地層傾角測井

1、第十六章第十六章 地層傾角測井地層傾角測井地層傾角測井主要測量地層的傾角及傾向地層傾角測井主要測量地層的傾角及傾向. .第一節(jié)第一節(jié) 地層傾角測井的基本原理地層傾角測井的基本原理一一. .基本概念基本概念1 1地層走向地層走向-地層面與水平面交線的方位角地層面與水平面交線的方位角. .2.2.地層傾向地層傾向-地層面傾斜的方向地層面傾斜的方向. .地層傾向線與正地層傾向線與正北的夾角北的夾角. .傾斜線在水平面上的投影為傾向線傾斜線在水平面上的投影為傾向線. .3.3.地層傾角地層傾角-地層傾斜線與傾向線的夾角地層傾斜線與傾向線的夾角. .cosvncossinNnsinsinEnXYZ二二.

2、 .地層傾角測井原理地層傾角測井原理1.1.空間任意平面位置的確定方法空間任意平面位置的確定方法 建立如圖建立如圖1 16-16-1的坐標(biāo)系的坐標(biāo)系. .任意平面的單位法向矢任意平面的單位法向矢量量n n在大地坐標(biāo)系在大地坐標(biāo)系( (V,N,E)V,N,E)中的三分量分別為中的三分量分別為,VNEnnn由圖可知由圖可知, ,任意平面的傾角和傾斜方位角分別為任意平面的傾角和傾斜方位角分別為22(),ENVENnnarctgnnarctgn（16-1） 地層層面上不在一條直線上的四點(diǎn)地層層面上不在一條直線上的四點(diǎn)(相鄰兩點(diǎn)的相鄰兩點(diǎn)的方位差方位差90度度)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)：在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)

3、：112233441:(0, ,),2:( ,0,),3:(0,),4:(,0,),r ZrZr ZrZ311313422424()()()()Rrrjzz kRrr izz k 注：地層層面單位法向矢量的確定方法注：地層層面單位法向矢量的確定方法ENVNnn in jn kN 地層在大地坐標(biāo)系下的單位法向矢量地層在大地坐標(biāo)系下的單位法向矢量4231134224312413()()()()()()NRRrrzz irrzzjrrrr k 根據(jù)下式，即可得到地層的傾角和傾向根據(jù)下式，即可得到地層的傾角和傾向22(),ENVENnnarctgnnarctgn地層走向：地層走向垂直于地層傾向。地層走

4、向：地層走向垂直于地層傾向。2.2.地層傾角測井原理地層傾角測井原理1).1).地層傾角測井的輸出地層傾角測井的輸出 a. a. 四條微聚焦電阻率四條微聚焦電阻率( (或電導(dǎo)率或電導(dǎo)率) )曲線曲線b.b.兩條井徑曲線兩條井徑曲線 C13 , C24C13 , C24c. 1c. 1號極板方位角曲線。號極板方位角曲線。d.d.井斜角及井斜角及1 1號極板相對方位角。號極板相對方位角。, 注注: : 1 1號極板方位角號極板方位角-從正北起順時針方向計(jì)量從正北起順時針方向計(jì)量. . 井斜角井斜角-井軸與鉛垂線的夾角井軸與鉛垂線的夾角. . 1 1號極板相對方位角號極板相對方位角-井軸相對井軸相對

5、1 1號極板的號極板的方位角方位角. .從從1 1號極板開始逆時針方向計(jì)量號極板開始逆時針方向計(jì)量. .圖圖1 16-2 6-2 傾角測井地層曲線實(shí)例傾角測井地層曲線實(shí)例圖圖1 16-3 6-3 六臂地層傾角測井曲線六臂地層傾角測井曲線第二節(jié)第二節(jié) 地層傾角及傾斜方位的計(jì)算地層傾角及傾斜方位的計(jì)算一一. . 直井內(nèi)地層傾角及傾斜方位的計(jì)算直井內(nèi)地層傾角及傾斜方位的計(jì)算1. 1. 建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系 1). 1). 儀器坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)重儀器坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合合( (位于井軸位于井軸);); 2). 1 2). 1號極板在號極板在D D軸上軸上, ,D D軸指向正北方向軸指向

6、正北方向. .2. 2. 地層面上四個極板的坐標(biāo)地層面上四個極板的坐標(biāo)1324112213243344(0,),(,0,),22(0,),(,0,)22CCMZMZCCMZMZ3. 3. 地層傾角及傾斜方位地層傾角及傾斜方位22()FDAFDnnarctgnnarctgn其中其中:132424311324222222132424311324()()()()FDACnZZSCnZZSC CnSSCZZCZZC C（16-2）（16-3）注注: : 如果如果1 1號極板不在正北方向號極板不在正北方向, ,則地層傾斜方則地層傾斜方位角為位角為: :FDnarctgn4. 4. 其中其中1 1個極板接

7、觸不良時個極板接觸不良時, ,地層傾角及傾斜地層傾角及傾斜方位的計(jì)算方位的計(jì)算-設(shè)設(shè)2 2號極板接觸不良號極板接觸不良31131313244114()()22RjCk ZZCCRijk ZZ 1).1號極板方位角（16-4）24131SRR 122113311441,hZZ hZZ hZZ2). 2). 地層層面單位法向矢量在儀器坐標(biāo)系下的三分地層層面單位法向矢量在儀器坐標(biāo)系下的三分量量13141322413213242(2)222FDACnhhSCnhSC CnS（16-5）（16-6）3). 3). 地層傾角及傾斜方位地層傾角及傾斜方位22()FDAFDnnarctgnnarctgn（16

8、-7）二二. . 斜井內(nèi)地層傾角及傾斜方位的計(jì)算斜井內(nèi)地層傾角及傾斜方位的計(jì)算1.1.建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系 儀器坐標(biāo)系儀器坐標(biāo)系OFDA - AOFDA - A軸與井軸重合軸與井軸重合, ,FODFOD為垂為垂直井軸的平面直井軸的平面,1,1號極板在號極板在D D軸軸,2,2號極板在號極板在F F軸軸. . 大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系OENV-VOENV-V軸是鉛垂軸軸是鉛垂軸, ,E E軸是正東軸是正東軸軸, ,N N是正北軸是正北軸, ,EONEON是水平面是水平面. . 儀器坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合儀器坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合. .2. 2. 斜井計(jì)算方法斜井計(jì)算方法1).223141

9、11413()()ZZZZarctgCC421313124()()ZZ CarctgZZ C2).21213).3231cosarctgtg3221cosarctgtg4).43435).5451cosarctgtg5441cosarctgtg6). 55sincoscosarctg23232490,90.,90ooooo 當(dāng)或270 時同理或270 時也如此.注注:（16-8）三三. .背景校正背景校正1.1.已知地層傾角測井測得的地層層理傾角為已知地層傾角測井測得的地層層理傾角為 1方位角為方位角為1,.構(gòu)造傾角為方位角為則消除構(gòu)造傾角影響后的層理傾角和方位角則消除構(gòu)造傾角影響后的層理傾角

10、和方位角. .22()FDAFDnnarctgnnarctgn（16-9）其中其中:11111111111111cos sin sinsin sin coscos sin sin sincos cos sin cossin cossin sin sin sinsin cos sin coscos cosFDAnnn2.11, 設(shè)地層傾角測量值為背景值為 則可以根據(jù)以下步驟計(jì)算地層真傾角和真傾斜則可以根據(jù)以下步驟計(jì)算地層真傾角和真傾斜方位方位. .2).21211).113).3231cosarctgtg3221cosarctgtg4).43435).5451cosarctgtg5441cosa

11、rctgtg6). 5523232490,90.,90ooooo 當(dāng)或270 時同理或270 時也如此.注注:第三節(jié)第三節(jié) 地層傾角測井資料的成果顯示地層傾角測井資料的成果顯示一、數(shù)據(jù)表一、數(shù)據(jù)表特點(diǎn)特點(diǎn):1、地層上下界面；、地層上下界面； 2、地層三要素。、地層三要素。二、成果圖二、成果圖1 1、蝌蚪圖、蝌蚪圖特點(diǎn)特點(diǎn): :地層深地層深度、地層傾角、度、地層傾角、地層傾斜方位地層傾斜方位角角 反映一定深度段反映一定深度段內(nèi)地層傾角、傾內(nèi)地層傾角、傾向的變化規(guī)律。向的變化規(guī)律。2 2、棍棒圖、棍棒圖特點(diǎn)：表示沿剖面特點(diǎn)：表示沿剖面線的地層視傾角隨線的地層視傾角隨深度變化的圖件。深度變化的圖件。

12、costgtg地層傾斜線與橫剖面的投影線之間的夾角。地層視傾角；地層真傾角。圖圖16-6 16-6 棍棒圖棍棒圖、方位頻率圖、方位頻率圖特點(diǎn)：僅反映某特點(diǎn)：僅反映某一深度段內(nèi)地層一深度段內(nèi)地層傾斜方位的分布傾斜方位的分布規(guī)律，不反映地規(guī)律，不反映地層傾角的變化情層傾角的變化情況。況。圖圖16-7 16-7 方位頻率圖方位頻率圖、改進(jìn)的施米特圖、改進(jìn)的施米特圖特點(diǎn)：不僅反映特點(diǎn)：不僅反映某一深度段內(nèi)地某一深度段內(nèi)地層傾斜方位的分層傾斜方位的分布規(guī)律，也反映布規(guī)律，也反映地層傾角的變化地層傾角的變化情況。情況。圖圖16-8 16-8 改進(jìn)的施米特圖改進(jìn)的施米特圖、圓柱面展開圖、圓柱面展開圖特點(diǎn)：直

13、觀顯示地層特點(diǎn)：直觀顯示地層的傾角及其他一些結(jié)的傾角及其他一些結(jié)構(gòu)和構(gòu)造現(xiàn)象構(gòu)和構(gòu)造現(xiàn)象圖圖16-9 16-9 圓柱面展開圖圓柱面展開圖第四節(jié)第四節(jié) 地層傾角測井資料的應(yīng)用地層傾角測井資料的應(yīng)用一、地層傾角矢量圖模式地層傾角矢量圖模式、綠模式、綠模式地層傾角和傾斜方位基本不隨地層深度變化地層傾角和傾斜方位基本不隨地層深度變化地層傾角地層傾角地層深度地層深度圖圖16-10 16-10 蝌蚪圖蝌蚪圖 綠模式綠模式、紅模式、紅模式隨地層深度增大，傾斜方位基本不變地隨地層深度增大，傾斜方位基本不變地層傾角增大。層傾角增大。地層傾角地層傾角地層深度地層深度圖圖16-10 16-10 蝌蚪圖蝌蚪圖 紅模式

14、紅模式、蘭模式、蘭模式隨地層深度增大，傾斜方位基本不變地隨地層深度增大，傾斜方位基本不變地層傾角減小。層傾角減小。地層傾角地層傾角地層深度地層深度圖圖16-10 16-10 蝌蚪圖蝌蚪圖 蘭模式蘭模式、亂模式、亂模式隨地層深度變化，地層傾角和傾斜方位雜亂隨地層深度變化，地層傾角和傾斜方位雜亂變化。變化。地層傾角地層傾角地層深度地層深度圖圖16-10 16-10 蝌蚪圖蝌蚪圖 亂模式亂模式二、研究地質(zhì)構(gòu)造問題二、研究地質(zhì)構(gòu)造問題、研究褶皺構(gòu)造、研究褶皺構(gòu)造對稱背斜地層傾角和傾向基本不隨深度改。對稱背斜地層傾角和傾向基本不隨深度改。非對稱背斜井眼通過其兩翼時，隨深度增加，非對稱背斜井眼通過其兩翼時

15、，隨深度增加，有蘭模式紅模式。有蘭模式紅模式。平臥背斜上下翼傾向相反，傾角隨深度也發(fā)生平臥背斜上下翼傾向相反，傾角隨深度也發(fā)生變化。變化。變化深度為井眼和背斜軸相交處變化深度為井眼和背斜軸相交處、確定斷層、確定斷層）、有拖曳現(xiàn)象的正斷層自上而下，越接近斷）、有拖曳現(xiàn)象的正斷層自上而下，越接近斷層面傾角越大，過斷層后，傾角減?。簧舷聰鄬用鎸用鎯A角越大，過斷層后，傾角減小；上下斷層面的地層傾向相同的地層傾向相同圖圖16-12 16-12 有拖曳現(xiàn)象的正斷層的矢量圖有拖曳現(xiàn)象的正斷層的矢量圖）、逆斷層）、逆斷層隨深度增加，傾角增大，在斷層面附近達(dá)最隨深度增加，傾角增大，在斷層面附近達(dá)最大，而后減小地

16、層傾向基本不變大，而后減小地層傾向基本不變圖圖16-12 逆斷層的矢量圖逆斷層的矢量圖）、同生斷層）、同生斷層越接近斷層面，地層傾角越大；在斷層面兩側(cè)，越接近斷層面，地層傾角越大；在斷層面兩側(cè)，地層傾向相反地層傾向相反圖圖16-12 16-12 同生斷層的矢量圖同生斷層的矢量圖、確定不整合、確定不整合）、角度不整合）、角度不整合不整合面上、下傾不整合面上、下傾角不同，但不隨深度變角不同，但不隨深度變化地層傾向可能相反?；貙觾A向可能相反。）、假整合）、假整合假整合處如果存在風(fēng)化假整合處如果存在風(fēng)化殼，則地層傾角和傾向均殼，則地層傾角和傾向均無規(guī)律變化。無規(guī)律變化。4 4、確定物源方向、確定物源

17、方向古水流方向由北東向南西流。古水流方向由北東向南西流。W53W53位于位于W29W29井的東北向井的東北向1919層日產(chǎn)油層日產(chǎn)油40t40t圖圖16-14 16-14 圖圖16-1516-15古水流方向由北西向東南古水流方向由北西向東南流。流。圖圖16-1616-16M48M481 1位于位于M48M48的北西向，的北西向，5151層日產(chǎn)油層日產(chǎn)油64.664.6噸。噸。M48M483 3位于位于M48M481 1的北西向，的北西向，2727、2828、2929三層日三層日產(chǎn)油產(chǎn)油2929噸。噸。圖圖16-1716-175 5、識別裂縫性地層、識別裂縫性地層相對極板相對極板電阻率值電阻率值

18、高，而另高，而另外兩方位外兩方位電阻率曲電阻率曲線低線低16-18 16-18 識別裂圖縫地層識別裂圖縫地層 根據(jù)電導(dǎo)率異常根據(jù)電導(dǎo)率異常及雙井徑確定裂及雙井徑確定裂縫發(fā)育層段縫發(fā)育層段3123處出現(xiàn)處出現(xiàn)泥漿漏失現(xiàn)象泥漿漏失現(xiàn)象16-19 16-19 識別裂圖縫地層識別裂圖縫地層6 6、地應(yīng)力方向分析、地應(yīng)力方向分析 1 1）橢圓井眼分類）橢圓井眼分類 （1 1）、應(yīng)力型橢圓井眼）、應(yīng)力型橢圓井眼 由于應(yīng)力場兩個水平主應(yīng)力存在差異，鉆井時由于應(yīng)力場兩個水平主應(yīng)力存在差異，鉆井時在井壁形成應(yīng)力集中。對于張性應(yīng)力場，在最小主在井壁形成應(yīng)力集中。對于張性應(yīng)力場，在最小主應(yīng)力方向產(chǎn)生最大周向張性法應(yīng)

19、力時應(yīng)力方向產(chǎn)生最大周向張性法應(yīng)力時, , 形成橢圓井形成橢圓井眼。眼。應(yīng)力型橢圓井眼的特點(diǎn)：井眼單方向拉長，橢圓應(yīng)力型橢圓井眼的特點(diǎn)：井眼單方向拉長，橢圓井眼出現(xiàn)的井段較短，并且斷續(xù)出現(xiàn)；有固定的井眼出現(xiàn)的井段較短，并且斷續(xù)出現(xiàn)；有固定的橢圓井眼長軸方位。橢圓井眼長軸方位。（2 2）、斷裂型橢圓井眼）、斷裂型橢圓井眼 在強(qiáng)大的地應(yīng)力場作用下，巖石斷裂，形成裂在強(qiáng)大的地應(yīng)力場作用下，巖石斷裂，形成裂縫或斷層。鉆井遇到裂縫或斷層時，就會形成橢圓縫或斷層。鉆井遇到裂縫或斷層時，就會形成橢圓井眼。在張應(yīng)力場作用下，裂縫的延伸方向總是垂井眼。在張應(yīng)力場作用下，裂縫的延伸方向總是垂直于水平最大主應(yīng)力方位

20、，正斷層的走向也是如此。直于水平最大主應(yīng)力方位，正斷層的走向也是如此。因此斷裂型橢圓井眼長軸方位與水平最小主應(yīng)力方因此斷裂型橢圓井眼長軸方位與水平最小主應(yīng)力方位一致。位一致。特點(diǎn)：在雙井徑曲線上的表現(xiàn)與應(yīng)力型橢圓井眼特點(diǎn)：在雙井徑曲線上的表現(xiàn)與應(yīng)力型橢圓井眼類似，但井徑差值比應(yīng)力型橢圓井眼的大。類似，但井徑差值比應(yīng)力型橢圓井眼的大。（3 3）、沖溶型橢圓井眼）、沖溶型橢圓井眼 常見于泥巖、鹽巖井段。泥巖受到鉆井液浸泡常見于泥巖、鹽巖井段。泥巖受到鉆井液浸泡沖刷，體積膨脹而垮塌，形成橢圓井眼。同樣，鉆沖刷，體積膨脹而垮塌，形成橢圓井眼。同樣，鉆井液溶蝕井壁周圍的鹽巖，也會造成橢圓井眼。井液溶蝕井

21、壁周圍的鹽巖，也會造成橢圓井眼。特點(diǎn)：兩條井徑曲線都擴(kuò)徑，且具有很好的相特點(diǎn)：兩條井徑曲線都擴(kuò)徑，且具有很好的相似性，井徑差值也較大。似性，井徑差值也較大。小結(jié)：應(yīng)力型和斷裂型橢圓井眼的成因都與地下應(yīng)小結(jié)：應(yīng)力型和斷裂型橢圓井眼的成因都與地下應(yīng)力場有關(guān)，產(chǎn)生的橢圓井眼的長軸與最小地應(yīng)力方力場有關(guān)，產(chǎn)生的橢圓井眼的長軸與最小地應(yīng)力方向一致。而沖溶型橢圓井眼成因與地下應(yīng)力場無關(guān)。向一致。而沖溶型橢圓井眼成因與地下應(yīng)力場無關(guān)。井徑井徑C C2 24 4大于鉆大于鉆頭直徑；而頭直徑；而C C1 13 3接近于鉆頭直徑。接近于鉆頭直徑。說明井眼沿說明井眼沿2 2、4 4極板方位崩落。極板方位崩落。圖圖1

22、6-20 16-20 橢圓井眼橢圓井眼2 2）、地應(yīng)力方向分析）、地應(yīng)力方向分析 由于地應(yīng)力存在，井眼常出現(xiàn)橢圓狀。其長由于地應(yīng)力存在，井眼常出現(xiàn)橢圓狀。其長軸方向?yàn)樽钚〉貞?yīng)力方向。其短軸方向?yàn)樽畲蟮剌S方向?yàn)樽钚〉貞?yīng)力方向。其短軸方向?yàn)樽畲蟮貞?yīng)力方向。應(yīng)力方向。（1 1） 最小主應(yīng)力方位的確定：最小主應(yīng)力方位的確定：0min90AAZ（16-10）（2 2）裂縫延伸方位（最大主應(yīng)力方位）：）裂縫延伸方位（最大主應(yīng)力方位）：009090LFFXAZ（16-11）AZ-1AZ-1號極板方位角。號極板方位角。000241312413190190CCCCAZAZ其中：其中：（3）實(shí)例分析）實(shí)例分析 某

23、油田一口探井的地應(yīng)力方向圖。橢圓井眼長軸某油田一口探井的地應(yīng)力方向圖。橢圓井眼長軸方向方向340340160160，最大主應(yīng)力方向，最大主應(yīng)力方向7070250250例例1 1、圖圖16-21 16-21 地應(yīng)力方向分析圖地應(yīng)力方向分析圖圖圖16-22 16-22 橢圓井眼長軸方向分析圖橢圓井眼長軸方向分析圖例例2 2最大主應(yīng)力方向最大主應(yīng)力方向N100N100-165-165E E。圖圖16-2316-23例例3 3：圖圖16-23 16-23 裂縫區(qū)域有效性判別圖裂縫區(qū)域有效性判別圖水平主應(yīng)力方向的確定方法：水平主應(yīng)力方向的確定方法： 設(shè)井壁受到無窮遠(yuǎn)處兩個主應(yīng)力設(shè)井壁受到無窮遠(yuǎn)處兩個主應(yīng)

24、力, ,即最大水平主即最大水平主應(yīng)力應(yīng)力1 1 和最小主應(yīng)力和最小主應(yīng)力2 2 (1 1 2 2 ) ) 的作用的作用, ,鉆鉆井液對井壁產(chǎn)生的壓力為井液對井壁產(chǎn)生的壓力為p , p , 井眼半徑為井眼半徑為R R。則井。則井眼外區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)眼外區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)p p1 1 處的受力情況可表示為：處的受力情況可表示為：附：附：圖圖16-24 16-24 井壁受力示意圖井壁受力示意圖式中式中r r 、rr分別是徑向主應(yīng)力、切向分別是徑向主應(yīng)力、切向主應(yīng)力和剪切應(yīng)力。主應(yīng)力和剪切應(yīng)力。（16-12）（16-13）（16-14） 鉆井過程中應(yīng)力崩塌形成的橢圓井眼通常是由鉆井過程中應(yīng)力崩塌形成的橢圓井眼通常