生產(chǎn)測井儀器介紹

主講人：李英善新疆石油管理局測井公司測試分公司2001年2月2/6/20231引言在油田開發(fā)過程中，油田測試自始至終伴隨著油田開發(fā)，為油田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供準確的基礎(chǔ)資料。本講座主要分三部分內(nèi)容分別介紹：第一部分：工程測井儀器。第二部分：產(chǎn)液剖面的動態(tài)監(jiān)測儀器。第三部分：注入剖面的動態(tài)監(jiān)測儀器。本講座主要根據(jù)上述三部分內(nèi)容結(jié)合我公司現(xiàn)有的儀器介紹它們的測量原理，測量方法以及應(yīng)用情況。2/6/20232第一章概述在測井作業(yè)中，對下套管固井以前進行的測井稱裸眼測井。在油井投產(chǎn)后直到報廢為止的整個生產(chǎn)過程中，凡采用地球物理測井工藝技術(shù)進行井下測量并錄取資料的工作，統(tǒng)稱生產(chǎn)測井。生產(chǎn)測井內(nèi)容很多，主要有檢查固井質(zhì)量、檢查套管質(zhì)量、抽油井產(chǎn)液剖面的動態(tài)監(jiān)測、自噴井產(chǎn)液剖面的動態(tài)監(jiān)測、注水井吸水剖面的動態(tài)監(jiān)測以及查串、找漏等。另外，隨著油田的進一步開發(fā)，老井的挖潛增效工作，越來越緊迫的提到議事日程上來了，為此我公司從美國哈里伯頓公司引進了儲層監(jiān)測儀（RMT）用于對老井區(qū)塊剩余油的含油飽和度以及相關(guān)地質(zhì)情況進行綜合評價。（目前，RMT還未投入使用。）下面就上述幾個方面分別介紹。2/6/20233第二章檢查固井質(zhì)量測井

每口井完鉆固井后，首先遇到的就是檢查固井質(zhì)量，在上世紀七十年代到八十年中期，主要用聲幅/節(jié)箍測井儀來測量，由于它只能檢查第一界面（即：套管與水泥環(huán)之間）的膠結(jié)情況，不能反映第二界面（即：水泥環(huán)與地層之間）的膠結(jié)情況。因此，后來發(fā)展成為聲波全波列測井，也稱聲波變密度測井。我公司從美國哈里伯頓公司引進的43mm和83mm兩種外徑的水泥膠結(jié)儀（CBL）就是用來測量第一界面和第二界面水泥膠結(jié)情況的。下面將詳細介紹。文本文本文本文本文本文本文本2/6/20234§2.1CBL儀器測量原理如圖所示：TIITTIRaRbI水泥環(huán)套管套管CBL井下儀地層水泥環(huán)泥漿聲波在第一界面的傳播路徑聲波在第二界面的傳播路徑電子線路部分2/6/20235注：在上圖中：T:表示儀器發(fā)射探頭。Rn:表示近距離接受探頭。Rf:表示遠距離接受探頭。I:表示隔聲體。2/6/20236一.聲波的發(fā)射與接受

發(fā)射探頭發(fā)射的聲脈沖在井內(nèi)向各個方向傳播，其中一束聲波穿過泥漿，以臨界角入射泥漿與套管界面，進入套管并沿套管滑行，我們稱該波為滑行波?；胁ㄔ诠軆?nèi)傳播時又波動輻射，產(chǎn)生傳播方向與套管壁法線成臨界角的折射波，產(chǎn)生在特定部位的折射波將到達接受探頭并被接受。2/6/20237二.套管信號在傳播過程中的幅度衰減情況1.在泥漿內(nèi)的衰減：在同一直徑套管的井中，聲波在泥漿中的衰減是常數(shù)，聲波信號的部分能量將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?.跨過泥漿—套管界面的衰減：無論套管是否被水泥膠結(jié)，測井過程中跨過泥漿—套管界面的透射波能量接近于常數(shù)。3.在套管鋼內(nèi)的衰減：由于套管鋼材衰減性質(zhì)不變，而測井過程中聲波在第一界面?zhèn)鞑ヂ窂讲蛔?，因此，信號在套管?nèi)的衰減是常數(shù)。4.沿套管旁的衰減：滑行波傳播時，聲波的輻射將部分能量轉(zhuǎn)移到在相鄰介質(zhì)中去，環(huán)外的性質(zhì)及其分布狀態(tài)對轉(zhuǎn)移量影響很大。當(dāng)滑行波通過“自由套管”時，能量轉(zhuǎn)移比較小，使記錄到的聲波幅度較大；在水泥膠結(jié)好處，滑行波通過的時候，能量轉(zhuǎn)移很多，所以記錄到的聲波幅度很小。2/6/20238三.水泥膠結(jié)質(zhì)量的評價指標：相對幅度C與水泥膠結(jié)指數(shù)BI的確定：C=（目的層段的聲幅值÷自由套管段的聲幅值）×100%一般地：

C20%(BI0.8)解釋為膠結(jié)良好。C=20~40%(BI=0.6~0.8)解釋為膠結(jié)中等。C20%(BI0.6)解釋為膠結(jié)不好。2/6/20239§2.2聲幅曲線的應(yīng)用現(xiàn)場試驗表明，在注入水泥的20~40小時進行固井聲幅測井效果最好。聲波曲線主要是作對固井質(zhì)量的定性判斷。實際中用于檢查固井質(zhì)量。水泥和套管的膠結(jié)情況不同，在固井聲幅曲線上的顯示也不同。1.水泥面以上曲線幅度最大。2.聲幅曲線顯示由“自由套管”高幅度向低幅度變化處為水泥面位置（也稱水泥返高）。3.在管外水泥膠結(jié)良好處，曲線為低值。2/6/202310§2.3聲波全波列測井

由于固井聲幅測井存在一個重要的缺陷：它只能反映水泥環(huán)與套管的膠結(jié)情況，而不能反映水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況。因此，上世紀八十年代中期，在聲幅測井的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了聲波全波列測井，也叫聲波變密度測井。它與聲幅測井組合使用，可更多地提供有關(guān)水泥膠結(jié)情況判斷水泥環(huán)第二界面的膠結(jié)情況。

2/6/202311一、聲波全波列測井原理

發(fā)射探頭發(fā)出20kHz的聲波信號，該信號穿過井液到達套管、水泥環(huán)、地層。各種不同的介質(zhì)以其不同的特性可引起聲波的速度、幅度和頻率的變化。近源距和遠源距接受探頭上述信號分別送到地面。2/6/202312二、全波列聲波的波形如圖所示：

幅度mV發(fā)射聲波套管波地層波泥漿波時間（us)2/6/202313三、全波列聲波在井中的傳播

如上圖所示，發(fā)射器發(fā)射的聲波，經(jīng)過井液后到達套管時，一部分沿著套管傳播后，又經(jīng)過井液被近源距接受探頭接受，稱為套管波；一部分則透過套管和水泥后，到達地層，并在地層內(nèi)傳播，返回時又透過水泥環(huán)和套管、井液后被遠源距接受探頭接受，稱為地層波。2/6/202314四、聲波全波列曲線以及VDL圖地面將接受的信號，只記錄聲波波列中首波的幅度，即是聲幅測井。記錄聲波回波的整個波列并顯示錄相，即為聲波全波列測井。將井下儀送來的隨時間變化的聲波波列，經(jīng)過電子線路轉(zhuǎn)換，把聲波的正半周幅度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的亮度，波形的負半周不顯示（暗光）。顯示的寬度和亮度的變化取決于信號的頻率和電壓幅度。因此，在測井圖上形成一條條亮度不同，間距不同的相線。即謂：“聲波變密度測井曲線”。簡稱VDL圖。

2/6/202315§2.4CBL井下儀介紹一、概述：我公司從美國哈里伯頓公司引進的水泥膠結(jié)組合儀（CBL）主要用于水泥膠結(jié)測井，它一次下井可同時測得套管節(jié)箍曲線、自然伽瑪曲線、中子曲線和聲波全波列測井曲線。另外，外徑43mm的CBL儀還可用于水平井固井質(zhì)量的檢查。與之相配接的地面測井設(shè)備是DDL-III或EXCELL-2000。2/6/202316CBL外形圖2/6/202317二、1-11/16``CBL儀器技術(shù)性能指標：儀器外徑：1-11/16in(4.29cm)儀器長度：277.17in(577.0cm)儀器重量：37.4kg最小井眼尺寸：2.5in耐溫：350℉(177℃)耐壓：20000psi(1400atm)2/6/202318三、3-1/4``CBL儀器技術(shù)性能指標：儀器外徑：3-1/4in(8.26cm)儀器長度：269.45in(684.41cm)儀器重量：245Lb(111.1kg)最小井眼尺寸：4in(10.16cm)耐溫：350℉(177℃)耐壓：20000psi(1400atm)2/6/202319四、CBL儀的特點：CBL-VDL方法能說明第一界面及第二界面的膠結(jié)情況，還能估算水泥抗壓強度值，這些與聲幅相比，都是明顯的進步。但是CBL-VDL方法并沒有完全克服聲波測井方法的缺點，縱向分辨率并沒有提高，對水泥在套管外分布的方位無法識別，對第二界面的識別還只是定性的、粗略的。因此，上世紀九十年代中期我公司從美國哈里伯頓公司引進了脈沖回聲儀（PET）來解決上述問題。2/6/202320§2.5PET測井儀介紹

緒論脈沖回聲儀（PET）是用來檢查套管質(zhì)量狀況及評價水泥膠結(jié)情況的新一代測井儀器，它測得的井下套管參數(shù)及水泥膠結(jié)評價結(jié)果具有精度高、可靠性強、重復(fù)性好等優(yōu)點。由于采用處理數(shù)字化、井下儀器微機化以及混合式微電子線路等手段，使得在水泥膠結(jié)評價方面比CBL儀具有明顯優(yōu)點。目前，儀器配接在EXECLL-2000地面測井設(shè)備上。2/6/202321一、PET的結(jié)構(gòu)及工作原理2/6/202322PET外形圖2/6/2023231.

儀器結(jié)構(gòu)特征：如圖所示，PET有八個換能器，每個換能器既是發(fā)射器又是接受器。八個換能器互成45度角螺旋式排列。每個換能器用高壓激發(fā)增益放大器發(fā)射出超聲波，并對反射回來的超聲波進行高速數(shù)字化，同時把數(shù)據(jù)送到地面進一步處理。該儀器還組合了重力加速度計，用于測量井斜及相對方位。還組合了磁定位儀和自然伽瑪儀，用于校深。2/6/2023242.

測量原理：

每個換能器發(fā)射頻率為450kHz段脈沖超聲波，該超聲波垂直入射到套管內(nèi)壁，大部分由套管與接觸面反射回換能器，這樣就可測得套管內(nèi)徑大小。另有一小部分超聲波能折射進入套管壁，并在其中來回反射。在套管與水泥環(huán)接觸面上的每一次反射，都有部分能量向外傳播。套管壁厚決定了在套管內(nèi)回波的傳播時間，因此，測得了套管壁厚。另外，由于儀器可探測到套管外壁與水泥環(huán)界面上的信號，乃至能接受到水泥環(huán)與地層分界面上的信號，可估算出水泥環(huán)的聲阻抗數(shù)值，并根據(jù)水泥聲阻抗與抗壓強度的實驗關(guān)系，還可對水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況作一些估價。2/6/2023253.

應(yīng)用：PET測井提供的井下信息參數(shù)可分為二類：⑴套管質(zhì)量顯示：套管厚度套管橢圓度井斜及相對方位聲波節(jié)箍曲線磁性節(jié)箍曲線自然伽瑪曲線⑵水泥膠結(jié)顯示：水泥膠結(jié)成果圖泥漿傳播速率（us/ft）2/6/202326⑵

水泥膠結(jié)顯示：水泥膠結(jié)成果圖泥漿傳播速率（us/ft）平均內(nèi)徑儀器居中度2/6/2023273.

PET與CBL測量特性比較：

CBL儀器縱向分辨力差，對儀器偏心很敏感，對微環(huán)空敏感。而PET對微環(huán)空和儀器偏心均CBL不敏感，它可準確給出竄槽位置和寬度，縱向分辨力強，可全面評價水泥膠結(jié)及套管質(zhì)量狀況。2/6/202328第三章

檢查套管質(zhì)量

套管質(zhì)量目前有很多種方法，新疆油田常用的方法有二類。即：井徑測量法（多臂井徑儀）、超聲波測量法（PET,CAST）,下面將分別介紹。2/6/202329§3.1多臂井徑檢查套管內(nèi)徑

目前，我公司引進的多臂井徑有兩種，它們主要應(yīng)用于檢查套管內(nèi)壁的損傷、腐蝕、穿漏以及套管變形，還可以精確地檢查射孔質(zhì)量，下面分別介紹。2/6/202330一、3-5/8″MAC-B四十臂井徑儀

該儀器在圓周上均勻分布有四十個探測臂，一次下井可測得套管的最小內(nèi)徑及剩余臂厚的變化曲線。它是由美國哈里伯頓公司生產(chǎn)專門配接于DDL-III地面測井設(shè)備上工作的。2/6/202331MAC外形圖2/6/202332MAC儀器技術(shù)性能指標：

外徑：3-5/8in(9.21cm)長度：56.75in(144.15cm)重量：83lb(37.73)耐溫：350℉(177℃)耐壓：10000psi(680atm)測量范圍：4~7inOD(10.16~17.78cm)靈敏度：0.05in(1.27mm)2/6/202333二、3-5/8″MSC多探頭井徑儀

該儀器是由美國康普樂（COMPUTALOG）公司生產(chǎn)，專門配接于AT+地面測井設(shè)備上，用于檢查內(nèi)壁狀況以及精確檢查射孔質(zhì)量的一種成像儀器。2/6/2023341.MSC儀器結(jié)構(gòu)與原理

2/6/202335MSC儀外形圖2/6/202336MSC儀器測量原理：

如圖所示，該儀器在圓周上均勻分布著四十個探測臂，每個探測臂帶動一個高靈敏度LVDT傳感器，當(dāng)儀器在井下測量時，四十個LVDT傳感器將套管內(nèi)壁上微弱的井徑變化信號，經(jīng)電子線路數(shù)字化處理后，實時地送到地面。地面計算機將井下送來的四十道信號，還原成四十條測井曲線。此外，還可根據(jù)用戶的要求出據(jù)某一目的井段的成像圖。2/6/2023372.MSC儀器技術(shù)性能指標：

外徑：3-5/8in(9.21cm)長度：56.75in(144.15cm)重量：83lb(37.73kg)耐溫：350℉(177℃)耐壓：20000psi(137.9Mpa)測量范圍：3.63~7.06inOD(92.1~179.3mm)靈敏度：0.01in(0.25mm)準確度：0.01in(0.25mm)圖象解析度：1:20482/6/2023383.MSC儀測井成果曲線圖

2/6/2023394.MSC儀測井成像圖

2/6/202340§3.2井下超聲電視測井儀（CAST）

井下超聲電視測井是利用超聲波的傳播特性和井壁（或套管內(nèi)壁）對超聲波的反射特性來研究井身剖面的。在裸眼井、中可拍攝碳酸巖等堅硬地層井壁的照片，了解巖石縫洞分布情況；在套管井中，可以拍攝套管內(nèi)壁的照片，了解射孔或由于施工、腐蝕、地應(yīng)力作用等造成的套管損壞情況，為井的施工修理提供資料。它的資料直觀，便于分析判斷，是詳查井壁狀況及原因的手段。它常與多臂井徑儀器配合使用。2/6/202341一、儀器結(jié)構(gòu)及測量原理：

我公司引進的CAST是由美國哈里伯頓公司生產(chǎn)專門配接于EXECLL-2000地面測井設(shè)備上工作的。該儀器底部有二個互為180度角的超聲波換能器，安裝在一個旋轉(zhuǎn)探頭上。測量時，換能器產(chǎn)生超聲波垂直入射井壁，然后換能器接受反射回波。反射回波的強度與井中液體及井壁介質(zhì)有關(guān)。即：井壁狀況控制回波強弱。當(dāng)井壁完整無缺時回波強，熒光屏為亮點；當(dāng)井壁有縫洞缺陷時回波弱，熒光屏為暗點。旋轉(zhuǎn)探頭對井壁進行水平掃描，每轉(zhuǎn)一周，即環(huán)視井壁一次，在熒光屏上掃描為一條線，井壁狀況將以明暗顯示出來。移動探頭在水平掃描的同時進行垂直掃描，在熒光屏上即可顯示出反映井壁的圖象。2/6/202342CAST外形圖2/6/202343二、儀器性能技術(shù)指標：

外徑：3.375in(8.57cm)長度：156in(396.0cm)重量：251Lbs(113.8kg)耐溫：400℉（204℃）耐壓：20000psi(137.9Mpa)測量范圍：4~17inOD(10.2~43.2cm外徑)靈敏度：0.8%(0.2us)精度：3%(0.6us)2/6/202344第四章產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測

產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測分抽油井產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測和自噴井產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測。目前，我公司現(xiàn)有用于抽油井產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測的儀器有JS92-V型環(huán)空組合儀、1″PL五參數(shù)環(huán)空組合儀、1″金屬傘流量/含水組合儀等。用于自噴井產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測的儀器有1-7/16″PL七參數(shù)組合儀、1-11/16″Sondex-PL組合儀。下面我著重介紹我公司最新引進的1-11/16″Sondex-PL組合儀。2/6/202345§4.1Sondex-PL組合儀簡介

該組合儀是我公司與2000年從美國哈里伯頓公司引進的，與EXECLL-2000地面測井設(shè)備相配接，既可用于垂直井又可用于水平井產(chǎn)出剖面的動態(tài)監(jiān)測的儀器。該組合儀多種儀器組合而成，一次下井可同時井下測得八個參數(shù)，它們分別是壓力、井溫、張力、伽瑪、X-Y井徑、流體密度、持氣率、全井眼流量。當(dāng)儀器在垂直井中測量時可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的儀器。

2/6/202346§4.2Sondex-PL組合儀結(jié)構(gòu)特點

一、該組合儀改進了以往常規(guī)儀器的井溫儀和壓力儀，采用高分辨率的溫度探頭和高靈敏度的石英壓力計，大大提高了測量準確度。二、該組合儀增加了持氣率儀，可準確的探測出油井產(chǎn)出物中氣的含量，為三相流解釋提供了準確的基本數(shù)據(jù)。三、該組合儀應(yīng)用了籠式全井眼流量計，這種流量計在通過油管下井過程中，它的渦輪葉片是收攏的，到達目的井段后自動張開，進行全井眼測量。另外，它采用目前國際上較為先進的霍爾（Hall）傳感器來感應(yīng)流量的變化，相比于以往的中心流量計來說，測量精確度將有所提高。2/6/202347Sondex-PLT連接圖2/6/202348Sondex-PLT組合儀外形圖2/6/202349Sondex-PLT測井曲線2/6/202350§4.3儀器性能技術(shù)指標：

一、石英壓力計：耐溫：350℉(177℃)耐壓：16000psia漂移量：<3psi/年測量范圍：0~16000psia準確度：0.02%FS(在16000psi標準壓力下偏差3.2psi)分辨率：0.001psi2/6/202351二、井溫儀

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：0~350℉準確度：0.5℃分辨率：0.003C響應(yīng)時間：0.5秒2/6/202352三、張力計

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：+1800kg(拉力)~-600kg(推力)準確度：5kg分辨率：0.4%2/6/202353四、伽瑪儀

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：0~4000API準確度：10API分辨率：1API2/6/202354五、流體密度儀

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：0~1.3gr/cc準確度：0.03gr/cc分辨率：0.01gr/cc2/6/202355六、持氣率儀

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：在2.9~9.9in套管中0~100%持氣率準確度：3%分辨率：1%2/6/202356七、X-Y井徑儀

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：2-7/8″~9-5/8″套管準確度：0.1″分辨率：0.015″2/6/202357八、全井眼流量計

耐溫：350℉(177℃)耐壓：15000psi測量范圍：5-1/2″和7″套管啟動排量：1.7ft/min最大流體速度：500ft/min2/6/202358第五章注入剖面的動態(tài)監(jiān)測

目前，對注入剖面的動態(tài)監(jiān)測各油田普遍采用的測井方法有二種。即放射性同位素示蹤法和連續(xù)流量計測量法。我公司對于注入剖面的動態(tài)監(jiān)測根據(jù)用戶的需要，采用引進的PLT組合儀和國產(chǎn)的XZ138吸水剖面組合儀來測量，或者采用放射性同位素示蹤法和連續(xù)流量計測量法并測的方法。下面就放射性同位素示蹤測井作專門介紹。

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放射性同位素示蹤測井

§5.1概述

放射性同位素測井，是利用人工放射性同位素作為示蹤劑研究和觀察油井技術(shù)狀況和采油注水動態(tài)的測井方法。施工時向井內(nèi)注入被放射性同位素活化的溶液或固體懸浮物，并將其壓入管外信道或進入地層或濾積在射孔孔道附近的地層面上，在此前后分別進行伽瑪測井，稱之為Jr1和Jr2。對比這兩條曲線，就能知道注入的示蹤劑沿井剖面的分布，從而解決與示蹤過程有關(guān)的各種問題。

2/6/202360§5.2同位素的選擇：

以前較常用的同位素有Ba(131)或(13