井液及井径对煤田测井曲线的影响分析.pdf

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馈他GEOLOGYOFSHAANXI2013年6月第3l卷第1期文章编号：1o01—6996(2O13)O1—o054—o3井液及井径对煤田测井曲线的影响分析张星龙，蒙晓记2(1_陕西省地矿局物化探队，西安710043；2．陕西省地矿总公司，西安710054)摘要：在进行煤田测井时，由于钻孔井径、井液性质差别，导致自然电位曲线、三侧向电阻率曲线不能很好地反映地层的变化，本文结合陕北某煤田测井实际，分析了井液、井径对自然电位曲线、三侧向电阻率测井曲线影响的原因。关键词：井径；井液；测井曲线；影响分析中图分类号：P631．181／P618．11文献标识码：B进行煤田测井时，自然电位曲线、自然伽马曲线、密度曲线、三侧向曲线及井温曲线都是必不可少的测量曲线。但是，在测井实际工作中常常由于钻孔井液、井径的影响，自然电位曲线和三侧向曲线形态不能对煤层作出明确解释。现结合陕北某煤田测井实际，对井液、井径对自然电位曲线和三侧向曲线的影响进行分析。1井田地质概况陕北某煤田，地层自上而下为：第四系覆盖层(主要由现代风积沙、粉沙、细沙组成)，中细砂层夹粉砂质粘土薄层，离石组的浅棕红、棕黄色亚砂土、粉砂质粘土，洛河组的紫红色、砖红色粗粒砂岩、砂岩粒，安定组的紫红色泥岩与细砂岩韵律层为主夹杂色泥岩、砂质泥岩、灰色钙质泥岩、局部为炭质泥岩，直罗组的灰、灰绿色中粗粒砂岩、加浅灰绿色细砂岩、粉砂岩、砂质及细砾岩、底部为灰色的中粒砂岩，延安组的下部为灰白色中粗粒长石砂岩、上部为灰色、灰黑色粉砂质泥岩。煤层位于延安组。在直罗组存在涌水层而且水量很大，常常从井口涌出。通过对测井工作区80口井统计，有57口井都有水从井口涌出，有23口井不涌水。2井液对自然电位曲线的影响在测井中使用的仪器是重庆地质仪器厂生产的JGS一1B型组合测井仪。通过对该工作区测井资料的统计发现，凡是涌水孔自然电位在岩层及煤层上形态反映不明显且自电幅度很低，在煤层一般只有0—10mv的幅度，三侧向电阻率在全孔及煤层上8O一100Q·m之间。收稿日期：20l3—o3—28作者简介：张兴龙，男，5l岁，物探工程师，主要从事煤田钻探测井工作。 第1期张星龙等：井液及井径对煤田测井曲线的影响分析55对于井温曲线从涌水处到井口每100111只有0．2℃的变化，而在涌水点以下每100m井温变化大都在1．5～2．O℃之间变化。对于处在同一工作区域的不涌水的23口井而言，自然电位在岩层及煤层上反映就完全不同。其自然电位的幅度大都在16～4onav之间。三侧向电阻率在煤层上数值在190—2100Q．m之间。井温每100m有1．5—2．O℃的变化。2．1自然电位形成的原因自然电位形成的原因较为复杂，按电化学作用种类的区分主要有扩散与扩散吸附作用、氧化还原作用以及电极极化作用等。(1)扩散与扩散吸附作用。扩散与扩散吸附作用是指溶解于地层水和泥浆的电解质离子在有离子浓度差条件下，所发生的物理现象。由离子扩散形成的自然电动势，ⅡLl扩散电动势；由离子扩散吸附形成的电动势，叫扩散吸附电动势。扩散电动势只发生在渗透层。扩散吸附电动势主要发生在泥质岩层。(2)氧化还原作用。煤层或金属矿层，在与其毗连的溶液之间，由于发生氧化还原作用，在其接触面会产生自然电位，该自然电位叫氧化还原电动势。该电动势通过煤层或金属矿层、围岩及泥浆放电，形成沿井身变化的自然电位曲线。煤层或金属矿层因氧化失去电子而带正电荷，其毗邻的围岩得到电子而带负电荷，使煤层或金属矿层自然电位为正异常；反之，处于还原状态时，呈现负异常。2．2井液对自然电位曲线影响因素在正常情况下，井液与围岩厚度、岩性、地层产状、水文地质条件对自然电位曲线有很大影响。在此区块主要谈一下水文条件对自然电位曲线的影响。扩散与扩散吸附电动势大小取决于地层水与井液带电离子浓度差，当孔中涌水时不同地层水电解质离子浓度和井液电解质离子浓度差很小，因而其幅度就很小，这样表现在曲线上就是曲线幅度较小形态不对称。因而不能够真实反应地层的变化。在煤层，氧化还原电动势通过煤层、围岩及泥浆放电而此时的井液恰好是电子的良导体，这样沿井壁沉积的电荷就少，所以自然电位的幅度就小。3井液对三侧向测井电阻率曲线的影响3．1三测向测井原理三电极侧向测井简称三侧向测井。其电极系由直径为d0的三个金属圆柱体组成的棒状电极系。中间电极A0为主电极，其上下两侧的电极A1和A2叫屏蔽电极，主电极与屏蔽电极被绝缘层隔开。当稳流电源给主电极A0提供稳定的主电流10，可调电源给A1、A2供以与A0极性相同的屏蔽电流I1、I2．．A1与A2短路，在A1与A2之间并接一小电阻(拾取电阻)r。当电极系置于均匀无限各项同性的介质之中，屏蔽电流适宜时，使电极A0与A1、A2等电位，即小电阻r两端的电压为零。根据电流线垂直于等电位面原理，电极系周围电流场中同一水平流出的电流线包络面(双曲面)与等电位面(椭圆旋转面)垂直。主电流10受屏蔽电流I1和I2的排斥被聚焦成薄层状注入地层，如果电极系周围的介质不均匀，电极A0、Al和A2的接地电阻相应改变，主电流10因稳流而不改变，但屏蔽电流Il和I2却 陕西地质第3l卷随之变化，使A1、A2和A0的电位不相等，破坏了电极系原来的电流场分布，这时拾取电阻r两端产生的电压Au反馈给调整装置，通过自动调节电源来补偿屏蔽电流的变化，使整个电极系恢复等电位，自始至终保证电极系的电流场垂直椭圆球面分布。在测井中，如果电极系周围介质不均匀，会引起A0、A1、A2接地电阻变化，记录仪通过测量A0的电位或者A1、A2的电位来记录地层的电阻率。3．2井液对三侧向电阻率曲线的影响一般钻探所用冲洗液为化学冲洗液或膨润土配制的泥浆。对于涌水钻孔来说，在涌水层以上的地层施工时可用泥浆钻进，而在涌水层以下因为涌水的量很大对泥浆或化学冲洗液的稀释作用，相当于钻孔全孔充满了地层水，由于地层水含有盐电阻率小，主电极所供给的电流就只有一部分供到地层其余电流都随水而发散，导致主电极接地电阻降低视电阻率值变小，这时仪器测得视电阻率(ps)幅度就低。正常的泥浆(无论是化学冲洗液还是膨润土泥浆)电阻率远大于地层水，这样就保证了主电极供的电流绝大部分都进入地层，从而能准确地反映地层的电阻率。4井液对井温曲线的影响对于该测井工作区而言，由于孔内涌水量大。涌水点以上井温曲线梯度小，而涌水点以下井温曲线和非涌水孔一样。这样我们就可通过井温曲线确定涌水位置，由于涌水点以下的水流动性小，因而它能够较准确的反应地层温度变化，而涌水点以上的水流动快水的温度流到井口时和刚流出地层时变化不大，这样我们就可以用井温曲线的拐点来确定涌水点的位置，也就是说井温曲线从井口向下第一个拐点处大体就是涌水点的位置。5井径大小对三侧向曲线的影响通过实验证实，当仪器主电极直径与井径比值即LO／d≥O．5时，仪器测得视电阻率(ps)与地层真电阻率(pro)比值就比较接近。当LO／d≥O．75时，ps／pm就基本上相等了。而实际测井中因为JGS一1B型井下仪直径与孔径比值LO／d