生产测井仪器介绍

生产测井仪器介绍

主讲人：李英善新疆石油管理局测井公司测试分公司2001年2月2/6/20231引言在油田开发过程中，油田测试自始至终伴随着油田开发，为油田的高产、稳产提供准确的基础资料。本讲座主要分三部分内容分别介绍：第一部分：工程测井仪器。第二部分：产液剖面的动态监测仪器。第三部分：注入剖面的动态监测仪器。本讲座主要根据上述三部分内容结合我公司现有的仪器介绍它们的测量原理，测量方法以及应用情况。2/6/20232第一章概述在测井作业中，对下套管固井以前进行的测井称裸眼测井。在油井投产后直到报废为止的整个生产过程中，凡采用地球物理测井工艺技术进行井下测量并录取资料的工作，统称生产测井。生产测井内容很多，主要有检查固井质量、检查套管质量、抽油井产液剖面的动态监测、自喷井产液剖面的动态监测、注水井吸水剖面的动态监测以及查串、找漏等。另外，随着油田的进一步开发，老井的挖潜增效工作，越来越紧迫的提到议事日程上来了，为此我公司从美国哈里伯顿公司引进了储层监测仪（RMT）用于对老井区块剩余油的含油饱和度以及相关地质情况进行综合评价。（目前，RMT还未投入使用。）下面就上述几个方面分别介绍。2/6/20233第二章检查固井质量测井

每口井完钻固井后，首先遇到的就是检查固井质量，在上世纪七十年代到八十年中期，主要用声幅/节箍测井仪来测量，由于它只能检查第一界面（即：套管与水泥环之间）的胶结情况，不能反映第二界面（即：水泥环与地层之间）的胶结情况。因此，后来发展成为声波全波列测井，也称声波变密度测井。我公司从美国哈里伯顿公司引进的43mm和83mm两种外径的水泥胶结仪（CBL）就是用来测量第一界面和第二界面水泥胶结情况的。下面将详细介绍。文本文本文本文本文本文本文本2/6/20234§2.1CBL仪器测量原理如图所示：TIITTIRaRbI水泥环套管套管CBL井下仪地层水泥环泥浆声波在第一界面的传播路径声波在第二界面的传播路径电子线路部分2/6/20235注：在上图中：T:表示仪器发射探头。Rn:表示近距离接受探头。Rf:表示远距离接受探头。I:表示隔声体。2/6/20236一.声波的发射与接受

发射探头发射的声脉冲在井内向各个方向传播，其中一束声波穿过泥浆，以临界角入射泥浆与套管界面，进入套管并沿套管滑行，我们称该波为滑行波。滑行波在管内传播时又波动辐射，产生传播方向与套管壁法线成临界角的折射波，产生在特定部位的折射波将到达接受探头并被接受。2/6/20237二.套管信号在传播过程中的幅度衰减情况1.在泥浆内的衰减：在同一直径套管的井中，声波在泥浆中的衰减是常数，声波信号的部分能量将转变为热能。2.跨过泥浆—套管界面的衰减：无论套管是否被水泥胶结，测井过程中跨过泥浆—套管界面的透射波能量接近于常数。3.在套管钢内的衰减：由于套管钢材衰减性质不变，而测井过程中声波在第一界面传播路径不变，因此，信号在套管内的衰减是常数。4.沿套管旁的衰减：滑行波传播时，声波的辐射将部分能量转移到在相邻介质中去，环外的性质及其分布状态对转移量影响很大。当滑行波通过“自由套管”时，能量转移比较小，使记录到的声波幅度较大；在水泥胶结好处，滑行波通过的时候，能量转移很多，所以记录到的声波幅度很小。2/6/20238三.水泥胶结质量的评价指标：相对幅度C与水泥胶结指数BI的确定：C=（目的层段的声幅值÷自由套管段的声幅值）×100%一般地：

C20%(BI0.8)解释为胶结良好。C=20~40%(BI=0.6~0.8)解释为胶结中等。C20%(BI0.6)解释为胶结不好。2/6/20239§2.2声幅曲线的应用现场试验表明，在注入水泥的20~40小时进行固井声幅测井效果最好。声波曲线主要是作对固井质量的定性判断。实际中用于检查固井质量。水泥和套管的胶结情况不同，在固井声幅曲线上的显示也不同。1.水泥面以上曲线幅度最大。2.声幅曲线显示由“自由套管”高幅度向低幅度变化处为水泥面位置（也称水泥返高）。3.在管外水泥胶结良好处，曲线为低值。2/6/202310§2.3声波全波列测井

由于固井声幅测井存在一个重要的缺陷：它只能反映水泥环与套管的胶结情况，而不能反映水泥环与地层的胶结情况。因此，上世纪八十年代中期，在声幅测井的基础上，发展出了声波全波列测井，也叫声波变密度测井。它与声幅测井组合使用，可更多地提供有关水泥胶结情况判断水泥环第二界面的胶结情况。

2/6/202311一、声波全波列测井原理

发射探头发出20kHz的声波信号，该信号穿过井液到达套管、水泥环、地层。各种不同的介质以其不同的特性可引起声波的速度、幅度和频率的变化。近源距和远源距接受探头上述信号分别送到地面。2/6/202312二、全波列声波的波形如图所示：

幅度mV发射声波套管波地层波泥浆波时间（us)2/6/202313三、全波列声波在井中的传播

如上图所示，发射器发射的声波，经过井液后到达套管时，一部分沿着套管传播后，又经过井液被近源距接受探头接受，称为套管波；一部分则透过套管和水泥后，到达地层，并在地层内传播，返回时又透过水泥环和套管、井液后被远源距接受探头接受，称为地层波。2/6/202314四、声波全波列曲线以及VDL图地面将接受的信号，只记录声波波列中首波的幅度，即是声幅测井。记录声波回波的整个波列并显示录相，即为声波全波列测井。将井下仪送来的随时间变化的声波波列，经过电子线路转换，把声波的正半周幅度转换成相应的亮度，波形的负半周不显示（暗光）。显示的宽度和亮度的变化取决于信号的频率和电压幅度。因此，在测井图上形成一条条亮度不同，间距不同的相线。即谓：“声波变密度测井曲线”。简称VDL图。

2/6/202315§2.4CBL井下仪介绍一、概述：我公司从美国哈里伯顿公司引进的水泥胶结组合仪（CBL）主要用于水泥胶结测井，它一次下井可同时测得套管节箍曲线、自然伽玛曲线、中子曲线和声波全波列测井曲线。另外，外径43mm的CBL仪还可用于水平井固井质量的检查。与之相配接的地面测井设备是DDL-III或EXCELL-2000。2/6/202316CBL外形图2/6/202317二、1-11/16``CBL仪器技术性能指标：仪器外径：1-11/16in(4.29cm)仪器长度：277.17in(577.0cm)仪器重量：37.4kg最小井眼尺寸：2.5in耐温：350℉(177℃)耐压：20000psi(1400atm)2/6/202318三、3-1/4``CBL仪器技术性能指标：仪器外径：3-1/4in(8.26cm)仪器长度：269.45in(684.41cm)仪器重量：245Lb(111.1kg)最小井眼尺寸：4in(10.16cm)耐温：350℉(177℃)耐压：20000psi(1400atm)2/6/202319四、CBL仪的特点：CBL-VDL方法能说明第一界面及第二界面的胶结情况，还能估算水泥抗压强度值，这些与声幅相比，都是明显的进步。但是CBL-VDL方法并没有完全克服声波测井方法的缺点，纵向分辨率并没有提高，对水泥在套管外分布的方位无法识别，对第二界面的识别还只是定性的、粗略的。因此，上世纪九十年代中期我公司从美国哈里伯顿公司引进了脉冲回声仪（PET）来解决上述问题。2/6/202320§2.5PET测井仪介绍

绪论脉冲回声仪（PET）是用来检查套管质量状况及评价水泥胶结情况的新一代测井仪器，它测得的井下套管参数及水泥胶结评价结果具有精度高、可靠性强、重复性好等优点。由于采用处理数字化、井下仪器微机化以及混合式微电子线路等手段，使得在水泥胶结评价方面比CBL仪具有明显优点。目前，仪器配接在EXECLL-2000地面测井设备上。2/6/202321一、PET的结构及工作原理2/6/202322PET外形图2/6/2023231.

仪器结构特征：如图所示，PET有八个换能器，每个换能器既是发射器又是接受器。八个换能器互成45度角螺旋式排列。每个换能器用高压激发增益放大器发射出超声波，并对反射回来的超声波进行高速数字化，同时把数据送到地面进一步处理。该仪器还组合了重力加速度计，用于测量井斜及相对方位。还组合了磁定位仪和自然伽玛仪，用于校深。2/6/2023242.

测量原理：

每个换能器发射频率为450kHz段脉冲超声波，该超声波垂直入射到套管内壁，大部分由套管与接触面反射回换能器，这样就可测得套管内径大小。另有一小部分超声波能折射进入套管壁，并在其中来回反射。在套管与水泥环接触面上的每一次反射，都有部分能量向外传播。套管壁厚决定了在套管内回波的传播时间，因此，测得了套管壁厚。另外，由于仪器可探测到套管外壁与水泥环界面上的信号，乃至能接受到水泥环与地层分界面上的信号，可估算出水泥环的声阻抗数值，并根据水泥声阻抗与抗压强度的实验关系，还可对水泥环与地层的胶结情况作一些估价。2/6/2023253.

应用：PET测井提供的井下信息参数可分为二类：⑴套管质量显示：套管厚度套管椭圆度井斜及相对方位声波节箍曲线磁性节箍曲线自然伽玛曲线⑵水泥胶结显示：水泥胶结成果图泥浆传播速率（us/ft）2/6/202326⑵

水泥胶结显示：水泥胶结成果图泥浆传播速率（us/ft）平均内径仪器居中度2/6/2023273.

PET与CBL测量特性比较：

CBL仪器纵向分辨力差，对仪器偏心很敏感，对微环空敏感。而PET对微环空和仪器偏心均CBL不敏感，它可准确给出窜槽位置和宽度，纵向分辨力强，可全面评价水泥胶结及套管质量状况。2/6/202328第三章

检查套管质量

套管质量目前有很多种方法，新疆油田常用的方法有二类。即：井径测量法（多臂井径仪）、超声波测量法（PET,CAST）,下面将分别介绍。2/6/202329§3.1多臂井径检查套管内径

目前，我公司引进的多臂井径有两种，它们主要应用于检查套管内壁的损伤、腐蚀、穿漏以及套管变形，还可以精确地检查射孔质量，下面分别介绍。2/6/202330一、3-5/8″MAC-B四十臂井径仪

该仪器在圆周上均匀分布有四十个探测臂，一次下井可测得套管的最小内径及剩余臂厚的变化曲线。它是由美国哈里伯顿公司生产专门配接于DDL-III地面测井设备上工作的。2/6/202331MAC外形图2/6/202332MAC仪器技术性能指标：

外径：3-5/8in(9.21cm)长度：56.75in(144.15cm)重量：83lb(37.73)耐温：350℉(177℃)耐压：10000psi(680atm)测量范围：4~7inOD(10.16~17.78cm)灵敏度：0.05in(1.27mm)2/6/202333二、3-5/8″MSC多探头井径仪

该仪器是由美国康普乐（COMPUTALOG）公司生产，专门配接于AT+地面测井设备上，用于检查内壁状况以及精确检查射孔质量的一种成像仪器。2/6/2023341.MSC仪器结构与原理

2/6/202335MSC仪外形图2/6/202336MSC仪器测量原理：

如图所示，该仪器在圆周上均匀分布着四十个探测臂，每个探测臂带动一个高灵敏度LVDT传感器，当仪器在井下测量时，四十个LVDT传感器将套管内壁上微弱的井径变化信号，经电子线路数字化处理后，实时地送到地面。地面计算机将井下送来的四十道信号，还原成四十条测井曲线。此外，还可根据用户的要求出据某一目的井段的成像图。2/6/2023372.MSC仪器技术性能指标：

外径：3-5/8in(9.21cm)长度：56.75in(144.15cm)重量：83lb(37.73kg)耐温：350℉(177℃)耐压：20000psi(137.9Mpa)测量范围：3.63~7.06inOD(92.1~179.3mm)灵敏度：0.01in(0.25mm)准确度：0.01in(0.25mm)图象解析度：1:20482/6/2023383.MSC仪测井成果曲线图

2/6/2023394.MSC仪测井成像图

2/6/202340§3.2井下超声电视测井仪（CAST）

井下超声电视测井是利用超声波的传播特性和井壁（或套管内壁）对超声波的反射特性来研究井身剖面的。在裸眼井、中可拍摄碳酸岩等坚硬地层井壁的照片，了解岩石缝洞分布情况；在套管井中，可以拍摄套管内壁的照片，了解射孔或由于施工、腐蚀、地应力作用等造成的套管损坏情况，为井的施工修理提供资料。它的资料直观，便于分析判断，是详查井壁状况及原因的手段。它常与多臂井径仪器配合使用。2/6/202341一、仪器结构及测量原理：

我公司引进的CAST是由美国哈里伯顿公司生产专门配接于EXECLL-2000地面测井设备上工作的。该仪器底部有二个互为180度角的超声波换能器，安装在一个旋转探头上。测量时，换能器产生超声波垂直入射井壁，然后换能器接受反射回波。反射回波的强度与井中液体及井壁介质有关。即：井壁状况控制回波强弱。当井壁完整无缺时回波强，荧光屏为亮点；当井壁有缝洞缺陷时回波弱，荧光屏为暗点。旋转探头对井壁进行水平扫描，每转一周，即环视井壁一次，在荧光屏上扫描为一条线，井壁状况将以明暗显示出来。移动探头在水平扫描的同时进行垂直扫描，在荧光屏上即可显示出反映井壁的图象。2/6/202342CAST外形图2/6/202343二、仪器性能技术指标：

外径：3.375in(8.57cm)长度：156in(396.0cm)重量：251Lbs(113.8kg)耐温：400℉（204℃）耐压：20000psi(137.9Mpa)测量范围：4~17inOD(10.2~43.2cm外径)灵敏度：0.8%(0.2us)精度：3%(0.6us)2/6/202344第四章产出剖面的动态监测

产出剖面的动态监测分抽油井产出剖面的动态监测和自喷井产出剖面的动态监测。目前，我公司现有用于抽油井产出剖面的动态监测的仪器有JS92-V型环空组合仪、1″PL五参数环空组合仪、1″金属伞流量/含水组合仪等。用于自喷井产出剖面的动态监测的仪器有1-7/16″PL七参数组合仪、1-11/16″Sondex-PL组合仪。下面我着重介绍我公司最新引进的1-11/16″Sondex-PL组合仪。2/6/202345§4.1Sondex-PL组合仪简介

该组合仪是我公司与2000年从美国哈里伯顿公司引进的，与EXECLL-2000地面测井设备相配接，既可用于垂直井又可用于水平井产出剖面的动态监测的仪器。该组合仪多种仪器组合而成，一次下井可同时井下测得八个参数，它们分别是压力、井温、张力、伽玛、X-Y井径、流体密度、持气率、全井眼流量。当仪器在垂直井中测量时可根据需要选择相应的仪器。

2/6/202346§4.2Sondex-PL组合仪结构特点

一、该组合仪改进了以往常规仪器的井温仪和压力仪，采用高分辨率的温度探头和高灵敏度的石英压力计，大大提高了测量准确度。二、该组合仪增加了持气率仪，可准确的探测出油井产出物中气的含量，为三相流解释提供了准确的基本数据。三、该组合仪应用了笼式全井眼流量计，这种流量计在通过油管下井过程中，它的涡轮叶片是收拢的，到达目的井段后自动张开，进行全井眼测量。另外，它采用目前国际上较为先进的霍尔（Hall）传感器来感应流量的变化，相比于以往的中心流量计来说，测量精确度将有所提高。2/6/202347Sondex-PLT连接图2/6/202348Sondex-PLT组合仪外形图2/6/202349Sondex-PLT测井曲线2/6/202350§4.3仪器性能技术指标：

一、石英压力计：耐温：350℉(177℃)耐压：16000psia漂移量：<3psi/年测量范围：0~16000psia准确度：0.02%FS(在16000psi标准压力下偏差3.2psi)分辨率：0.001psi2/6/202351二、井温仪

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：0~350℉准确度：0.5℃分辨率：0.003C响应时间：0.5秒2/6/202352三、张力计

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：+1800kg(拉力)~-600kg(推力)准确度：5kg分辨率：0.4%2/6/202353四、伽玛仪

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：0~4000API准确度：10API分辨率：1API2/6/202354五、流体密度仪

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：0~1.3gr/cc准确度：0.03gr/cc分辨率：0.01gr/cc2/6/202355六、持气率仪

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：在2.9~9.9in套管中0~100%持气率准确度：3%分辨率：1%2/6/202356七、X-Y井径仪

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：2-7/8″~9-5/8″套管准确度：0.1″分辨率：0.015″2/6/202357八、全井眼流量计

耐温：350℉(177℃)耐压：15000psi测量范围：5-1/2″和7″套管启动排量：1.7ft/min最大流体速度：500ft/min2/6/202358第五章注入剖面的动态监测

目前，对注入剖面的动态监测各油田普遍采用的测井方法有二种。即放射性同位素示踪法和连续流量计测量法。我公司对于注入剖面的动态监测根据用户的需要，采用引进的PLT组合仪和国产的XZ138吸水剖面组合仪来测量，或者采用放射性同位素示踪法和连续流量计测量法并测的方法。下面就放射性同位素示踪测井作专门介绍。

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放射性同位素示踪测井

§5.1概述

放射性同位素测井，是利用人工放射性同位素作为示踪剂研究和观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法。施工时向井内注入被放射性同位素活化的溶液或固体悬浮物，并将其压入管外信道或进入地层或滤积在射孔孔道附近的地层面上，在此前后分别进行伽玛测井，称之为Jr1和Jr2。对比这两条曲线，就能知道注入的示踪剂沿井剖面的分布，从而解决与示踪过程有关的各种问题。

2/6/202360§5.2同位素的选择：

以前较常用的同位素有Ba(131)或(13