Question

井径测井

Answer 1

井径测井是测量井眼直径大小的一种测井方法。在裸眼井中，井壁地层受钻井液冲洗、浸泡和钻头的碰撞，使得井眼直径与钻头直径往往不同;地层岩性、物性、机械强度的不同，造成井眼直径也不同。在套管井中，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，套管壁厚发生变化;不同方向的地应力差异，也会使套管发生形变，引起套管内径变化。

测量井眼直径的变化，是用井径仪来完成的。井径仪的种类很多，在裸眼井中通常使用单臂、双臂、3臂和4臂井径仪;油田套管井常用的有微井径仪、过油管2臂井径仪、8臂井径仪、X－Y井径仪、10臂井径仪、12臂井径仪、16臂井径仪、2传感器40臂井径仪、6传感器36(60)臂井径仪、40传感器40独立臂井径仪以及方位井径仪等。

4.1.1 井径测井基本原理

通常使用的井径仪，从仪器结构看，主要有两种形式:一种是进行单独井径测量的张臂式井径仪;另一种是利用某些测井仪器(如密度仪、微侧向仪等)的推靠臂，在这些仪器测井的同时进行井径测量。

不论哪种井径仪，它们的测量原理基本相同，比较简单。现以张臂式井径仪为例，介绍井径测井的基本原理。

图4.1.1示出了张臂式井径仪的简单结构。它主要由受弹簧力作用而伸张的四个井径臂(也叫井径腿)和将井径臂的张缩变化转换成电阻变化的电位器组成。其原理电路如图4.1.2所示。

图4.1.1 四臂井径仪结构示意图

实际进行井径测量时，将仪器下入井预计的深度上，然后通过一定的方式打开井径臂，于是互成90°的四个井径腿便在弹簧力的作用下向外伸张，其末端紧贴井壁。随着仪器的向上提升，井径臂就会由于井径的变化而发生张缩，并带动连杆作上下运动。连杆与一个电位器的滑动端相连，于是井径的变化便可转换成电阻的变化。当给该可动电阻上通以一定强度的电流时，可动电阻的某一固定端与滑动端之间的电位差将随着其间电阻值的变化而变化。于是，测量这一电位差，便可间接反映井径的大小。

为了建立所测电位差与井径值之间的关系，可作如下简单推导。

假定井径值为某一初始井径d₀时，可动电阻的滑动端M与某一个固定端N(见图4.1.2)之间的电阻r_MN=0，即ΔU_MN=0，则当井径值变为d时，有:

图4.1.2 井径测量原理电路图

地球物理测井教程

式中:β为比例系数。

由于:

地球物理测井教程

因此:

地球物理测井教程

令c=1/β，称为仪器常数，则:

地球物理测井教程

通过对仪器的校验，可以求得仪器常数c和ΔU_MN=0时的初始井径值d₀。按式(4.1.4)对仪器进行刻度后，测量时可记录一条随井深变化的井径曲线。

需要说明的是，井径仪虽然都是测量井眼直径，但它们反映的特征都不大一样。例如，2臂井径仪得到的是井眼的最大直径;3臂井径仪得到的是井眼的平均直径;4臂井径仪常给出井眼的最大和最小两条直径;40独立臂井径仪甚至可得到40条井径曲线，通过处理能够生成套管壁图像。

4.1.2 井径测井的应用

4.1.2.1 划分地层剖面和识别岩性

井眼直径的变化，也是岩石性质的一种间接反映，主要体现在:

1)泥岩层和某些松散岩层，常常由于钻井时泥浆的浸泡和冲刷造成井壁坍塌，使实际井径大于钻头直径，出现井径扩大。

2)渗透性岩层，常常由于泥浆滤液向岩层中渗透，在井壁上形成泥饼，使实际井径小于钻头直径，出现井径缩小。

3)在致密岩层处，井径一般变化不大，实际井径接近钻头直径。

因此，通常将井径曲线作为一种辅助资料，与自然伽马和自然电位曲线相配合，综合划分地层剖面和识别岩性。

图4.1.3为某油田砂泥岩地层的测井资料，泥岩层因扩径而导致井径曲线读数明显增大。

4.1.2.2 用于其他测井曲线的井眼影响校正

在油气层井段的组合测井中，井径测量是不可缺少的。它可用在定量解释中配合某些测井资料进行井眼影响校正。

图4.1.3 井径测井曲线图1in≈2.54cm

4.1.2.3 工程中的应用

井径测量资料对于计算固井所需水泥量也是必不可少的。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:

地球物理测井教程

式中:V为固井水泥用量，m³;h为固井段长度，m;d'为套管外径，m;d为平均井径值，m。

井径曲线在固井工程上提供的固井段平均井径通常是采用算术平均法求取的。先在每隔50m或25m(或更短一些的井段上)求该段井径的平均值，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。

4.1.2.4 在套管井中用于套损检测

在套管井中进行井径测量，一般输出最大和最小两条套管内径曲线。若两条套管内径曲线近似相等，则表明套管没有腐蚀变形;若曲线有明显差别，则表明套管发生了腐蚀变形。某些多臂井径仪能够输出多条井径曲线，其检测效果更好。