用試驗(yàn)消除井參數(shù)對密度測井的影響

□楊紅云 □閆思泉（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

1.前言

在密度測井時，由于γ射線的穿透能力很強(qiáng)，可以穿過金屬套管，套管與井液對其不起屏蔽作用，故它不僅可以在裸眼井中使用，也可以在套管井中進(jìn)行，在干孔或有井液的情況下均可以進(jìn)行測試。密度測井的探測深度很淺，一般不超過十幾厘米，因此密度曲線受井徑、井液、套管等因素的影響是不能忽略的。在不同外徑的套管段、有井液孔段和無井液孔段實(shí)測值有明顯差異。

井徑、井液、套管對測量結(jié)果的影響可看作是兩種因素的綜合，一是它們對γ射線的吸收；二是它們自身的自然放射性附加在測量結(jié)果上。一般情況下，吸收是主要的。當(dāng)井下儀器由井液部分進(jìn)入空井部分，γ讀數(shù)將要升高；從沒有套管的部分進(jìn)入有套管的部分γ讀數(shù)減少，在井徑擴(kuò)大的井段由于井液吸收γ讀數(shù)要降低。因此，需要對上述各項(xiàng)因素進(jìn)行校正。對于密度測井的數(shù)學(xué)模型，不能使用相同的系數(shù)，有必要對不同井徑套管和有無井液時密度測井進(jìn)行標(biāo)定，以使所測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

2.方法機(jī)理分析

密度測井是以康普頓效應(yīng)為理論依據(jù)，研究地層對伽馬射線的散射和吸收特性，通過在鉆孔中測定地層的散射伽馬射線強(qiáng)度解決地質(zhì)問題的一種人工伽馬測井方法。理論與實(shí)踐證明，當(dāng)所使用的伽馬源的能量為中等時，散射伽馬射線強(qiáng)度與地層密度有密切的關(guān)系。

在密度探管的下方安置γ源，從源射出的γ射線部分被巖石中的電子散射后回到探測器，由于康普頓散射吸收系數(shù)與巖石體積密度成正比，而探管中探測器接收到的散射γ射線強(qiáng)度 Jr=KQe-μl。

式中:Q為源強(qiáng)，K為儀器常數(shù)，μ為巖石對γ射線的吸收系數(shù)，l為源到探測器的路程。

可見，探測器所接收到的γ射線強(qiáng)度與巖石體積密度呈指數(shù)下降。

為減少井內(nèi)泥漿或井壁對測試數(shù)據(jù)的影響，擴(kuò)大探測范圍，使所測密度值更接近地層的真值，用長源距和短源距兩種密度測井的結(jié)合，可以補(bǔ)償這方面的影響，稱為雙源距補(bǔ)償密度測井。

根據(jù)前人對這方面的工作，巖層巖石的密度和長短源距探測器接收的散射γ射線強(qiáng)度有如下關(guān)系：ρ=a+bln(x)+cln(y)

式中:ρ為巖石密度，x、y分別為短、長源距探測器讀數(shù);a為回歸常數(shù)項(xiàng)，b為短源距的回歸系數(shù)，c為長源距的回歸系數(shù)。

已知短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的3組數(shù)據(jù)，通過擬合可算出系數(shù)a、b、c。實(shí)際測井工作中利用這3個系數(shù)和長、短源距的計(jì)數(shù)計(jì)算出巖石的密度值。每一組外徑套管在有無井液的情況下各對應(yīng)一組系數(shù)。

3.試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為：JGS-1B智能工程測井系統(tǒng)；直徑1.5m，高1.5m的鐵桶；細(xì)砂、砂礫石料各4m3；外徑分別為168mm、127mm、108mm、89mm套管（模擬鉆孔現(xiàn)場）各1.5m；磅秤；天平：感量為0.01g；電爐、炒鍋；毛刷、劈灰鏟；水表；外徑分別為168mm、127mm、108mm、89mm套管對應(yīng)的鉛屏蔽 (控制γ源和探測器發(fā)射和接收的方向)，尺寸見表1。

表1 鉛屏蔽尺寸表

4.現(xiàn)場試驗(yàn)

試驗(yàn)步驟如下：

4.1 把4根套管固定在鐵桶中，套管對稱分布在鐵桶中部，距桶壁0.45m，如圖1。通過水表向鐵桶中注水至桶頂，用水表讀數(shù)校正鐵桶體積。

圖1 套管在鐵桶中安置示意圖

4.2 抽干鐵桶中水，取出套管，向鐵桶中填細(xì)砂。填細(xì)砂時先稱重，再攪拌均勻，取2組樣測含水率，記錄在鐵桶中填20cm高時需要細(xì)砂的重量，夯實(shí)。

4.3 將套管底用布封住，按圖1所示置入細(xì)砂中，再填20cm的細(xì)砂，攪拌均勻，抽取2組樣測定含水率，然后用同樣力度夯實(shí)，然后再依次填20cm的細(xì)砂，依次測定每層的2個含水率，依次將每層夯實(shí)，最后將測得的含水率取平均值，取得這一桶細(xì)砂的含水率。已知桶中細(xì)砂的質(zhì)量和細(xì)砂的體積，可知桶中細(xì)砂的密度。通過天然密度和含水率，計(jì)算出桶中細(xì)砂的干密度。

4.4 依次在4個外徑的套管中測試，測試時將對應(yīng)套管尺寸的鉛屏蔽體固定在短源距下面，裝上γ源，并把探管放置在套管中，γ源距底部0.5m，測100組讀數(shù)取平均值，建立無井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的一組數(shù)據(jù)。

4.5 向鐵桶中注水，用水表測定水的體積，使細(xì)砂處于飽和狀態(tài)，計(jì)算出飽水狀態(tài)下細(xì)砂的密度。

4.6 依次在4個外徑的套管中測試，測試時將對應(yīng)套管尺寸的鉛屏蔽體固定在短源距下面，裝上γ源，并把探管放置在套管中，γ源距底部0.5m，測100組讀數(shù)取平均值，建立有井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的一組數(shù)據(jù)。

4.7 選用砂礫石料，重復(fù)步驟4.2～4.6，重復(fù)2次，采用各不相同的夯實(shí)力度，這樣便可建立無井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的3組數(shù)據(jù)，和有井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的3組數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行擬合便可得出系數(shù)。

5.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

通過試驗(yàn)，我們制作了密度分別為 1.53g/cm3、1.78g/cm3、1.71g/cm3，飽水密度分別為 1.95g/cm3、1.99g/cm3、1.91g/cm3的 3種“巖層”，分別測得各個外徑探管在無井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的3組數(shù)據(jù)，和有井液狀態(tài)下短源距讀數(shù)、長源距讀數(shù)對應(yīng)密度值的3組數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行擬合，擬合完畢后，將數(shù)據(jù)輸入，對刻度時測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行反算，查看擬合結(jié)果是否滿足要求。擬合成果表見表2。經(jīng)反算，測量數(shù)據(jù)精度滿足要求。

表2 擬合成果表

6.結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)，我們擬合、回歸了各個孔徑的套管中有井液和無井液時密度測井所用的參數(shù)，克服了井徑、井液、套管等因素的影響，給實(shí)際生產(chǎn)提供了數(shù)值計(jì)算的依據(jù)，使密度測試的結(jié)果更加接近真實(shí)值。

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