射波振幅和傳播時間等信息進行一系列處理，按井周360°方位將處理結果顯示，就得到整個井壁高解析度的超聲波成像。

具有代表性的超聲波成像測井儀有兩種：超聲波成像測井儀USI和井眼超聲波成像測井儀UBI（均為斯倫貝謝製造），它們具有多種提高信噪比和解析度的技術。

1.USI測井儀的原理

探頭是由不同尺寸的旋轉換能器組成的，它可以測量各種尺寸的套管井和裸眼井，其發射的超聲波脈沖頻率介於195～650kHz之間。換能器也是接收器，它首先探測到的是高振幅的反射首波信號，然後是以指數衰減的信號。USI儀有一個旋轉換能器（圖4-8），它具有兩種操作方式：標准測量（逆時針旋轉、換能器面向井壁或套管測量）和流體性質測量（順時針旋轉、換能器面向儀器內的反射板測量）。USI常用於套管井的測量和水泥固井質量的分析。

圖4-7 0.2ms橫波時窗歸一化得到的橫波幅度曲線（示裂縫強度）

USI測量到的信息常用稱為T³的技術進行處理。處理過程包括3階段：①測井儀實際處理階段，通過快速傅里葉變換將收到的信號轉換成頻率信息；②製作模型階段，對反射首波選擇標准化窗口，使得溫度、壓力、鑽井泥漿等引起的波譜變化降低到最低點，並產生一個脈沖響應譜，以便計算出聲阻抗；③刻度階段，將計算出的參數與測量得到的參數進行對比，如果不匹配，就改變窗長等參數通過模型再做一遍，產生一套新的參數再進行對比，重復這個過程直至完全匹配為止（通常需要重復處理、對比3次）。

圖4-8 USI測井儀示意圖

2.井眼超聲波成像測井儀UBI

上述USI使用的是不聚焦換能器，UBI使用的是高解析度聚焦裸眼換能器。這種換能器有兩種固定發射頻率：250kHz和500kHz，高頻換能器可以給出較高解析度的圖像，低頻換能器在高發散鑽井液中可提供更好的測量結果。由於低解析度換能器可以獲得套管壁厚諧振，而高解析度換能器不能獲得套管壁厚諧振，所以高解析度的UBI井眼超聲波成像可以代替FMI地層微電阻率掃描成像，尤其是在油基泥漿條件下FMI不能測量時UBI更能發揮獨特的優勢。UBI還能提供准確的井眼橫截面信息，這樣可以得到井眼垮塌或井眼穩定性數據。

UBI換能器的聚焦性能越好，其成像的解析度越高，其主要技術指標見表4-3。

表4-3 UBI測井儀技術指標

Ⅶ 測井資料確定岩石力學參數

（1）橫波時差的獲取

測井資料計算岩石力學參數，其關鍵就是提取橫波參數，如果有全波測井則可以分離出橫波時差。有偶極聲波測井資料時，其直接輸出橫波時差曲線。如果僅有常規測井資料，要進行橫波時差的預測。

由全波列測井資料提取橫波

全波列測井資料記錄了豐富的岩石物理信息，包括縱波、橫波、斯通利波等。在全波列記錄上，各種波都混疊在一起，但不同的波在振幅、頻率、到達時間（源於傳播速度的差異）或相位上存在著明顯的差別，這為從全波測井數據中識別和提取橫波（或各種子波）提供了可能。長源距聲波記錄的也是地層的全波信息，但其在疏軟地層中無法獲取地層橫波信息，因為在這些地層中橫波與井中泥漿波一起傳播。因此使用時要注意這種差別。

使用全波資料提取縱波（P波）和橫波（S波）通常採用瞬時頻譜法（Frei，1993），其基本原理如下：

將波形（信號）X（t）表示為：

X（t）=a（t）·cosφ（t） （2-3）

式中：a（t）——時間信號的瞬時振幅；φ（t）——t時刻的相位。

以X（t）為實部構建一個解析函數Z（t），則Z（t）的虛部為：

Y（t）=a（t）·sinφ（t） （2-4）

實、虛部和為：

Z（t）=X（t）+iY（t） （2-5）

信號的包絡和瞬時相位可表示為：

a（t）=［X²（t）+Y²（t）］/2 （2-6）

而：

φ（t）=arctan［Y（t）/X（t）］ （2-7）

信號的瞬時頻率可表示為：

ω（t）=dφ（t）/dt （2-8）

以上幾個式子中，X（t）為波形記錄，是已知的，在復平面上，X（t）與Y（t）是正交的，可以利用希爾伯特正交變換來求。對一個函數進行希爾伯變換等價於用它同πt的倒數進行褶積：

Y（t）=-X（t）/π_t （2-9）

如果有新的能量波至出現在波列中，瞬時相位和瞬時振幅就要發生變化，由此，可確定橫波和縱波的初至波，從而得到橫波參數。

正交偶極陣列聲波測井

正交偶極陣列聲波測井可以直接測定橫波和縱波。偶極橫波成像測井儀是最新一代的偶極陣列聲波測井，它是把偶極技術與最新發展的單極技術結合在一起的測井技術方法，可以完全取代普通聲波測井儀和長源距聲波測井儀。

由於偶極陣列聲波測井儀採用了偶極聲源，其產生的剪切撓曲波具有頻散特性，低頻時其傳播速度與橫波相同，因此，可以從剪切撓曲波得到橫波。

偶極陣列聲波測井有三個發射探頭和32個（八組）接收探頭組成。發射單極聲源和兩個偶極聲源（X、Y方向）呈相互垂直的環狀，共有96個波形。現場測井時將其波形進行識別獲得縱波、橫波、斯通利波時差。圖2-1是川豐563井實測資料，圖中DTSM為橫波時差。

圖2-1 川豐563井正交偶極陣列聲波測井

（據西南石油測井公司資料，2006）

常規測井資料計算橫波

普通的聲波測井資料獲得是縱波時差，要得到用於岩石力學參數計算的橫波時差，通常採用統計關系和經驗公式計算。

A.統計關系法

首先從偶極橫波測井及全波列測井所獲取了地層橫波時差信息，將其與常規測井參數之間進行了相關關系研究，建立了二者之間的統計學關系，再進行未知井的預測。針對研究區的情況，分別對於沙溪廟組、須家河組兩個主力的天然氣產層建立了統計方程（圖2-2）。利用聲波和密度測井資料建立的沙溪廟組儲層的橫波預測模型為：

圖2-2 沙溪廟組、須家河組特殊測井與常規測井計算的橫波時差相關關系圖

（據西南石油局測井公司資料，2006）

Δt_s=1.522×Δt_p+35.158×ρ_b-76.961 r=0.9405 （2-10）

須家河組儲層的橫波預測模型為：

Δt_s=1.1212×Δt_p+14.625×ρ_b+0.796×φ_CNL-18.058 r=0.9127（2-11）式中：φ_CNL——地層中子孔隙度，小數；Δt_p、Δt_s——縱、橫波時差，m/ft；ρ_b——岩石體積密度，g/cm³。

B.經驗公式法

利用常規縱波時差求解的橫波時差經驗公式為（陳新等，1989）：

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

上式主要用於求取地層中砂岩層段的橫波時差值，對於泥岩層段，由於其密度與埋深的關系與砂岩不同，一般利用泥岩的Δt_s/Δt_p值與岩石體積密度關系確定（Elton Frost，1986）。根據泥（頁）岩密度變化可以列出泥岩的Δt_s/Δt_p與密度ρ_sh的關系式如下：

Δt_s/Δt_p=A-0.8（ρ_sh-2.2）/（2.65-2.2） （2-13）

式中：ρ_sh——泥岩的體積密度，g/cm³。

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

研究工作中主要依據以上兩種方法進行橫波參數的預測。

（2）岩石彈性力學參數計算

利用測井資料計算地層的彈性力學參數主要包括：泊松比、楊氏模量、剪切模量、體積模量值。

泊松比值

用縱、橫波時差值計算岩石泊松比公式為：

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

楊氏模量（或彈性模量）

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

剪切模量（切變模量、剛度模量）

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

體積模量

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

拉梅系數

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

（3）岩石強度參數的計算

測井資料確定地層的岩石強度是目前為止研究得較少的方面。

目前為止，岩石抗張強度，主要通過實驗實測的值通過建立與岩石密度（或岩石孔隙度）的統計分析關系來預測。

抗壓強度，除可用實驗室建立的經驗關系預測外，斯倫貝謝公司（1995）提出了如下經驗關系：

σ_p=［0.0045（1-V_sh）+0.008V_sh］·E·7.031×10^-3（2-19）

式中：V_sh——泥質含量，小數；σ_p——抗壓強度，MPa；E——楊氏模量。

Nathan Stien（1978）提出了利用測井資料確定地層抗剪強度的方法，通過對莫爾-庫侖准則的破裂包絡線分析，結合單軸抗壓強度實驗結果，提出如下評價公式：

油氣藏現今地應力場評價方法及應用

式中：E_τ——測井計算的剪切模量，MPa；τ₀——抗剪強度，MPa；σ_p——單軸抗壓強度，MPa；tanβ——莫爾圓上剪切模量直線斜率，砂岩層取0.00046×10⁶；φ——岩石內摩擦角，（°）。

Ⅷ 測井技術

(1)泥頁岩氣儲層的常規測井曲線響應

由於頁岩氣與常規氣一樣，是不導電介質，具有密度小、含氫指數低、傳播速度慢等物理特性。因此，含氣頁岩的測井響應應該不同於非含氣頁岩，利用頁岩氣儲層在常規測井曲線上的響應特徵，通過測井解釋資料，不僅可以識別儲層，還能夠進行地層評價。識別頁岩氣儲層所需要的常規測井方法主要有：自然伽馬、井徑、中子、密度、聲波時差和電阻率測井。以下依次對頁岩氣儲層在常規測井曲線上的響應特徵進行分析：

① 自然伽馬測井：泥頁岩氣儲層的自然伽馬值顯示高值，這是由於：①泥頁岩中泥質含量較高，泥質含量越高放射性就越強；②含氣頁岩中有機質含量豐富，通常情況下乾酪根形成於一個使鈾沉澱的還原環境，從而具有較強的放射性，導致自然伽馬值升高。

② 井徑測井：頁岩一般表現為擴徑，而且有機質含量越高，擴徑越明顯。

③ 聲波時差測井：頁岩氣儲層的聲波時差值顯示為高值，並伴有周波跳躍現象，這是由於：A頁岩氣的存在使得聲波速度降低，聲波時差增大；B.聲波在有機質中傳播的速度較低，含氣頁岩中含有大量有機質，導致聲波時差增大。如果聲波時差值偏小，則說明頁岩地層中有機質豐度低，經濟開采價值不大；C.含氣頁岩內部發育裂縫，遇到裂縫氣層會發生周波跳躍現象，或者曲線突然拔高。

④ 中子測井：頁岩氣儲層中子測井顯示為高值。中子測井反映的是地層中的含氫量也就是地層孔隙度。中子測井值升高的原因為：①在頁岩氣儲層中，含氣會導致中子密度值減小，但是束縛水會使中子密度值增大，由於頁岩中束縛水飽和度要大於含氣飽和度，因此，兩者綜合的效果還是會使頁岩氣的中子密度值升高；②頁岩氣儲層中有機質的氫含量使得中子密度值升高。

⑤ 地層密度測井：地層密度顯示為低值。地層密度值實際上測量的是地層的電子密度，而電子密度相當於地層體積密度。頁岩密度為低值，比砂岩和碳酸鹽岩的地層密度值低，但是比煤層和硬石膏的地層密度值高出很多。對於含氣頁岩儲層來講，隨著有機質和烴類氣體含量增加，將會使地層密度值變得更低，如果頁岩氣儲層中發育裂縫，也會使地層密度測井值降低。

⑥ 岩性密度測井：岩性密度表現為低值。岩性密度測井的Pe值可以用來指示岩性，用於識別頁岩中的黏土礦物類型。頁岩礦物組分的變化，將導致單位體積頁岩岩性密度測井值發生變化。

⑦ 電阻率測井：泥頁岩的深淺電阻率總體低值，局部負值。泥頁岩氣的電阻率受到很多因素的影響，主要有：①頁岩泥質含量高，束縛水飽和度高，而這兩者的電阻率都很低；②頁岩氣儲層低孔低滲，使得泥漿濾液侵入范圍很小，侵入帶影響很小，深淺曲線值非常相近，這反映了頁岩氣儲集層的滲透率值低；③有機質電阻率高，乾酪根的電阻率為無限大，含氣頁岩中有機質豐度高，會進一步導致電阻率測井值升高。

在表10.1中對泥頁岩氣儲層的常規測井響應特徵進行了總結，圖10.1展示了實際測量的頁岩氣儲層的常規測井曲線，與普通頁岩相比，含氣頁岩具有自然伽馬強度高、電阻率大、地層密度低和光電效應低的典型特徵。

表10.4 利用測井曲線計算TOC的方法

(修改於Sondergeld等，2010)

Ⅸ 　參數測井

地質災害勘查中涉及的地理物理參數很多，包括電性參數、放射性參數、彈性參數、熱學參數等，均與岩石的物理性質、狀態有關。相應的參數測井方法包括電阻率測井、放射性測井、聲波測井、井溫測井及新發展的核磁共振測井、介電常數測井。前四種方法在前面章節中介紹，本節僅介紹可連接獲取地層流體特徵參數的核磁共振測井、介電常數測井兩部分內容。

14.4.1核磁測井

14.4.1.1基本原理

核磁測井（Nuclear magnetism logging或Nuclear magnetic resonance logging）儀由流過強大電流的直流電線圈組成，由此產生磁場，使得質子按一定方向排列，當磁場消失後，質子也獲得自由。通常像陀螺一樣旋轉的質子，開始從人工磁場的控制中解脫出來，回到原來為大地磁場所控制的排列方式中去，這一過程導致質子的旋進，通過測量質子旋進信號的強度、弛豫時間等參數進而求得孔隙度、飽和度、滲透率等有關地層參數。

14.4.1.2觀測方法

在核磁測井中測量核磁弛豫的方法主要有自由衰減度、自旋迴波、反轉恢復法等。

自由衰減度是利用某種方法使與靜磁場B_o平行的核磁化強度M₀反轉90°，以激發自由進動信號。例如：射頻脈沖法使用一個90°射頻脈沖，使原來的靜磁場方向的磁化矢量反轉90°，然後進行觀測，得到的信號即是自由感應信號或稱FID信號。另外還有一種方法即預極化法。在穩定磁場B_o的垂直方向上加以較強的預極化強度 B_p，由於極化磁場很強，最初沿穩定磁場建立起來的平衡態靜磁化強度 M₀會發生偏轉而轉向沿總磁場的方向，在極化場的作用下，以縱向弛豫時間T₁確定的速率產生新的磁化強度M_p。在垂直於B₀方向上探測，在接收線圈中可以觀測到一個頻率的自由感應信號即FID信號，並按（14.2）式變化。

地質災害勘查地球物理技術手冊

自旋迴波法是首先發射一個90°脈沖，接著再發射一個或一串180°脈沖，由此構成一次測量序列。在一個測量序列中，開始質子線性排列，其後依次為自旋扳倒、進動，重復以失相及重聚。

反轉恢復法用於測量縱向弛豫時間T₁，測量原理見圖14-7。初始磁化矢量B₀沿靜磁場方向（圖14-7a）施加一個與M₀完全反向的180°脈沖使B₀反轉（圖14-7b），經過τ延遲，z方向的縱向磁化矢量受縱向弛豫作用逐步恢復（圖14-7c），更施加以90°脈沖將z方向剩餘的縱向磁化矢量反轉到x軸（或y軸），進行檢測。測出FID（圖14-7d）。經過一段延遲PD，使磁化矢量完全恢復正常，再開始下一個測量。

圖14-7反轉恢復法測量原理

14.4.1.3資料解釋

核磁測井測量的主要是地層孔隙介質中氫核對儀器讀數的貢獻，它不受岩延遲性的影響，在解釋孔隙度、滲透率等儲層參數時，具有其他測井方法無法比擬的優勢。

（1）孔隙度的解釋

核磁測井與其他測井方法在孔隙度解釋中的不同之處，就是核磁測井能解釋束縛水流體和可動流體孔隙度。核磁測井的原始數據是所接收到的回波率，它是求各種參數和各種應用的基礎。數據處理確定核磁共振孔隙度 φ_e、自由流體孔隙度φ_f和束縛流體孔隙度φ_b的方法是：對回波串的包絡線做兩指數、三指數或單指數擴展後，外推至零時間得到地層核磁共振自旋迴波總信號A_ONMR，經刻度後成為核磁共振測得孔隙度φ_e。對大於一定門檻時間的所有回波包絡線做單指數擬合後外推至零時間得到自由流體指數（可動流體孔隙度）；孔隙度也可以由反演提取的 T₂分布來評價。研究表明，短 T₂部分對應著岩石的小孔隙或微孔隙，而T₂長部分是岩石較大孔隙的反映。基於此，全部T₂分布的積分面積可以視為核磁共振孔隙度φNMR（φ_e）。

地質災害勘查地球物理技術手冊

通過選擇一個合適的截止值 T_R，可以區分開反映小孔隙或為孔隙水的快速弛豫組分與反映可動孔隙中的慢速弛豫組分，使得大於 T_R的組分下麵包圍的面積與可產出的水相當。因此自由流體指數可以表示為：

地質災害勘查地球物理技術手冊

毛細管束縛孔隙度φ_b可以通過上面求得的φ_NMR和FFI相減求得，或者直接對 T₂分布小於 T_R的組分進行積分得到：

地質災害勘查地球物理技術手冊

因此可以看出，核磁測井可以很容易地求出不受骨架岩性影響的有效孔隙度φ_e，可動流體孔隙度φ_f、毛細管束縛水孔隙度φ_b等。

（2）滲透率的解釋

目前由NMR參數或由NMR參數與其他參數結合建立的求取滲透率的關系式多達幾十種，但歸納起來可分為三類：

由 T₂和φ_NMR（φ_e）建立滲透率模型（斯侖貝謝）：

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式中：T_2log為 T₂對數平均值，對砂岩地層通常取α_l=4,a₂=2。

由NMR測得的束縛水和可動流體參數組合φ_NMR、φ_FFI（φ_f）、φ_BVI（φ_b）、滲透率K建立的關系式（Coatas模型）：

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對於砂岩地層，通常取b₁=4,b₂=2。

由NMR得視擴展系數D所求得的S/V組合F與滲透率K建立關系式：

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其中：C為經驗系數，受岩石表面弛豫能力的影響。對應不同地區，不同層段，C值不一樣，需做岩心實驗分析確定；F為泥漿濾液影響系數；S為孔隙表面積；V為孔隙體積。

14.4.1.4技術要求

（1）要使產生的磁化場足夠大，電流要求很大。

（2）要求有較長的極化時，測井時速度要非常慢。

（3）為了消除井液影響，有時需往泥漿中摻雜順磁物質。

14.4.1.5展望

核磁測井經過50年的發展，可以提供十分豐富的地層信息，能夠定量確定有效孔隙度、自由流體孔隙度、束縛水孔隙度、孔徑分布以及滲透率等參數。隨著現代電子技術和計算機技術的飛速發展，其測量儀器和數據處理功能日益完善，核磁測井的應用范圍也不斷擴大。在地質災害勘查方面可涉及許多災種，如滑坡、崩塌等，核磁測井可以研究滑坡、崩塌區內的地層水分布情況，定量地給出有關參數，為地質災害勘查和施工設計提供有關數據。可以預料，隨著核磁測井技術的不斷發展，其在地質災害勘查工作中必將受到越來越廣泛的重視。

14.4.2介電測井

介電測井（Dielectric logging或Dielectric constant logging）是研究高頻電磁場中岩石電學性質的一種測井方法。通過測量電磁波在穿過岩層後其相位的變化，來確定所探測岩石的介電常數，進而可確定地層的含水量。

14.4.2.1基本原理

介電常數是表徵介質極化能力的一個物理量。絕大多數礦物的介電常數是4～7，而水的介電常數約為80，具有明顯的差異。因此，利用介電常數可以區分含水層與礦物。理論研究指出，高頻電磁波在介質中傳播時，其幅度和相位均與電磁波的頻率、介質的介電常數和電導率有關。當採用較低頻率時，電磁波幅度和相位的變化主要反映岩石電導率的變化，而很少反映岩石介電常數的變化。反之，採用較高頻率時，電磁波的相位主要反映的是岩石介電常數的變化，而與電導率關系不大。電磁波的幅度則綜合反映了介電常數及電導率的變化。因此採用較高頻率（如60MHz）測量高頻電磁波的相位，更有利於測定介質的介電常數。

14.4.2.2觀測方法

測井時，在井軸上放置三個線圈，組成一線圈系，其中一個為發射線圈，其餘二個為接收線圈。當發射線圈供以高頻交流電時，就會向地層輻射高頻電磁波，穿過一段地層之後先後到達兩個接收線圈，記錄下高頻電磁波經過一段距離（即兩個接收線圈之間的距離）之後的相位差。對於不同性質的地層，其相位差的數值是不相同的，因此可根據所測地層相位差的大小及其變化規律，來分析地層。在高頻條件下相位差的變化受地層電阻率的影響很小。

14.4.2.3資料解釋原則

介電測井是利用所測出的相位差的變化來反映地層的含水量的變化。因此，對於含水層，其含水量（即孔隙度與含水飽和度的乘積）增加，介電測井所測得的相位差也隨之增加。

14.4.2.4展望

介電測井能夠准確區分含水層和非含水層，能反映地層的含水量變化。在地質災害勘查工作中，可以解決滑坡體內地層水的含水量變化，對滑坡體的預測具有重要的作用。隨著介電測井技術及設備的進一步發展，在地質災害勘查工作中的應用領域將不斷擴大，將會發揮出越來越重要的作用。

Ⅹ 國外測井技術的介紹

本刊是原中國石油工業部七五規劃中刊物，是我國展示世界先進測井技術的信息總匯，是由中國石油天然氣集團公司勘探與生產分公司主管，由大慶測井公司、煤炭局地球物理勘探研究院和全國各油田聯合主辦的面向全國的權威性刊物。本刊以科學態度、求實精神贏得廣大讀者信任和喜愛，是我國報導世界先進測井技術發行量最大、覆蓋面最廣的一家刊物。本刊設有：決策精華、熱點述評、地質應用、開發應用、綜合應用、新技術介紹、學術討論、應用天地、經驗交流、百花苑、企業風采、市場動態、油海採珠、環球見聞、綜合信息等欄目，內容龐大、特色鮮明、突出前瞻、創新、求實，在國際測井界享有很高聲譽。主要刊登：介紹國內外測井技術研究現狀、應用實例及其發展方向；報導國內外測井方面新技術、新產品及其設計精華，以及國內外測井市場動態；討論和評價引進的儀器和設備的特點及其地質應用效果；報導國內外學術交流動態；對國內外較有影響的論文展開不同觀點的討論以促進學術繁榮。本刊主要以石油、煤炭、地礦等系統從事勘探開發測井專業的技術幹部、管理人員及大專院校師生等讀者為對象。