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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

实验一 定性划分储集层并定量解释

一、 实验目的:
经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; 一般的深度比例尺为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;
电阻率测井曲线一般为对数刻度。
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． 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。一般在油层上为低侵, 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
地层
测井曲线
储集层－砂岩
非储集层－泥岩
自然电位
负异常( Rw<Rmf)
正异常( Rw>Rmf)
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

( 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, 特别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
一般是自然电位( 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:
l 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。
l 分层的深度误差不应大于0.1m。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。而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
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, 常见的公式:
孔隙度:
含水饱和度:
上式中为当前层的声波时差, 为地层水的声波时差,189us/ft(623us/m), 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, 对于砂岩地层一般取1.0, 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) 。

储层序号
顶部深度
( m)
底部深度( m)
厚度( m)
测井曲线读数
孔隙度
含油
饱和度
SP
GR
DT
Rt
Rxo

图1 某井的综合测井曲线图

实验二　　利用综合方法估计地层泥质含量

一、 实验目的:
经过实际计算, 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:

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。当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, 其它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。用其它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

式中, 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.
( ２) 　 自然电位法

式中, 是当前层的自然电位读数, 和分别是纯地层和泥质地层的自然电位读数
( ３) 电阻率　　
　　　( b=1.5)
( ４) 中子法

式中, 是当前层的视中子孔隙度读数, 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, 经过对图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, 能够推测出来泥质含量。或者利用下式进行计算( 依据点到直线的距离计算方法) :

式中,

SH
W
Q
＝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()和水点()两个点的参数能够推出:
A=(ρma –ρf) B=(φf –φma ) C=φNmaρf -φNfρma
∴
当然, 也能够用中子—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, 因此在实际处理时, 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 =30pu; =2.54 =2.65 =1.0 =100 =-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

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, 调试经过, 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( …) 、 储集性(孔隙度和渗透率)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。
Vsh
φ
V1
V2
恢复为泥质岩石

求Sw K
,
Vsh
φN
φwW
V1
V2

Vsh
φ
V1
V2
φ’
Vma1
Vma2
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。
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Vsh
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Vsh
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K

读入测井解释参数
最后一个深度点
结束
是
否
图3 计算步骤图
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

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

( 3) 求纯岩石的孔隙度和矿物含量

用矩阵表示为:
CX=L
其中:
C=

则孔隙度和两种矿物的含量能够用解常数阵的逆的方法得出:
X=C-1L
( 3) 恢复成泥质岩石

（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。

能够看成是关于Sw的一元二次方程。对于

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:

（５） 计算渗透率

( 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, 因此在输入测井数据及其它计算之前先求出C的逆矩阵。

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。

A B
恢复Φ , V1 , V2
A= B= C=

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

A
B