用試驗消除井參數對密度測井的影響

□楊紅云 □閆思泉（黃河勘測規劃設計有限公司）

1.前言

在密度測井時，由于γ射線的穿透能力很強，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行，在干孔或有井液的情況下均可以進行測試。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測值有明顯差異。

井徑、井液、套管對測量結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果上。一般情況下，吸收是主要的。當井下儀器由井液部分進入空井部分，γ讀數將要升高；從沒有套管的部分進入有套管的部分γ讀數減少，在井徑擴大的井段由于井液吸收γ讀數要降低。因此，需要對上述各項因素進行校正。對于密度測井的數學模型，不能使用相同的系數，有必要對不同井徑套管和有無井液時密度測井進行標定，以使所測數據更加準確。

2.方法機理分析

密度測井是以康普頓效應為理論依據，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度解決地質問題的一種人工伽馬測井方法。理論與實踐證明，當所使用的伽馬源的能量為中等時，散射伽馬射線強度與地層密度有密切的關系。

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射線強度 Jr=KQe-μl。

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

可見，探測器所接收到的γ射線強度與巖石體積密度呈指數下降。

為減少井內泥漿或井壁對測試數據的影響，擴大探測范圍，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合，可以補償這方面的影響，稱為雙源距補償密度測井。

根據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射線強度有如下關系：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;a為回歸常數項，b為短源距的回歸系數，c為長源距的回歸系數。

已知短源距讀數、長源距讀數對應密度值的3組數據，通過擬合可算出系數a、b、c。實際測井工作中利用這3個系數和長、短源距的計數計算出巖石的密度值。每一組外徑套管在有無井液的情況下各對應一組系數。

3.試驗設備

試驗設備為：JGS-1B智能工程測井系統；直徑1.5m，高1.5m的鐵桶；細砂、砂礫石料各4m3；外徑分別為168mm、127mm、108mm、89mm套管（模擬鉆孔現場）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套管對應的鉛屏蔽 (控制γ源和探測器發射和接收的方向)，尺寸見表1。

表1 鉛屏蔽尺寸表

4.現場試驗

試驗步驟如下：

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，向鐵桶中填細砂。填細砂時先稱重，再攪拌均勻，取2組樣測含水率，記錄在鐵桶中填20cm高時需要細砂的重量，夯實。

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

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組讀數取平均值，建立無井液狀態下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的一組數據。

4.5 向鐵桶中注水，用水表測定水的體積，使細砂處于飽和狀態，計算出飽水狀態下細砂的密度。

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組讀數取平均值，建立有井液狀態下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的一組數據。

4.7 選用砂礫石料，重復步驟4.2～4.6，重復2次，采用各不相同的夯實力度，這樣便可建立無井液狀態下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的3組數據，和有井液狀態下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的3組數據，然后進行擬合便可得出系數。

5.試驗數據的處理

通過試驗，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下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的3組數據，和有井液狀態下短源距讀數、長源距讀數對應密度值的3組數據，然后進行擬合，擬合完畢后，將數據輸入，對刻度時測量的數據進行反算，查看擬合結果是否滿足要求。擬合成果表見表2。經反算，測量數據精度滿足要求。

表2 擬合成果表

6.結語

通過實驗，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，克服了井徑、井液、套管等因素的影響，給實際生產提供了數值計算的依據，使密度測試的結果更加接近真實值。

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