補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響分析

趙太平，劉天定，王秀明

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司監(jiān)督處，陜西西安710018）

補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響分析

趙太平1，2，劉天定1，2，王秀明3

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司監(jiān)督處，陜西西安710018）

測(cè)井過(guò)程中，補(bǔ)償密度測(cè)井曲線容易出現(xiàn)測(cè)量值偏高的問(wèn)題，這種現(xiàn)象與儀器刻度有很大關(guān)系?；谘a(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度原理，闡述了刻度圖版雙脊雙肋圖的成因。給出了補(bǔ)償密度測(cè)井和刻度的基本方程，通過(guò)3組現(xiàn)場(chǎng)刻度數(shù)據(jù)，對(duì)4點(diǎn)刻度進(jìn)行了理論計(jì)算。分析了刻度過(guò)程中長(zhǎng)、短源距計(jì)數(shù)率變化對(duì)脊肋圖的影響及計(jì)數(shù)率變化對(duì)密度測(cè)井值的影響。指出低密度鎂塊中計(jì)數(shù)率增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的脊角增加；而高密度鋁塊中計(jì)數(shù)率增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的脊角減?。磺以阡X塊中計(jì)數(shù)率的微小增加，對(duì)脊角的影響很大。理論計(jì)算可知，鋁塊中長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率增加1個(gè)，灰?guī)r中密度測(cè)井值偏大0.032 g／cm3。儀器的歷史刻度都具有關(guān)聯(lián)性和可對(duì)比性，儀器工程師應(yīng)關(guān)注儀器所有的歷史刻度，以獲得準(zhǔn)確的刻度值。

補(bǔ)償密度測(cè)井；刻度；脊肋圖版；測(cè)井響應(yīng)；計(jì)數(shù)率；脊角

0 引 言

巖石密度值是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要特征參數(shù)之一，尤其在低滲透率致密油氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)中，密度測(cè)井曲線對(duì)確定地層巖性、計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度、識(shí)別油氣層以及確定有效儲(chǔ)層下限方面具有其他測(cè)井曲線不可替代的作用［1］?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)井工作中發(fā)現(xiàn)，密度測(cè)井曲線容易出現(xiàn)測(cè)量值偏高，曲線數(shù)值不符合地區(qū)巖性規(guī)律的問(wèn)題，且密度測(cè)井儀器的維修工作大都集中在密度測(cè)量值偏高的問(wèn)題上［2－3］?，F(xiàn)場(chǎng)采集資料分析表明［4－5］，測(cè)井過(guò)程中密度測(cè)井曲線的偏高與儀器硬件及采集本身的關(guān)聯(lián)度并不高，而儀器刻度是造成密度測(cè)井值不正常的最主要原因。本文擬從3組真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)刻度出發(fā)，系統(tǒng)分析補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響。

1 補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度

為減小井徑變化和泥餅的影響，補(bǔ)償密度測(cè)井儀器采用源距不同的2個(gè)探測(cè)器，并且γ源和探測(cè)器都裝在滑板上，貼井壁進(jìn)行測(cè)量。近探測(cè)器的結(jié)果用來(lái)校正井徑變化和泥餅對(duì)遠(yuǎn)探測(cè)器的影響。實(shí)驗(yàn)證明，密度測(cè)井儀測(cè)得的計(jì)數(shù)率與視源距的關(guān)系服從普通衰減方程形式。密度測(cè)井之前必須進(jìn)行正確的刻度［6］。

根據(jù)密度測(cè)量值溯源系統(tǒng)［7］，基準(zhǔn)井或工作標(biāo)準(zhǔn)井通過(guò)量值傳遞的方式將標(biāo)稱值傳遞給現(xiàn)場(chǎng)刻度器，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井主要通過(guò)刻度器對(duì)補(bǔ)償密度測(cè)井儀器進(jìn)行刻度。

1.1 補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度原理——脊肋圖版

補(bǔ)償密度測(cè)井儀器由于受泥餅的影響采用了雙探測(cè)器系統(tǒng)?？紤]泥餅影響的長(zhǎng)、短源距計(jì)數(shù)率在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中形成一幅補(bǔ)償密度測(cè)井的專有圖版，即脊肋圖。刻度和測(cè)井都是按照脊肋圖進(jìn)行的。在無(wú)泥餅影響時(shí)，長(zhǎng)、短源距計(jì)數(shù)率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中所確定的直線稱為脊線，其方程為ln NL＝AL／AS（ln NS－BS）＋BL，簡(jiǎn)寫為ln NL＝a0＋a1ln NS。當(dāng)有泥餅存在時(shí)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，長(zhǎng)、短源距的計(jì)數(shù)率所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)不再落在脊線上，而是偏離脊線，泥餅越厚，偏離得越遠(yuǎn)。對(duì)于一定的地層密度ρb，不同厚度和密度的泥餅所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)構(gòu)成1條曲線，稱之為肋線，其方程為ln NL－BL＝tanβ（ln NS－BS）＋c（ρb－ρ0），簡(jiǎn)寫為ln NL＝b0＋b1ln NS，肋線方程表示的是1組以密度ρb為參變量的平行直線［8］。

由此得到密度測(cè)井和刻度的基本方程式

式中，AL、BL、AS、BS、K是儀器基本參數(shù)，可由刻度得到。

1.2 補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的雙脊線刻度模型

補(bǔ)償密度測(cè)井儀器可采用3點(diǎn)刻度，將脊線和肋線都近似作直線處理，構(gòu)成一幅理想的脊肋圖——單脊單肋圖（見圖1），刻度模塊為鎂塊、鋁塊、反鎂塊。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在泥餅厚度大或有重晶石時(shí)，肋線不再是直線，單脊單肋圖版依然不能進(jìn)行很好的補(bǔ)償。為了擴(kuò)大補(bǔ)償?shù)姆秶?，符合測(cè)量的實(shí)際情況，密度測(cè)井的脊肋圖由3點(diǎn)刻度的單脊單肋圖拓展為4點(diǎn)刻度的雙脊雙肋圖（見圖2）

圖1 3點(diǎn)刻度的脊肋圖示意圖

圖2 4點(diǎn)刻度的脊肋圖示意圖

4點(diǎn)刻度的刻度模塊為鎂塊、鋁塊、鎂塊＋不銹鋼片以及鋁塊＋鎂片。鎂塊和鋁塊由一級(jí)刻度井傳遞給2個(gè)不同的密度值和2個(gè)校正值，分別對(duì)應(yīng)重泥餅和輕泥餅2種情況。

當(dāng)給出4個(gè)已知模塊時(shí)，刻度過(guò)程中有如下4組工程值和計(jì)數(shù)率。

鎂塊：ρ1，Δρ1，ρP1，ΔρP1，NL1，NS1；

鋁塊：ρ2，Δρ2，ρP2，ΔρP2，NL2，NS2；

鎂塊＋不銹鋼：ρ3，Δρ3，NL3，NS3；

鋁塊＋鎂片：ρ4，Δρ4，NL4，NS4；

所以4點(diǎn)刻度的刻度模型包含2組，分別是重泥餅?zāi)Ｐ秃洼p泥餅?zāi)Ｐ停瑢?duì)于重泥餅?zāi)Ｐ陀?/p>

對(duì)于輕泥餅?zāi)Ｐ陀?/p>

其中，

A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為長(zhǎng)短源距計(jì)數(shù)率對(duì)ρb和Δρ的貢獻(xiàn)系數(shù)及其偏離常數(shù)，是儀器刻度所要確定的。

2 刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)刻度及測(cè)井實(shí)例

給測(cè)井儀裝源，儀器預(yù)熱30 min后，扶正儀器，把儀器分別插入4個(gè)刻度塊中，使儀器的限位銷孔對(duì)應(yīng)到刻度塊的相應(yīng)位置，用打壓裝置將探測(cè)器緊貼到刻度器內(nèi)壁。由于刻度場(chǎng)地等環(huán)境不同，現(xiàn)場(chǎng)刻度大多采用“臥刻”（儀器水平放置），而儀器出廠刻度多數(shù)為“吊刻”（儀器豎直吊起）。無(wú)論哪種方式，必須嚴(yán)格遵循刻度程序［10－12］。

表1是同1支補(bǔ)償密度測(cè)井儀器在的1個(gè)月之內(nèi)的3次刻度，按照補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度規(guī)范，補(bǔ)償密度測(cè)井儀器必須每月刻度1次。為了測(cè)井的研究與對(duì)比，在該儀器未使用也未更換元器件的情況下，1個(gè)月之內(nèi)連續(xù)刻度3次，具體分析補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響。

表1 補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度數(shù)據(jù)表

補(bǔ)償密度測(cè)井儀器刻度合格的指標(biāo)要求長(zhǎng)源距鎂鋁比值為10.1±0.35，短源距鎂鋁比值為2.17± 0.04，3次刻度的結(jié)果都符合要求，可視為有效刻度［4］。理論上，3次刻度都可以應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井。在×井奧陶系純石灰?guī)r井段利用3次刻度進(jìn)行測(cè)井，實(shí)際測(cè)井結(jié)果見圖3。

利用3次刻度測(cè)得的密度曲線有明顯差異，3次刻度在純灰?guī)r段測(cè)量的特征值分別為2.757 g／cm3、2.733 g／cm3、2.714 g／cm3。顯然，第1次測(cè)量的結(jié)果明顯偏高，曲線數(shù)值不符合地區(qū)巖性規(guī)律，代表了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井中最普遍的一類偏高現(xiàn)象，與儀器硬件和采集方式?jīng)]有關(guān)系。第1次刻度與第3次刻度相差為0.043 g／cm3，遠(yuǎn)超出密度測(cè)井誤差許可范圍。在低滲透致密油氣藏中，密度測(cè)量值的偏高給油氣層識(shí)別和有效儲(chǔ)層下限確定帶來(lái)很大困難。

圖3 ×井3次刻度的補(bǔ)償密度測(cè)井實(shí)例

2.2 脊肋圖版的確定

為了深入分析刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)刻度數(shù)值，準(zhǔn)確計(jì)算3次刻度的脊肋圖版。

利用第1組刻度數(shù)據(jù)代入式（3）至式（6），得到刻度系數(shù)為

同理，代入第2組刻度數(shù)據(jù)得到

依次代入第3組刻度數(shù)據(jù)得到

3次刻度所確定的脊肋圖版（見圖4、圖5、圖6）。

圖4 第1次刻度的脊肋圖

圖5 第2次刻度的脊肋圖

圖6 第3次刻度的脊肋圖

2.3 計(jì)數(shù)率變化對(duì)脊角、肋角的影響

根據(jù)康普頓散射原理，密度測(cè)井的長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率與密度大小呈負(fù)相關(guān)。測(cè)量介質(zhì)的密度越小，長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率越高?，F(xiàn)場(chǎng)刻度中，當(dāng)探測(cè)器與刻度塊之間貼靠不緊密或存在細(xì)微的間隙時(shí)，計(jì)數(shù)率都會(huì)增加。計(jì)數(shù)率增加是刻度面臨的主要問(wèn)題，由刻度數(shù)據(jù)可知：當(dāng)長(zhǎng)源距鎂鋁比值增大時(shí)，脊角有明顯的增大趨勢(shì)（見圖7）。在高低密度的2個(gè)刻度塊中，計(jì)數(shù)率增加對(duì)脊角和肋角的影響不同，低密度鎂塊中計(jì)數(shù)率增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的脊角增加，而高密度鋁塊中計(jì)數(shù)率增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的脊角減小，且在鋁塊中計(jì)數(shù)率的微小增加，對(duì)脊角的影響很大。

圖7 長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率變化與脊角關(guān)系

圖8 長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率變化與肋角關(guān)系

對(duì)應(yīng)ρb＝2.768的鋁塊，長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率增加1個(gè)，對(duì)應(yīng)的脊角減小0.6°，同樣在做肋線刻度時(shí)，長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率增加1個(gè)，重肋角減小0.4°，而輕肋角可以增加1.8°。因此，當(dāng)長(zhǎng)源距鎂鋁比值在刻度指標(biāo)允許的范圍內(nèi)變化時(shí)，脊角的變化范圍接近1°，重肋角的變化范圍接近0.8°，而輕肋角的變化范圍有可能超過(guò)3.0°（見圖8），刻度過(guò)程中的任何一點(diǎn)瑕疵都有可能造成脊肋圖的改變。

2.4 計(jì)數(shù)率變化對(duì)密度值的影響

對(duì)應(yīng)ρb＝2.768的鋁塊是對(duì)計(jì)數(shù)率最敏感的刻度塊，刻度過(guò)程中最容易受到影響，一般根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇儀器橫刻或者豎刻，需要經(jīng)過(guò)4次打壓才能使探頭緊靠刻度塊。如果刻度過(guò)程中，探頭在刻度塊中的位置或者貼靠程度稍有不足，在鋁塊中長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率增加1個(gè)左右的情況都是常見的。此時(shí)，脊肋圖版的改變對(duì)密度測(cè)井造成很大影響，直接表現(xiàn)就是測(cè)量值偏高。理論計(jì)算可知，鋁塊中長(zhǎng)源距計(jì)數(shù)率增加1個(gè)，灰?guī)r中密度測(cè)井值偏大0.032 g／cm3。實(shí)際測(cè)井中，對(duì)于給定的儀器，當(dāng)長(zhǎng)源距鎂鋁比值在刻度指標(biāo)允許的范圍內(nèi)變化時(shí)，在灰?guī)r地層中，密度測(cè)井值的變化范圍在2.70～2.77 g／cm3之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了巖性判識(shí)的基本要求，在有重晶石泥漿的井中，受刻度的影響更顯著。

3 結(jié) 論

（1）補(bǔ)償密度測(cè)井儀器的刻度對(duì)測(cè)井響應(yīng)的影響顯著，往往是造成測(cè)井曲線數(shù)值偏高的主要原因。

（2）長(zhǎng)源距鎂鋁比值是反映刻度合格與否的最重要指標(biāo)，是對(duì)所有儀器的通用要求。儀器刻度中允許的變化范圍是9.75～10.45，但并不意味著凡是在該范圍內(nèi)的儀器刻度都是合格的刻度。刻度表面上的合格有時(shí)會(huì)掩蓋事實(shí)上的不合格。

（3）刻度過(guò)程中的任何一點(diǎn)瑕疵都有可能造成脊角和肋角的改變。儀器的歷史刻度都具有關(guān)聯(lián)性和可對(duì)比性，建議在4點(diǎn)刻度完成后，再運(yùn)用高密度的鋁刻度器進(jìn)行校驗(yàn)，獲得第2次計(jì)數(shù)率，方便對(duì)比和替換。

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Effect of Compensated Density Logging Tool Calibration on Logging Responses

ZHAO Taiping1，2，LIU Tianding1，2，WANG Xiuming3
（1.State Engineering Laboratory of Low－permeability Oilfield Exploration and Development，Xi’an，Shaanxi 710018，China；2.Institute of Exploration and Development，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China；3.Department of Supervision，Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi 710018，China）

The higher measurement value is frequently occurred in the density logging，which is mainly related to calibration of compensated density logging tool.The idea about dual spine－andribs plot of calibration model is explained based on the calibration principle of compensated density logging apparatus.Presented is the fundamental equation of compensated density logging.Calculation of 4－point calibration is presented by using 3 groups of actual calibration data.Analyzed systematically are the long and short spacing count rate changes influencing the spine and rib chart and the influence of count rate on the logging responses.Indicated is that when the count rate of low density Mg block increases，corresponding spine angle increases，and when the count rate of high density Al block increases，corresponding spine angle decreases.Minuteness increase of Al block count rate reflects enormous influence on spine angle.By theoretical calculation，concluded is that when Al block long spacing count rate increases 1 unit，density log value of limestone adds 0.032 g／cm3.Instrument historical calibration records have relevance and comparison，and engineer should care about all the historical calibration record to acquire accurate tool calibration value.

compensate density logging，log calibration，spine and rib chart，logging response，count rate，spine angle

1004－1338（2011）06－0576－05

P631.84

A

趙太平，男，1971年生，碩士，從事天然氣測(cè)井解釋及儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)工作。

2011－03－22 本文編輯 王小寧）