用试验消除井参数对密度测井的影响

□杨红云 □闫思泉（黄河勘测规划设计有限公司）

1.前言

在密度测井时，由于γ射线的穿透能力很强，可以穿过金属套管，套管与井液对其不起屏蔽作用，故它不仅可以在裸眼井中使用，也可以在套管井中进行，在干孔或有井液的情况下均可以进行测试。密度测井的探测深度很浅，一般不超过十几厘米，因此密度曲线受井径、井液、套管等因素的影响是不能忽略的。在不同外径的套管段、有井液孔段和无井液孔段实测值有明显差异。

井径、井液、套管对测量结果的影响可看作是两种因素的综合，一是它们对γ射线的吸收；二是它们自身的自然放射性附加在测量结果上。一般情况下，吸收是主要的。当井下仪器由井液部分进入空井部分，γ读数将要升高；从没有套管的部分进入有套管的部分γ读数减少，在井径扩大的井段由于井液吸收γ读数要降低。因此，需要对上述各项因素进行校正。对于密度测井的数学模型，不能使用相同的系数，有必要对不同井径套管和有无井液时密度测井进行标定，以使所测数据更加准确。

2.方法机理分析

密度测井是以康普顿效应为理论依据，研究地层对伽马射线的散射和吸收特性，通过在钻孔中测定地层的散射伽马射线强度解决地质问题的一种人工伽马测井方法。理论与实践证明，当所使用的伽马源的能量为中等时，散射伽马射线强度与地层密度有密切的关系。

在密度探管的下方安置γ源，从源射出的γ射线部分被岩石中的电子散射后回到探测器，由于康普顿散射吸收系数与岩石体积密度成正比，而探管中探测器接收到的散射γ射线强度 Jr=KQe-μl。

式中:Q为源强，K为仪器常数，μ为岩石对γ射线的吸收系数，l为源到探测器的路程。

可见，探测器所接收到的γ射线强度与岩石体积密度呈指数下降。

为减少井内泥浆或井壁对测试数据的影响，扩大探测范围，使所测密度值更接近地层的真值，用长源距和短源距两种密度测井的结合，可以补偿这方面的影响，称为双源距补偿密度测井。

根据前人对这方面的工作，岩层岩石的密度和长短源距探测器接收的散射γ射线强度有如下关系：ρ=a+bln(x)+cln(y)

式中:ρ为岩石密度，x、y分别为短、长源距探测器读数;a为回归常数项，b为短源距的回归系数，c为长源距的回归系数。

已知短源距读数、长源距读数对应密度值的3组数据，通过拟合可算出系数a、b、c。实际测井工作中利用这3个系数和长、短源距的计数计算出岩石的密度值。每一组外径套管在有无井液的情况下各对应一组系数。

3.试验设备

试验设备为：JGS-1B智能工程测井系统；直径1.5m，高1.5m的铁桶；细砂、砂砾石料各4m3；外径分别为168mm、127mm、108mm、89mm套管（模拟钻孔现场）各1.5m；磅秤；天平：感量为0.01g；电炉、炒锅；毛刷、劈灰铲；水表；外径分别为168mm、127mm、108mm、89mm套管对应的铅屏蔽 (控制γ源和探测器发射和接收的方向)，尺寸见表1。

表1 铅屏蔽尺寸表

4.现场试验

试验步骤如下：

4.1 把4根套管固定在铁桶中，套管对称分布在铁桶中部，距桶壁0.45m，如图1。通过水表向铁桶中注水至桶顶，用水表读数校正铁桶体积。

图1 套管在铁桶中安置示意图

4.2 抽干铁桶中水，取出套管，向铁桶中填细砂。填细砂时先称重，再搅拌均匀，取2组样测含水率，记录在铁桶中填20cm高时需要细砂的重量，夯实。

4.3 将套管底用布封住，按图1所示置入细砂中，再填20cm的细砂，搅拌均匀，抽取2组样测定含水率，然后用同样力度夯实，然后再依次填20cm的细砂，依次测定每层的2个含水率，依次将每层夯实，最后将测得的含水率取平均值，取得这一桶细砂的含水率。已知桶中细砂的质量和细砂的体积，可知桶中细砂的密度。通过天然密度和含水率，计算出桶中细砂的干密度。

4.4 依次在4个外径的套管中测试，测试时将对应套管尺寸的铅屏蔽体固定在短源距下面，装上γ源，并把探管放置在套管中，γ源距底部0.5m，测100组读数取平均值，建立无井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的一组数据。

4.5 向铁桶中注水，用水表测定水的体积，使细砂处于饱和状态，计算出饱水状态下细砂的密度。

4.6 依次在4个外径的套管中测试，测试时将对应套管尺寸的铅屏蔽体固定在短源距下面，装上γ源，并把探管放置在套管中，γ源距底部0.5m，测100组读数取平均值，建立有井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的一组数据。

4.7 选用砂砾石料，重复步骤4.2～4.6，重复2次，采用各不相同的夯实力度，这样便可建立无井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的3组数据，和有井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的3组数据，然后进行拟合便可得出系数。

5.试验数据的处理

通过试验，我们制作了密度分别为 1.53g/cm3、1.78g/cm3、1.71g/cm3，饱水密度分别为 1.95g/cm3、1.99g/cm3、1.91g/cm3的 3种“岩层”，分别测得各个外径探管在无井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的3组数据，和有井液状态下短源距读数、长源距读数对应密度值的3组数据，然后进行拟合，拟合完毕后，将数据输入，对刻度时测量的数据进行反算，查看拟合结果是否满足要求。拟合成果表见表2。经反算，测量数据精度满足要求。

表2 拟合成果表

6.结语

通过实验，我们拟合、回归了各个孔径的套管中有井液和无井液时密度测井所用的参数，克服了井径、井液、套管等因素的影响，给实际生产提供了数值计算的依据，使密度测试的结果更加接近真实值。

[1]马长国，高超英.密度测试在哈达山水利枢纽工程勘探中的应用[J].吉林水利,1995,(02).

[2]李健飞,郝桂青.补偿密度测井仪器刻度原理及应用[J].科技传播,2011,(10).

[3]胡澍.密度测井的理论与实践[J].石油天然气学报,1980,(00).

[4]李崇儒,陈国伟.补偿密度测井仪的刻度与密度计算[J].煤田地质与勘探,1992,(04).