Question

井斜测井

Answer 1

井斜测井是测量井斜角和倾斜方位角的一种测井方法。井斜角又称顶角，是井轴与铅垂线之间的夹角;倾斜方位角是井轴水平投影线与磁北方向顺时针的夹角。井眼在地下空间的位置与形态是预先设计好的，其轨迹一般为垂直井、倾斜直井或弯曲型定向井，在油气勘探与开发领域则大量应用复杂结构井(包括水平井、多分支和大位移井)等新技术。在钻井施工中，受地质因素和工艺因素的影响，使实际井眼往往偏离设计轨迹，这种现象叫做钻孔弯曲。利用井斜测井获得的井斜角和倾斜方位角数据，可以绘制实际井眼轨迹。

井斜测井使用的是井斜仪，或称测斜仪。早在20世纪20年代，当发现许多所谓的直井实际上井眼偏斜达30°时，就开始进行井斜测井了。最早的测斜装置是氢氟酸瓶，后来发展了机械式(电阻式)测斜仪、连续测斜仪和连续陀螺测斜仪。下面以目前常用的一种连续测斜仪为例，介绍井斜测井的基本原理。

4.2.1 井斜测井基本原理

基于地球重力场和磁场测量的连续测仪，是集现代传感技术、电子技术和计算机技术于一体的高新技术产品。仪器的核心部件是由加速度计和磁力计组成的传感器，加速度计测量重力加速度的3个正交分量g_X、g_Y和g_Z，可以计算出井斜角;磁力计测量地磁场的3个正交分量H_X、H_Y和H_Z，结合重力分量的测量值可以计算倾斜方位角。

为了计算井斜参数，需要建立两个坐标系(图4.2.1):一个是地理坐标系O－NEV，N轴指向磁北方向，E轴指向磁东方向，V轴垂直向下;另一个是仪器坐标系O－XYZ，Z轴为仪器轴，Z轴向下为正，X、Y轴与Z轴垂直，X、Y、Z轴组成右手正交坐标系。

图4.2.1中，V轴与Z轴的夹角为井斜角，用δ表示;N轴与Z轴的水平投影OD'的夹角为倾斜方位角，用φ表示。井斜角的计算公式:

图4.2.1 地理坐标系和仪器坐标系

地球物理测井教程

倾斜方位角可以由N、E轴地磁场分量计算得到，为此需要确定地理坐标系的地磁场分量。采用平面坐标旋转方法，可以将仪器坐标系中的3个地磁场分量，换算为地理坐标系中的3个地磁场分量。固定住仪器坐标系的一个轴不动，旋转另外两个轴，经过三次旋转后测量仪器坐标系与大地坐标系重合。坐标轴旋转过程如下:

1)以Z轴为旋转轴，旋转XOY平面，使X轴旋转至井眼倾斜方向，即X轴与轴Z在XOY面上的投影OD重合，记旋转角为α，X旋至X'，Y旋至Y'。

2)以Y'轴为旋转轴，旋转X'OZ平面，使X'轴与D'轴重合，记旋转角为δ(即井斜角)，此时Z轴旋至V轴，记作Z'。

3)以Z'轴为旋转轴，旋转X'OY'平面，使X'轴与N轴重合，同时Y'轴与E轴重合，记旋转角为φ(即倾斜方位角)。

经推导，可以得到井斜角的计算公式:

地球物理测井教程

式中:

4.2.2 井斜测井的应用

实测井斜测井曲线如图4.2.2所示，DEV为井斜角曲线，DAZ为倾斜方位角曲线。可以看出，当井斜角较小时，方位角往往变化较大。

图4.2.2 井斜测井曲线图

井斜测井是几乎所有钻井在钻进过程中和完钻后要做的工作，因而应用面十分广泛。主要用途包括:

1)监测钻井质量，控制钻进的方位和斜度。井斜测量对钻井弯曲形态进行实时监测是达到地质目的、保证工程质量必不可少的重要工作。

2)可以为油气层、煤层和矿层真厚度的计算提供基本数据，校正各种地质数据和修井、井下作业以及测井资料解释提供依据。

3)在水文钻井中，为保证钻井施工顺利和水泵的正常运行，不但需要井斜测量资料，而且要经常测斜以指导钻进。

其他方面的应用，如测斜仪监测得到的数据可以确定岩(土)体内滑裂面的位置、大小和滑动方向，对分析边坡稳定性、确定滑坡的机制和滑动形式起着重要的作用。