井徑測井原理、計算方法、主要應用、儀器刻度、質量控制

1、井徑測井原理

1.1測量原理

實際井徑往往和鑽頭直徑不同,利用井徑儀來測量井眼直徑的變化。井徑儀的結構主要有兩種:一種是進行單獨井徑測量的張臂式井徑儀;另一種就是利用某些測井儀器的推靠臂(如密度儀、井壁中子測井儀、微側向儀等),在這些儀器測井的同時測量。

不論哪種井徑儀,它們的測量原理基本相同,而且比較簡單。以張臂式井徑儀爲例,如圖1.1所示,它的井徑臂(也叫井徑腿)在彈簧力的作用下發生伸張和收縮,並將井徑臂的張縮變化轉換成電阻值的變化。其原理電路如圖1.2所示。

圖1.1  滑線電阻式井徑儀結構示        圖1.2  井徑測量原理電路圖

實際進行井徑測量時,將儀器下到預計的深度上,然後通過一定的方式打開井徑腿,於是,互成90°的四個井徑腿便在彈簧力的作用下向外伸張,其末端緊貼井壁。隨着儀器的向上提升,井徑腿就會由於井徑的變化而發生張縮,並帶動連桿作上下運動。如果將連桿同一個電位器的滑動端相連,則井徑的變化便可轉換成電阻的變化。當給該滑動電阻通以一定強度的電流時,滑動電阻的某一固定端與滑動端之間的電位差將隨着其間電阻值的變化而變化。於是,測量這一電位差,便可間接反映井徑的大小。

爲了建立所測電位差與井徑值之間的關係,可作如下簡單推導。

假定井徑值爲某一起始井徑d0時,滑動電阻的滑動端M與某一個固定端N之間的電阻rMN=0,即△UMN=0,則當井徑值變爲d時,有:

                            

式中β爲比例係數。與不同的儀器有關。

由於

於是 

             

式中C=1/β稱爲儀器常數。

通過對儀器的校驗,可以求得儀器常數C,和△UMN=0時的起始井徑值d0。已知這兩個參數之後,在給儀器供以恆定電流I的情況下,便可在井徑儀的移動過程中,連續測定△UMN的變化,獲得井徑曲線。

2、測井曲線

我們常見的井徑曲線名爲CAL。實際測井儀器記錄時可以得到以下幾種資料:

VCAL:井徑採樣電壓值(採樣曲線) 

CAL:  由電壓計算得到的井徑(計算曲線)

VOL:  井眼體積

3、井徑測井的應用

井徑資料的應用主要體現在以下幾個方面。

3.1 輔助判斷巖性

泥岩層和某些鬆散的岩層,常常由於鑽井時泥漿的浸泡和沖刷造成井壁坍塌,使實際井徑大於鑽頭直徑,出現井徑擴大(稱爲擴徑)。

滲透性岩層,常常由於泥漿濾液向岩層中滲透,在井壁上形成泥餅,使實際井徑小於鑽頭直徑,出現井徑縮小(稱爲縮徑);明顯的泥餅也可以來驗證孔隙滲透層的存在。

緻密岩層,井徑接近鑽頭直徑,變化不大。

在裂縫發育或有洞穴的碳酸鹽巖儲集層,也可能出現擴徑。

3.2 井眼校正

在油氣層井段的組合測井中,井徑測量可以在許多定量解釋中配合某些測井資料進行井眼影響校正。

3.3 估算固井水泥量

全井段井徑資料可用於計算固井所需水泥量。

3.4 套管檢查

可用於檢查套管的變形、磨損和腐蝕。

4、刻度方法

測井前,在車間應檢定出井徑儀起始井徑值d0和儀器常數C;測井後,必須用套管內徑對儀器進行檢查。

有推靠器的儀器,必須用井徑刻度器對井徑儀進行兩點刻度。例如,用8英寸的標準環讀出8.5英寸,使用12英寸的標準環,讀出12.5英寸。圖4.1中的直線就表示刻度特性曲線。只要確定這條直線的方程,就可以把每個測量值立即轉換成經過刻度的數值。測井前、後校驗工程值要求在規定的範圍內。

圖4.1 井徑儀刻度直線

5、測井質量控制

5.1 井徑大小形態要求

滲透層、緻密層井徑數值一般應接近或略小於鑽頭直徑;井徑曲線最大值不得超過井徑腿全部伸開時的值,最小值也不得小於井徑腿全部合攏時的值;多次測量的井徑曲線形狀應相似,測量值誤差應在10%以內。

5.2 測量井段要求

儀器進入套管後的測量長度必須超過10m,且井徑曲線平直穩定;測量值與套管標稱值誤差應在±1.5cm以內。

5.3 測量速度要求

目前國產儀器的最高測速一般在30m/min,當和其它測井儀器進行組合時,應以最低速儀器的速度爲準,在井眼條件不好時也應降低測速。例如當和自然伽馬組合時,應以自然伽馬測速爲準(9m/min),這樣才能保證自然伽馬測井曲線的質量。

5.4 重複性要求

在無粘卡的情況下,重複曲線與主曲線應具有良好的重複性,誤差不超過±5%,並與其它儀器測量的井徑曲線相吻合。


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