第20讲压力测井方法

石英晶体的晶轴
2.压力测井仪工作原理 石英压力计 横向压电效应
当石英晶体在 Y 轴方向上受
力时，仍然在垂直于X轴的表
面上产生外部电荷，而沿Y轴
方向上只产生形变，这称为横
向压电效应。
压电式压力传感器利用的是 石英的纵向压电效应。 石英晶体的晶轴
2.压力测井仪工作原理
石英压力计 石英晶体表面产生的电荷密度与作用在晶体上 压力成正比，与晶体尺寸（厚度、面积）无关。
测力计式应变 压力计原理图
2.压力测井仪工作原理
应变压力计
滞后影响取决于施压方式。 压力增加过程中，压力计读数有过低的趋势； 压力降低过程中，压力计读数有过高的趋势；
压力测井过程中下放测量的滞后效应比上提测
量要小。
对压力计系统进行标定并进行温度校正，将提
高仪器的测量精度。
2.压力测井仪工作原理
一般取n=3或n=5。
当n=3时，测量的响应为：
P( f , T ) G (T ) H (T ) f I (T ) f J (T ) f
2
3
仪器刻度需要确定G、H、I、J四个系数。
2.压力测井仪工作原理 石英压力计 四个参数均为温度的函数，具有如下形式：
X (T ) X 0 T [ X 1 T ( X 2 TX 3 )]
石英压力计
另一个作为参考晶体， 置于真空中，其振荡频率 仅受环境温度的影响。
平衡条件下，温度对两
个晶体的影响相同。
经过刻度以后，两个晶
体形成一个配对晶体。 石英压力计传感器
2.压力测井仪工作原理 石英压力计
石英压力计的测量压力响应与晶体的振荡频率 有关，是振荡频率 f 的n次多项式，并与测量条件 下的温度有关。
应变压力计
即6895Pa（1Psi）。 测量的重复性主要受到滞后的影响。
应变压力计的分辨率为模数转换器的一个单位，
绝对精度主要取决于压力系统的标定方式。
对测量系统如果不做任何校正，误差将达到满
刻度的1%；经过标定并做温度校正以后，精度
可以达到满刻度的0.13%。
2.压力测井仪工作原理 石英压力计 石英晶体压力计是根据压电效应而设计的。
1.压力测井概述 异常的静水压深关系可以表示为：
Pw (dP / dD) w D 101325 C
C为常数，超压层C为正，欠压层C为负。
如果某一地层的流体压力异常，那么该地层必 然与周围的地层隔绝，造成静水压力到地面的连 续性无法建立。
1.压力测井概述
引 起 地 层 流 体 压 力
膜式：将应变电阻片直接贴在感受被测压力的 弹性膜上； 测力计式：把被测压力转换成集中力以后，再 用应变式测力计的原理测出压力的大小。
2.压力测井仪工作原理 应变压力计
测力计式应变压力计
压力计由一个柱体构成；
底部有一个筒状压力空腔；
一个参考线圈绕在柱体的实 体部分； 一个应变线圈绕在压力空腔 部分。 测力计式应变 压力计原理图
dR d dL (1 2 ) R L
式中为 R 为电阻； 为电阻率； L 为电阻丝长度， μ为泊松比。上式也可以写成：
dR / R d / K (1 2 ) dL / L dL / L
K 为电阻应变灵敏度系数； K 值决定因素：导 体的几何尺寸；应变效应。
2.压力测井仪工作原理 应变压力计 测量原理
外界压力=>弹性元件变形 =>应变电阻片变形 =>
电阻率R变化 根据电阻R的变化来测量未知的压力 应变效应：导体产生变形时，导体的电阻要发 生变化。
应变压力计利用应变效应来测量压力。
2.压力测井仪工作原理
应变压力计 当导体在压力作用下发生变形时，其电阻的相 对变化可以表示为：
频率与压力关系
2.压力测井仪工作原理
石英压力计
石英压力计由井下压力 探测器和地面的信号处理 部分组成。 井下压力探测器由两个 对压力、温度敏感的石英 晶体振荡器构成。 一个作为测量晶体，作 用在晶体上的压力会改变 晶体振荡器的频率，并受 环境温度的影响。
石英压力计传感器
2.压力测井仪工作原理
主要目的在于分析井内流体流动状态、估算油、
3.稳定流动压力测井
应用1：产能评价 油层的产能可以用生产指数来衡量，建立起产 量变化同井底压力的关系。生产指数定义为： q0 qg J0 Jg 2 Pws Pwf P ws P 2 wf
q0 为日产油量， qg 为日产气量， Pwf 为流动压力， Pws为井底静压力（关井用压力计测量）。实用估 算公式为（下标1和2为两次不同流量的测量）：
的生产状况和油层的生产性质。
油层的压力是储层中的油、气能够从地层流入
井内，以及从井内流到地面的驱动力。 地层的压力是油、气勘探开发必须确知的参数 之一。
1.压力测井概述 油藏压力来源：（1）上覆岩层的地静压力（压 实压力）；（2）边水或底水的水柱压力。 油层处于同一个水动力系统，当油藏的边界有 供水区时，在水柱压头的作用下，油层的各个水
压电晶体的自振频率与厚度有关；当石英晶体 受压时，其振荡频率为：
fn
1 C x 0.5 ( ) 2t
t为晶片厚度，为晶体的体积密度，Cx为石英晶 体的弹性刚度系数。
2.压力测井仪工作原理 石英压力计 传感器自振频率越高，测 出的压力变化频率越高。 右图是频率与压应力的关 系，横坐标为压应力，纵坐 标为频率f，为作用角。 由图可知，当石英晶体受 围压时， f/ 最大，压力计 常采用围压方式设计。
试井：稳定试井，不稳定试井
电缆地层测试 动态监测
根据测井、测试资料计算等（地质力学分析）。
2.压力测井仪工作原理
目前应用的井下压力计主要包括：应变压力计
和石英晶体压力计；
应变压力计：测量井内的流动压力和井底静止
压力； 石英晶体压力计：精度较高，不稳定试井；
电缆地层测试通常同时使用两种压力计。
石英是一种压电晶体，在受到外力的作用以后，
其内部正负电荷中心发生相对位移，产生极化现
象，电极表面将呈现出与被测压力成正比的束缚
电荷。
将石英晶体传感器接入振荡电路以后，响应频 率（振荡频率）的变化便反映压力的变化。
2.压力测井仪工作原理
石英压力计 纵向压电效应 不受力的状态下，电荷平衡 而呈中性； 晶体沿 X 轴方向上受力时， 晶格平面产生变形，原来互相 重合的硅离子的正电荷中心分 离开来； 表现出晶体在垂直于 X 轴的 表面上吸附电荷，称为纵向压 电效应。
异常的原因很多，包
Normal Pressures Trend Overburden Stress
括温度变化，地质异
Depth
常等。 通 常 通 过 声 波 速 度
Overpressure Pore Pressure
和地层深度之间的关
系来进行判断。
Velocity
Stress
地层压实趋势图
1.压力测井概述
积上的力，单位：大气压，atm；Pa，MPa。
物理学中常用绝对压力。
压力表测量直接指示超出大气压的数值，称为 表压力。
表压力和绝对压力的关系：
P绝对压力=P表+P大气压
1.压力测井概述
压力测井用电缆将压力计下入井内，不仅可以
测量井眼内流体的流动压力和静止压力，也可以
测量地层内流体的压力及其变化，分析评价油井
2.压力测井仪工作原理 应变压力计 当压力空腔承受压力时，外
部筒体产生弹性形变；
弹性形变传至应变线圈，使 线圈的直流电阻发生改变。
测量电阻的变化值，就可以
计算外界压力的大小。
测力计式应变 压力计原理图
2.压力测井仪工作原理
应变压力计
应变压力计的影响测量结果的因素主要包括：
温度影响和滞后影响。
一般现场测量执行预测程序时，共有 n2 个数据 传送到微处理器，以确定刻度系数。 石英压力计在实际测井的过程中仍然会受到温 度和压力急剧变化的影响。 精密压力测量的要求参考晶体和测量晶体之间 的温度差小于0.1℃。
2.压力测井仪工作原理
石英压力计
参考晶体置于真空中，热平衡时间较长； 当压力急剧变化时，两个晶体之间会产生一个 温度差，需要一定的时间才能达到热平衡； 石英压力计适用于定点压力测井。
石英压力计是目前精度和分辨率最高的井下压
力计。
3.稳定流动压力测井 在油气井稳定生产条件下进行的压力测井。 在不同的工作制度下的稳定流动压力测井（测 量井底压力与产量的关系），又称为稳定试井。
不稳定试井：改变油气井的产量，并测量由此
引起的井底压力值随时间变化关系的方法，。 气井产能，确定油层入井流量关系，评价油井产 状和油层特性等。
q0 1 q0 2 J0 Pwf 2 Pwf 1
3.稳定流动压力测井
应用1：产能评价
采油指数估算例子 已知在油水两相流中,两次油流量分别 qo1=100m3/d 和 qo2=200m3/d 下 测 得 流 动 压 力
《测井解释与生产测井》
第20讲 压力测井方法
张元中
中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院
《测井解释与生产测井》
主要内容
1. 压力测井概述 2. 压力测井仪工作原理
3. 稳定流动压力测井
教材 第6章：第6.1- 6.3节
1.压力测井概述
压力：一个物体垂直作用在另一个物体单位面
油田开发中的一个很重要问题就是要确定各个
油层的压力系统。
需要确定油层的压力梯度。
通常建立压力梯度曲线，属于同一个水动力系 统的油层具有相同的压力梯度，压力梯度曲线只 有一条。 如果有数条压力梯度曲线时，说明个油层不属
于同一个压力系统。
1.压力测井概述 目前在油田生产中广泛应用的地层压力确定方 法很多，主要包括： 压力测井：压力测井仪
压力梯度：间隔为每米井段上的压力降（压力
差）。单位：atm/m，Pa/m，MPa/m。
油藏的压力与深度成正比。油田一般用第一批
井中测取的地层压力代表原始地层压力。
1.压力测井概述 油田投入开发后，地层压力的分布状况会发生 变化，这个变化会贯穿油田开发的整个过程。 地层压力通常用静止地层压力和流体的流动压 力来表示，通过压力测井来获取。 在一定的油藏深度处，覆盖层压力等于孔隙内
0
h
孔隙压力 Pp
z=h
h
有效应力
Pp = g |f(z)dz
0
e = v - Pp
P gh
= Biot 常数
1.压力测井概述 孔隙流体压力
1.压力测井概述
油田投入开发前，整个油层处于均衡受压状态， 此时油层内部各处的压力为原始地层压力。 原始地层压力与油藏的形成条件、埋藏深度以 及与地表的连通状况有关。
面上将具有相同的压力数值。 由于油气运移时的水动力作用等，也使油藏内部
具有一定数值的压力。
对于没有供水区的油藏，在油藏形成的过程中，
1.压力测井概述
油藏压力 =上覆岩层静压力 + 底边水水柱压力
地层压力：岩石孔隙内流体的压力
1.压力测井概述
上覆压力 v
有效应力 e
v = g |b(z)dz
2.压力测井仪工作原理
应变压力计
应变电阻材料要求： 希望K值较大，且在较大范围内保持常数；
电阻温度系数小，有较好的热稳定性；
电阻率要高，工艺性能好； 目前常用的材料是康铜丝或镍镉合金丝。
2.压力测井仪工作原理 应变压力计
常见的应变压力计的传感器结构有两种：膜式，
测力计式；
温度影响主要是由于镍铬合金丝的电阻率随温 度的变化而变化。 压力计同一骨架上绕有相同的参考线圈和应变 线圈进行温度补偿。
2.压力测井仪工作原理
应变压力计
温度的突然改变需要一定时 间才能达到热平衡，因此两个 线圈之间会存在温度差而导致
源自文库
压力读数的偏差。
线圈的升温比降温过程容易， 故下放测量比上提测量稳定得 更快（测量特点）。
流体压力与岩石颗粒之间基质压力之和。
由于一定深度处的覆盖层压力是常数，因此孔
隙流体压力下降，导致颗粒压力增加。
1.压力测井概述
在同一个水动力系统内，流体压力与深度的关
系受油藏邻近水压控制，正常情况的关系为：
Pw (dP / dD) w D 101325
上式中 D 为地层深度； dP/dD 为水的压力梯度， 与水的矿化度有关。 满足该关系式为地层压力正常，不满足该表达 式的为地层压力异常。