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第十六章 地层倾角测井 地层倾角测井主要测量地层的倾角及倾向. 第一节 地层倾角测井的基本原理 一.基本概念 1地层走向-地层面与水平面交线的方位角. 2.地层倾向-地层面倾斜的方向.地层倾向线与正 北的夹角.倾斜线在水平面上的投影为倾向线. 3.地层倾角-地层倾斜线与倾向线的夹角. X Y Z 二.地层倾角测井原理 1.空间任意平面位置的确定方法 建立如图16-1的坐标系.任意平面的单位法向矢 量n在大地坐标系(V,N,E)中的三分量分别为 由图可知,任意平面的倾角和倾斜方位角分别为 （16-1） 地层层面上不在一条直线上的四点(相邻两点的 方位差90度)在大地坐标系下的坐标： 注：地层层面单位法向矢量的确定方法 地层在大地坐标系下的单位法向矢量 根据下式，即可得到地层的倾角和倾向 地层走向：地层走向垂直于地层倾向。 2.地层倾角测井原理 1).地层倾角测井的输出 a. 四条微聚焦电阻率(或电导率)曲线 b.两条井径曲线 C13 , C24 c. 1号极板方位角曲线。 d.井斜角及1号极板相对方位角 。 注: 1号极板方位角-从正北起顺时针方向计量. 井斜角-井轴与铅垂线的夹角. 1号极板相对方位角-井轴相对1号极板的 方位角.从1号极板开始逆时针方向计量. 图16-2 倾角测井地层曲线实例 图16-3 六臂地层倾角测井曲线 第二节 地层倾角及倾斜方位的计算 一. 直井内地层倾角及倾斜方位的计算 1. 建立坐标系 1). 仪器坐标系与大地坐标系的原点重合 (位于井轴); 2). 1号极板在D轴上,D轴指向正北方向. 2. 地层面上四个极板的坐标 3. 地层倾角及倾斜方位 其中: （16-2） （16-3） 注: 如果1号极板不在正北方向,则地层倾斜方 位角为: 4. 其中1个极板接触不良时,地层倾角及倾斜 方位的计算-设2号极板接触不良 1). （16-4） 2). 地层层面单位法向矢量在仪器坐标系下的三分 量 （16-5） （16-6） 3). 地层倾角及倾斜方位 （16-7） 二. 斜井内地层倾角及倾斜方位的计算 1.建立坐标系 仪器坐标系OFDA - A轴与井轴重合,FOD为垂 直井轴的平面,1号极板在D轴,2号极板在F轴. 大地坐标系OENV-V轴是铅垂轴,E轴是正东 轴,N是正北轴,EON是水平面. 仪器坐标系与大地坐标系的原点重合. 2. 斜井计算方法 1). 2). 3). 4). 5). 6). 注: （16-8） 三.背景校正 1.已知地层倾角测井测得的地层层理倾角为 方位角为 则消除构造倾角影响后的层理倾角和方位角. （16-9） 其中: 2. 则可以根据以下步骤计算地层真倾角和真倾斜 方位. 2). 1). 3). 4). 5). 6). 注: 第三节 地层倾角测井资料的成果显示 一、数据表 特点:1、地层上下界面； 2、地层三要素。 二、成果图 1、蝌蚪图 特点:地层深 度、地层倾角 、地层倾斜方 位角 反映一定深度段 内地层倾角、倾 向的变化规律。 2、棍棒图 特点：表示沿剖面 线的地层视倾角随 深度变化的图件。 图16-6 棍棒图 、方位频率图 特点：仅反映某 一深度段内地层 倾斜方位的分布 规律，不反映地 层倾角的变化情 况。 图16-7 方位频率图 、改进的施米特图 特点：不仅反映 某一深度段内地 层倾斜方位的分 布规律，也反映 地层倾角的变化 情况。 图16-8 改进的施米特图 、圆柱面展开图 特点：直观显示地层 的倾角及其他一些结 构和构造现象 图16-9 圆柱面展开图 第四节 地层倾角测井资料的应用 一、地层倾角矢量图模式 、绿模式 地层倾角和倾斜方位基本不随地层深度变化 地层倾角 地层深度 图16-10 蝌蚪图 绿模式 、红模式 随地层深度增大，倾斜方位基本不变地 层倾角增大。 地层倾角 地层深度 图16-10 蝌蚪图 红模式 、兰模式 随地层深度增大，倾斜方位基本不变地 层倾角减小。 地层倾角 地层深度 图16-10 蝌蚪图 兰模式 、乱模式 随地层深度变化，地层倾角和倾斜方位杂乱 变化。 地层倾角 地层深度 图16-10 蝌蚪图 乱模式 二、研究地质构造问题 、研究褶皱构造 对称背斜地层倾角和倾向基本不随深度改。 非对称背斜井眼通过其两翼时，随深度增加， 有兰模式红模式。 平卧背斜上下翼倾向相反，倾角随深度也发生 变化。 变化深度为井眼和背斜轴相交处 、确定断层 ）、有拖曳现象的正断层自上而下，越接近断 层面倾角越大，过断层后，倾角减小；上下断层面 的地层倾向相同 图16-12 有拖曳现象的正断层的矢量图 ）、逆断层 随深度增加，倾角增大，在断层面附近达最大 ，而后减小地层倾向基本不变 图16-12 逆断层的矢量图 ）、同生断层 越接近断层面，地层倾角越大；在断层面两侧， 地层倾向相反 图16-12 同生断层的矢量图 、确定不整合 ）、角度不整合 不整合面上、下倾 角不同，但不随深度变化 地层倾向可能相反。 ）、假整合 假整合处如果存在风化 壳，则地层倾角和倾向均 无规律变化。 4、确定物源方向 古水流方向由北东向南西流。 W53位于W29井的东北向 19层日产油40t 图16-14 图16-15 古水流方向由北西向东南流。 图16-16 M481位于M48的北西向，51层日产油64.6吨。 M483位于M481的北西向，27、28、29三层日 产油29吨。 图16-17 5、识别裂缝性地层 相对极板 电阻率值 高，而另 外两方位 电阻率曲 线低 16-18 识别裂图缝地层 根据电导率异常 及双井径确定裂 缝发育层段 3123处出现 泥浆漏失现象 16-19 识别裂图缝地层 6、地应力方向分析 1）椭圆井眼分类 （1）、应力型椭圆井眼 由于应力场两个水平主应力存在差异，钻井时 在井壁形成应力集中。对于张性应力场，在最小主 应力方向产生最大周向张性法应力时, 形成椭圆井 眼。 应力型椭圆井眼的特点：井眼单方向拉长，椭圆 井眼出现的井段较短，并且断续出现；有固定的 椭圆井眼长轴方位。 （2）、断裂型椭圆井眼 在强大的地应力场作用下，岩石断裂，形成裂 缝或断层。钻井遇到裂缝或断层时，就会形成椭圆 井眼。在张应力场作用下，裂缝的延伸方向总是垂 直于水平最大主应力方位，正断层的走向也是如此 。因此断裂型椭圆井眼长轴方位与水平最小主应力 方位一致。 特点：在双井径曲线上的表现与应力型椭圆井眼 类似，但井径差值比应力型椭圆井眼的大。 （3）、冲溶型椭圆井眼 常见于泥岩、盐岩井段。泥岩受到钻井液浸泡 冲刷，体积膨胀而垮塌，形成椭圆井眼。同样，钻 井液溶蚀井壁周围的盐岩，也会造成椭圆井眼。 特点：两条井径曲线都扩径，且具有很好的相 似性，井径差值也较大。 小结：应力型和断裂型椭圆井眼的成因都与地下应 力场有关，产生的椭圆井眼的长轴与最小地应力方 向一致。而冲溶型椭圆井眼成因与地下应力场无关 。 井径C24大于钻 头直径；而C13 接近于钻头直径 。说明井眼沿2 、4极板方位崩 落。 图16-20 椭圆井眼 2）、地应力方向分析 由于地应力存在，井眼常出现椭圆状。其长轴 方向为最小地应力方向。其短轴方向为最大地应 力方向。 （1） 最小主应力方位的确定： （16-10） （2）裂缝延伸方位（最大主应力方位）： （16-11） AZ-1号极板方位角。 其中： （3）实例分析 某油田一口探井的地应力方向图。椭圆井眼长轴方 向340160，最大主应力方向70250 例1、 图16-21 地应力方向分析图 图16-22 椭圆井眼长轴方向分析图 例2 最大主应力方向N100-165E。 图16-23 例3： 图16-23 裂缝区域有效性判别图 水平主应力方向的确定方法： 设井壁受到无穷远处两个主应力,即最大水平主 应力1 和最小主应力2 (1 2 ) 的作用,钻 井液对井壁产生的压力为p , 井眼半径为R。则井 眼外区域内任一点p1 处的受力情况可表示为： 附： 图16-24 井壁受力示意图 式中r 、r分别是径向主应力、切向 主应力和剪切应力。 （16-12） （16-13） （16-14） 钻井过程中应力崩塌形成的椭圆井眼通常是由 切向正应力作用于井壁形成的。从式(16-13) 可以 得到, 在=/2 和=3/2 处, 有最大值, 井壁所受的切向正应力最大;在=0和=处, 有最小值, 井壁所受的切向应力最小。其计算式分 别为 （16-15） （16-16） 式(16-15) 表明:切向正应力的最大值出现在最小 主应力的方向上。当该处切向应力达到或超过岩石的破 裂强度时，即发生破裂，形成井壁崩落椭圆。所以，椭 圆井眼的长轴方向为最小水平主应力的方向。 式(16-16) 表明: 在