李 建，張 偉，朱佳音，萬 鈞

1中海石油有限公司深圳分公司，廣東 深圳

2中海油田服務股份有限公司深圳作業(yè)公司，廣東 深圳

1.引言

隨著地質(zhì)導向?qū)圮壽E要求的不斷提高，隨鉆方位密度成為不可或缺的測井工具，國外三大油田服務公司均開發(fā)出了各自的方位密度測井儀，主要是通過對測量區(qū)域進行象限劃分的方式來提供多條密度曲線，如低邊密度、高邊密度、平均密度等，但實際地層評價中如何選用卻沒有明確的規(guī)范。研究表明，不同的井斜、井眼條件及儀器串組合都會影響測井儀器對地層密度的測量；從儀器本身的測量原理入手，總結(jié)其在不同條件的響應特征，可以明確不同的密度曲線與井眼地層條件的匹配關(guān)系，從而在后續(xù)的地層評價中采用更為可靠的測井資料。筆者以南海東部某油田開發(fā)井為例，總結(jié)了哈里伯頓隨鉆方位密度測井儀(ALD)密度曲線的優(yōu)選原則。

2.密度曲線響應過激現(xiàn)象

研究區(qū)開發(fā)井隨鉆測井作業(yè)使用哈里伯頓FEWD系統(tǒng)，密度測量采用ALD (圖1)。

Figure 1.The azimuth density logging tool while drilling (ALD)圖1.隨鉆方位密度測井儀(ALD)

在該區(qū)A井實鉆過程中發(fā)現(xiàn)，ALD提供的高值密度(ALCDLC)在穿越某些地層界面時出現(xiàn)響應過激現(xiàn)象(圖2)：A井的相鄰預探井同層段砂巖密度一般為2.25 g/cm3左右，泥巖密度一般為2.55 g/cm3左右，而A井實鉆測量到的ALCDLC (紅色)過層界面時測量值最高達到了2.85 g/cm3左右，與地層經(jīng)驗值差異較大，明顯不符合地層規(guī)律；對比之下，平均密度(ALCDA)(藍色)測量值更接近經(jīng)驗值。研究區(qū)作業(yè)井型均為大斜度井與水平井，確定ALD不同密度曲線測量原理及適用條件，有利于準確計算孔、滲、飽參數(shù)，對于測井處理解釋及油藏開發(fā)工作意義重大。

Figure 2.The over-responding density readings of ALCDLC from Well A圖2.A井ALCDLC過層界面響應過激現(xiàn)象

3.ALD隨鉆密度測量原理

3.1.密度測井測量原理

密度測井是利用康普頓散射原理來進行地層密度測量的一種測井技術(shù)。工具通過銫(Cs137)源向地層輻射伽馬射線，再利用與源相距一定距離的探測器測量經(jīng)過地層散射和吸收后的伽馬射線強度。伽馬射線在地層中散射的概率僅取決于地層的電子密度，通過校正將電子密度轉(zhuǎn)換為體積密度可實現(xiàn)地層密度的測量[1]。

3.2.密度測井環(huán)境校正

在隨鉆密度測井中，最常見的是對井壁間隙(standoff)的環(huán)境校正。環(huán)境校正受 standoff的大小、工具與井壁間的泥漿密度影響，通過“脊肋圖”的方式來實現(xiàn)環(huán)境校正(圖3)?！凹咕€”對應于工具翼肋緊靠在井壁上的情況(standoff = 0")，此時井眼流體的干擾為零，遠、近探測器測量得到的視密度值相同；“肋線”反映工具與地層間存在不同大小standoff時所對應的響應趨勢[2]。

Figure 3.The spine and ribs plot of ALD environmental correction圖3.ALD環(huán)境校正“脊肋圖”

由于遠探測器對地層密度較為敏感，近探測器對井眼環(huán)境較為敏感，在工具與井壁之間存在間隙時，為獲得準確的密度讀數(shù)，必須在遠探測器的視密度讀數(shù)上加一個附加校正量，以抵消井眼對于密度讀數(shù)的影響，該校正量是遠探測器讀數(shù)和與該點所處的肋線與脊線交叉處對應的密度之間的差值。standoff校正公式為：

式中：Δρ為密度附加校正量，g/cm3；a、b、c、d為擬合常數(shù)，1。

在實際測量中得到遠、近探測器的視密度后，通過兩者間的差值得到Δρ，校正后的電子密度為：

式中：ρe為校正后的電子密度，g/cm3。

ρe可轉(zhuǎn)換為體積密度：

式中：ρb為體積密度，g/cm3。

當泥漿密度比較小時，Δρ為正值，ρb為正向校正(測量值偏小)；當泥漿密度大于地層密度時，由于近探測器受泥漿和井眼條件的影響更大，則Δρ為負值，ρb為反向校正(測量值偏大)。

3.3.ALD密度曲線類型

3.3.1.平均密度(ALCDA)

ALD可以將采樣區(qū)間分為4、8、16個象限。研究區(qū)方位密度存儲數(shù)據(jù)分為360?、8扇區(qū)(圖4)，ALCDA為8個扇區(qū)共同的平均密度。

Figure 4.The diagrammatic sketch of 8 sectors of ALD圖4.ALD的8扇區(qū)示意圖

與電纜測井不同，隨鉆測井工具的特點是在旋轉(zhuǎn)中測量。而“脊肋圖”校正算法適用于工具靜止采集數(shù)據(jù)(不旋轉(zhuǎn))的情況。在鉆具旋轉(zhuǎn)的過程中，特別是井眼存在擴徑現(xiàn)象時，“靜態(tài)”測量條件很可能被破壞，導致額外誤差值的形成。

在隨鉆密度工具采樣期間內(nèi)，如果井徑?jīng)]有明顯擴大，即工具間隙值小(standoff ＜ 0.5")時，肋線距脊線較近且近于直線，此時得到的ALCDA測量值較為準確。在井徑擴大的情況下，工具間隙值大(standoff ＞0.5")時，井眼形狀和井徑均不規(guī)則，在遠、近視密度肋脊線交會圖上，肋線距脊線較遠且較彎曲，此時ALCDA測量有偏差。由此可知，井況越好，遠、近密度值越接近，肋線形態(tài)越接近于直線，工具測量得到的ALCDA越準確。

3.3.2.低邊密度(ALCDLC_B)

低邊密度(ALCDLC_B)取低邊左45?到低邊右45?區(qū)間(扇區(qū)4 + 5)的平均密度。在均一地層、大井斜的情況下，低邊密度可以被認為是地層密度。

3.3.3.高值密度LCRB (ALCDLC)

當井眼條件欠佳或者有較大的standoff時，ALD會運行“快速采樣模式”，用以解決ALCDA受旋轉(zhuǎn)與擴徑影響造成測量失準的缺點。

“快速采樣模式”的原理為：在井眼擴大井段，儀器旋轉(zhuǎn)過程中在各個方向上的間隙不同，儀器從各個方向上獲得的地層反饋信號強弱不同；根據(jù)每個采樣點計數(shù)率(Count Rate)高低不同，把采樣獲得的數(shù)據(jù)由低到高分成3組——Bin1、Bin2、Bin3。實際試驗發(fā)現(xiàn)，Bin2區(qū)域采樣點很少，主要采樣點落在其他2個區(qū)域。Bin1定義為低計數(shù)率區(qū)(Low Count Rate Bin)，Bin3定義為高計數(shù)率區(qū)(High Count Rate Bin)。使用Bin1、Bin3原始采樣數(shù)據(jù)獲得的密度分別叫LCRB(即ALCDLC)和HCRB。

快速采樣模式在一個采樣期間快速對不同計數(shù)率數(shù)據(jù)進行分區(qū)，劃分最小 standoff 和最大 standoff的采樣計數(shù)率，進而得出最小standoff和最大standoff的密度值。在低泥漿密度情況下，ALCDLC反映了在工具旋轉(zhuǎn)過程中，standoff最小時獲得的密度值，對比其他方法，此時的ALCDLC準確度更高一些。在擴徑段，ALCDLC會比其他密度(HCRB和ALCDA)要高一些，可以理解為ALCDLC是測量值最高的密度曲線，即為高值密度。

4.實例分析

以B5H井水平段(圖5)為例，在4040～4045 m井段，儀器由低密度向高密度穿層，ALCDLC (紅色)與ALCDLC_B (褐色)差異不大，均大于ALCDA (紫色)；而在4048～4054 m井段，儀器從高密度向低密度穿層，ALCDLC取上部高密度層密度，ALCDLC_B取下部低密度層密度，ALCDA介于兩者之間；由井徑曲線可知，整個井段井徑較為規(guī)則，此時ALCDA能夠較為準確地代表地層密度。

Figure 5.The diagram of through-formation logging in Horizontal Well B5H圖5.B5H井水平段穿層測井圖

如圖6所示，在B6H井水平段4258～4288 m，井眼靠近砂泥巖的交界面，井眼上部為泥巖，密度較高，此時ALCDLC取井眼上部泥巖密度，井眼下部為低密度砂巖，ALCDLC_B取井眼底部砂巖密度，ALCDA介于兩者之間，由于井徑?jīng)]有擴大，ALCDA能夠準確反映地層密度。

通過上述實例可知，“快速采樣模式”原理決定了ALCDLC在穿越層界面時，測量值取儀器旋轉(zhuǎn)過程中相鄰地層的最高值，一般高于ALCDA，導致了ALCDLC過界面時響應過激現(xiàn)象。在井況較好的均質(zhì)地層中，ALCDLC與ALCDA接近，2種密度均能較為真實地反映地層密度。

在井況條件不好的地層中，如C4P2井著陸段為12.25in井眼大斜度井段，存在不同程度的擴徑現(xiàn)象，部分井段擴徑嚴重，導致 standoff增大，ALCDA受擴徑影響較大，故在測井處理解釋工作中應選擇ALCDLC作為密度處理曲線。

5.結(jié)論

1)哈里伯頓隨鉆方位密度測井儀ALD可同時提供平均密度、低邊密度、高值密度等3類密度曲線。

2)高值密度曲線為低計數(shù)率區(qū)密度，用以解決平均密度在擴徑時測量失準的缺點，反映儀器旋轉(zhuǎn)過程中相鄰地層的最高值；井況較好時，平均密度能夠真實反映地層密度；井況較差時，擴徑使得工具偏心距增大，導致平均密度測量值偏差較大。

3)結(jié)合工區(qū)實際井況，提出ALD密度曲線優(yōu)選原則為：在擴徑嚴重的12.25in井眼中，選取高值密度進行處理解釋工作；在井況較好的水平段，選取平均密度進行處理解釋工作。