随钻测井资料实时监控及评价

在随钻测井服务现场，首先要解决的问题是随钻测井资料的实时监控及评价。这包括三个方面：1、对测井质量的监控及评价；2、对井眼轨迹的监控及评价；3、对钻遇地层的监控及评价。为了实现这些监控，必须对随钻测井项目与测量响应有所了解。

一、随钻测井主要测量项目及其响应

1、随钻测井主要测量项目

当前，随钻测井内容几乎涵盖了电缆测井所有测量项目，包括：

电磁波电阻率测井 声波传播速度测井 热中子孔隙度测井 岩性-密度测井 自然伽马（能谱）测井 声-电成像测井 核磁共振测井 井眼地震测井 地球化学测井

当前伟业公司已具备了电磁波电阻率、自然伽马、声波速度、中子孔隙度、岩性密度等随钻测井仪器制造和测井服务的能力。在实际应用方面，特别是在油气田开发水平井钻井中使用的随钻测井项目主要是电磁波电阻率测井、自然伽马测井和井眼轨迹测井三项目。为了掌握对测井资料的监控与评价，下面重点介绍电阻率和自然伽马测井响应机理及地层响应特性。

1、电阻率测井响应

（1）地层的电性

这里地层的电性主要指地层的导电能力。显然地层的电阻率与组成地层岩石的岩性（矿物、结构构造、孔隙流体等）有关。下表列出的是主要岩石矿物的电阻率。

岩矿名称 粘土 泥岩 致密砂岩 含油气砂岩 石灰岩 白云岩 硬石膏

电阻率 （欧姆·米） 1～2×10 10～10 20～10 2～10 600～10 50～10 10～10 443322岩矿名称 石英 长石 方解石 石油 石墨 磁铁矿 黄铁矿 电阻率 （欧姆·米） 10～10 4×10 5×10～5×10 10～10 10～10 10～10 10 -4-4-3-6-4916312111214由表中可以看出，除了金属矿物电阻率较低外，主要造岩矿物（如石英、长石、方解石等）电阻率都很高；石油的电阻率也很高。

一般来说，沉积岩与火成岩、变质岩电阻率有明显差别，这是由其导电性质与导电方式不同引起的。

大部分火成岩和变质岩都非常致密坚硬，不含地层水，主要靠组成岩石的矿物中少量自由电子导电，因此其导电能力差，电阻率都很高；当然，如果火成岩和变质岩中含有较多的金属矿物，其导电能力就会变强，而电阻率会变低。这类依靠自由电子导电的方式，称为电子导电。

沉积岩大都不同程度地具有孔隙，且孔隙中含有一定矿化度的地层水；地层水中所含的氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2）、硫酸镁（MgSo4），Na+、Ca+2、Mg+2、Cl-、So4-2等在外加电场的作用下移动形成电流。这种依靠离子导电的方式称为离子导电。

由此可知，沉积岩电阻率主要取决于其孔隙度及孔隙流体性质。 （2）电阻率测井响应

不同岩性的地层具有不同的电阻率量值及变化规律，电阻率对应于地层的这种变化，称为电阻率测井响应。

下面是几种主要岩性地层电阻率测井响应特征。

 泥岩，粘土矿物与细粉砂混合物，其电阻率较低，一般在2欧姆·米左右，并且随着粘土矿物含量增加而降低；随着细粉砂含量增加而升高。

 砂质泥岩，较细的石英、长石颗粒与粘土矿物混合物，其电阻率一般在3～5欧姆·米，并且随着砂子含量和颗粒增大升高。

 泥质砂岩，少量粘土矿物和石英、长石颗粒混合物，其电阻率高低取决于粘土含量、岩石颗粒粗细、孔隙大小及所含孔隙流体性质，一般为几欧姆·米至几十欧姆·米不等，在同等岩性、物性条件下，总是含油气的地层电阻率高于不含油气的地层电阻率。

 纯砂岩，指粘土矿物含量极低的砂岩地层，在同等条件下，纯砂岩地层电阻率总是高于泥质砂岩地层电阻率，同样也随着岩石粒度和孔隙流体变化而变化，一般为几欧姆·米至上百欧姆·米不等。

 碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等），火成岩、变质岩地层电阻率都很高，一般可由几十欧姆·米变化到几千欧姆·米，最高可达几万欧姆·米。其电阻率高低取决于其原生孔隙和次生孔隙（裂缝、孔洞）发育程度及所含孔隙流体性质。现场发现较好的含油气地层电阻率一般在几十至几百欧姆·米。

2、自然伽马测井响应

（1）地层的放射性

这里地层的放射性主要指地层的自然伽马放射性。自然伽马测井探测地层自然伽马放射性强度而来分析评价地层岩性、物性（岩石粒度）的变化。

40地层岩石自然伽马放射性与组成岩石的物质（如云母、钾的同位素K19）和泥质颗粒

表面吸附的放射性元素（如钍、铀、锕系及其衰变物）有关。总的来说，地层中的自然伽马放射性来自钾、铀、钍三种主要放射性元素。

在沉积岩地层中，自然伽马放射性来自钾长石、云母和粘土矿物及铀元素。 在火成岩和变质岩地层中，自然伽马放射性来自钾长石、云母及钍元素。 不同岩性的地层其放射性强度及所含放射性元素各异。 （2）自然伽马测井响应

同样，把在不同岩性地层中探测到的自然伽马放射性强度及其变化规律称为地层的自然伽马放射性测井响应。

下面是几种主要岩性地层的自然伽马测井响应。

 泥岩，由于粘土矿物中含有钾及泥质颗粒表面粘附的放射性元素，其放射性强度一般较高，数值可达75API单位左右，甚至更高。

 砂质泥岩，由于砂质含量增加，其放射性强度有所下降，量值变化取决于砂子含量和类型，数值一般在50 API单位左右。

 泥质砂岩，由于粘土矿物明显减少（一般小于25%），砂岩颗粒占主导成份，因此其自然伽马测量值明显降低，数值一般在30 API单位左右。不过，如果砂岩中含有云母和钾长石，其自然伽马数值也会升高。

 纯砂岩，由于不含粘土矿物或含有极少量泥质成份，因此其自然伽马测量值很低，一般在20 API单位左右。当然，如果砂岩中含有云母和钾长石，其自然伽马数值也会升高。

 碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等），自然伽马放射性极低，一般低于10 API单位。随着泥质含量增加，其测量值会升高。

 火成岩、变质岩都具有较高的自然伽马放射性，这是因为其岩石矿物中含有钾、云母和钍元素。其测量值可达100 API单位以上。当然火成岩中也有低伽马的岩石，如玄武岩，其主要成分是石英。

二、随着测井资料监控

现场分析实时监控，这是随钻测井最大的优点，这使得在油气层钻探过程中及时发现并纠正所出现的工程和地质问题成为可能。

在实际工作中，通常对以下几个方面进行监控。

 钻井工程数据包括机械动力学参数（振动和转矩）、压力（钻具内压和环空压力）、井内温度等。

 井眼几何形状（井深、井斜及其方位）  地层地质特征

这里我们重点探讨对井眼几何形状和地层地质特征监控。这是保证油气层钻探成功率的关键性问题。

要实现监控，首先要确定监控客观的依据，即参照标准，其次是制定科学合理的监控方法与程序。针对上述监控目标，确定监控参照标准如下：

 钻探工程、地质设计资料  钻井地质资料  钻井工程数据

就工艺和技术层面说，监控方法与步骤可以是人工的，也可以是通过计算机自动完成。下面仅就监控问题进行探讨。

1、井眼几何形状监控

对于定向井和水平井来说，油气层成功钻探，首先取决于井眼几何参数，即实钻井眼几何数据要与设计井眼几何参数相吻合，两者之间具有较高的拟合度。不言而喻，实钻井眼几何形状监控，就是将其数据（深度、井斜及其方位）与设计参数进行实时对比分析，并实时作出井眼轨迹的可视描述。当发现实钻与设计井眼轨迹发生明显偏离时，应当分析测量数据的可靠性，产生偏差的工程、地质因素，并将发现问题与分析意见及时告知相关现场管理人员，以便协调处理。

对于水平井钻探，关于井眼几何形状有两点值得注意。

 水平井与井眼几何形状，概念上的水平井，即几何概念上的水平井，是指井斜角达到90º，如图1所示；地质意义上的水平井，是指井眼轨迹与所钻储层界面基本平行，如图2 所示。

图1地质意义水平井图 图2 几何概念水平井

 井眼几何形状与钻探目标，有时井眼几何形状与设计参数对比没有偏差，但未能实现钻探目标（中靶层内钻进资料与设计不符），这有可能是设计依据不可靠，或者是目的层空间分布发生变化（如层内非均质、小断层）。

遇到上述异常现象，应及时进行分析，提出建议，并与工程、地质人员统一认识，商讨解决方案。

2、地层地质特征监控

随钻测井资料地层地质特征监控，包括对测井资料质量的监控和对钻遇地层地质特征的监控。

对随钻测井质量监控和对钻遇地层地质特性的监控都需要对以下资料有所了解。

 所钻地层地质构造、地层层位、地层地质特点和油气藏开发动态资料。  作为设计依据井的邻井的静态地质资料和油气藏开发动态资料。  本井地质设计工程设计资料。  本井垂直导眼资料

 本井地质录井等现场地质资料

 本井实际工程数据、钻井液性能等现场资料

上述各项资料都是实时、客观、正确对随钻测井资料进行监控的依据。下面对监控方法和步骤作简要描述。

(1)随钻测井资料质量监控及评价

测井质量是对油气层钻探评价的重要依据，要对钻探地层地质特性进行监控，首先要保证测井质量。对测井质量的监控就是对测井资料分析评价的过程。对测井资料质量最基本的判断，就是看其是否符合由设计依据井、本井地质设计、实钻地质资料和工程数据所确定的基本测量响应特征。

例如，所钻地层是砂泥岩剖面地层序列，目的层为砂岩或泥质砂岩，由以上描述的地层的电性和放射性可知测井资料正常的响应是：

 在泥岩井段表现为较高的自然伽马和较低的电阻率测量值。

 在砂岩井段表现为较低的自然伽马和较高的电阻率测量值（油层）或较低的电阻率测量值（水层）。

 在泥质砂岩地层，其测量响应介于泥岩和砂岩之间变化。

 在低自然伽马和低电阻率井段，判断是否含水砂岩响应，要看深浅电阻率侵入特性，在淡水钻井液条件下，含水砂岩地层一般表现为高侵，即浅探测电阻率测量值高于深探测电阻率测量值。如果是含油气砂岩，同样条件下，表现为低侵，即浅探测电阻率低于深探测电阻率测量值。

如果遇到致密层，如石灰岩、白云岩、石膏层等，测量响应通常表现为明显低的自然伽马和

明显高的电阻率测量值。当钻遇这类岩性的地层伽马值很低，电阻率变低时，可能钻遇了裂缝、孔洞发育的储集层。当发现伽马值增高，电阻率变低，可能钻遇了含泥质的地层。

如果所钻地层为火成岩或变质岩地层，则一般测量响应为明显的高伽马和高电阻率。只是在裂缝、孔洞发育时，其电阻率略有不同程度的降低。

以上时对在一致地层中正常测井响应的简要描述。换言之，测井响应符合这些基本特征，

测井资料质量是正常的，如果与这些特征明显不符，就要具体分析测井质量问题。

（2）地层地质特征监控及评价

在确认测井质量可靠后，就可以利用侧击资料和其他相关资料对所钻地层地质特征进行监控。

事实上，地层地质特征的监控，是对钻探设计和实钻地层的检验，或者说是为地质导向钻井提供依据。为了实现这一目标与作用，通常需要做两个方面的工作，即

 以随钻测井资料还原地质设计和实钻地层地质特征。

 用随钻测井资料还原地质资料与设计实钻其他资料不一致时，分析其原因，提出改进钻进的建议。

泥岩盖层

A靶点 油气层

图3 XX井随钻测井资料

不难看出，对地层地质特征的监控，重点在分析用随钻测井资料还原的地质资料与设计和实钻资料不一致的问题。这里就以下几种情况进行分析判断。

 进入A靶点的位置和地层的测井响应与地质设计不相符，这可能是由于预测偏差或地层局部空间变化。通常钻探进入A靶点的过程，就是由泥岩地层进入含油气砂岩地层的过程。在此过程中，自然伽马测量值由高到低变化，而电阻率测量值则由低到高变化，在测井图上就像一个酒瓶子的形状，如图3所示。对于正常钻入A靶点的井，其测井资料应符合以上特征，否则就要分析存在的问题，研究解决的办法。在这一过程中，地质、工程设计资料、本井实钻地质资料（垂直导眼资料、录井资料等）都是分析研究问题的依据。

 钻具进入钻探目的层后，随钻测井资料显示砂岩、泥岩交互变化，这可能是水平井眼与储层界面有交角，当储层存在层内非均质时，就会出现这种现象，如图4。如果层内存在较厚的泥质夹层时，会误认为钻具进入了泥岩地层，如图5。从夹层厚度的测井探测深度分析，在泥岩夹层中自然伽马会有增高，深浅探测深度的电阻率值可能今基一致，但随着夹层厚度增加，深浅探测深度的电阻率值会发生分离，通常浅探测电阻率值会下降。

图4 井眼轨迹穿过砂泥岩交互层

图5 井眼轨迹进入泥质夹层

 由于工程原因或地质原因，钻头可能钻入围岩（储层上下泥岩）地层，如图6。这时随钻测井响应会表现为自然伽马测量值逐渐升高，而电阻率测量值逐渐降低。如果钻头在

靠近泥岩界面附近钻进，随钻测井响应则表现为自然伽马测量值无明显升高，而深探测电阻率值有所下降，并且呈现低于浅探测电阻率的现象。这种变化的显著程度与地层厚度、地层特性、钻具在储层空间位置等因素有关。

图6 钻头钻入围岩（储层上泥岩）地层

 在钻探过程中，有时会遇到小断层，如图7。这时测井响应会出现突变现象。如果断层面另一侧是泥岩层，那么自然伽马会突然升高，而电阻率则突然降低。

图7 钻头钻遇断层

以上各种情况，都是基于水平井的分析，因为随着测井主要应用于水平井钻探，并且，在直井和定向井中情况就相对单纯一些，因此无需多说。