近钻头测井技术指标

Ⅰ 测井工程技术

测井技术是油气资源评价的关键技术手段，其核心是储层有效性的评价、油气层识别和计算储量。以碳酸盐岩为主体的海相油气藏储层的严重非均质性、孔隙结构的多重性，以及低孔、低渗特点，使得传统测井解释理论、方法和技术面临着许多的挑战，成为当今测井评价的一个世界性难题。

以碳酸盐岩为主体的海相储层，岩石成分、结构的复杂性和孔隙空间的多重性以及极不均匀的随机分布，导致储层具有很强的非均质性，并在岩石物理学和渗流物理学乃至油气分布等方面具有比砂岩储层更为复杂的特点。为此，建立在均质、各向同性地层基础之上的传统测井理论和许多成熟的评价技术，在海相油气藏勘探中，其有效性往往发生退化，甚至无效。进一步优化和更新原有的测井解释理论、探索新的思路和评价方法，已成为国内外测井行业普遍关注的课题。

储层孔隙度低、非均质性强烈，电阻率和孔隙度测井的测量结果受岩石骨架和孔隙结构影响严重，反映储层孔隙流体性质的信息弱，又由于裂缝系统泥浆的深侵入特点，造成储层流体性质难以识别。

海相油气藏勘探所处的深层、高温、高压、小井眼以及存在腐蚀气体（如硫化氢）等复杂环境条件，增加了测井技术配套和取全取准资料的难度，特别是影响了成像测井等关键技术的应用。

储层的非均质性、岩石成分的复杂性和低孔隙度特点，影响了一系列储量参数（岩石矿物成分、孔隙度、饱和度、有效厚度等）确定的精度，增加储量计算的难度，需要从测井解释理论和计算方法进行优化。

为此，要充分利用现代测井技术发展的优势，通过应用基础的理论研究，优化和更新传统测井解释理论，探索新的思路和评价方法，以应对以碳酸盐岩为主体的海相油气藏勘探中储层测井评价面临的难题。目标是形成一套适应于海相非均质储层的测井理论方法、比较完整和有效的储层评价技术及仪器系列，提高海相油气藏勘探的效率和效益。

Ⅱ 测井技术在晋城寺河煤层气地面预抽项目中的应用

周明磊¹王怀洪²苏现为³毕叶岚³

（1.山东煤炭地质工程勘察研究院 泰安 271000）

（2.山东科技大学地球信息科学与工程学院 青岛 266510）

（3.山东省煤田地质局数字测井站 泰安 271000）

作者简介：周明磊，男，汉族，山东即墨人，研究员，现在山东煤炭地质工程勘察研究院从事测井新技术新方法的应用研究以及资料的处理解释。信箱：[email protected]。

摘要 本文探讨利用数字测井技术解释煤层气的储层参数，估算煤层气含量，同时进行其他岩性的分析，并对煤层气井的固井质量做出评价，为煤层气勘探提供测井技术支持。

关键词 测井技术 煤层气 储层参数 体积模型

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

山西晋城煤业集团寺河矿井是“九五”时期国家重点建设项目，设计生产能力400万t/a。井田位于沁水煤田东南部，跨阳城、沁水两县，全井田面积为91.2km²，可采煤层3层即3^＃、9^＃、15^＃煤层。其中3^＃煤平均厚度为6.42m，可采储量为4.32×10⁸t，也是本次煤层气地面预抽的目的层。

瓦斯也叫煤层气，是煤矿安全的头号杀手，也是一种清洁能源。本矿井属高瓦斯矿井，为了从根本上杜绝煤矿瓦斯事故的频繁发生，改善煤矿安全生产条件，同时还可作为一种新的能源；在地面上打井进行煤层气抽采，高瓦斯矿井就可能成为低瓦斯矿井。随着数字测井技术的快速发展，煤层气的测井仪器、有效方法及解释模型也比较成熟，已经具有能直接解释煤层气储层参数的可能性。

2 煤储层的地球物理特征

煤层气是一种以吸附状态为主，生成并储存在煤层中的非常规天然气，其成分与常规天然气基本相同（甲烷含量大于95%），可作为与常规天然气同等优质的能源和化工原料。煤层气的储层就是煤层，煤层气也就具有煤层的各种地球物理特征。煤层气储层具有双重孔隙结构，可以理想简化，如图1所示。煤基质的骨架是不同比例有机质和矿物质（一般以粘土矿物为主）组成的混合物。而煤层气储层的基质孔隙中，吸附着甲烷（CH₄）以及少量的水和其他气体（CO₂、N₂、重烃等），几乎没有游离的水和气。煤层围岩的主要岩性是砂岩、泥岩、石灰岩等，煤层的物性特征与围岩存在较明显的差异。本区的目的层为3^＃煤层，平均厚度为6.42m，含有1层夹矸，岩性为碳质泥岩，反映明显，煤层顶底板岩性均为泥岩，具有渗透性差、隔水性良好的特点，致使煤层中的煤层气难以向外逸散而得以保存富集。因此，3^＃煤为煤层气提供了良好的存储条件。其地球物理特征如下。

表10 SH1号孔固井质量数据表

6 结论及建议

本次的目的层为3^＃煤层，测井物性反映明显，解释精度符合要求。

目的煤层的工业分析以及其他岩层的岩性分析是依据前面所述的体积模型及测井响应值，通过交会图技术选取参数，采用最小二乘法求解所得，具有一定的参考价值。煤层含气量的估算参考了本区内其他地质钻孔的煤层化验数据，结合钻孔的测井响应值，应用灰分与含气量的线性关系求解所得，供有关方面参考。

由于煤层气测井还处于起步阶段，无论测井仪器还是方法都需要进一步完善，通过本次的煤层气测井，对以后的工作建议如下：

（1）增加双井径、双测向等参数测量。

（2）尽量实现在每种探管上增加自然伽马参数，消除由于电缆伸缩带来的深度误差。

（3）通过实验确定声波探管是否满足固井质量检测技术要求，开发新的应用程序从全波列波形图上提取声波幅度。

（4）研究磁定位测井技术。

（5）电缆深度测量精度要进一步提高，用人工进行深度刻度其测量误差必须≤0.5‰。

（6）中子刻度必须有两个点：水点和19%刻度箱。

参考文献

[1]煤层气测井方法研究编写组.2000.煤层气测井方法研报告，北京：中国煤田地质总局

[2]贺天才.2005.晋城寺河煤层气抽采实践与展望，中国煤层气，第二卷第3期16页

[3]测井学编写组.1998.测井学，北京：石油工业出版杜

Ⅲ 常规和非常规煤炭测井技术拓展

随着地球物理学科、电子技术、计算机技术的发展，以及我国国民经济建设对地球物理测井的迫切和广泛要求，在今后一段时期内，评价煤、油、气藏的理论，新方法技术、仪器设备都将有长足的发展，具体表现在以下几个方面：

1）目前利用常规的测井方法已基本解决煤岩层的识别问题，在煤层气含量、渗透率、孔隙度评价方面，尚缺少针对性测井技术方法，有待进一步加强基础理论工作，开发研究适用于煤炭测井、煤层气测井的新方法、新仪器。

2）引进现代适用的成像测井技术，开展煤炭、煤层气测井技术研究，刻度常规测井，创建测井解释新理论，建立一套完善的测井评价技术，不但经济有效，而且使测井技术定量化评价成为可能。

3）系统地开展煤心刻度测井技术研究，优化测井参数识别与评价模式，建立新的测井解释理论。

4）将井中地球物理技术和井间地球物理技术合理结合应用，形成新的测量技术方法系列，为区域地质描述提供更好的依据。

5）测井仪器朝着多组合、小尺寸、高可靠性、低成本、以软代硬的方向发展，充分发挥计算机技术的优势。

6）研制新的煤炭地球物理测井处理解释和应用评价软件，使煤炭地球物理测井技术精确化、系统化、规范化。

Ⅳ 测井技术需要什么基础

《石油测井新技术及标准规范》本书主要内容包括：核磁共振测井技术及应用；电阻率成像测井技术及应用；声波成像测井技术及应用；MDT模块式地层动态测试器；综合孔隙度岩性测井仪；储层饱和度测井仪；快速平台测井仪，以及介绍了油气田测井解释中常见岩石和矿物的地球化学性质、物理性质、产状、岩石物理性质、测井参数及相关标准规范等。本书适合于油田现场测井、测井解释、勘探开发地质等工程技术人员参考，也可做为大专院校有关专业教师及测井分析和测井地质学科研究生的参考用书。第一篇裸眼测井工艺
第一章测井仪器
第二章大斜度井、水平井测井技术
第三章电缆使用工艺及测井基础设施
第四章井壁取心
第二篇测井资料解释
第一章测井资料的数字处理
第二章测井资料解释方法
第三章利用测井资料进行区块评价
第三篇生产测功井新技术
第一章生产测井技术
第二章井下流量测井
第三章流体密度及持水率测量
第四章温度测井
第五章压力测井及资料分析
第六章产出剖面测井信息综合分析
第七章水平井生产测井技术
第八章注入剖面测井
第九章套管井底参数测井
第十章生产测井资料应用
第十一章套管工程检测测井
第十二章数控测井仪器设备
第十三章剩余油监测技术
第四篇射孔新技术
第一章射孔器及其检测技术
第二章射孔深度控制
第三章射孔现场施工工艺
第四章射孔优化设计
第五章油气井爆炸作业
第五篇其他测井新技术及其应用
第一章成像测井方法
第二章复杂储层评价方法
第三章成像测井的地质分析
第四章核磁共振测井及其应用
第五章 基础实验研究
第六章测井解释油气饱和度岩石物理研究
第六篇相关标准规范

Ⅳ 石油钻井技术

《中国国土资源报》2007年1月29日3版刊登了“新型地质导向钻井系统研制成功”的消息。这套系统由3个子系统组成：新型正脉冲无线随钻测斜系统、测传马达及无线接收系统、地面信息处理与决策系统。它具有测量、传输和导向三大功能。在研制过程中连续进行了4次地质导向钻井实验和钻水平井的工业化应用，取得成功。这一成果的取得标志着我国在定向钻井技术上取得重大突破。

2.3.1.1 地质导向钻井技术

地质导向钻井技术是20世纪90年代发展起来的前沿钻井技术，其核心是用随钻定向测量数据和随钻地层评价测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹。与普通的定向钻井技术不同之处是，它以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹，而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。地质导向钻井技术能使井眼轨迹避开地层界面和地层流体界面始终位于产层内，从而可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标。实现地质导向钻井的几项关键技术是随钻测量、随钻测井技术，旋转导向闭环控制系统等。

随钻测量（MWD）的两项基本任务是测量井斜和钻井方位，其井下部分主要由探管、脉冲器、动力短节（或电池筒）和井底钻压短节组成，探管内包含各种传感器，如井斜、方位、温度、震动传感器等。探管内的微处理器对各种传感器传来的信号进行放大并处理，将其转换成十进制，再转换成二进制数码，并按事先设定好的编码顺序把所有数据排列好。脉冲器用来传输脉冲信号，并接受地面指令。它是实现地面与井下双向通讯并将井下资料实时传输到地面的唯一通道。井下动力部分有锂电池或涡轮发电机两种，其作用是为井下各种传感器和电子元件供电。井底钻压短节用于测定井底钻压和井底扭矩。

随钻测井系统（LWD）是当代石油钻井最新技术之一。Schlumberger公司生产的双补偿电阻率仪CDR和双补偿中子密度仪CDN两种测井系统代表了当今随钻测井系统的最高水平。CDR和CDN可以单独使用也可以两项一起与MWD联合使用。LWD的CDR系统用电磁波传送信息，整套系统安装在一特制的无磁钻铤或短节内。该系统主要包括电池筒、伽马传感器、电导率测量总成和探管。它主要测量并实时传输地层的伽马曲线和深、浅电阻率曲线。对这些曲线进行分析，可以马上判断出地层的岩性并在一定程度上判断地层流体的类型。LWD的CDN系统用来测量地层密度曲线和中子孔隙度曲线。利用这两种曲线可以进一步鉴定地层岩性，判断地层的孔隙度、地层流体的性质和地层的渗透率。

旋转导向钻井系统（Steerable Rotary Drilling System）或旋转闭环系统（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常规定向钻井技术使用导向弯外壳马达控制钻井方向施工定向井。钻进时，导向马达以“滑行”和“旋转”两种模式运转。滑行模式用来改变井的方位和井斜，旋转模式用来沿固定方向钻进。其缺点是用滑行模式钻进时，机械钻速只有旋转模式钻进时的50%，不仅钻进效率低，而且钻头选择受到限制，井眼净化效果及井眼质量也差。旋转导向闭环钻井系统完全避免了上述缺点。旋转导向钻井系统的研制成功使定向井钻井轨迹的控制从借助起下钻时人工更换钻具弯接头和工具面向角来改变方位角和顶角的阶段，进入到利用电、液或泥浆脉冲信号从地面随时改变方位角和顶角的阶段。从而使定向井钻井进入了真正的导向钻井方式。在定向井钻井技术发展过程中，如果说井下钻井马达的问世和应用使定向钻井成为现实的话，那么可转向井下钻井马达的问世和应用则大大提高了井眼的控制能力和自动化水平并减少了提下钻次数。旋转导向钻井系统钻井轨迹控制机理和闭环系统如图2.5所示。

目前从事旋转导向钻井系统研制的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。这些公司的旋转导向闭环钻井系统按定向方法又可分为自动动力定向和人工定向。自动动力定向一般由确定钻具前进方向的测量仪表、动力源和调节钻具方向的执行机构组成。人工定向系统定向类似于导向马达定向方法，需要在每次连接钻杆时进行定向。两种定向系统的定向控制原理都是通过给钻头施加直接或间接侧向力使钻头倾斜来实现的（图2.6）。按具体的导向方式又可划分为推靠式和指向式两种。地质导向钻井技术使水平钻井、大位移钻井、分支井钻井得到广泛应用。大位移井钻井技术和多分支井钻井技术代表了水平钻井技术的最新成果水平。

图2.5 旋转导向闭环系统

（1）水平井钻井技术

目前，国外水平钻井技术已发展成为一项常规技术。美国的水平井技术成功率已达90%～95%。用于水平井钻进的井下动力钻具近年来取得了长足进步，大功率串联马达及加长马达、转弯灵活的铰接式马达以及用于地质导向钻井的仪表化马达相继研制成功并投入使用。为满足所有导向钻具和中曲率半径造斜钻具的要求，使用调角度的马达弯外壳取代了原来的固定弯外壳；为获得更好的定向测量，用非磁性马达取代了磁性马达。研制了耐磨损、抗冲击的新型水平井钻头。

图2.6 旋转导向钻井系统定向轨迹控制原理

（2）大位移井钻井技术

大位移井通常是指水平位移与井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井顶角≥86°时称为大位移水平井。HD/TVD≥3的井称为高水垂比大位移井。大位移井钻井技术是定向井、水平井、深井、超深井钻井技术的综合集成应用。现代高新钻井技术，随钻测井技术（LWD）、旋转导向钻井系统（SRD）、随钻环空压力测量（PWD）等在大位移井钻井过程中的集成应用，代表了当今世界钻井技术的一个高峰。目前世界上钻成水平位移最大的大位移井，水平位移达到10728m，斜深达11287m，该记录是BP阿莫科公司于1999年在英国Wytch Farm油田M-16井中创造的（图2.7所示）。三维多目标大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是将原计划用2口井开发该油田西部和北部油藏的方案改为一口井开采方案后钻成的。为了钻成这口井，制定了一套能够钻达所有目标并最大限度地减少摩阻和扭矩的钻井设计方案。根据该方案，把2630m长的水平井段钻到7500m深度，穿过6个目标区，总的方位角变化量达160°。

图2.7 M-16井井身轨迹

我国从1996年12月开始，先后在南海东部海域油田进行了大位移井开发试验，截至2005年底，已成功钻成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。为开发西江24-1含油构造实施的8口大位移井，其井深均超过8600m，水平位移都超过了7300m，水垂比均大于2.6，其中西江24-3-A4井水平位移达到了8063m，创造了当时（1997年）的大位移井世界纪录。大位移井钻井涉及的关键技术有很多，国内外目前研究的热点问题包括：钻井设备的适应性和综合运用能力、大斜度（大于80°）长裸眼钻进过程中井眼稳定和水平段延伸极限的理论分析与计算、大位移井钻井钻具摩擦阻力/扭矩的计算和减阻、成井过程中套管下入难度大及套管磨损严重等。此外大位移井钻井过程中的测量和定向控制、最优的井身剖面（结构）设计、钻柱设计、钻井液性能选择及井眼净化、泥浆固控、定向钻井优化、测量、钻柱振动等问题也处在不断探索研究之中。

（3）分支井钻井技术

多分支井钻井技术产生于20世纪70年代，并于90年代随着中、小曲率半径水平定向井钻进技术的发展逐渐成熟起来。多分支井钻井是水平井技术的集成发展。多分支井是指在一个主井眼（直井、定向井、水平井）中钻出若干进入油（气）藏的分支井眼。其主要优点是能够进一步扩大井眼同油气层的接触面积、减小各向异性的影响、降低水锥水串、降低钻井成本，而且可以分层开采。目前，全世界已钻成上千口分支井，最多的有10个分支。多分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多层油气层。多分支井井眼较短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般为砂岩油藏。

多分支井最早是从简单的套管段铣开窗侧钻、裸眼完井开始的。因其存在无法重入各个分支井和无法解决井壁坍塌等问题，后经不断研究探索，1993年以来预开窗侧钻分支井、固井回接至主井筒套管技术得到推广应用。该技术具有主井筒与分支井筒间的机械连接性、水力完整性和选择重入性，能够满足钻井、固井、测井、试油、注水、油层改造、修井和分层开采的要求。目前，国外常用的多分支系统主要有：非重入多分支系统（NAMLS），双管柱多分支系统（DSMLS），分支重入系统（LRS），分支回接系统（LTBS）。目前国外主要采用4种方式钻多分支井：①开窗侧钻；②预设窗口；③裸眼侧钻；④井下分支系统（Down Hole Splitter System）。

2.3.1.2 连续管钻井（CTD）技术

连续管钻井技术又叫柔性钻杆钻井技术。开始于20世纪60年代，最早研制和试用这一技术钻井的有法国、美国和匈牙利。早期法国连续管钻进技术最先进，1966年投入工业性试验，70年代就研制出各种连续管钻机，重点用于海洋钻进。当时法国制造的连续管单根长度达到550m。美国、匈牙利制造的连续管和法国的类型基本相同，单根长度只有20～30m。

早期研制的连续管有两种形式。一种是供孔底电钻使用，由4层组成，最内层为橡胶或橡胶金属软管的心管，孔底电机动力线就埋设在心管内；心管外是用2层钢丝和橡胶贴合而成的防爆层；再外层是钢丝骨架层，用于承受拉力和扭矩；最外层是防护胶层，其作用是防水并保护钢丝。另一种是供孔底涡轮钻具使用的，因不需要埋设动力电缆，其结构要比第一种简单得多。第四届国际石油会议之后，美国等西方国家把注意力集中在发展小井眼井上，限制了无杆电钻的发展。连续管钻井技术的研究也放慢了脚步。我国于20世纪70年代曾开展无杆电钻和连续管钻井技术的研究。勘探所与青岛橡胶六厂合作研制的多种规格的柔性钻杆，经过单项性能试验后，于1975年初步用于涡轮钻。1978年12月成功用于海上柔性钻杆孔底电钻，并建造了我国第一台柔杆钻机钻探船。1979～1984年勘探所联合清华大学电力工程系、青岛橡胶六厂研究所和北京地质局修配厂共同研制了DRD-65型柔管钻机和柔性钻杆。DRD-65型柔管钻机主要有柔性钻杆、Φ146mm潜孔电钻、钻塔、柔杆绞车及波浪补偿器、泥浆泵、电控系统和液控系统等部分组成。研制的柔性钻杆主要由橡胶、橡胶布层、钢丝绳及动力线组成。拉力由柔杆中的钢丝骨架层承担，钢丝绳为0.7mm×7股，直径2.1mm，每根拉力不小于4350N，总数为134根，计算拉力为500kN，试验拉力为360kN。钻进过程中，柔性钻杆起的作用为：起下钻具、承受反扭矩、引导冲洗液进入孔底、通过设于柔性钻杆壁内的电缆向孔底电钻输送电力驱动潜孔电钻运转、向地表传送井底钻井参数等。

柔性钻杆性能参数为：内径32mm；抗扭矩不小于1030N·m；外径85～90mm；单位质量13kg/m；抗内压（工作压力）40kg/cm²，曲率半径不大于0.75m，抗外压不小于10kg/cm²；弯曲度：两弯曲形成的夹角不大于120°；额定拉力1000kN；柔杆内埋设动力导线3组，每组15mm²，信号线二根；柔杆单根长度为40、80m两种规格。

Φ146mm型柔杆钻机由Φ127mm电动机、减速器、液压平衡器和减震器组成。动力是潜孔电钻，它直接带动钻头潜入孔底钻井。Φ146mm孔底电钻是外通水式，通水间隙宽5mm，通水横断面积为2055mm²。

与常规钻井技术相比，连续管钻井应用于石油钻探具有以下优点：欠平衡钻井时比常规钻井更安全；因省去了提下钻作业程序，可大大节省钻井辅助时间，缩短作业周期；连续管钻井技术为孔底动力电钻的发展及孔底钻进参数的测量提供了方便条件；在制作连续管时，电缆及测井信号线就事先埋设在连续管壁内，因此也可以说连续管本身就是以钢丝为骨架的电缆，通过它可以很方便地向孔底动力电钻输送电力，也可以很方便地实现地面与孔底的信息传递；因不需拧卸钻杆，因此在钻进及提下钻过程中可以始终保持冲洗液循环，对保持井壁稳定、减少孔内事故意义重大；海上钻探时，可以补偿海浪对钻井船的漂移影响；避免了回转钻杆柱的功率损失，可以提高能量利用率，深孔钻进时效果更明显。正是由于连续管钻井技术有上述优点，加之油田勘探需要以及相关基础工业技术的发展为连续管技术提供了进一步发展的条件，在经过了一段时间的沉寂之后，20世纪80年代末90年代初，连续管钻井技术又呈现出飞速发展之势。其油田勘探工作量年增长量达到20%。连续管钻井技术研究应用进展情况简述如下。

1）数据和动力传输热塑复合连续管研制成功。这种连续管是由壳牌国际勘探公司与航空开发公司于1999年在热塑复合连续管基础上开始研制的。它由热塑衬管和缠绕在外面的碳或玻璃热塑复合层组成。中层含有3根铜质导线、导线被玻璃复合层隔开。碳复合层的作用是提供强度、刚度和电屏蔽。玻璃复合层的作用是保证强度和电隔离。最外层是保护层。这种连续管可载荷1.5kV电压，输出功率20kW，传输距离可达7km，耐温150℃。每根连续管之间用一种特制接头进行连接。接头由一个钢制的内金属部件和管子端部的金属环组成。这种连续管主要用于潜孔电钻钻井。新研制的数据和动力传输连续管改变了过去用潜孔电钻钻井时，电缆在连续管内孔输送电力影响冲洗液循环的缺点。

2）井下钻具和钻具组合取得新进展。XL技术公司研制成功一种连续管钻井的电动井下钻具组合。该钻具组合主要由电动马达、压力传感器、温度传感器和震动传感器组成。适用于3.75in井眼的电动井下马达已交付使用。下一步设想是把这种新型电动马达用于一种新的闭环钻井系统。这种电动井下钻具组合具有许多优点：不用钻井液作为动力介质，对钻井液性能没有特殊要求，因而是欠平衡钻井和海上钻井的理想工具；可在高温下作业，振动小，马达寿命长；闭环钻井时借助连续管内设电缆可把测量数据实时传送到井口操纵台，便于对井底电动马达进行灵活控制，因而可使钻井效率达到最佳；Sperry sun钻井服务公司研制了一种连续管钻井用的新的导向钻具组合。这种钻具组合由专门设计的下部阳螺纹泥浆马达和长保径的PDC钻头组成。长保径钻头起一个近钻头稳定器的作用，可以大幅度降低振动，提高井眼质量和机械钻速。泥浆马达有一个特制的轴承组和轴，与长保径钻头匹配时能降低马达的弯曲角而不影响定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中进行的现场试验证明，导向钻具组合具有机械钻速高、井眼质量好、井下振动小、钻头寿命长、设备可靠性较高等优点。另外还研制成功了一种连续软管欠平衡钻井用的绳索式井底钻具组合。该钻具组合外径为in上部与外径2in或in的连续管配用，下部接钻铤和in钻头。该钻具组合由电缆式遥控器、稳定的MWD仪器、有效的电子定向器及其他参数测量和传输器件组成。电缆通过连续管内孔下入孔底，能实时监测并处理工具面向角、钻井顶角、方位角、自然伽马、温度、径向振动频率、套管接箍定位、程序状态指令、管内与环空压差等参数。钻具的电子方位器能在钻井时在导向泥浆马达连续旋转的情况下测量并提供井斜和方位两种参数。

其他方面的新进展包括：连续管钻井技术成功用于超高压层侧钻；增加连续管钻井位移的新工具研制成功；连续管钻井与欠平衡钻井技术结合打水平井取得好效果；适于连续管钻井的混合钻机研制成功；连续管钻井理论取得新突破。

2.3.1.3 石油勘探小井眼钻井技术

石油部门通常把70%的井段直径小于177.8mm的井称为小井眼井。由于小井眼比传统的石油钻井所需钻井设备小且少、钻探耗材少、井场占地面积小，从而可以节约大量勘探开发成本，实践证明可节约成本30%左右，一些边远地区探井可节约50%～75%。因此小井眼井应用领域和应用面越来越大。目前小井眼井主要用于：①以获取地质资料为主要目的的环境比较恶劣的新探区或边际探区探井；②600～1000m浅油气藏开发；③低压、低渗、低产油气藏开发；④老油气田挖潜改造等。

2.3.1.4 套管钻井技术

套管钻井就是以套管柱取代钻杆柱实施钻井作业的钻井技术。不言而喻套管钻井的实质是不提钻换钻头及钻具的钻进技术。套管钻井思想的由来是受早期（18世纪中期钢丝绳冲击钻进方法用于石油勘探，19世纪末期转盘回转钻井方法开始出现并用于石油钻井）钢丝绳冲击钻进（顿钻时代）提下钻速度快，转盘回转钻进井眼清洁且钻进速度快的启发而产生的。1950年在这一思想的启发下，人们开始在陆上钻石油井时，用套管带钻头钻穿油层到设计孔深，然后将管子固定在井中成井，钻头也不回收。后来，Sperry-sun钻井服务公司和Tesco公司根据这一钻井原理各自开发出套管钻井技术并制定了各自的套管钻井技术发展战略。2000年，Tesco公司将4.5～13.375in的套管钻井技术推向市场，为世界各地的油田勘探服务。真正意义的套管钻井技术从投放市场至今还不到10年时间。

套管钻井技术的特点和优势可归纳如下。

1）钻进过程中不用起下钻，只利用绞车系统起下钻头和孔内钻具组合，因而可节省钻井时间和钻井费用。钻进完成后即等于下套管作业完成，可节省完井时间和完井费用。

2）可减少常规钻井工艺存在的诸如井壁坍塌、井壁冲刷、井壁键槽和台阶等事故隐患。

3）钻进全过程及起下井底钻具时都能保持泥浆连续循环，有利于防止钻屑聚集，减少井涌发生。套管与井壁之间环状间隙小，可改善水力参数，提高泥浆上返速度，改善井眼清洗效果。

套管钻井分为3种类型：普通套管钻井技术、阶段套管或尾管钻井技术和全程套管钻井技术。普通套管钻井是指在对钻机和钻具做少许改造的基础上，用套管作为钻柱接上方钻杆和钻头进行钻井。这种方式主要用于钻小井眼井。尾管钻井技术是指在钻井过程中，当钻入破碎带或涌水层段而无法正常钻进时，在钻柱下端连接一段套管和一种特制工具，打完这一段起出钻头把套管留在井内并固井的钻井技术。其目的是为了封隔破碎带和水层，保证孔内安全并维持正常钻进。通常所说的套管钻井技术是指全程套管钻井技术。全程套管钻井技术使用特制的套管钻机、钻具和钻头，利用套管作为水利通道，采用绳索式钻井马达作业的一种钻井工艺。目前，研究和开发这种钻井技术的主要是加拿大的Tesco公司，并在海上进行过钻井，达到了降低成本的目的。但是这种钻井技术目前仍处于研究完善阶段，还存在许多问题有待研究解决。这些问题主要包括：①不能进行常规的电缆测井；②钻头泥包问题严重，至今没有可靠的解决办法；③加压钻进时，底部套管会产生横向振动，致使套管和套管接头损坏，目前还没有找到解决消除或减轻套管横向振动的可靠方法；④由于套管钻进不使用钻铤，加压困难，所以机械钻速低于常规钻杆钻井；部分抵消了套管钻进提下钻节省的时间；⑤套管钻井主要用于钻进破碎带和涌水地层，其应用范围还不大。

我国中石油系统的研究机构也在探索研究套管钻井技术，但至今还没有见到公开报道的成果。目前，套管钻井技术的研究内容，除了研制专用套管钻机和钻具外，重点针对上述问题开展。一是进行钻头的研究以解决钻头泥包问题；二是研究防止套管横向振动的措施；三是研究提高套管钻井机械钻速的有效办法；四是研究套管钻井固井办法。

套管钻井应用实例：2001年，美国谢夫隆生产公司利用加拿大Tesco公司的套管钻井技术在墨西哥湾打了2口定向井（A-12和A-13井）。两井成井深度分别为3222×30.48cm和3728×30.48cm。为了进行对比分析，又用常规方法打了一口A-14井，结果显示，同样深度A-14井用时75.5h，A-13井用时59.5h。表层井段钻速比较，A-12 井的平均机械钻速为141ft/h，A-13井为187ft/h，A-14井为159ft/h。这说明套管钻井的机械钻速与常规方法机械钻速基本相同。但钻遇硬地层后套管钻井，钻压增加到6.75t，致使扩眼器切削齿损坏，钻速降低很多。BP公司用套管钻井技术在怀俄明州钻了5口井。井深为8200～9500ft，且都是从井口钻到油层井段。钻进过程中遇到了钻头泥包和套管振动问题。

此外，膨胀套管技术也是近年来发展起来的一种新技术，主要用于钻井过程中隔离漏失、涌水、遇水膨胀缩经、破碎掉块易坍塌等地层以及石油开采时油管的修复。勘探所与中国地质大学合作已立项开展这方面的研究工作。

2.3.1.5 石油钻机的新发展

国外20世纪60年代末研制成功了AC-SCR-DC电驱动钻机，并首先应用于海洋钻井。由于电驱动钻机在传动、控制、安装、运移等方面明显优于机械传动钻机，因而获得很快的发展，目前已经普遍应用于各型钻机。90年代以来，由于电子器件的迅速发展，直流电驱动钻机可控硅整流系统由模拟控制发展为全数字控制，进一步提高了工作可靠性。同时随着交流变频技术的发展，交流变频首先于90年代初成功应用于顶部驱动装置，90年代中期开始应用于深井石油钻机。目前，交流变频电驱动已被公认为电驱动钻机的发展方向。

国内开展电驱动钻机的研究起步较晚。兰州石油化工机器厂于20世纪80年代先后研制并生产了ZJ60D型和ZJ45D型直流电驱动钻机，1995年成功研制了ZJ60DS型沙漠钻机，经应用均获得较好的评价。90年代末期以来，我国石油系统加大钻机的更新改造力度，电驱动钻机取得了较快发展，宝鸡石油机械厂和兰州石油化工机器厂等先后研制成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流电驱动钻机和ZJ20DB、ZJ40DB型交流变频电驱动钻机，四川油田也研制出了ZJ40DB交流变频电驱动钻机，明显提高了我国钻机的设计和制造水平。进入21世纪，辽河油田勘探装备工程公司自主研制成功了钻深能力为7000m的ZJ70D型直流电驱动钻机。该钻机具有自动送钻系统，代表了目前我国直流电驱动石油钻机的最高水平，整体配置是目前国内同类型钻机中最好的。2007年5月已出口阿塞拜疆，另两部4000m钻机则出口运往巴基斯坦和美国。由宝鸡石油机械有限责任公司于2003年研制成功并投放市场的ZJ70/4500DB型7000m交流变频电驱动钻机，是集机、电、数字为一体的现代化钻机，采用了交流变频单齿轮绞车和主轴自动送钻技术和“一对一”控制的AC-DC-AC全数字变频技术。该型钻机代表了我国石油钻机的最新水平。凭借其优良的性能价格比，2003年投放市场至今，订货已达83台套。其中美国、阿曼、委内瑞拉等国石油勘探公司订货达42台套。在国内则占领了近2～3年来同级别电驱动钻机50%的市场份额。ZJ70/4500DB型钻机主要性能参数：名义钻井深度7000m，最大钩载4500kN，绞车额定功率1470kW，绞车和转盘挡数I+IR交流变频驱动、无级调速，泥浆泵型号及台数F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及台面高度：双升式/旋升式10.5m，动力传动方式AC-DC-AC全数字变频。

Ⅵ 声波成像测井技术

目前的声波成像测井主要有超声波成像和偶极横波成像两种类型，它们可以在不同程度上揭示潜山基岩的储集空间，所以在复杂储集层段中的应用越来越广。

超声波成像测井采用旋转式超声波换能器对井周进行扫描，并记录反射回的波形信号；将测量得到的反射波振幅和传播时间等信息进行一系列处理，按井周360°方位将处理结果显示，就得到整个井壁高分辨率的超声波成像。

具有代表性的超声波成像测井仪有两种：超声波成像测井仪USI和井眼超声波成像测井仪UBI（均为斯伦贝谢制造），它们具有多种提高信噪比和分辨率的技术。

1.USI测井仪的原理

探头是由不同尺寸的旋转换能器组成的，它可以测量各种尺寸的套管井和裸眼井，其发射的超声波脉冲频率介于195～650kHz之间。换能器也是接收器，它首先探测到的是高振幅的反射首波信号，然后是以指数衰减的信号。USI仪有一个旋转换能器（图4-8），它具有两种操作方式：标准测量（逆时针旋转、换能器面向井壁或套管测量）和流体性质测量（顺时针旋转、换能器面向仪器内的反射板测量）。USI常用于套管井的测量和水泥固井质量的分析。

图4-7 0.2ms横波时窗归一化得到的横波幅度曲线（示裂缝强度）

USI测量到的信息常用称为T³的技术进行处理。处理过程包括3阶段：①测井仪实际处理阶段，通过快速傅里叶变换将收到的信号转换成频率信息；②制作模型阶段，对反射首波选择标准化窗口，使得温度、压力、钻井泥浆等引起的波谱变化降低到最低点，并产生一个脉冲响应谱，以便计算出声阻抗；③刻度阶段，将计算出的参数与测量得到的参数进行对比，如果不匹配，就改变窗长等参数通过模型再做一遍，产生一套新的参数再进行对比，重复这个过程直至完全匹配为止（通常需要重复处理、对比3次）。

图4-8 USI测井仪示意图

2.井眼超声波成像测井仪UBI

上述USI使用的是不聚焦换能器，UBI使用的是高分辨率聚焦裸眼换能器。这种换能器有两种固定发射频率：250kHz和500kHz，高频换能器可以给出较高分辨率的图像，低频换能器在高发散钻井液中可提供更好的测量结果。由于低分辨率换能器可以获得套管壁厚谐振，而高分辨率换能器不能获得套管壁厚谐振，所以高分辨率的UBI井眼超声波成像可以代替FMI地层微电阻率扫描成像，尤其是在油基泥浆条件下FMI不能测量时UBI更能发挥独特的优势。UBI还能提供准确的井眼横截面信息，这样可以得到井眼垮塌或井眼稳定性数据。

UBI换能器的聚焦性能越好，其成像的分辨率越高，其主要技术指标见表4-3。

表4-3 UBI测井仪技术指标

Ⅶ 测井资料确定岩石力学参数

（1）横波时差的获取

测井资料计算岩石力学参数，其关键就是提取横波参数，如果有全波测井则可以分离出横波时差。有偶极声波测井资料时，其直接输出横波时差曲线。如果仅有常规测井资料，要进行横波时差的预测。

由全波列测井资料提取横波

全波列测井资料记录了丰富的岩石物理信息，包括纵波、横波、斯通利波等。在全波列记录上，各种波都混叠在一起，但不同的波在振幅、频率、到达时间（源于传播速度的差异）或相位上存在着明显的差别，这为从全波测井数据中识别和提取横波（或各种子波）提供了可能。长源距声波记录的也是地层的全波信息，但其在疏软地层中无法获取地层横波信息，因为在这些地层中横波与井中泥浆波一起传播。因此使用时要注意这种差别。

使用全波资料提取纵波（P波）和横波（S波）通常采用瞬时频谱法（Frei，1993），其基本原理如下：

将波形（信号）X（t）表示为：

X（t）=a（t）·cosφ（t） （2-3）

式中：a（t）——时间信号的瞬时振幅；φ（t）——t时刻的相位。

以X（t）为实部构建一个解析函数Z（t），则Z（t）的虚部为：

Y（t）=a（t）·sinφ（t） （2-4）

实、虚部和为：

Z（t）=X（t）+iY（t） （2-5）

信号的包络和瞬时相位可表示为：

a（t）=［X²（t）+Y²（t）］/2 （2-6）

而：

φ（t）=arctan［Y（t）/X（t）］ （2-7）

信号的瞬时频率可表示为：

ω（t）=dφ（t）/dt （2-8）

以上几个式子中，X（t）为波形记录，是已知的，在复平面上，X（t）与Y（t）是正交的，可以利用希尔伯特正交变换来求。对一个函数进行希尔伯变换等价于用它同πt的倒数进行褶积：

Y（t）=-X（t）/π_t （2-9）

如果有新的能量波至出现在波列中，瞬时相位和瞬时振幅就要发生变化，由此，可确定横波和纵波的初至波，从而得到横波参数。

正交偶极阵列声波测井

正交偶极阵列声波测井可以直接测定横波和纵波。偶极横波成像测井仪是最新一代的偶极阵列声波测井，它是把偶极技术与最新发展的单极技术结合在一起的测井技术方法，可以完全取代普通声波测井仪和长源距声波测井仪。

由于偶极阵列声波测井仪采用了偶极声源，其产生的剪切挠曲波具有频散特性，低频时其传播速度与横波相同，因此，可以从剪切挠曲波得到横波。

偶极阵列声波测井有三个发射探头和32个（八组）接收探头组成。发射单极声源和两个偶极声源（X、Y方向）呈相互垂直的环状，共有96个波形。现场测井时将其波形进行识别获得纵波、横波、斯通利波时差。图2-1是川丰563井实测资料，图中DTSM为横波时差。

图2-1 川丰563井正交偶极阵列声波测井

（据西南石油测井公司资料，2006）

常规测井资料计算横波

普通的声波测井资料获得是纵波时差，要得到用于岩石力学参数计算的横波时差，通常采用统计关系和经验公式计算。

A.统计关系法

首先从偶极横波测井及全波列测井所获取了地层横波时差信息，将其与常规测井参数之间进行了相关关系研究，建立了二者之间的统计学关系，再进行未知井的预测。针对研究区的情况，分别对于沙溪庙组、须家河组两个主力的天然气产层建立了统计方程（图2-2）。利用声波和密度测井资料建立的沙溪庙组储层的横波预测模型为：

图2-2 沙溪庙组、须家河组特殊测井与常规测井计算的横波时差相关关系图

（据西南石油局测井公司资料，2006）

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

须家河组储层的横波预测模型为：

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——地层中子孔隙度，小数；Δt_p、Δt_s——纵、横波时差，m/ft；ρ_b——岩石体积密度，g/cm³。

B.经验公式法

利用常规纵波时差求解的横波时差经验公式为（陈新等，1989）：

油气藏现今地应力场评价方法及应用

上式主要用于求取地层中砂岩层段的横波时差值，对于泥岩层段，由于其密度与埋深的关系与砂岩不同，一般利用泥岩的Δt_s/Δt_p值与岩石体积密度关系确定（Elton Frost，1986）。根据泥（页）岩密度变化可以列出泥岩的Δt_s/Δt_p与密度ρ_sh的关系式如下：

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

式中：ρ_sh——泥岩的体积密度，g/cm³。

油气藏现今地应力场评价方法及应用

研究工作中主要依据以上两种方法进行横波参数的预测。

（2）岩石弹性力学参数计算

利用测井资料计算地层的弹性力学参数主要包括：泊松比、杨氏模量、剪切模量、体积模量值。

泊松比值

用纵、横波时差值计算岩石泊松比公式为：

油气藏现今地应力场评价方法及应用

杨氏模量（或弹性模量）

油气藏现今地应力场评价方法及应用

剪切模量（切变模量、刚度模量）

油气藏现今地应力场评价方法及应用

体积模量

油气藏现今地应力场评价方法及应用

拉梅系数

油气藏现今地应力场评价方法及应用

（3）岩石强度参数的计算

测井资料确定地层的岩石强度是目前为止研究得较少的方面。

目前为止，岩石抗张强度，主要通过实验实测的值通过建立与岩石密度（或岩石孔隙度）的统计分析关系来预测。

抗压强度，除可用实验室建立的经验关系预测外，斯伦贝谢公司（1995）提出了如下经验关系：

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

式中：V_sh——泥质含量，小数；σ_p——抗压强度，MPa；E——杨氏模量。

Nathan Stien（1978）提出了利用测井资料确定地层抗剪强度的方法，通过对莫尔-库仑准则的破裂包络线分析，结合单轴抗压强度实验结果，提出如下评价公式：

油气藏现今地应力场评价方法及应用

式中：E_τ——测井计算的剪切模量，MPa；τ₀——抗剪强度，MPa；σ_p——单轴抗压强度，MPa；tanβ——莫尔圆上剪切模量直线斜率，砂岩层取0.00046×10⁶；φ——岩石内摩擦角，（°）。

Ⅷ 测井技术

(1)泥页岩气储层的常规测井曲线响应

由于页岩气与常规气一样，是不导电介质，具有密度小、含氢指数低、传播速度慢等物理特性。因此，含气页岩的测井响应应该不同于非含气页岩，利用页岩气储层在常规测井曲线上的响应特征，通过测井解释资料，不仅可以识别储层，还能够进行地层评价。识别页岩气储层所需要的常规测井方法主要有：自然伽马、井径、中子、密度、声波时差和电阻率测井。以下依次对页岩气储层在常规测井曲线上的响应特征进行分析：

① 自然伽马测井：泥页岩气储层的自然伽马值显示高值，这是由于：①泥页岩中泥质含量较高，泥质含量越高放射性就越强；②含气页岩中有机质含量丰富，通常情况下干酪根形成于一个使铀沉淀的还原环境，从而具有较强的放射性，导致自然伽马值升高。

② 井径测井：页岩一般表现为扩径，而且有机质含量越高，扩径越明显。

③ 声波时差测井：页岩气储层的声波时差值显示为高值，并伴有周波跳跃现象，这是由于：A页岩气的存在使得声波速度降低，声波时差增大；B.声波在有机质中传播的速度较低，含气页岩中含有大量有机质，导致声波时差增大。如果声波时差值偏小，则说明页岩地层中有机质丰度低，经济开采价值不大；C.含气页岩内部发育裂缝，遇到裂缝气层会发生周波跳跃现象，或者曲线突然拔高。

④ 中子测井：页岩气储层中子测井显示为高值。中子测井反映的是地层中的含氢量也就是地层孔隙度。中子测井值升高的原因为：①在页岩气储层中，含气会导致中子密度值减小，但是束缚水会使中子密度值增大，由于页岩中束缚水饱和度要大于含气饱和度，因此，两者综合的效果还是会使页岩气的中子密度值升高；②页岩气储层中有机质的氢含量使得中子密度值升高。

⑤ 地层密度测井：地层密度显示为低值。地层密度值实际上测量的是地层的电子密度，而电子密度相当于地层体积密度。页岩密度为低值，比砂岩和碳酸盐岩的地层密度值低，但是比煤层和硬石膏的地层密度值高出很多。对于含气页岩储层来讲，随着有机质和烃类气体含量增加，将会使地层密度值变得更低，如果页岩气储层中发育裂缝，也会使地层密度测井值降低。

⑥ 岩性密度测井：岩性密度表现为低值。岩性密度测井的Pe值可以用来指示岩性，用于识别页岩中的黏土矿物类型。页岩矿物组分的变化，将导致单位体积页岩岩性密度测井值发生变化。

⑦ 电阻率测井：泥页岩的深浅电阻率总体低值，局部负值。泥页岩气的电阻率受到很多因素的影响，主要有：①页岩泥质含量高，束缚水饱和度高，而这两者的电阻率都很低；②页岩气储层低孔低渗，使得泥浆滤液侵入范围很小，侵入带影响很小，深浅曲线值非常相近，这反映了页岩气储集层的渗透率值低；③有机质电阻率高，干酪根的电阻率为无限大，含气页岩中有机质丰度高，会进一步导致电阻率测井值升高。

在表10.1中对泥页岩气储层的常规测井响应特征进行了总结，图10.1展示了实际测量的页岩气储层的常规测井曲线，与普通页岩相比，含气页岩具有自然伽马强度高、电阻率大、地层密度低和光电效应低的典型特征。

表10.4 利用测井曲线计算TOC的方法

(修改于Sondergeld等，2010)

Ⅸ 　参数测井

地质灾害勘查中涉及的地理物理参数很多，包括电性参数、放射性参数、弹性参数、热学参数等，均与岩石的物理性质、状态有关。相应的参数测井方法包括电阻率测井、放射性测井、声波测井、井温测井及新发展的核磁共振测井、介电常数测井。前四种方法在前面章节中介绍，本节仅介绍可连接获取地层流体特征参数的核磁共振测井、介电常数测井两部分内容。

14.4.1核磁测井

14.4.1.1基本原理

核磁测井（Nuclear magnetism logging或Nuclear magnetic resonance logging）仪由流过强大电流的直流电线圈组成，由此产生磁场，使得质子按一定方向排列，当磁场消失后，质子也获得自由。通常像陀螺一样旋转的质子，开始从人工磁场的控制中解脱出来，回到原来为大地磁场所控制的排列方式中去，这一过程导致质子的旋进，通过测量质子旋进信号的强度、弛豫时间等参数进而求得孔隙度、饱和度、渗透率等有关地层参数。

14.4.1.2观测方法

在核磁测井中测量核磁弛豫的方法主要有自由衰减度、自旋回波、反转恢复法等。

自由衰减度是利用某种方法使与静磁场B_o平行的核磁化强度M₀反转90°，以激发自由进动信号。例如：射频脉冲法使用一个90°射频脉冲，使原来的静磁场方向的磁化矢量反转90°，然后进行观测，得到的信号即是自由感应信号或称FID信号。另外还有一种方法即预极化法。在稳定磁场B_o的垂直方向上加以较强的预极化强度 B_p，由于极化磁场很强，最初沿稳定磁场建立起来的平衡态静磁化强度 M₀会发生偏转而转向沿总磁场的方向，在极化场的作用下，以纵向弛豫时间T₁确定的速率产生新的磁化强度M_p。在垂直于B₀方向上探测，在接收线圈中可以观测到一个频率的自由感应信号即FID信号，并按（14.2）式变化。

地质灾害勘查地球物理技术手册

自旋回波法是首先发射一个90°脉冲，接着再发射一个或一串180°脉冲，由此构成一次测量序列。在一个测量序列中，开始质子线性排列，其后依次为自旋扳倒、进动，重复以失相及重聚。

反转恢复法用于测量纵向弛豫时间T₁，测量原理见图14-7。初始磁化矢量B₀沿静磁场方向（图14-7a）施加一个与M₀完全反向的180°脉冲使B₀反转（图14-7b），经过τ延迟，z方向的纵向磁化矢量受纵向弛豫作用逐步恢复（图14-7c），更施加以90°脉冲将z方向剩余的纵向磁化矢量反转到x轴（或y轴），进行检测。测出FID（图14-7d）。经过一段延迟PD，使磁化矢量完全恢复正常，再开始下一个测量。

图14-7反转恢复法测量原理

14.4.1.3资料解释

核磁测井测量的主要是地层孔隙介质中氢核对仪器读数的贡献，它不受岩延迟性的影响，在解释孔隙度、渗透率等储层参数时，具有其他测井方法无法比拟的优势。

（1）孔隙度的解释

核磁测井与其他测井方法在孔隙度解释中的不同之处，就是核磁测井能解释束缚水流体和可动流体孔隙度。核磁测井的原始数据是所接收到的回波率，它是求各种参数和各种应用的基础。数据处理确定核磁共振孔隙度 φ_e、自由流体孔隙度φ_f和束缚流体孔隙度φ_b的方法是：对回波串的包络线做两指数、三指数或单指数扩展后，外推至零时间得到地层核磁共振自旋回波总信号A_ONMR，经刻度后成为核磁共振测得孔隙度φ_e。对大于一定门槛时间的所有回波包络线做单指数拟合后外推至零时间得到自由流体指数（可动流体孔隙度）；孔隙度也可以由反演提取的 T₂分布来评价。研究表明，短 T₂部分对应着岩石的小孔隙或微孔隙，而T₂长部分是岩石较大孔隙的反映。基于此，全部T₂分布的积分面积可以视为核磁共振孔隙度φNMR（φ_e）。

地质灾害勘查地球物理技术手册

通过选择一个合适的截止值 T_R，可以区分开反映小孔隙或为孔隙水的快速弛豫组分与反映可动孔隙中的慢速弛豫组分，使得大于 T_R的组分下面包围的面积与可产出的水相当。因此自由流体指数可以表示为：

地质灾害勘查地球物理技术手册

毛细管束缚孔隙度φ_b可以通过上面求得的φ_NMR和FFI相减求得，或者直接对 T₂分布小于 T_R的组分进行积分得到：

地质灾害勘查地球物理技术手册

因此可以看出，核磁测井可以很容易地求出不受骨架岩性影响的有效孔隙度φ_e，可动流体孔隙度φ_f、毛细管束缚水孔隙度φ_b等。

（2）渗透率的解释

目前由NMR参数或由NMR参数与其他参数结合建立的求取渗透率的关系式多达几十种，但归纳起来可分为三类：

由 T₂和φ_NMR（φ_e）建立渗透率模型（斯仑贝谢）：

地质灾害勘查地球物理技术手册

式中：T_2log为 T₂对数平均值，对砂岩地层通常取α_l=4,a₂=2。

由NMR测得的束缚水和可动流体参数组合φ_NMR、φ_FFI（φ_f）、φ_BVI（φ_b）、渗透率K建立的关系式（Coatas模型）：

地质灾害勘查地球物理技术手册

对于砂岩地层，通常取b₁=4,b₂=2。

由NMR得视扩展系数D所求得的S/V组合F与渗透率K建立关系式：

地质灾害勘查地球物理技术手册

其中：C为经验系数，受岩石表面弛豫能力的影响。对应不同地区，不同层段，C值不一样，需做岩心实验分析确定；F为泥浆滤液影响系数；S为孔隙表面积；V为孔隙体积。

14.4.1.4技术要求

（1）要使产生的磁化场足够大，电流要求很大。

（2）要求有较长的极化时，测井时速度要非常慢。

（3）为了消除井液影响，有时需往泥浆中掺杂顺磁物质。

14.4.1.5展望

核磁测井经过50年的发展，可以提供十分丰富的地层信息，能够定量确定有效孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、孔径分布以及渗透率等参数。随着现代电子技术和计算机技术的飞速发展，其测量仪器和数据处理功能日益完善，核磁测井的应用范围也不断扩大。在地质灾害勘查方面可涉及许多灾种，如滑坡、崩塌等，核磁测井可以研究滑坡、崩塌区内的地层水分布情况，定量地给出有关参数，为地质灾害勘查和施工设计提供有关数据。可以预料，随着核磁测井技术的不断发展，其在地质灾害勘查工作中必将受到越来越广泛的重视。

14.4.2介电测井

介电测井（Dielectric logging或Dielectric constant logging）是研究高频电磁场中岩石电学性质的一种测井方法。通过测量电磁波在穿过岩层后其相位的变化，来确定所探测岩石的介电常数，进而可确定地层的含水量。

14.4.2.1基本原理

介电常数是表征介质极化能力的一个物理量。绝大多数矿物的介电常数是4～7，而水的介电常数约为80，具有明显的差异。因此，利用介电常数可以区分含水层与矿物。理论研究指出，高频电磁波在介质中传播时，其幅度和相位均与电磁波的频率、介质的介电常数和电导率有关。当采用较低频率时，电磁波幅度和相位的变化主要反映岩石电导率的变化，而很少反映岩石介电常数的变化。反之，采用较高频率时，电磁波的相位主要反映的是岩石介电常数的变化，而与电导率关系不大。电磁波的幅度则综合反映了介电常数及电导率的变化。因此采用较高频率（如60MHz）测量高频电磁波的相位，更有利于测定介质的介电常数。

14.4.2.2观测方法

测井时，在井轴上放置三个线圈，组成一线圈系，其中一个为发射线圈，其余二个为接收线圈。当发射线圈供以高频交流电时，就会向地层辐射高频电磁波，穿过一段地层之后先后到达两个接收线圈，记录下高频电磁波经过一段距离（即两个接收线圈之间的距离）之后的相位差。对于不同性质的地层，其相位差的数值是不相同的，因此可根据所测地层相位差的大小及其变化规律，来分析地层。在高频条件下相位差的变化受地层电阻率的影响很小。

14.4.2.3资料解释原则

介电测井是利用所测出的相位差的变化来反映地层的含水量的变化。因此，对于含水层，其含水量（即孔隙度与含水饱和度的乘积）增加，介电测井所测得的相位差也随之增加。

14.4.2.4展望

介电测井能够准确区分含水层和非含水层，能反映地层的含水量变化。在地质灾害勘查工作中，可以解决滑坡体内地层水的含水量变化，对滑坡体的预测具有重要的作用。随着介电测井技术及设备的进一步发展，在地质灾害勘查工作中的应用领域将不断扩大，将会发挥出越来越重要的作用。

Ⅹ 国外测井技术的介绍

本刊是原中国石油工业部七五规划中刊物，是我国展示世界先进测井技术的信息总汇，是由中国石油天然气集团公司勘探与生产分公司主管，由大庆测井公司、煤炭局地球物理勘探研究院和全国各油田联合主办的面向全国的权威性刊物。本刊以科学态度、求实精神赢得广大读者信任和喜爱，是我国报导世界先进测井技术发行量最大、覆盖面最广的一家刊物。本刊设有：决策精华、热点述评、地质应用、开发应用、综合应用、新技术介绍、学术讨论、应用天地、经验交流、百花苑、企业风采、市场动态、油海采珠、环球见闻、综合信息等栏目，内容庞大、特色鲜明、突出前瞻、创新、求实，在国际测井界享有很高声誉。主要刊登：介绍国内外测井技术研究现状、应用实例及其发展方向；报导国内外测井方面新技术、新产品及其设计精华，以及国内外测井市场动态；讨论和评价引进的仪器和设备的特点及其地质应用效果；报导国内外学术交流动态；对国内外较有影响的论文展开不同观点的讨论以促进学术繁荣。本刊主要以石油、煤炭、地矿等系统从事勘探开发测井专业的技术干部、管理人员及大专院校师生等读者为对象。