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1、第十六章第十六章 地层倾角测井地层倾角测井地层倾角测井主要测量地层的倾角及倾向地层倾角测井主要测量地层的倾角及倾向. .第一节第一节 地层倾角测井的基本原理地层倾角测井的基本原理一一. .基本概念基本概念1 1地层走向地层走向-地层面与水平面交线的方位角地层面与水平面交线的方位角. .2.2.地层倾向地层倾向-地层面倾斜的方向地层面倾斜的方向. .地层倾向线与正地层倾向线与正北的夹角北的夹角. .倾斜线在水平面上的投影为倾向线倾斜线在水平面上的投影为倾向线. .3.3.地层倾角地层倾角-地层倾斜线与倾向线的夹角地层倾斜线与倾向线的夹角. .cosvncossinNnsinsinEnXYZ二二.
2、 .地层倾角测井原理地层倾角测井原理1.1.空间任意平面位置的确定方法空间任意平面位置的确定方法 建立如图建立如图1 16-16-1的坐标系的坐标系. .任意平面的单位法向矢任意平面的单位法向矢量量n n在大地坐标系在大地坐标系( (V,N,E)V,N,E)中的三分量分别为中的三分量分别为,VNEnnn由图可知由图可知, ,任意平面的倾角和倾斜方位角分别为任意平面的倾角和倾斜方位角分别为22(),ENVENnnarctgnnarctgn（16-1） 地层层面上不在一条直线上的四点地层层面上不在一条直线上的四点(相邻两点的相邻两点的方位差方位差90度度)在大地坐标系下的坐标：在大地坐标系下的坐标
3、：112233441:(0, ,),2:( ,0,),3:(0,),4:(,0,),r ZrZr ZrZ311313422424()()()()Rrrjzz kRrr izz k 注：地层层面单位法向矢量的确定方法注：地层层面单位法向矢量的确定方法ENVNnn in jn kN 地层在大地坐标系下的单位法向矢量地层在大地坐标系下的单位法向矢量4231134224312413()()()()()()NRRrrzz irrzzjrrrr k 根据下式，即可得到地层的倾角和倾向根据下式，即可得到地层的倾角和倾向22(),ENVENnnarctgnnarctgn地层走向：地层走向垂直于地层倾向。地层走
4、向：地层走向垂直于地层倾向。2.2.地层倾角测井原理地层倾角测井原理1).1).地层倾角测井的输出地层倾角测井的输出 a. a. 四条微聚焦电阻率四条微聚焦电阻率( (或电导率或电导率) )曲线曲线b.b.两条井径曲线两条井径曲线 C13 , C24C13 , C24c. 1c. 1号极板方位角曲线。号极板方位角曲线。d.d.井斜角及井斜角及1 1号极板相对方位角。号极板相对方位角。, 注注: : 1 1号极板方位角号极板方位角-从正北起顺时针方向计量从正北起顺时针方向计量. . 井斜角井斜角-井轴与铅垂线的夹角井轴与铅垂线的夹角. . 1 1号极板相对方位角号极板相对方位角-井轴相对井轴相对
5、1 1号极板的号极板的方位角方位角. .从从1 1号极板开始逆时针方向计量号极板开始逆时针方向计量. .图图1 16-2 6-2 倾角测井地层曲线实例倾角测井地层曲线实例图图1 16-3 6-3 六臂地层倾角测井曲线六臂地层倾角测井曲线第二节第二节 地层倾角及倾斜方位的计算地层倾角及倾斜方位的计算一一. . 直井内地层倾角及倾斜方位的计算直井内地层倾角及倾斜方位的计算1. 1. 建立坐标系建立坐标系 1). 1). 仪器坐标系与大地坐标系的原点重仪器坐标系与大地坐标系的原点重合合( (位于井轴位于井轴);); 2). 1 2). 1号极板在号极板在D D轴上轴上, ,D D轴指向正北方向轴指向
6、正北方向. .2. 2. 地层面上四个极板的坐标地层面上四个极板的坐标1324112213243344(0,),(,0,),22(0,),(,0,)22CCMZMZCCMZMZ3. 3. 地层倾角及倾斜方位地层倾角及倾斜方位22()FDAFDnnarctgnnarctgn其中其中:132424311324222222132424311324()()()()FDACnZZSCnZZSC CnSSCZZCZZC C（16-2）（16-3）注注: : 如果如果1 1号极板不在正北方向号极板不在正北方向, ,则地层倾斜方则地层倾斜方位角为位角为: :FDnarctgn4. 4. 其中其中1 1个极板接
7、触不良时个极板接触不良时, ,地层倾角及倾斜地层倾角及倾斜方位的计算方位的计算-设设2 2号极板接触不良号极板接触不良31131313244114()()22RjCk ZZCCRijk ZZ 1).1号极板方位角（16-4）24131SRR 122113311441,hZZ hZZ hZZ2). 2). 地层层面单位法向矢量在仪器坐标系下的三分地层层面单位法向矢量在仪器坐标系下的三分量量13141322413213242(2)222FDACnhhSCnhSC CnS（16-5）（16-6）3). 3). 地层倾角及倾斜方位地层倾角及倾斜方位22()FDAFDnnarctgnnarctgn（16
8、-7）二二. . 斜井内地层倾角及倾斜方位的计算斜井内地层倾角及倾斜方位的计算1.1.建立坐标系建立坐标系 仪器坐标系仪器坐标系OFDA - AOFDA - A轴与井轴重合轴与井轴重合, ,FODFOD为垂为垂直井轴的平面直井轴的平面,1,1号极板在号极板在D D轴轴,2,2号极板在号极板在F F轴轴. . 大地坐标系大地坐标系OENV-VOENV-V轴是铅垂轴轴是铅垂轴, ,E E轴是正东轴是正东轴轴, ,N N是正北轴是正北轴, ,EONEON是水平面是水平面. . 仪器坐标系与大地坐标系的原点重合仪器坐标系与大地坐标系的原点重合. .2. 2. 斜井计算方法斜井计算方法1).223141
9、11413()()ZZZZarctgCC421313124()()ZZ CarctgZZ C2).21213).3231cosarctgtg3221cosarctgtg4).43435).5451cosarctgtg5441cosarctgtg6). 55sincoscosarctg23232490,90.,90ooooo 当或270 时同理或270 时也如此.注注:（16-8）三三. .背景校正背景校正1.1.已知地层倾角测井测得的地层层理倾角为已知地层倾角测井测得的地层层理倾角为 1方位角为方位角为1,.构造倾角为方位角为则消除构造倾角影响后的层理倾角和方位角则消除构造倾角影响后的层理倾角
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, 设地层倾角测量值为背景值为 则可以根据以下步骤计算地层真倾角和真倾斜则可以根据以下步骤计算地层真倾角和真倾斜方位方位. .2).21211).113).3231cosarctgtg3221cosarctgtg4).43435).5451cosarctgtg5441cosa
11、rctgtg6). 5523232490,90.,90ooooo 当或270 时同理或270 时也如此.注注:第三节第三节 地层倾角测井资料的成果显示地层倾角测井资料的成果显示一、数据表一、数据表特点特点:1、地层上下界面；、地层上下界面； 2、地层三要素。、地层三要素。二、成果图二、成果图1 1、蝌蚪图、蝌蚪图特点特点: :地层深地层深度、地层倾角、度、地层倾角、地层倾斜方位地层倾斜方位角角 反映一定深度段反映一定深度段内地层倾角、倾内地层倾角、倾向的变化规律。向的变化规律。2 2、棍棒图、棍棒图特点：表示沿剖面特点：表示沿剖面线的地层视倾角随线的地层视倾角随深度变化的图件。深度变化的图件。
12、costgtg地层倾斜线与横剖面的投影线之间的夹角。地层视倾角；地层真倾角。图图16-6 16-6 棍棒图棍棒图、方位频率图、方位频率图特点：仅反映某特点：仅反映某一深度段内地层一深度段内地层倾斜方位的分布倾斜方位的分布规律，不反映地规律，不反映地层倾角的变化情层倾角的变化情况。况。图图16-7 16-7 方位频率图方位频率图、改进的施米特图、改进的施米特图特点：不仅反映特点：不仅反映某一深度段内地某一深度段内地层倾斜方位的分层倾斜方位的分布规律，也反映布规律，也反映地层倾角的变化地层倾角的变化情况。情况。图图16-8 16-8 改进的施米特图改进的施米特图、圆柱面展开图、圆柱面展开图特点：直
13、观显示地层特点：直观显示地层的倾角及其他一些结的倾角及其他一些结构和构造现象构和构造现象图图16-9 16-9 圆柱面展开图圆柱面展开图第四节第四节 地层倾角测井资料的应用地层倾角测井资料的应用一、地层倾角矢量图模式地层倾角矢量图模式、绿模式、绿模式地层倾角和倾斜方位基本不随地层深度变化地层倾角和倾斜方位基本不随地层深度变化地层倾角地层倾角地层深度地层深度图图16-10 16-10 蝌蚪图蝌蚪图 绿模式绿模式、红模式、红模式随地层深度增大，倾斜方位基本不变地随地层深度增大，倾斜方位基本不变地层倾角增大。层倾角增大。地层倾角地层倾角地层深度地层深度图图16-10 16-10 蝌蚪图蝌蚪图 红模式
14、红模式、兰模式、兰模式随地层深度增大，倾斜方位基本不变地随地层深度增大，倾斜方位基本不变地层倾角减小。层倾角减小。地层倾角地层倾角地层深度地层深度图图16-10 16-10 蝌蚪图蝌蚪图 兰模式兰模式、乱模式、乱模式随地层深度变化，地层倾角和倾斜方位杂乱随地层深度变化，地层倾角和倾斜方位杂乱变化。变化。地层倾角地层倾角地层深度地层深度图图16-10 16-10 蝌蚪图蝌蚪图 乱模式乱模式二、研究地质构造问题二、研究地质构造问题、研究褶皱构造、研究褶皱构造对称背斜地层倾角和倾向基本不随深度改。对称背斜地层倾角和倾向基本不随深度改。非对称背斜井眼通过其两翼时，随深度增加，非对称背斜井眼通过其两翼时
15、，随深度增加，有兰模式红模式。有兰模式红模式。平卧背斜上下翼倾向相反，倾角随深度也发生平卧背斜上下翼倾向相反，倾角随深度也发生变化。变化。变化深度为井眼和背斜轴相交处变化深度为井眼和背斜轴相交处、确定断层、确定断层）、有拖曳现象的正断层自上而下，越接近断）、有拖曳现象的正断层自上而下，越接近断层面倾角越大，过断层后，倾角减小；上下断层面层面倾角越大，过断层后，倾角减小；上下断层面的地层倾向相同的地层倾向相同图图16-12 16-12 有拖曳现象的正断层的矢量图有拖曳现象的正断层的矢量图）、逆断层）、逆断层随深度增加，倾角增大，在断层面附近达最随深度增加，倾角增大，在断层面附近达最大，而后减小地
16、层倾向基本不变大，而后减小地层倾向基本不变图图16-12 逆断层的矢量图逆断层的矢量图）、同生断层）、同生断层越接近断层面，地层倾角越大；在断层面两侧，越接近断层面，地层倾角越大；在断层面两侧，地层倾向相反地层倾向相反图图16-12 16-12 同生断层的矢量图同生断层的矢量图、确定不整合、确定不整合）、角度不整合）、角度不整合不整合面上、下倾不整合面上、下倾角不同，但不随深度变角不同，但不随深度变化地层倾向可能相反。化地层倾向可能相反。）、假整合）、假整合假整合处如果存在风化假整合处如果存在风化壳，则地层倾角和倾向均壳，则地层倾角和倾向均无规律变化。无规律变化。4 4、确定物源方向、确定物源
17、方向古水流方向由北东向南西流。古水流方向由北东向南西流。W53W53位于位于W29W29井的东北向井的东北向1919层日产油层日产油40t40t图图16-14 16-14 图图16-1516-15古水流方向由北西向东南古水流方向由北西向东南流。流。图图16-1616-16M48M481 1位于位于M48M48的北西向，的北西向，5151层日产油层日产油64.664.6吨。吨。M48M483 3位于位于M48M481 1的北西向，的北西向，2727、2828、2929三层日三层日产油产油2929吨。吨。图图16-1716-175 5、识别裂缝性地层、识别裂缝性地层相对极板相对极板电阻率值电阻率值
18、高，而另高，而另外两方位外两方位电阻率曲电阻率曲线低线低16-18 16-18 识别裂图缝地层识别裂图缝地层 根据电导率异常根据电导率异常及双井径确定裂及双井径确定裂缝发育层段缝发育层段3123处出现处出现泥浆漏失现象泥浆漏失现象16-19 16-19 识别裂图缝地层识别裂图缝地层6 6、地应力方向分析、地应力方向分析 1 1）椭圆井眼分类）椭圆井眼分类 （1 1）、应力型椭圆井眼）、应力型椭圆井眼 由于应力场两个水平主应力存在差异，钻井时由于应力场两个水平主应力存在差异，钻井时在井壁形成应力集中。对于张性应力场，在最小主在井壁形成应力集中。对于张性应力场，在最小主应力方向产生最大周向张性法应
19、力时应力方向产生最大周向张性法应力时, , 形成椭圆井形成椭圆井眼。眼。应力型椭圆井眼的特点：井眼单方向拉长，椭圆应力型椭圆井眼的特点：井眼单方向拉长，椭圆井眼出现的井段较短，并且断续出现；有固定的井眼出现的井段较短，并且断续出现；有固定的椭圆井眼长轴方位。椭圆井眼长轴方位。（2 2）、断裂型椭圆井眼）、断裂型椭圆井眼 在强大的地应力场作用下，岩石断裂，形成裂在强大的地应力场作用下，岩石断裂，形成裂缝或断层。钻井遇到裂缝或断层时，就会形成椭圆缝或断层。钻井遇到裂缝或断层时，就会形成椭圆井眼。在张应力场作用下，裂缝的延伸方向总是垂井眼。在张应力场作用下，裂缝的延伸方向总是垂直于水平最大主应力方位
20、，正断层的走向也是如此。直于水平最大主应力方位，正断层的走向也是如此。因此断裂型椭圆井眼长轴方位与水平最小主应力方因此断裂型椭圆井眼长轴方位与水平最小主应力方位一致。位一致。特点：在双井径曲线上的表现与应力型椭圆井眼特点：在双井径曲线上的表现与应力型椭圆井眼类似，但井径差值比应力型椭圆井眼的大。类似，但井径差值比应力型椭圆井眼的大。（3 3）、冲溶型椭圆井眼）、冲溶型椭圆井眼 常见于泥岩、盐岩井段。泥岩受到钻井液浸泡常见于泥岩、盐岩井段。泥岩受到钻井液浸泡冲刷，体积膨胀而垮塌，形成椭圆井眼。同样，钻冲刷，体积膨胀而垮塌，形成椭圆井眼。同样，钻井液溶蚀井壁周围的盐岩，也会造成椭圆井眼。井液溶蚀井
21、壁周围的盐岩，也会造成椭圆井眼。特点：两条井径曲线都扩径，且具有很好的相特点：两条井径曲线都扩径，且具有很好的相似性，井径差值也较大。似性，井径差值也较大。小结：应力型和断裂型椭圆井眼的成因都与地下应小结：应力型和断裂型椭圆井眼的成因都与地下应力场有关，产生的椭圆井眼的长轴与最小地应力方力场有关，产生的椭圆井眼的长轴与最小地应力方向一致。而冲溶型椭圆井眼成因与地下应力场无关。向一致。而冲溶型椭圆井眼成因与地下应力场无关。井径井径C C2 24 4大于钻大于钻头直径；而头直径；而C C1 13 3接近于钻头直径。接近于钻头直径。说明井眼沿说明井眼沿2 2、4 4极板方位崩落。极板方位崩落。图图1
22、6-20 16-20 椭圆井眼椭圆井眼2 2）、地应力方向分析）、地应力方向分析 由于地应力存在，井眼常出现椭圆状。其长由于地应力存在，井眼常出现椭圆状。其长轴方向为最小地应力方向。其短轴方向为最大地轴方向为最小地应力方向。其短轴方向为最大地应力方向。应力方向。（1 1） 最小主应力方位的确定：最小主应力方位的确定：0min90AAZ（16-10）（2 2）裂缝延伸方位（最大主应力方位）：）裂缝延伸方位（最大主应力方位）：009090LFFXAZ（16-11）AZ-1AZ-1号极板方位角。号极板方位角。000241312413190190CCCCAZAZ其中：其中：（3）实例分析）实例分析 某
23、油田一口探井的地应力方向图。椭圆井眼长轴某油田一口探井的地应力方向图。椭圆井眼长轴方向方向340340160160，最大主应力方向，最大主应力方向7070250250例例1 1、图图16-21 16-21 地应力方向分析图地应力方向分析图图图16-22 16-22 椭圆井眼长轴方向分析图椭圆井眼长轴方向分析图例例2 2最大主应力方向最大主应力方向N100N100-165-165E E。图图16-2316-23例例3 3：图图16-23 16-23 裂缝区域有效性判别图裂缝区域有效性判别图水平主应力方向的确定方法：水平主应力方向的确定方法： 设井壁受到无穷远处两个主应力设井壁受到无穷远处两个主应
24、力, ,即最大水平主即最大水平主应力应力1 1 和最小主应力和最小主应力2 2 (1 1 2 2 ) ) 的作用的作用, ,钻钻井液对井壁产生的压力为井液对井壁产生的压力为p , p , 井眼半径为井眼半径为R R。则井。则井眼外区域内任一点眼外区域内任一点p p1 1 处的受力情况可表示为：处的受力情况可表示为：附：附：图图16-24 16-24 井壁受力示意图井壁受力示意图式中式中r r 、rr分别是径向主应力、切向分别是径向主应力、切向主应力和剪切应力。主应力和剪切应力。（16-12）（16-13）（16-14） 钻井过程中应力崩塌形成的椭圆井眼通常是由钻井过程中应力崩塌形成的椭圆井眼通常
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