生产测井课后习题及答案1

1.流量计进行单向流的解释(3种情况的使用条件及方法)

逆流单次测量及相对流量解释方法：

(1)测量方法

在已知井口总流量的前提下，以稳定的电缆速度逆流测量一条涡

轮转速曲线，根据曲线的相对变化估计出各解释层的相对流量。该方

法适用于确定注水井内单相流体的注入剖面，也可用于油水两相中有

一相含量很低而且粘度变化不大的的井中测量。但是，在多相流中，

油，气和水的密度和粘度变化较大，RPS与V/的响应关系比单相流中

的要复杂的多。

(2)基本原理

首先建立一个坐标系，横坐标为电缆速度，纵坐标为涡轮速度。仪

器逆流测量对应的动态响应方程为：

7?/况,=与(匕+。一|叫),(匕+。一％|>0),衣25>0,涡轮正转(1-1)

RPS厂涡轮正转时，涡轮转速；仪器常数；

匕-电缆速度；u/-流体流速；|叫-涡轮启动速度值。

假设流体的性质(主要是粘度和密度)不变或变化不大，并记零流量

层转速为RPS。，根据逆流测量时涡轮流量计的响应方程(1),有：

RPS。=&(%-m/)(1-2)

RPS-RPS()=kvf(1-3-1)

假设流道截面积不变，贝hi=0/(4g),这里。是流量，A是管道截面

积，G，是速度剖面的校正系数，有：

RPS—RPSQ=HE(1-3-2)

记所有解释层以上总流量为。侬，相应的涡轮转速计为RPSM,那么：

RPSm-RPS°=kx第(1-4)

ACV

在i-1个和第，个注入层之间的稳定流动井段内绝对流量为2:

RPS「RPS°=3Qj

A-Cv

相对流量表示为：

Q,=RPS「RPS°(1-6-1)

QmRPS10n—RPS0

变形后：

一RPS「RPS,(1-6-2)

"RPSino-RPSo

式(1-6-2)中的比值项称为相对流量，该式是相对流量解释法的基

本关系式。各层的注入(或产出)量可按照递减法得出，例如第1层

的绝对注入(或产出)量为e,_,-e,o以上是在流道的截面积不变的条

件下讨论的，如果流道的截面积有变化，需要进行校正。

(3)解释步骤

相对流量解释法最关键的问题就是确定出零流量层(流体不流动

的层段，通常是指所有射孔层以下的静液柱)和全流量层(位于所有

射孔层之上)的涡轮转速，然后用内插法确定出每一个注入层的相对

流量。其解释步骤为：

第一，确定零流量层转速RPSo；

第二，确定总流量层的涡轮转速RPS回；

第三，计算每个注入层上方和下方的相对流量，计算单层绝对

注入流量或产出流量。

2.逆流，顺流两次测量及曲线重叠解释方法

(1)测量方法

该方法分别用连续式流量计顺流测量一次，逆流测量一次，并且

保证顺流测量时涡轮反转，将两次测量的涡轮转速曲线在零流量层重

合。由于重合后的上下测量曲线之间的幅度差与流速成正比，可以根

据曲线间的幅度差判断流量。该方法适用于注入井，也适用于生产井；

适用于单相流动，也适用于多相流动。粘度变化时，两条曲线的读数

发生偏移，但偏移量和偏移方向相同，因此，两条曲线间的幅度差不

受粘度的影响，而只体现速度的大小。可以根据两条曲线的中心线的

偏移判断粘度的变化。当中心线向右偏移，表明粘度减小，中心线向

左偏移，表明粘度增大。

基本原理：

以注水井为例，上测时，有涡轮正转响应：

火尸5'=心(»+。-除|)(2-1)

那么上测时，某测点测量的涡轮转速曲线相对于零流量层测量的涡轮

转速曲线的幅度差为：

MPSJ=h0/+匕一|叫)—勺,(匕一|叫)|=h"(2-2)

同理，下测时，有涡轮反转响应：

RPS“=%(匕+。+麻|)(2-3)

那么下测曲线相对于零流量层的幅度差|A/?PS』为：

1△RPS“|=\k„(vf+vl+叫)-幻(匕+卜M)卜-(2-4)

将两条测量曲线平移，使上下测量的RPS曲线在零流量层重合，平移

后两条曲线的幅度差|A/?PS|为：

\^RPS\=|2y?PS„|+\^RPSp\=\knvf\+\kpVf\=(kn+kp^f\(2-5)

变形得到视流体速度v/的值：

W|=|ARPS|/的,+3)(2-6)

因此，以任意电缆速度逆流和顺流(涡轮反转)测量得到的涡轮

转速曲线，并使其在零流量层重叠，便可求得V/的值，从而确定流量。

(2)解释步骤

采用逆流，顺流两次测量方法最终确定流量一般可以分为以下几

步：

第一，选定一个层段用多次测量最小二乘法确定响应斜率与生；

第二，根据式(2-6)确定视流体速度，如果是涡轮转速曲线幅

度波动比较大，采用幅度平均法取值；

第三，确定流量。如果已知总流量且响应斜率和速度剖面校正因

子不变，可以采用下式确定流量：

-=Sxioo%(2-7)

式中，分别为第i层和全流量层的流量；

1△RPSllARPSi。。卜分别为第i层和全流量层逆流和顺流两次测量曲

线的幅度差。

⑶多次测量及解释方法

逆流单次测量法及其相对流量解释法方便简单，不需要现场刻

度，但却因此导致其精度低，适用范围小，不能校正粘度的影响，局

限于粘度变化不大的井内测量；尽管逆流，顺流两次测量及其重叠法

可以校正粘度的影响，但它没有充分利用测点处的现场刻度线的性

质，因而当测点处的流体性质和零流量层的流体性质相差较大时，其

解释精度也会受到限制。在以上方法的基础上，产生了多次测量的方

法，它是目前国内外应用较多的方法。以下以涡轮正转情况为例进行

说明，涡轮反转情况方法类似。

1）测量方法

该方法要求在测井时分别用至少三个以上不同的电缆速度进行

顺流或逆流测量，获取涡轮正转或反转方向的转速资料，然后采用最

小二乘法拟合出测点的现场刻度曲线，它充分利用了流量计对测点处

流体的响应特点，克服了流体性质差异造成的刻度线斜率及涡轮启动

速度的变化对精度的影响。

2）基本原理

根据涡轮正转响应方程式：

RPSp=^（v1+v/-|v/A|）,（vl+v/-|v,ft|>0）,RPS>0,涡轮正转

以及：

匕<0,且（W+oT%|）>0,那么RPS>0,涡轮正转，

RPSp=酊（匕+。-|叫）

可以得到：

RPS『%*+仁一|%|)=kp%+bp(3-1)

其中，2=%*厂|叫）。如果用两个不同的电缆速度小，心逆流通

过测点得到两个涡轮转速RPS-APS2并代入式（3-1）,可以求得与和

与（表示涡轮正转响应线截距X确定与，勺后，就可以根据式（3-1）

确定视流体速度V/。

由于粘度及上下测涡轮的非对称性影响，实际应用中，为了提高

求解精度，常采用至少三次以上的不同电缆速度进行上测或下测，然

后采用最小二乘法确定与，与。这一方法在粘度和流型变化较大的多

相流中尤为实用。

3）解释方法

拟合出了涡轮流量计在某测点的现场刻度曲线后，还需确定视流体速

度勺和启动速度”。按确定视流体速度和启动速度的解释方法不同。

多次测量法的解释有斜率截距法，启动速度比值法和正反转混合测量

最小二乘法。

实例分析（以气水两相为例）：

气水两相流解释主要通过三张解释图版完成，气水流动速度校正模数选择图

版，气水流动速度剖面校正系数与持水率的关系图版，气水流动表观速度与持水

率的关系图版。

已知：yw=O.65,CPS=16,Va=39.8ft/min.

解：1.把yw=0.65,CPS=16代入气水流动速度校正模数选择图版，该点在0

和14.2中间，水的表观速度选为0；

2.由yw=0.65,水的表观速度选为0,根据气水流动速度剖面校正系数与持

水率的关系图版，得Va/Vm=l.55,Vm=25.7;

把yw=0.65,Vm=25.7代入气水流动表观速度与持水率的关系图版，用内插方法

得

Rw-RJI子,X14.2=10.7ft/min

lg37-lg8.4

T；sg=25.7-10.7=15ft/min

3.计算管子常数Pc

11

P=(7^-0.2541]=[7^x4.8922-0.254]=33.025bbl/d-(ft/min)

c44

4.计算Qw,Qg

Qw=33.025x10.7=353bbl/d

Qg=33.025x15=496kft3/d

3.产出剖面放射性失踪以及沾污校正

油管外壁沾污与套管内壁沾污不易分辨，一般认为套管内壁腐蚀

远比油管外壁腐蚀程度严重。所以在非射孔层位处，凡是示踪曲线幅

度出现大段缓慢抬高，时间推移示踪曲线上幅度下降缓慢，则认为是

套管内壁沾污，消除沾污校正系数为0.32。

在示踪剂测井解释叠合图上，只要把注水层位有关的基线与示踪

曲线包络“校正面积”乘以相应的校正系数就等于注水层部位‘沾污

面积"。

(1)沾污校正解释模型的建立

将沾污面积换算成校正面积之后，还必须按照各小层真实的注水

能力，将其分配到各注水层位上。根据示踪在井下各注水层的分配原

理可知，示踪剂在井下开始分配之前的沾污并不影响资料解释结果。

开始分配后，注水管柱及井下工具处存在的示踪剂沾污，破坏了地层

的吸水量与同位素滤积量及放射性强度三者之间的正比关系，从而影

响解释精度。要提高解释精度，必须对校正过的沾污面积进行归位计

算。

(2)放射性沾污校正步骤：

①绘制自然伽马基线-示踪测井曲线叠合图。测井曲线叠合时，

除非是判断油管内有与注水无关的沾污对其进行平行移动之外，一般

不应进行移动和手工扣除，因为大多数示踪曲线包围的“异常面积"

都可能与注水有关。

②划分注水层并计算异常面积。

③划分示踪曲线沾污井段，分段计算沾污面积。

④判断沾污类型，进行消除沾污面积校正。

⑤计算注水总面积。注水总面积等于各注水层异常面积之和加上

校正后的沾污面积之和。

⑥对各段消除沾污的面积进行归位，计算出校正后的分层注水面

积。

⑦计算分层相对注水量和绝对注水量。

此外，为精确测量同位素示踪污染位置及污染量，提高核示踪同位素

注入剖面解释成果的可靠性，研究利用核示踪同位素位置灵敏探测技

术进行测井的可行性，即示踪Y能谱测井技术。这种技术可以解决同

位素污染类型（特别是组合污染）识别及其污染量的计算方法。

4工程测井中，总结套损的原因

套损主要原因：地质因素，工程技术因素，开发方式因素。

（1）地质因素

①油层压实

油层压实是导致套管损坏的重要因素，在高压异常油气层尤为明

显。高压异常油气层往往是长久压实的，同一深度上的空隙度和渗透

率比正常压实的油气层要高。但随着油气的不断采出，油层压力大幅

度下降，原来由空隙中液体承受的上覆岩层载荷转加给了沉积岩，使

粒间压力增加，油层压实变形。从而使上覆岩层载荷作用到套管上，

使得套管轴向应力和应变增加，导致套管损坏。

②断层

由于原始地层压力的降低和水的侵蚀，破坏了断层结构力的相对

静止状态，造成断层蠕动，且断层上、下盘往往会发生滑动位移，对

穿过断层的套管造成剪切，使得套管变形损坏。

③地震

现代地壳的升降运动（尤其是地震）可以造成套管损坏。地震时，

地层出现高频抖动的水平位移和上下剧烈的颠簸，可能产生新的构造

断层和裂缝，或使原来的构造断层和裂缝活化，往往会使套管遭受严

重的剪切和挤压伸缩而损坏。一般情况下，地震导致的套管损坏过程

是间接的，即地震后岩层产生蠕变，在断裂带作缓慢的水平运动，地

层中的水通过断裂带或因固井质量差的层段进入泥岩。泥岩吸水膨胀

或因应力不均导致套管损坏。

④油井出砂

在油井开采过程中，疏松砂岩的细、粉砂粒流入油水井内，使得

位于出砂层段的套管或衬管附近形成空洞和坑道。当上覆地层压实和

地层压力下降时，周围岩石的应力平衡遭到破坏，空洞上已卸载岩石

就可能坍塌，导致对套管的挤压引起套损。这是引起常规稠油疏松砂

岩油藏中套管损坏的主要原因。

(2)工程技术因素

①固井质量

固井质量存在的问题首先是套管外水泥返高不够，固井时水泥浆

返不到地面,卸下顶联接后，套管下沉而变形。其次是封固段质量差,

引起注入水窜入泥岩层，使得泥岩膨胀,挤压套管导致套损。另外固

井泥浆候凝时放热不均匀，产生不均衡轴向应力，使套管变形破裂。

②套管质量

油田发生套管质量问题较为严重，由于套管质量问题而造成报

废的油井，历年来已累计达上千口。

③井眼不规则

井眼不规则造成套管弯曲，影响固井和封井质量。加上高压注水、

断层和井下作业等原因，易使套管变形破裂。

④射孔作业不当

射孔时由于选择的射孔枪型号与套管壁厚配合不当，或由于套管

材质的屈服强度和张力强度过高，套管往往被具有很高穿透力的射孔

弹撕裂或震裂。对多口射孔井的调查表明，任何等级的套管射孔后其

射孔段都有不同程度的损坏，一部分是射孔本身造成的；一部分是由

于射孔后降低了套管的抗挤压强度而造成的。

(3)开发方式因素

①注入水引起套管变形

油层注水后,油层孔隙压力普遍提高，特别是高压注水以后，出

现了一系列新的问题，如岩体移动等造成了套管的损坏，直接影响了

油田的正常生产。注水使地应力集中于井壁上,引起套管变形,此种情

况变形一般呈椭圆形。注水压力减小了岩石的抗剪切强度，增加了注

采压差，使岩石受剪切而破裂。破裂地层在注采压差推动下，从注水

井向采油井方向滑动，处于滑动地层中的套管被推挤变形，这类变形

一般为弯曲变形。注水压力减小岩石的摩擦角，使倾斜的地层易滑动，

致使套管发生变形。注水使泥岩体积膨胀，产生体积力。该力会通过

孔眼释放，在非射孔段，围岩很难压缩，泥岩吸水膨胀，体积力的释

放可能将套管挤压变形，多表现为缩径变形。

②井下作业措施不当

油田开发过程中的增产增注措施不当可造成套管损坏。在低渗透

油藏中，由于压裂作业使套管受内压而损坏。注水井在注水及压裂作

业时，注水压差作用在套管内壁上，放喷时，放喷压差又作用在套管

外壁上，如此反复使套管变形破裂。

③腐蚀引起套管损坏

尽管用于套管的钢材是优质合金钢，但在油田生产过程中，套管

长期浸泡在井液中，在土壤、地层水、泥浆、油和气的长期作用下，

仍会产生腐蚀，在特定条件下，腐蚀还是引起套损的主要因素。

此外，注蒸汽开采稠油，也是引起套损的一个因素。注蒸汽时，

套管、水泥环因热胀冷缩受到影响而损坏。

5电磁探伤仪器的原理和应用

(1)原理：

电磁探伤仪的基本理论是法拉第电磁感应定律。给发射线圈供

一直流脉冲，接收线圈记录一随时间变化的感应电动势。接收线圈产

生随时间变化的感应电动势£:

E=SdB/dtd(p=dSxB

其中：S=S1N<

式中：£感应电动势；S线圈面积；S1单一线圈

面积；N-一线圈匝数；K——磁常数；B——磁场强度；(p——磁

通量。

°当钢管(油套管)厚度变化或存在缺陷时，感应电动势£将发生

变化，通过分析和计算，在单套、双套管柱结构下，可判断管柱的裂

缝和孔洞，得到管柱的壁厚。

1、单层管柱结构

在单层管柱结构下，感应电动势£函数表达式为：

s1=f(T1,p1,51,D,tc)

式中：T1——套管厚度；p1——套管磁导率；51——套管电

导率;D一一套管外径；tc一—井内温度。

(1)套管因射孔、腐蚀、机械加工和撞击等原因造成套管磁导率

M1和电导率b1等参数发生改变，E1幅度值减小，由其计算的厚度

值随之减小。

(2)套管存在裂缝、挫断和孔洞时，导磁介质缺损，发生在套管

上的感生电流减小，E1的幅度值减小，由其计算出的厚度值随之减

小。根据其幅度值，可评价套管的破损程度，指出破损处是否还有铁

磁介质存在。

(3)套管在缩径或扩径的情况下，套管壁相对探头在几何位置上

发生了变化，£1的幅度值相应地增加或减小，在没有损伤的情况下，

套管厚度没有变化，反之套管厚度值小。

2、双层管柱

在双层管柱(油管、套管)时，感应电动势的函数表达式为：

E2=f(T1,T2,p1,81,82,D1,02,tc,EX)

式中各参数如前，下标2代表油管，EX为内、外管相对位置几何

校正系数。

在正常情况下，钢管磁导率|J，电导率b，外径屏口井内温度tc

都已知，只有钢管壁厚未知。因此，测得感应电动势£1、E2时，将

方程联立求解就可以得到内、外管壁厚度T1、T2O

(2)应用

(1)MAK电磁探伤测井仪可检测仪器外两层钢管的损坏情况，

包括裂缝(纵缝、横缝)、腐蚀、射孔、内外管的厚度等项目。

(2)MA何•在油管中测量套管的壁厚变化及损坏，节省了检查

套管情况时起、下油管的作业费用，这一特点使得对油、水井井身结

构损坏进行普查成为可能。

(3)MA£则井作为一种可为油、水井井身结构做“时间推移测

井”的方法，对及时发现井身结构的变形、控制损坏的进一步发生将

发挥重要的作用。

(4)MAK仪器的小外径使测井的成功率大大提高。

6.水淹层水淹后五行、测井响应储层特性的

变化规律

(1)自然电位：水淹后自然电位曲线幅度较之前减小，且部分

渗透层出现泥岩基线偏移。主要原因是油田长期注水，往往又是污水

回注，注入水在油层内渗流逐渐驱替孔隙内的油，使得各层段内注入

水与原生地层水混合，即混合水趋于淡化最终接近注入水电阻率.混

合水电阻率的变化导致泥浆滤液电阻率和混合水电阻率的比值减小，

使得自然电位测井幅度降低。

(2)声波时差、自然伽马及深浅侧向电阻率：声波时差测井测

量的是地层纵波沿井壁的传播速度，主要反映储层孔隙度变化；自然

伽马测井测量的是地层中天然放射性的强度，主要反映储层岩性及储

层泥质含量的变化。注入水长期冲刷储层，会带走很少量孔隙空间内

的细粒物质，这对整个储层泥质含量(泥质质量分数)影响不大。

(3)微电极：水淹后微电极电阻率测井幅度及幅度差都降低，

水淹程度越高，电阻率下降幅度越大。

(4)电阻率曲线：电位曲线水淹后整体幅度减小，特别在含油

性和物性都较好的高电阻率层段尤为明显。底部梯度电阻率测井曲线

在高阻层底界面显示电阻率极大值.水淹后测井响应的主要变化是电

阻率曲线幅度降低，高阻层底界面电阻率极大值深度位置上移及曲线

光滑程度增加。其原因是注入水驱替孔隙空间内的油可增强岩石的导

电能力，导致电阻率测井响应幅度降低.对于电测曲线幅值较低的差

油层，由于岩性细、孔渗性差，吸水能力不强，水淹程度低，水淹前

后电阻率幅度值变化不明显。，储层渗透性越好的层段，水淹就越严

重，自然电位曲线和电阻率曲线的幅度下降程度则越大。

(5)地层水矿化度与电阻率的变化：边外注水开发和盐水注水

开发油田，其产层的地层水矿化度和电阻率的变化不大。

对于淡水注入开发油田，水淹后由于注入水驱替了油层中的可动

油和可动水所占空隙的一部分，从而使水淹层的孔隙水变为注入水和

束缚水的混合物。然后根据饱和度和电阻率的关系式，当注入水的电

阻率大于地层水的电阻率时，一开始随着注入水进入岩石，岩石的电

阻率是下降的，但随着地层含水总饱和度的增加，地层的电阻率又对

于淡水注入开发油田，水淹后由于注入水驱替了油层中的可动油和可

动水所占空隙的一部分，从而使水淹层的孔隙水变为注入水和束缚水

的混合物。然后根据饱和度和电阻率的关系式，当注入水的电阻率大

于地层水的电阻率时，一开始随着注入水进入岩石，岩石的电阻率是

下降的，但随着地层含水总饱和度的增加，地层的电阻率又开始缓慢

的下降；当地层含水总饱和度达到一定的程度，淡化水的电阻率其主

要作用时又开始上升。

(6)粘土、润湿性、孔隙结构等微观特征与测井与测井响应的

变化

水淹后油层的粘土矿物组分和含量会发生变化，粘土含量整体下

降，蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石、伊蒙间层、绿蒙间层等的相

对比例也会发生变化。这与各类粘土矿物的分布形式有关。润湿性经

过长期水驱一般向着脱附方向变化，即一般向着亲水方向变化。相应

的，孔隙结构会发生变化，一般由复杂向简单变化。

7.c/o＞脉冲中子、伽马能谱饱和度原理和

步骤、

(1)利用(70比和Si/Ca比计算水淹层的剩余油饱和度的公式为：

C/O+k.xSi/Ca-W.

So=-----------4-----------------L

Dc,o

式中A,。一为纯油层、纯水层的00比值的差值，它为孔隙度的

函数：Dc/0=0.6""；

c/o一目的层的c/o比值；

Si/Ca一目的层的Si/。比值；

%—C/0比和Si/Ca比交会图上水线在C/0轴上的截距；

勺一00比和Si/Ca比交会图上水线的斜率；

公式的基础是00比和Si比交会图，如图3-15所示。该图是

ATLAS公司利用测井仪器测量实验室中充满淡水和油的砂岩、灰岩、

白云岩而建立的。该公式假设所有的水线都落在一条直线上。且其余

混合岩性的岩石都落在两种岩石点的连线上。

勺和以参数的影响对特定的地区，一般用多个水层的00和

Si/Ca比点在(70和Si/Ca交会图上然后采用拟合的方法找出水线，

确定《和必值，勺和忆的误差会引起计算的含油饱和度的误差。

(2)脉冲中子衰减能谱测井

1.非弹性散射伽马射线测量

本仪器测量地层中阳离子和氧产生的伽马射线，其比值称为

CATQCAT0是(70类型的阳离子与氧的比率测量方法，它采用的不

是碳与氧的比率(C/Q,而是扣除氧的非弹性散射后所有伽马射线与

氧的非弹性伽马射线的比率。，它与含水饱和度有关，对矿化度变化

不敏感，可以用来区分淡水与石油。非弹性测量使用了多个非弹性和

多个俘获能窗，如第4道(高于4.5NV)测量的是氧的6.13MV全

能峰及5.62收V,5.11收V两个湮灭逃逸峰；第0道(高于I05收V)

测量的是所有常见的地层元素在该能级产生的非弹性散射伽马射线，

即‘阳离子”与氧的计数率之和。数据经过综合可以给出总的非弹性

计数率(IRAI)、经过本底校正的非弹性计数率(IWE)、氧计数率

(CRAS)、经过本底校正的氧计数率(CRATE),碳计数率(QI)、硅计数

率(SII)、钙计数率(OM)。IRAI与CRAS的比值(CATQ与00的反应

大体一致，但对油更加敏感，受岩性影响更小。

利用W0计算含水饱和度的方法与C/0比类似。

对于砂岩地层：

C4TQ-1.25吊e盘i依

w一(—0.7+0)—1.25/e2.3u归

对于灰岩地层：

_CAT。,—1.509尸/2%。

W-(-1/+.)_].509/^2206纥

式中CATS一经泥质校正后的OTQ

用，片一分别为砂岩和灰岩地层的套管影响因素，与套管特性有

关，通常取1.1;

。一有效孔隙度；

C一计算常数。

利用第0能量道计数IRATE(即第0道减去本底的计数)，可以得

到简化的密度孔隙度公式：

IPHIg)=Cin(IRATE)+D

式中，C与D皆为公式转化常数。

3.俘获伽马射线测量

俘获伽马射线在中子脉冲发射的稍后出现，仪器测量几乎以指数

形式进行的高能中子衰减，在第0能量道设置16个时间窗口，通过

对时间窗口俘获伽马射线的分析，可计算俘获截面乏。通常在高于

25000ng/L子孔隙度(过套管和油管)。的地层水矿化度条件下进行

俘获测量，用于确定含水饱和度和中利用俘获伽马计算含水饱和度的

方法与中子寿命测井类似。

q_8-Il-DIL-况