第二章井径井斜和套管测井

1、第二章第二章 井径、井斜和套管测井井径、井斜和套管测井 井径测井，顾名思义，是测量井筒直径大小的一井径测井，顾名思义，是测量井筒直径大小的一种测井方法。在裸眼井中井径测井是测量裸眼井的直种测井方法。在裸眼井中井径测井是测量裸眼井的直径，在套管井中井径测井是测量套管的内径。在裸眼径，在套管井中井径测井是测量套管的内径。在裸眼井中，由于地下各地层的机械强度不同以及各地层受井中，由于地下各地层的机械强度不同以及各地层受到的泥浆冲洗、浸泡和钻头的碰撞的差别，实际的井到的泥浆冲洗、浸泡和钻头的碰撞的差别，实际的井径往往与钻头直径不同，并且不同机械强度的地层有径往往与钻头直径不同，并且不同机械强度的地层有

2、不同的井径。在套管井中，由于套管长期与地层水接不同的井径。在套管井中，由于套管长期与地层水接触，具有腐蚀性的地层水将对套管管壁造成损害，套触，具有腐蚀性的地层水将对套管管壁造成损害，套管壁厚发生变化，或者由于来自套管各方的地层应力管壁厚发生变化，或者由于来自套管各方的地层应力不同，使套管发生形变。套管的这些变化都会引起套不同，使套管发生形变。套管的这些变化都会引起套管内径的变化。管内径的变化。 第一节第一节 井井 径径 测测 井井一、普通井径仪一、普通井径仪 普通井径仪用于裸眼井中，在裸眼井中使用的井径普通井径仪用于裸眼井中，在裸眼井中使用的井径仪有两臂井径仪、三臂井径仪和四臂井径仪三种。两仪

3、有两臂井径仪、三臂井径仪和四臂井径仪三种。两臂井径仪可以附带在其他带极板贴井壁的仪器上，如臂井径仪可以附带在其他带极板贴井壁的仪器上，如微电极、密度计等。三臂和四臂井径仪一般是单独下微电极、密度计等。三臂和四臂井径仪一般是单独下井测量，但也可以组合在其他测井仪器上，如四臂井井测量，但也可以组合在其他测井仪器上，如四臂井径仪就可以组合在地层倾角仪上，测量地层倾角信息径仪就可以组合在地层倾角仪上，测量地层倾角信息的同时，测量两条井径。两臂、三臂、四臂井径仪虽的同时，测量两条井径。两臂、三臂、四臂井径仪虽然都是测量井的直径，但它们反映的特征却不大一样，然都是测量井的直径，但它们反映的特征却不大一样，

4、两臂井径仪得到的是井眼的最大直径，三臂井径仪得两臂井径仪得到的是井眼的最大直径，三臂井径仪得到的是井眼的平均直径，而四臂井径仪常给出井眼的到的是井眼的平均直径，而四臂井径仪常给出井眼的最大和最小两条直径。最大和最小两条直径。 1.测理原理测理原理 井径仪的结构如图井径仪的结构如图2-1所示。所示。仪器主要由井径臂和一个电位仪器主要由井径臂和一个电位器组成，井径臂末端靠弹簧作器组成，井径臂末端靠弹簧作用力而紧贴在井壁上。测量时，用力而紧贴在井壁上。测量时，井径臂紧贴到井壁上，仪器随井径臂紧贴到井壁上，仪器随电缆上提测量，当井径发生变电缆上提测量，当井径发生变化时，井径臂也会相应发生伸化时，井径臂

5、也会相应发生伸张和收拢变化，这个变化又带张和收拢变化，这个变化又带动电位器上的滑线电阻移动，动电位器上的滑线电阻移动，也即把井径的变化转化为仪器也即把井径的变化转化为仪器电阻的变化，如果给电位器通电阻的变化，如果给电位器通以恒定的电流，则可把井径的以恒定的电流，则可把井径的变化通过电位器上电阻的变化变化通过电位器上电阻的变化转化为电位差的变化加以记录。转化为电位差的变化加以记录。 当井径发生变化时，井径臂的伸缩带动连杆上下运动，这当井径发生变化时，井径臂的伸缩带动连杆上下运动，这一运动改变着触点一运动改变着触点M、N在电位器上的位置，从改变了在电位器上的位置，从改变了M、N之间电阻值之间电阻值

6、R的大小，的大小，R与井径的变化成正比：与井径的变化成正比： R= d 式中式中 比例系数。比例系数。 当给电位器通以恒定的电流，则井径的变化就相应使当给电位器通以恒定的电流，则井径的变化就相应使M、N之间的电位差发生变化：之间的电位差发生变化： UMN=IR =I d =I (d-d0) 式中式中 d井径；井径； d0当当0时的井径值；时的井径值； C仪器常数；仪器常数； I电流。电流。 参数参数C和和d0均为常数，其数值可以通过仪器校验均为常数，其数值可以通过仪器校验得到，按上式对仪器进行刻度后，测量时便可记录出得到，按上式对仪器进行刻度后，测量时便可记录出一条随井深变化的井径曲线。一条随

7、井深变化的井径曲线。001M NM NUddIUdCI整理得：整理得：2.井径资料的应用井径资料的应用 (1)划分岩性划分岩性 岩石在结构和成分上的差异，造成钻井过程中钻岩石在结构和成分上的差异，造成钻井过程中钻头和泥浆对其作用效果的不同，因而在井径曲线上会头和泥浆对其作用效果的不同，因而在井径曲线上会出现相应的不同特征，常见几种岩石的特征如下。出现相应的不同特征，常见几种岩石的特征如下。(设设井径井径d，钻头直径为，钻头直径为d0) 砂岩：砂岩：由于渗透性较好，一般都有泥浆侵入，在由于渗透性较好，一般都有泥浆侵入，在井壁上有泥饼形成，使井径小于钻头直径，井壁上有泥饼形成，使井径小于钻头直径，

8、 即：即：dd0 。 砾岩：砾岩：致密坚硬的砾岩渗透性差，井径致密坚硬的砾岩渗透性差，井径d近似等于近似等于钻头直径钻头直径d0； 渗透性砾岩渗透性砾岩的井径与砂岩的井径相似的井径与砂岩的井径相似, 即：即：dd0。 泥岩：泥岩：泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥浆浸泡和冲刷易发生垮塌，因此一般泥岩段的井径都浆浸泡和冲刷易发生垮塌，因此一般泥岩段的井径都大于钻头直径大于钻头直径, 即：即：dd0 。灰岩、白云岩灰岩、白云岩： 致密灰岩和致密白云岩的渗透性很差，且较坚硬。致密灰岩和致密白云岩的渗透性很差，且较坚硬。 井径近似等于钻头直径井径近似等于钻头直

9、径 即：即：dd0 含泥质的灰岩或白云岩：含泥质的灰岩或白云岩： d略大于钻头直径略大于钻头直径d0 孔隙性灰岩或白云岩：孔隙性灰岩或白云岩： d略小于钻头直径略小于钻头直径d0 裂缝性灰岩：裂缝性灰岩： 井径不规则，井径不规则，井径曲线上呈锯齿状井径曲线上呈锯齿状泥岩：泥岩：泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥浆浸泡和冲刷泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥浆浸泡和冲刷易发生垮塌，井径都大于钻头直径易发生垮塌，井径都大于钻头直径, 即：即：dd0 。盐岩盐岩：盐岩受泥浆的溶解作用井径会扩大：盐岩受泥浆的溶解作用井径会扩大, 即：即：dd0。石膏石膏：石膏为块状结构，一般情况下井径近似等于

10、钻头直径。：石膏为块状结构，一般情况下井径近似等于钻头直径。 但若遇石膏被溶解，也会出现井径扩大现象。但若遇石膏被溶解，也会出现井径扩大现象。 即：即：硬石膏硬石膏 dd0 ；石膏石膏 若发生溶解若发生溶解 dd0 。 井径曲线一般只能用来定性识别岩性，它是划分井孔地层剖井径曲线一般只能用来定性识别岩性，它是划分井孔地层剖面，识别岩性的一种辅助手段，常用于配合其他曲线进行解释。面，识别岩性的一种辅助手段，常用于配合其他曲线进行解释。(2)估算固井水泥用量估算固井水泥用量套管外径与井径之间环形空间的体积就是固井水泥用量，套管外径与井径之间环形空间的体积就是固井水泥用量，工程上一般采用体积法计算：

11、工程上一般采用体积法计算：式中式中 h固井段长度固井段长度 d套管外径套管外径 d平均井径值平均井径值井径曲线在固井工程上提供固井段的平均井径，通常采用井径曲线在固井工程上提供固井段的平均井径，通常采用算术平均法求取平均井径值。先在每隔算术平均法求取平均井径值。先在每隔50m或或25m(或更短或更短一些的井段上一些的井段上)求这段井径的平均值，然后再将各段井径的求这段井径的平均值，然后再将各段井径的平均值相加除以段数，即得平均井径值平均值相加除以段数，即得平均井径值d022()4Vh dd1nddddn 二、多臂井径仪二、多臂井径仪 多臂井径仪用于套管井中，用来测量套管内径的变化。多臂井径仪用

12、于套管井中，用来测量套管内径的变化。多臂井径仪的臂数一般在多臂井径仪的臂数一般在30之间，通常根据套管内径之间，通常根据套管内径的大小来选择不同臂数的多臂井径仪。多臂井径仪的臂宽约的大小来选择不同臂数的多臂井径仪。多臂井径仪的臂宽约2.16mm，测量时要求各臂端部间的间隙约为，测量时要求各臂端部间的间隙约为0.5in。 显然，套管内径越大，就应选择更多臂数的仪器。显然，套管内径越大，就应选择更多臂数的仪器。 多臂井径仪可同时输出最大和最小两条套管内径曲线，多臂井径仪可同时输出最大和最小两条套管内径曲线，也可输出相应也可输出相应180的两个臂的井径值，根据这些值来了解的两个臂的井径值，根据这些值

13、来了解套管的腐蚀及变形情况。套管的腐蚀及变形情况。 若若 1.最大、最小两条套管内最大、最小两条套管内径近似相径近似相等，则套管等，则套管没有腐没有腐蚀变形蚀变形； 2.最大、最小两条套管内径有最大、最小两条套管内径有明显差别明显差别，则表明套管，则表明套管发生发生腐蚀变形腐蚀变形。 不同公司的多臂井径仪有不同的规格，分别适用于不不同公司的多臂井径仪有不同的规格，分别适用于不同直径的套管井中测量。同直径的套管井中测量。 现场中除使用以上臂数的井径仪现场中除使用以上臂数的井径仪外，在套管井中还经常使用微井径仪，外，在套管井中还经常使用微井径仪，X-Y井径仪，井径仪，8臂井径仪，过油管井径臂井径仪

14、，过油管井径仪和磁井径仪，每种仪器的主要性能仪和磁井径仪，每种仪器的主要性能见表见表2-1，其中最有实用价值的是，其中最有实用价值的是8臂臂井径仪。井径仪。 利用利用8臂井径仪可得臂井径仪可得夹角互成夹角互成45的四条套的四条套管内径曲线，根据管内径曲线，根据8臂井径仪的四条套管内径测臂井径仪的四条套管内径测量资料可以判断量资料可以判断套管的近似形状套管的近似形状。二、多臂井径仪二、多臂井径仪 1.两条垂直方向的井径两条垂直方向的井径一长一短，另外两条井径介于长一长一短，另外两条井径介于长短之间且变化较均匀，则可判断为短之间且变化较均匀，则可判断为近似椭圆近似椭圆； 2.若若相邻两条直径较长，

15、另外两条较短相邻两条直径较长，另外两条较短，则可判断为挤，则可判断为挤扁；若扁；若4条直径长短交错，则可判断为条直径长短交错，则可判断为不规则的凸凹变形不规则的凸凹变形； 3.若若4条井径都小于套管的原始内径值，则可判断为缩径；条井径都小于套管的原始内径值，则可判断为缩径；若若4条井径都大于套管的原始内径条井径都大于套管的原始内径，则可判断为扩径；若，则可判断为扩径；若4条条井径与原始套管内径相差很大，则可能为井径与原始套管内径相差很大，则可能为套管错断套管错断，错断大，错断大多数出现在射孔井段的接箍处。多数出现在射孔井段的接箍处。 第二节第二节 井井 斜斜 测测 井井 为了了解井身是否偏斜和

16、偏斜程度，及时纠斜，指导打好直为了了解井身是否偏斜和偏斜程度，及时纠斜，指导打好直井或者打好定向斜井以及地质绘图和测井解释上的需要，都必须井或者打好定向斜井以及地质绘图和测井解释上的需要，都必须进行井斜测量。在钻井工程上，对于垂直井要求其偏斜度不超过进行井斜测量。在钻井工程上，对于垂直井要求其偏斜度不超过3，对于定向斜井要求偏斜度始终保持一致。导致钻井偏斜的，对于定向斜井要求偏斜度始终保持一致。导致钻井偏斜的原因是多方面的，如泥浆性能，钻井工艺技术，地层的软硬、倾原因是多方面的，如泥浆性能，钻井工艺技术，地层的软硬、倾斜程度、裂缝发育程度以及破碎带等对钻井都有不同程度的影响。斜程度、裂缝发育程

17、度以及破碎带等对钻井都有不同程度的影响。 井斜测量得到两个参数，即倾角井斜测量得到两个参数，即倾角和方位角和方位角，用以表示井轴，用以表示井轴的空间位置。所谓倾角就是井轴和铅垂线之间的夹角，方位角就的空间位置。所谓倾角就是井轴和铅垂线之间的夹角，方位角就是磁北方向和井轴的水平投影线之间按顺时针方向的夹角。如图是磁北方向和井轴的水平投影线之间按顺时针方向的夹角。如图2-4所示。所示。图图25是测量方位是测量方位角和倾角装置角和倾角装置 在井轴不偏斜时，磁北针与方位角环形电位器缺口在在井轴不偏斜时，磁北针与方位角环形电位器缺口在一个方向上，方位为零，当井轴偏斜时，磁北针离开一个方向上，方位为零，当

18、井轴偏斜时，磁北针离开缺口方向，偏离的角度是方位角。这个角的大小由这缺口方向，偏离的角度是方位角。这个角的大小由这个角内电位器的个角内电位器的电位差电位差所反映，所反映，方位角大，则电位差方位角大，则电位差大，反之则小大，反之则小。仪器经过校验，便可知单位电位差代。仪器经过校验，便可知单位电位差代表的方位角的度数，测量磁北针与井轴投影线间的电表的方位角的度数，测量磁北针与井轴投影线间的电位差，就可以测得井轴偏斜的方位角。位差，就可以测得井轴偏斜的方位角。 倾角测量装置的电位器在测量时，位于井轴倾斜面内，倾角测量装置的电位器在测量时，位于井轴倾斜面内，当井轴倾斜时，带有当井轴倾斜时，带有重锤的指

19、针重锤的指针发生发生偏转偏转，偏转的角偏转的角度度就是要测量的就是要测量的井轴的倾角井轴的倾角。倾角的大小由对应的一。倾角的大小由对应的一段电位器上的电位差反映出来。和测量方位角一样，段电位器上的电位差反映出来。和测量方位角一样，仪器经过校验，测量电位差大小就可以测量出井径倾仪器经过校验，测量电位差大小就可以测量出井径倾角。角。 井斜测量是点测进行的。一般是井斜测量是点测进行的。一般是25或或50测一点，测一点，代表测点以上一段的井斜情况。为了严防井斜和打好代表测点以上一段的井斜情况。为了严防井斜和打好定向井可以根据具体情况加密测点。定向井可以根据具体情况加密测点。 第三节第三节 套套 管管

20、测测 井井 本节涉及两方面的内容，套管接箍测井本节涉及两方面的内容，套管接箍测井和套管磁测井。套管接箍测井用于测量套管和套管磁测井。套管接箍测井用于测量套管接箍的位置，确定射孔位置，校准其他测井接箍的位置，确定射孔位置，校准其他测井深度等。套管磁测井用于测量套管的壁厚变深度等。套管磁测井用于测量套管的壁厚变化，进而分析套管的内外壁腐蚀等情况。化，进而分析套管的内外壁腐蚀等情况。一、套管接箍测井一、套管接箍测井 1.仪器结构仪器结构 套管接箍测井又称磁性定位器，磁性定位套管接箍测井又称磁性定位器，磁性定位器的核心部分是一个线圈和两块永久磁铁，器的核心部分是一个线圈和两块永久磁铁，磁性定位器两块磁

21、铁放置于线圈两侧，均以磁性定位器两块磁铁放置于线圈两侧，均以N极靠近线圈。线圈与磁铁的配合是产生套极靠近线圈。线圈与磁铁的配合是产生套管接箍信号的元件，缺一不可。磁铁和线圈管接箍信号的元件，缺一不可。磁铁和线圈放置在用铜或其他非铁磁材料做成的仪器外放置在用铜或其他非铁磁材料做成的仪器外壳内如图壳内如图2-6所示。所示。2.工作原理工作原理 从电磁感应定律知，从电磁感应定律知，当通过线圈的磁通量发生当通过线圈的磁通量发生变化时，在线圈上会产生变化时，在线圈上会产生感应电动势。套管接箍仪感应电动势。套管接箍仪器在井下自下而上沿套管器在井下自下而上沿套管滑动时，由于在接箍处引滑动时，由于在接箍处引起

22、仪器内线圈磁通量的改起仪器内线圈磁通量的改变，其线圈便产生一个感变，其线圈便产生一个感应电动势，这个信号经电应电动势，这个信号经电缆传输到地面仪器加以记缆传输到地面仪器加以记录。通过信号与电缆的对录。通过信号与电缆的对比，便可知接箍的深度。比，便可知接箍的深度。 井下几千米套管是由一根根井下几千米套管是由一根根连接起来的，在这些套管的连接连接起来的，在这些套管的连接处，由于套管本身结构和施工过处，由于套管本身结构和施工过程的差异，使两根套管间产生一程的差异，使两根套管间产生一个宽约个宽约1cm环缝，如图环缝，如图2-7所示。所示。在仪器经过接箍处的缝隙时，由在仪器经过接箍处的缝隙时，由于缝隙处

23、的磁阻增大，对仪器中于缝隙处的磁阻增大，对仪器中的磁力的磁力 线分布产生影响，使通过线分布产生影响，使通过线圈的磁通量发生变化，产生感线圈的磁通量发生变化，产生感应信号。应信号。 下面就对只一块磁铁下面就对只一块磁铁和线圈组成的信号源进和线圈组成的信号源进行分析，来说明信号的行分析，来说明信号的产生过程。产生过程。 由图中看出，图由图中看出，图a的正弦波信的正弦波信号的后半周与图号的后半周与图b正弦波信号的前正弦波信号的前半周正好重迭，由于两个半周正半周正好重迭，由于两个半周正弦波方向相同，重迭的结果不但弦波方向相同，重迭的结果不但不会抵销，反而加强了，最后产不会抵销，反而加强了，最后产生了如

24、图生了如图c所示的幅度很大的信号。所示的幅度很大的信号。当两块磁铁与线圈组成一个整体当两块磁铁与线圈组成一个整体时，就得到两个迭加在一起的信时，就得到两个迭加在一起的信号，信号中间有一个很大峰称为号，信号中间有一个很大峰称为主峰，两边各有一个与主峰方向主峰，两边各有一个与主峰方向相反的峰，称为副峰。主峰位置，相反的峰，称为副峰。主峰位置，正是线圈中点经过套管接箍环形正是线圈中点经过套管接箍环形缝隙时的位置。缝隙时的位置。 在实测中，主副峰的高度受到测速大小影响，测在实测中，主副峰的高度受到测速大小影响，测速不同，信号的形状和幅度也不同，下面是不同测速速不同，信号的形状和幅度也不同，下面是不同测

25、速下的信号波形。如图下的信号波形。如图2-9所示。所示。二、套管磁测井二、套管磁测井 在油田开发过程中，由于井下作业和地下水的腐蚀等原在油田开发过程中，由于井下作业和地下水的腐蚀等原因，套管内外壁都会出现不同程度的损坏，壁厚变薄，特别因，套管内外壁都会出现不同程度的损坏，壁厚变薄，特别是老油田，这一问题更为严重。因此，必须随时掌握套管壁是老油田，这一问题更为严重。因此，必须随时掌握套管壁厚变化的准确资料。这对油井大修，采取预防措施，检查防厚变化的准确资料。这对油井大修，采取预防措施，检查防腐效果都是非常有意义的。磁测仪是目前国内唯一的套管腐腐效果都是非常有意义的。磁测仪是目前国内唯一的套管腐蚀

26、检测仪，能同时测得井径和壁厚两条曲线，用于检查套管蚀检测仪，能同时测得井径和壁厚两条曲线，用于检查套管壁厚变化，对套管壁厚的分辨能力为壁厚变化，对套管壁厚的分辨能力为0.2。套管磁测井。套管磁测井是利用低频交变电磁场在导体中产生的涡流效应来测量套管是利用低频交变电磁场在导体中产生的涡流效应来测量套管壁厚的一种套管内的测井方法。壁厚的一种套管内的测井方法。 我们知道，在一个发射线圈中通以低频交流电时，在线我们知道，在一个发射线圈中通以低频交流电时，在线圈的周围就会产生交变电磁场，称一次磁场。当线圈外有导圈的周围就会产生交变电磁场，称一次磁场。当线圈外有导体存在时，导体中会出现涡流，这一涡流同样会

27、在接收线圈体存在时，导体中会出现涡流，这一涡流同样会在接收线圈中感应出感应电动势，称二次感应。该感应电动势的大小及中感应出感应电动势，称二次感应。该感应电动势的大小及相位的变化与线圈外导体的性质和数量有关系相位的变化与线圈外导体的性质和数量有关系 。 根据电磁场理论根据电磁场理论 3210fR 式中式中 D套管壁厚度；套管壁厚度； 套管的导磁率；套管的导磁率； R套管的电阻率；套管的电阻率； f交流电的频率；交流电的频率； 相位差。相位差。 上式说明，涡流产生的二次场与发射线圈的一次场之间存上式说明，涡流产生的二次场与发射线圈的一次场之间存在相位差，此相位差的大小与套管壁厚成正比，与套管的性质

28、、在相位差，此相位差的大小与套管壁厚成正比，与套管的性质、交流电的频率有关。对于套管磁测井来说，交流电的频率有关。对于套管磁测井来说，、R和和f都可认为都可认为是常数，因此，可根据记录到的相位差大小来分析是常数，因此，可根据记录到的相位差大小来分析套管壁厚的套管壁厚的变化变化。由于测量的相位差曲线直接反映了套管壁厚的变化，对。由于测量的相位差曲线直接反映了套管壁厚的变化，对同一规格套管，其壁厚的变化可认为是重量的变化，所以又称同一规格套管，其壁厚的变化可认为是重量的变化，所以又称其为其为重量测井重量测井。 用磁测井资料可以检查套损情况。用磁测井资料可以检查套损情况。 (1)套管内外腐蚀及穿孔：磁井径曲线套管内外腐蚀及穿孔：磁井径曲线只反映套管内径的变化，重量曲线反映套管只反映套管内径的变化，重量曲线反映套管质量缺损，当内径不变而重量曲线有负异常质量缺损，当内径不变而重量曲线有负异常时，可判断为外腐蚀；若内径变大同时重量时，可判断为外腐蚀；若内径变大同时重量值变小时可判断为内腐蚀。内腐蚀常常与套值变小时可判断为内腐蚀。内腐蚀常常与套管本身壁厚不均匀和套管轻微变形等因素混管本身壁厚不均匀和套管轻微变形等因素混淆不易分辨，需参考其他资料综合分析。淆不易分辨，需参考其他资料综合分析。 图图2-11是是XX井两次磁测井曲线图，从图井两次磁测井曲线图，从图中看到