第二章_井径_井斜和套管测井

根据电磁场理论
2
f
R 103
式中 D—— μ—— R—— f—— Δφ——相位差。 上式说明，涡流产生的二次场与发射线圈的一次场之间存 在相位差，此相位差的大小与套管壁厚成正比，与套管的性质、 交流电的频率有关。对于套管磁测井来说，μ、R和f都可认为 是常数，因此，可根据记录到的相位差大小来分析套管壁厚的 变化。由于测量的相位差曲线直接反映了套管壁厚的变化，对 同一规格套管，其壁厚的变化可认为是重量的变化，所以又称 其为重量测井。
(1)套管内外腐蚀及穿孔：磁井径曲线 只反映套管内径的变化，重量曲线反映套管 质量缺损，当内径不变而重量曲线有负异常 时，可判断为外腐蚀；若内径变大同时重量 值变小时可判断为内腐蚀。内腐蚀常常与套 管本身壁厚不均匀和套管轻微变形等因素混 淆不易分辨，需参考其他资料综合分析。 图2-11是XX井两次磁测井曲线图，从图 中看到，在41～41.5m处曲线有异常显示， 重量曲线凹凸不平，而井径曲线变化不大， 说明外壁腐蚀较内壁严重。取出套管证实， 该处套管在41m处有两个小孔，孔径约为 13mm；在41.5m处有一大孔，孔眼面积约 25×30ｍｍ２，孔眼上下1m距离内其腐蚀更 为严重，且三孔均为外腐蚀穿孔，因此该孔 在重量曲线上有明显显示。
下面就对只一块磁铁 和线圈组成的信号源进 行分析，来说明信号的 产生过程。
由图中看出，图a的正弦波信 号的后半周与图b正弦波信号的前 半周正好重迭，由于两个半周正 弦波方向相同，重迭的结果不但 不会抵销，反而加强了，最后产 生了如图c所示的幅度很大的信号。 当两块磁铁与线圈组成一个整体 时，就得到两个迭加在一起的信 号，信号中间有一个很大峰称为 主峰，两边各有一个与主峰方向 相反的峰，称为副峰。主峰位置， 正是线圈中点经过套管接箍环形
1.两条垂直方向的井径一长一短，另外两条井径介于长 短之间且变化较均匀，则可判断为近似椭圆； 2.若相邻两条直径较长，另外两条较短，则可判断为挤 扁；若4条直径长短交错，则可判断为不规则的凸凹变形； 3.若4条井径都小于套管的原始内径值，则可判断为缩径； 若4条井径都大于套管的原始内径，则可判断为扩径；若4条 井径与原始套管内径相差很大，则可能为套管错断，错断大 多数出现在射孔井段的接箍处。
d1 d d n d n
多臂井径仪用于套管井中，用来测量套管内径的变化。 多臂井径仪的臂数一般在30～６４之间，通常根据套管内径 的大小来选择不同臂数的多臂井径仪。多臂井径仪的臂宽约 2.16mm，测量时要求各臂端部间的间隙约为0.5in。 显然，套管内径越大，就应选择更多臂数的仪器。 多臂井径仪可同时输出最大和最小两条套管内径曲线， 也可输出相应180°的两个臂的井径值，根据这些值来了解 套管的腐蚀及变形情况。 若 1.最大、最小两条套管内径近似相等，则套管没有腐 蚀变形； 2.最大、最小两条套管内径有明显差别，则表明套管 发生腐蚀变形 不同公司的多臂井径仪有不同的规格，分别适用于不 同直径的套管井中测量。
当井径发生变化时，井径臂的伸缩带动连杆上下运动，这 一运动改变着触点M、N在电位器上的位置，从改变了M、N 之间电阻值ΔR 的大小，ΔR与井径的变化成正比： ΔR=Δd 式中 ——比例系数。 当给电位器通以恒定的电流Ｉ，则井径的变化就相应使M、 N之间的电位差发生变化： ΔUMN=IΔR =IΔd =I(d-d0)
普通井径仪用于裸眼井中，在裸眼井中使用的井径 仪有两臂井径仪、三臂井径仪和四臂井径仪三种。两 臂井径仪可以附带在其他带极板贴井壁的仪器上，如 微电极、密度计等。三臂和四臂井径仪一般是单独下 井测量，但也可以组合在其他测井仪器上，如四臂井 径仪就可以组合在地层倾角仪上，测量地层倾角信息 的同时，测量两条井径。两臂、三臂、四臂井径仪虽 然都是测量井的直径，但它们反映的特征却不大一样， 两臂井径仪得到的是井眼的最大直径，三臂井径仪得 到的是井眼的平均直径，而四臂井径仪常给出井眼的
第二章 井径、井斜和套管测井
第一节 井 径 测 井
井径测井，顾名思义，是测量井筒直径大小的一 种测井方法。在裸眼井中井径测井是测量裸眼井的直 径，在套管井中井径测井是测量套管的内径。在裸眼 井中，由于地下各地层的机械强度不同以及各地层受 到的泥浆冲洗、浸泡和钻头的碰撞的差别，实际的井 径往往与钻头直径不同，并且不同机械强度的地层有 不同的井径。在套管井中，由于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，或者由于来自套管各方的地层应力 不同，使套管发生形变。套管的这些变化都会引起套
灰岩、白云岩： 致密灰岩和致密白云岩的渗透性很差，且较坚硬。 井径近似等于钻头直径 即：d≈d0 含泥质的灰岩或白云岩： d略大于钻头直径d0 孔隙性灰岩或白云岩： d略小于钻头直径d0 裂缝性灰岩： 井径不规则，井径曲线上呈锯齿状 泥岩：泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥浆浸泡和冲刷 易发生垮塌，井径都大于钻头直径, 即：d>d0 盐岩：盐岩受泥浆的溶解作用井径会扩大, 即：d>d0。 石膏：石膏为块状结构，一般情况下井径近似等于钻头直径。 即：硬石膏 d≈d0 ；石膏 若发生溶解 d>d0 。 井径曲线一般只能用来定性识别岩性，它是划分井孔地层剖 面，识别岩性的一种辅助手段，常用于配合其他曲线进行解释。
在井轴不偏斜时，磁北针与方位角环形电位器缺口在 一个方向上，方位为零，当井轴偏斜时，磁北针离开 缺口方向，偏离的角度是方位角。这个角的大小由这 个角内电位器的电位差所反映，方位角大，则电位差 大，反之则小。仪器经过校验，便可知单位电位差代 表的方位角的度数，测量磁北针与井轴投影线间的电 位差，就可以测得井轴偏斜的方位角。 倾角测量装置的电位器在测量时，位于井轴倾斜面内， 当井轴倾斜时，带有重锤的指针发生偏转，偏转的角 度就是要测量的井轴的倾角。倾角的大小由对应的一 段电位器上的电位差反映出来。和测量方位角一样， 仪器经过校验，测量电位差大小就可以测量出井径倾 角。 井斜测量是点测进行的。一般是25ｍ或50ｍ测一点， 代表测点以上一段的井斜情况。为了严防井斜和打好 定向井可以根据具体情况加密测点。
1.
井径仪的结构如图2-1所示。 仪器主要由井径臂和一个电位 器组成，井径臂末端靠弹簧作 用力而紧贴在井壁上。测量时， 井径臂紧贴到井壁上，仪器随 电缆上提测量，当井径发生变 化时，井径臂也会相应发生伸 张和收拢变化，这个变化又带 动电位器上的滑线电阻移动， 也即把井径的变化转化为仪器 电阻的变化，如果给电位器通 以恒定的电流，则可把井径的 变化通过电位器上电阻的变化 转化为电位差的变化加以记录。
(2)
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：
V

4
h ( d d 2 )
2
式中 h—— d’—— d—— 井径曲线在固井工程上提供固井段的平均井径，通常采用 算术平均法求取平均井径值。先在每隔50m或25m(或更短 一些的井段上)求这段井径的平均值，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d0
整理得：
1 U MN d d0 I U MN d0 C I
式中 d—— d0——当ΔＵＭＮ＝0 C—— I—— 参数C和d0均为常数，其数值可以通过仪器校验 得到，按上式对仪器进行刻度后，测量时便可记录出 一条随井深变化的井径曲线。
2. (1) 岩石在结构和成分上的差异，造成钻井过程中钻 头和泥浆对其作用效果的不同，因而在井径曲线上会 出现相应的不同特征，常见几种岩石的特征如下。(设 井径d，钻头直径为d0) 砂岩：由于渗透性较好，一般都有泥浆侵入，在 井壁上有泥饼形成，使井径小于钻头直径， 即：d>d0 。 砾岩：致密坚硬的砾岩渗透性差，井径d近似等于 钻头直径d0； 渗透性砾岩的井径与砂岩的井径相似, 即：d≈d0。 泥岩：泥岩颗粒细，结构较疏松，受钻井过程中泥 浆浸泡和冲刷易发生垮塌，因此一般泥岩段的井径都 大于钻头直径, 即：d>d0 。
2.工作原理 从电磁感应定律知， 当通过线圈的磁通量发生 变化时，在线圈上会产生 感应电动势。套管接箍仪 器在井下自下而上沿套管 滑动时，由于在接箍处引 起仪器内线圈磁通量的改 变，其线圈便产生一个感 应电动势，这个信号经电 缆传输到地面仪器加以记 录。通过信号与电缆的对 比，便可知接箍的深度。
井下几千米套管是由一根根 连接起来的，在这些套管的连接 处，由于套管本身结构和施工过 程的差异，使两根套管间产生一 个宽约1cm环缝，如图2-7所示。 在仪器经过接箍处的缝隙时，由 于缝隙处的磁阻增大，对仪器中 的磁力 线分布产生影响，使通过 线圈的磁通量发生变化，产生感 应信号。
在实测中，主副峰的高度受到测速大小影响，测 速不同，信号的形状和幅度也不同，下面是不同测速 下的信号波形。如图2-9
在油田开发过程中，由于井下作业和地下水的腐蚀等原 因，套管内外壁都会出现不同程度的损坏，壁厚变薄，特别 是老油田，这一问题更为严重。因此，必须随时掌握套管壁 厚变化的准确资料。这对油井大修，采取预防措施，检查防 腐效果都是非常有意义的。磁测仪是目前国内唯一的套管腐 蚀检测仪，能同时测得井径和壁厚两条曲线，用于检查套管 壁厚变化，对套管壁厚的分辨能力为0.2ｍｍ。套管磁测井 是利用低频交变电磁场在导体中产生的涡流效应来测量套管 壁厚的一种套管内的测井方法。 我们知道，在一个发射线圈中通以低频交流电时，在线 圈的周围就会产生交变电磁场，称一次磁场。当线圈外有导 体存在时，导体中会出现涡流，这一涡流同样会在接收线圈 中感应出感应电动势，称二次感应。该感应电动势的大小及 相位的变化与线圈外导体的性质和数量有关系 。
第三节 套 管 测 井
本节涉及两方面的内容，套管接箍测井 和套管磁测井。套管接箍测井用于测量套管 接箍的位置，确定射孔位置，校准其他测井 深度等。套管磁测井用于测量套管的壁厚变 一、套管接箍测井 1. 套管接箍测井又称磁性定位器，磁性定位 器的核心部分是一个线圈和两块永久磁铁， 磁性定位器两块磁铁放置于线圈两侧，均以 N极靠近线圈。线圈与磁铁的配合是产生套 管接箍信号的元件，缺一不可。磁铁和线圈 放置在用铜或其他非铁磁材料做成的都有显示。图2-12 为58-65弹型射孔井段磁测 井曲线图。从图中可看出， 射孔井段的顶、底界面清 楚，且可知多数孔眼已形 成纵向连通，套管破裂。 重量曲线幅度值降低，磁 井径曲线有极明显的正向 峰值。