CN113447989B - 一种判断判识岩心原始地层方向的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种判断判识岩心原始地层方向的装置及方法。该装置包括岩心夹持器、第一围压泵和电阻仪，其中，所述岩心夹持器由上半部分和下半部分组成，其中，上半部分用于容纳岩心，下半部分用于容纳和固定岩心，所述上半部分与下半部分的侧面分别设有刻度，所述刻度用于确定岩心旋转的角度；所述第一围压泵用于向岩心夹持器的上半部分加压；所述电阻仪用于测量岩心的电阻值。本发明还提供了三种判断判识岩心原始地层方向的方法，这三种方法分别利用上述装置测量岩心不同位置的电阻值，将岩心的电阻值测试结果与电阻率成像测井资料中取心深度附近成像结果进行比较，从而确定岩心在地层中的岩石方向。

Description

一种判断判识岩心原始地层方向的装置及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种判断判识岩心原始地层方向的装置及方法。

背景技术

岩心(core)是指根据地质勘查工作或工程需要，使用环状岩心钻头及其他取心工具从孔内取出的圆柱状岩石样品。岩心是研究和了解地下地质和矿产情况的重要实物地质资料，是了解地下地层和含矿特征最直观、最实际的资料。在矿产勘探和开发过程中，需要按地质设计的地层层位和深度，开展钻进工作，向井内下入取心工具，钻取出岩石样品。目前岩心的钻取方式有井壁取心和钻井取心两种，通常以后者为主。

在油田范围内必须选择适量的井，对有关油、气层位，钻取一定数量的岩心，通过观察、分析和研究，可以了解：(1)地层的时代、岩性、沉积特征；(2)储层的物理、化学性质和含油、气、水状况；(3)生油层特征和生油指标；(4)地下构造情况(如断层、节理、倾角等)；(5)各种测井方法定性、定量解释的基础数据；(6)开采过程中油、气、水运动和分布状况，以及地层结构的变化；岩心还可供注水或各种提高采收率方法和增产、增注措施的室内试验分析，是估算石油储量、编织合理开发方案、提高油藏注水开发效果和采收率的必不可少的基础资料。

尽管录井人员现场取心是会在岩心上通过标注箭头等方式标注方向，可是这仅限于长度方向，对于岩心在地层中的方向却难以辨识。除了定向取心等在岩心上做了特殊标记的情况，绝大多数取心在出筒之后难以辨识岩心在地层中的方向。对于全直径岩心、直径为2.5cm或3.8cm的岩石均是如此，随着运输、搬运、取放、实验的进行，除了长度方向能够确认以外，径向上的方向几经辗转，已经很难再从岩心上辨认出其在原始地层条件下的方位。

如图1所示，a图表示地层中的岩心，b图示意岩心在出筒后即发生了α角度偏移，c图表示在全直径岩心上钻取小样时，岩心发生了β角度的偏移(如图1中的c图所示)。由图1可以看出，岩心在出心后，全直径样在地层中的方位已经难以知晓，而在后期做油气开发、储层评价等实验时，会在全直径上钻取直径为2.5cm或3.8cm的柱塞样，此时的样品除了长度方向能够确定外，并不能还原岩心在地层内的相关位置。

综上所述，研发一种能够通过不破坏岩心结构的技术手段，准确还原出岩心在地层中的分布状况、在构造中的位置的技术具有广阔的应用前景，将有利于地质人员带着方向的概念分析岩心，促进形成更加深入的地质认识。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种判断判识岩心原始地层方向的装置及方法。该方法通过建立一种岩心各向异性分析技术，对比待测井电阻率成像资料的信息，能够准确得到岩心在地层中分布的实际方位。

为了达到上述目的，本发明提供了一种判断判识岩心原始地层方向的装置，其包括：岩心夹持器、第一围压泵和电阻仪，其中：

所述岩心夹持器由上半部分和下半部分组成，其中，上半部分用于容纳岩心，下半部分用于容纳和固定岩心，所述上半部分与下半部分的侧面分别设有刻度，所述刻度用于确定岩心旋转的角度；所述第一围压泵用于向岩心夹持器的上半部分加压；所述电阻仪用于测量岩心的电阻值。

根据本发明的具体实施方案，本发明所提供的上述判断判识岩心原始地层方向的装置中的岩心夹持器分为上、下两个部分，通过二者之间的相对旋转来计算岩心旋转的角度，由此，获得岩心在不同方向上的电阻值与岩心角度之间的关系，再结合相关成像资料就能够确定岩心在原始地层中的方向。优选地，所述岩心夹持器的下半部分能够旋转，并且，所述岩心夹持器的上半部分相对于所述岩心夹持器的下半部分是固定的、不进行旋转。在使用时，岩心夹持器的下半部分带动岩心一起旋转，而上半部分固定不动，这样通过上半部分和下半部分的刻度就可以准确计算旋转的角度。在一些具体实施方案中，岩心夹持器的上半部分的固定方式可以通过使其与铁架固定相连等方式实现。

在上述装置中，优选地，所述岩心夹持器的上半部分的内壁设有用于与电阻仪相连的金属片。金属片可以通过导线与电阻仪相连，用于实现岩心与电阻仪之间电路的连通。

在上述装置中，优选地，岩心夹持器的上半部分和岩心夹持器的下半部分的内部分别设有橡皮套筒，并且，岩心夹持器的上半部分的橡皮套筒上设有放置金属片的凹槽。

在上述装置中，优选地，岩心夹持器的上半部分的底部和岩心夹持器的下半部分的顶部为开口端，上述两个开口端连接后可以形成一个完整的带有空腔的圆柱体，用于容纳岩心；其中，岩心夹持器的上半部分的封闭端设有用于在岩心上做标记的开口。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该装置还包括托盘，该托盘用于固定岩心夹持器的下半部分并带动岩心夹持器的下半部分和岩心旋转。所述托盘可以设有手柄，以用于带动托盘旋转。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述装置还包括用于向岩心夹持器的下半部分加压的第二围压泵，通过加压可以使岩心夹持器的下半部分与岩心能够紧密接触，共同旋转，避免出现旋转不一致的情况；在一些实施方案中，岩心夹持器的下半部分与第二围压泵之间可以通过可伸缩的弹性管线连接，使岩心夹持器的下半部分在与第二围压泵相连的状态下也能够自由旋转。

在上述装置中，优选地，所述第一围压泵和岩心夹持器的上半部分之间的连接管路上设有阀门，所述第二围压泵与岩心夹持器的下半部分之间的连接管路上设有阀门，阀门用于控制第一围压泵与岩心夹持器的上半部分、第二围压泵与岩心夹持器的下半部分之间的连通关系。

在上述装置中，优选地，岩心夹持器的上半部分、下半部分与橡皮套筒之间为密闭空间，密闭空间内注有液体。第一围压泵或第二围压泵向岩心夹持器施加的压力通过上述液体传递给岩心。由于液体所在的空间始终保持密闭性，因此即使岩心夹持器的上半部分和岩心夹持器的下半部分容纳岩心处设有开口，岩心夹持器仍然可以保持承受一定范围压力的能力。

本发明还提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，其是采用上述装置进行的，该方法包括以下步骤：

步骤一，将岩心用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度；

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心放进岩心夹持器的下半部分中并固定，再用岩心夹持器的上半部分覆盖岩心顶部，记录此时岩心夹持器的上半部分的刻度与岩心夹持器的下半部分的刻度之间的角度差，并标记此时岩心的位置；

步骤三，使岩心夹持器的下半部分与岩心同时旋转适当角度，而岩心夹持器的上半部分固定不动，记录岩心此时的旋转角度，(即此时岩心夹持器的上半部分、下半部分的刻度之间的差值)，并测量岩心的电阻值；

步骤四，重复步骤三的操作，直至岩心累计旋转360°；找到岩心的最大电阻值R_max和最小电阻值R_min分别对应的旋转角度θ_max和θ_min，按θ_max和θ_min角度旋转岩心，将对应的岩心位置分别标记为max和min；

步骤五，找到电阻率成像测井资料中取心深度附近成像颜色最暗和最亮的位置，将最暗和最亮的位置地理位置分别与岩心上max和min代表的位置对应，确定岩心原始地层方向。

在本发明的具体实施方案中，步骤五中，由于地层的复杂性，在电阻率成像测井资料中可能存在有多组最暗、最亮的位置的情况，此时需要计算每组最暗、最亮位置之间的角度差，选择其中与θ_max和θ_min的角度差最匹配的一组，将该组最暗、最亮位置的地理信息与岩心上max和min代表的位置对应，确定岩心原始地层方向。

本发明还提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，其是采用上述装置进行的，该方法包括以下步骤：

步骤一，将岩心用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度；

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心放进岩心夹持器的下半部分中并固定，再用岩心夹持器的上半部分覆盖岩心顶部，记录此时岩心夹持器的上半部分的刻度与岩心夹持器的下半部分的刻度之间的角度差，并标记此时岩心的位置O；

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为N等份，使岩心夹持器的下半部分和岩心同时旋转适当角度，而岩心夹持器的上半部分固定不动，记录岩心旋转角度，并测量岩心的电阻值；

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录N等份中每份位置的电阻值，将电阻值按位置顺序依次记为A₁、A₂、A₃……A_N；

步骤五：

(1)定义A₁至A_N中最大电阻值为A_max，并定义δn_1,2，δn_2,3……δn_N-1,N……δn_2N-1,2N，各数据的计算方法为：

δn_N,N+1＝δn_N,1＝(A₁-A_N)/A_max、δn_N+1,N+2＝δn_1,2、……δn_2N-1,2N＝δn_N-1,N；

(2)将井筒中取心深度的圆周位置沿360°分为N等份，将电阻率成像测井资料中每份位置测得的电阻值记为B₁、B₂、B₃……B_N；

(3)定义B₁-B_N中最大电阻值为B_max，并定义δm_1,2，δm_2,3……δm_N-1,N，δm_N,N+1，各数据的计算方法为：

δm_N,N+1＝δm_N,1＝(B₁-B_N)/B_max；

(4)定义

ω＝1,2……N；

找到H(1)、H(2)……H(ω)中的最小值，将其定义为H(α)，此时ω＝α，将A_α的位置信息与B₁的位置信息对应，确定岩心原始地层方向。

在一些具体实施方案中，在步骤五的(4)中H(ω)可以按照如下方法计算：例如，当N＝5、ω＝5时，H(5)的计算方法为：

H(5)＝|δn_5,6-δm_1,2|+|δn_6,7-δm_2,3|+|δn_7,8-δm_3,4|+|δn_8,9-δm_4,5|+|δn_9,10-δm_5,6|＝|δn_5,1-δm_1,2|+|δn_1,2-δm_2,3|+|δn_2,3-δm_3,4|+|δn_3,4-δm_4,5|+|δn_4,5-δm_5,1|。

在本发明的具体实施方案中，上述方法可以在电阻率成像测井资料中存在多个R_max、R_min时、或岩心电阻值测量结果中电阻值极值个数与测井资料中电阻值极值个数不同时，用于确定岩心的原始地层方位。

在上述判断判识岩心原始地层方向的方法中，在步骤五的(1)和(3)中，还可以定义A₁至A_N中最小电阻值为A_min、B₁至B_N中最小电阻值为B_min，以A_min代替A_max、以B_min代替B_max进行步骤五中的计算。

在上述判断判识岩心原始地层方向的方法中，当所述装置中岩心夹持器上半部分设有金属片时，步骤五的(2)中，在测量岩心的圆周位置的电阻时，所测区域大小与金属片面积相等，岩心圆周上每份位置测得的电阻是金属片接触处所测电阻。

本发明还提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，其是采用上述判断判识岩心原始地层方向的装置进行的，该方法包括以下步骤：

步骤一，将岩心用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度；

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心放进岩心夹持器的下半部分中并固定，再用岩心夹持器的上半部分覆盖岩心顶部，记录此时岩心夹持器的上半部分的刻度与岩心夹持器的下半部分的刻度之间的角度差，并标记此时岩心的位置O；

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为N等份，使岩心夹持器的下半部分和岩心同时旋转适当角度，而岩心夹持器的上半部分固定不动，记录岩心旋转角度，并测量岩心的电阻值；

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录N等份中每份位置的电阻值，将位置代号按位置顺序依次记为P₁、P₂、P₃……P_N；

步骤五：

(1)将P₁至P_N中对应最大电阻值的位置代号的下标定义为N¹，N²……N^γ，其中，γ为P₁至P_N中最大电阻值的个数，γ≤N，再定义dn组数值包括dn_1,2，dn_2,3……，dn_γ,γ+1……，dn_2γ-1,2γ，dn组中各数值计算方法为：

当1≤i≤γ-1时，dn_i,i+1＝Nⁱ⁺¹-Nⁱ；

当i＝γ时，dn_i,i+1＝dn_i,1＝N¹+N-Nⁱ；

当i＞γ时，dn_i,i+1＝dn_i-γ,i+1-γ＝N^i+1-γ-N^i-γ；

(2)将井筒中取心深度的圆周位置沿360°分为N等份，记录电阻率成像测井资料中每份位置的电阻值，并记各份的位置代号为Q₁、Q₂、Q₃……Q_N；

(3)将Q₁至Q_N对应最大电阻值的位置代号的下标记为M¹，M²……M^β，其中，β为Q₁至Q_N中最大电阻值的个数，β＝γ，再定义dm组数值包括dm_1,2，dm_2,3……dm_β,_β+1，dm组中各数值计算方法为：

当1≤i≤β-1时，dm_i,i+1＝Mⁱ⁺¹-Mⁱ；

当i＝β时，dn_i,i+1＝dn_i,1＝M¹+N-Mⁱ；

(4)按照dn_1+η,2+η，dn_2+η,3+η……，dn_{γ+η,γ+1+η}的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3……dm_β,1进行比较，其中，η＝0，1，2……γ-1，

当dn组数值与dm组数值依次相同时，此时(1+η)取值为α，将P_N ^α的位置信息与Q_M ¹的位置信息对应，确定岩心原始地层方向。

在一些具体实施方案中，步骤五的(4)中，当β＝γ＝3时，设η＝0，按照dn_1,2，dn_2,3，dn_3,4(即dn_3,1)的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4(即dm_3,1)比较；

如果dn_1,2与dm_1,2、或dn_2,3与dm_2,3、或dn_3,1与dm_3,1不同，再设η＝1，按照dn_2,3，dn_3,4，dn_4,5(即dn_2,3，dn_3,1，dn_1,2)的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4比较；

如果仍然不同，则设η＝2，按照dn_3,4，dn_4,5，dn_5,6(即dn_3,1，dn_1,2，dn_2,3)的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4比较，两组数值依次相同，此时(1+η)为3，则将P_N ³的位置信息与Q_M ¹的位置信息对应，即可确定岩心原始地层方向。

根据本发明的具体实施方案，当出现采用上述方法确定岩心在地层位置、结果出现多种对应方式时(例如dn_1+η,2+η，dn_{γ+η,γ+1+η}与dm_1,2相等，导致P_N ¹、P_N ^γ都可以看作与Q_M ¹位置重合)，还可以利用岩心电阻值测量中最小电阻值和电阻率成像测井资料中最小电阻值的位置对应关系共同确定岩心在地层中准确的原始方位。此时，在上述方法中，步骤(2)中的N¹，N²，N^γ可以为P₁、P₂、P₃……P_N对应最小电阻值的位置代号的下标，相应地，步骤(4)中的M¹，M²……M^β为Q₁、Q₂、Q₃……Q_N对应最小电阻值的位置代号的下标。

根据本发明的具体实施方案，优选地，步骤二还可以包括在标记岩心的位置之前，将岩心夹持器的上半部分的刻度和岩心夹持器的下半部分的刻度的角度差调整为0°的操作，方便计算岩心的旋转角度。

根据本发明的具体实施方案，当判断判识岩心原始地层方向的装置包括第二围压泵时，步骤二还可以包括使用第二围压泵向岩心夹持器的下半部分加压的操作，此时岩心夹持器的下半部分与岩心紧密接触，保证岩心夹持器的下半部分与岩心以相同角度旋转。优选地，所述第二围压泵向所述岩心夹持器的下半部分加压的压力为0.5-2MPa。

在上述方法中，优选地，步骤三中，所述岩心的旋转角度可以为1-5°/次，具体的旋转角度值可以根据需要获得的检测结果(例如电阻值)的数量进行确定。

根据本发明的具体实施方案，当将岩心的圆周位置沿360°分为N等份时，步骤三中，所述岩心的旋转角度可以控制为(360/N)°/次。

在本发明的一些实施方案中，步骤三中，测量岩心的电阻值的操作可以通过以下方式进行：使用第一围压泵向岩心夹持器的上半部分加压，使金属片紧密接触岩心，连通电阻仪与岩心之间的电路，记录电阻仪显示的电阻值，然后卸去第一围压泵的压力。卸压之后，可以使岩心夹持器的上半部分与岩心之间的空隙恢复，使岩心能够自由旋转。

在上述方法中，优选地，步骤三中，所述第一围压泵向岩心夹持器的上半部分加压的压力为0.5-2MPa。

在上述方法中，优选地，所述岩心的位置的标记方式为通过岩心夹持器的上半部分的开口在岩心的顶部做标记。

本发明的有益效果在于：

本发明的技术方案通过建立一种岩心各向异性分析技术，对比地层测井、地球物理等相关信息，能够准确得到岩心在地层中分布的实际方位。

附图说明

图1为岩心从地层中取出前后的示意图。其中，a图表示地层中的岩心，b图表示出筒后岩心发生了角度为α的偏移，c图表示在全直径岩心上钻取小样发生角度为β的偏移。

图2为本发明提供的判断判识岩心原始地层方向的装置的结构示意图。

图3为实施例1的岩心夹持器的结构分解示意图。

图4为根据实施例1的岩心夹持器的上半部分的刻度标注岩心旋转角度的示意图。

图5为根据实施例2的岩心夹持器的下半部分的刻度标注岩心旋转角度的示意图。

图6为实施例2中某井的电阻率成像图。

图7为实施例3中A₁、A₂……A₁₀的分布方式示意图。

图8为实施例3中B₁、B₂……B₁₀的分布方式示意图。

附图标号

托盘1 手柄11 岩心夹持器2 岩心夹持器的上半部分21 岩心夹持器的下半部分22 开口23 金属片24 第一围压泵31 第二围压泵32 阀门311 阀门321 电阻仪4 岩心5 最暗位置6 最亮位置7

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种判断判识岩心原始地层方向的装置，其结构如图2所示，其中，a图为该装置的立体图，b图为岩心夹持器的与电阻仪的截面图。如图2中的a图所示，该装置包括托盘1、岩心夹持器2、第一围压泵31和第二围压泵32、电阻仪4。

其中，托盘1的侧面设有手柄11，手柄11可以带动托盘1转动。

图3为岩心夹持器2的结构分解示意图。如图3所示，岩心夹持器2整体为空心圆柱(圆筒)，由岩心夹持器的上半部分21和岩心夹持器的下半部分22组成。岩心夹持器的上半部分21和岩心夹持器的下半部分22分别为两端开口的筒形，二者直径相同。岩心夹持器的上半部分21的底部与岩心夹持器的下半部分22的顶部通过二者的开口端相互连接，形成一个空腔，用于容纳岩心5。

如图3所示，岩心夹持器的上半部分21的封闭端设有开口23，底部设有刻度。如图2的b图所示，岩心夹持器的上半部分21内部设有橡皮套筒(图中未示)，橡皮套筒设有凹槽(图中未示)，凹槽中靠近岩心5处有一组相对的金属片24。金属片24通过导线与电阻仪4相连。岩心夹持器的上半部分21的刻度用于记录岩心5旋转角度的变化(如图4所示)；开口23用于在岩心5顶部标记岩心位置；金属片24能够紧密接触岩心5，连通岩心5与电阻仪4之间的电路。

岩心夹持器的下半部分22的封闭端焊接固定在托盘1上，该岩心夹持器的下半部分22的顶部设有刻度，内部设有橡皮套筒、用于固定岩心5。通过对岩心夹持器的下半部分22加压，能够使橡皮套筒紧密接触岩心5，从而使岩心夹持器的下半部分22与岩心5随托盘1共同旋转。岩心夹持器的下半部分22上的刻度用于记录岩心旋转过程中角度的变化(如图5所示)，在岩心旋转的过程中，计算岩心夹持器的下半部分22的刻度与岩心夹持器的上半部分21的刻度之间的角度差可以确定具体的旋转角度。

本实施例提供的装置中设有两个围压泵，分别是第一围压泵31和第二围压泵32。第一围压泵31与岩心夹持器的上半部分21相连，二者之间的连接管路上设有阀门311。第一围压泵31用于向岩心夹持器的上半部分21加压。第二围压泵32与岩心夹持器的下半部分22相连，二者之间的连接管路上设有阀门321。第二围压泵32用于向岩心夹持器的下半部分22加压。

电阻仪4通过导线与金属片24相连，用于测量岩心5的电阻值。

实施例2

本实施例提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，该方法采用实施例1提供的装置进行。

以某井为例，首先对该井进行了电阻率成像测井，测试结果如图6所示；并进行了取心作业，在5666.5米深度取有全直径岩心样品；利用上述装置判断判识岩心原始地层方向，具体包括以下步骤：

步骤一，将岩心5用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度。

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心5放入岩心夹持器的下半部分22中并进行固定，再用岩心夹持器的上半部分21覆盖岩心5，然后将岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的角度差调整为0°，通过开口23在岩心5顶部标记此时岩心5的位置。

步骤三，通过第二围压泵32向岩心夹持器的下半部分22施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的下半部分22内部的橡皮套筒与岩心5紧密接触；

沿逆时针方向转动托盘1使岩心5与岩心夹持器的下半部分22同时转动，当转动到一定角度时，停止转动，利用第一围压泵31向岩心夹持器的上半部分21施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的上半部分21中的金属片24与岩心5紧密接触，此时岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的差值即为此时岩心5旋转的角度，记录岩心旋转的角度和此时电阻仪4显示的电阻值；

然后卸去第一围压泵31的压力，使岩心夹持器的上半部分21内部的金属片24与岩心5分离。

步骤四，重复步骤三的操作，岩心5每次旋转的角度控制为5°/次，直至岩心5的累计旋转角度达到360°。

表1为岩心电阻值测试结果。由表1可以看出，岩心5旋转过程中测得的最大电阻值和最小电阻值分别为93Ω.m和50Ω.m，其对应的旋转角度分别是140°和5°。再按照140°和5°转动托盘1，并通过开口23标记岩心5两次旋转后分别对应的位置max和min。

步骤五，将岩心5上标记的max和min的位置与图6中的电阻率成像资料对比。具体方法为：在图6中所显示的5666.5米深度找到成像颜色最暗位置6和最亮位置7。从图6可以看出，最亮位置6的角度为0°，对应的地理方位为正西；最暗位置7的角度为140°，对应的地理方位为南偏东45°。再以最暗位置6的方位(地层重正西方向)对应岩心上标记max的位置、最亮位置7的方位(地层中南偏东45°方向)对应岩心上标记min的位置，即可确定岩心在地质体中对应的具体方向，上述地位方位位置就是岩心在地质体中的方向。

表1

实施例3

本实施例提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将岩心5用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度。

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心5放入岩心夹持器的下半部分22中并进行固定，再用岩心夹持器的上半部分21覆盖岩心5，然后将岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的角度差调整为0°，通过开口23在岩心5顶部标记此时岩心5的位置O。

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为10等份(定义N＝10)，分布方式见图7。通过第二围压泵32向岩心夹持器的下半部分22施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的下半部分22内部的橡皮套筒与岩心5紧密接触；

沿逆时针方向转动托盘1使岩心5与岩心夹持器的下半部分22同时转动，当转动到一定角度时，停止转动，利用第一围压泵31向岩心夹持器的上半部分21施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的上半部分21中的金属片24与岩心5紧密接触，此时岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的差值即为此时岩心5旋转的角度，记录岩心旋转的角度和此时电阻仪4显示的电阻值；

然后卸去第一围压泵31的压力，使岩心夹持器的上半部分21内部的金属片24与岩心5分离。

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录每份位置的电阻值，按位置顺序依次记为记为A₁、A₂……A₁₀，电阻值测试结果见表2。

表2

代号	A<sub>1</sub>	A<sub>2</sub>	A<sub>3</sub>	A<sub>4</sub>	A<sub>5</sub>	A<sub>6</sub>	A<sub>7</sub>	A<sub>8</sub>	A<sub>9</sub>	A<sub>10</sub>
											电阻率(Ω)	1	3	5	1	2	5	2	1	5	1

步骤五：

1、由表2可知，最大电阻值A_max为5Ω。计算相邻两个位置的电阻值差值与最大电阻值的比值δn_i,i+1：

(1)当1≤i≤9时，δn_i,i+1＝(A_i+1-A_i)/A_max，例如：δn_1,2＝(A₂-A₁)/A_max＝(3-1)/5＝0.4，δn_2,3＝(A₃-A₂)/A_max＝(5-3)/5＝0.4；

(2)当i＝10时，δn_10,11＝δn_10,1＝(1-1)/5＝0；

(3)δn_11,12＝δn_1,2＝0.4，δn_12,13＝δn_2,3＝0.4……依次类推。

δn_i,i+1(i≤10)的计算结果总结在表3中。

表3

δn<sub>1,2</sub>	δn<sub>2,3</sub>	δn<sub>3,4</sub>	δn<sub>4,5</sub>	δn<sub>5,6</sub>	δn<sub>6,7</sub>	δn<sub>7,8</sub>	δn<sub>8,9</sub>	δn<sub>9,10</sub>	δn<sub>10,11</sub>
										0.4	0.4	-0.8	0.2	0.6	-0.6	-0.2	0.8	-0.8	0

2、将井筒中取心深度的圆周位置沿360°分为10等份，分布方式见图8。分别测得10份位置的电阻值，记为B₁、B₂……B₁₀，结果见表4。

表4

代号	B<sub>1</sub>	B<sub>2</sub>	B<sub>3</sub>	B<sub>4</sub>	B<sub>5</sub>	B<sub>6</sub>	B<sub>7</sub>	B<sub>8</sub>	B<sub>9</sub>	B<sub>10</sub>
											电阻率(Ω)	10	2	2	6	9	2	6	10	4	6

其中，最大电阻值B_max为10Ω。

3、计算相邻两个位置的电阻值差与最大电阻值的比值δm_i,i+1，计算方法如下：

当1≤i＜10时，δm_i,i+1＝(B_i+1-B_i)/B_max；

当i＝10时，δm_10,11＝δm_10,1＝(B₁-B₁₀)/B_max；

δm_i,i+1(i≤10)计算结果见表5。

表5

δm<sub>1,2</sub>	δm<sub>2,3</sub>	δm<sub>3,4</sub>	δm<sub>4,5</sub>	δm<sub>5,6</sub>	δm<sub>6,7</sub>	δm<sub>7,8</sub>	δm<sub>8,9</sub>	δm<sub>9,10</sub>	δm<sub>10,11</sub>
										-0.8	0	0.4	0.3	-0.7	0.4	0.4	-0.6	0.2	0.4

4、依次计算表5和表3中数值之差，再对所有差值取和，计算所用公式为：

其中，ω＝1，2，3……10，计算H(1)、H(2)……H(10)的值。

具体计算过程例如：

H(1)＝|0.4-(-0.8)|+|0.4-0|+|-0.8-0.4|+|0.2-0.3|+|0.6-(-0.7)|+|-0.6-0.4|+|-0.2-0.4|+|0.8-(-0.6)|+|-0.8-0.2|+|0-0.4|＝8.6。

H(ω)计算结果总结在表6中。

表6

H(1)	H(2)	H(3)	H(4)	H(5)	H(6)	H(7)	H(8)	H(9)	H(10)
										8.6	4	4.2	8.6	5.8	3	3.4	8	1.4	6.6

由表6可知，H(9)的数值最小，将A₉的位置信息与B₁的位置信息对应，即确定岩心在地质体中对应的具体方向。

实施例4

本实施例提供了一种判断判识岩心原始地层方向的方法，具体包括以下步骤：

步骤一，将岩心5用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度。

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心5放入岩心夹持器的下半部分22中并进行固定，再用岩心夹持器的上半部分21覆盖岩心5，然后将岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的角度差调整为0°，通过开口23在岩心5顶部标记此时岩心5的位置O。

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为10等份(定义N＝10)。通过第二围压泵32向岩心夹持器的下半部分22施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的下半部分22内部的橡皮套筒与岩心5紧密接触；

沿逆时针方向转动托盘1使岩心5与岩心夹持器的下半部分22同时转动，当转动到一定角度时，停止转动，利用第一围压泵31向岩心夹持器的上半部分21施加0.5-2MPa的压力，使岩心夹持器的上半部分21中的金属片24与岩心5紧密接触，此时岩心夹持器的上半部分21的刻度与岩心夹持器的下半部分22的刻度之间的差值即为此时岩心5旋转的角度，记录岩心旋转的角度和此时电阻仪4显示的电阻值；

然后卸去第一围压泵31的压力，使岩心夹持器的上半部分21内部的金属片24与岩心5分离。

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录每份位置的电阻值，按位置顺序依次记为记为P₁、P₂……P₁₀，电阻值测量结果见表7。

表7

位置代号	P<sub>1</sub>	P<sub>2</sub>	P<sub>3</sub>	P<sub>4</sub>	P<sub>5</sub>	P<sub>6</sub>	P<sub>7</sub>	P<sub>8</sub>	P<sub>9</sub>	P<sub>10</sub>
											电阻率(Ω)	1	3	5	1	2	5	2	1	5	1

步骤五：

(1)找到表7数据中最大电阻率(5Ω)对应的位置代号P₃、P₆、P₉，则最大电阻值个数γ＝3，将代号的下标记为N¹＝3、N²＝6、N³＝9，定义dn组数值包dn_1,2，dn_2,3，dn_3,4……dn_2γ-1,2γ(即dn_5,6)，各数值计算方法为：

当1≤i≤γ-1时，dn_i,i+1＝Nⁱ⁺¹-Nⁱ，如dn_1,2＝N²-N¹＝6-3＝3；

当i＝γ时，dn_i,i+1＝dn_i,1＝N¹+N-Nⁱ，如dn_3,4＝N¹+N-N³＝3+10-9＝4；

当i＞γ时，dn_i,i+1＝dn_i-γ,i+1-γ＝N^i+1-γ-N^i-γ，如dn_4,5＝dn_1,2＝3。

经过计算，dn_1,2至dn_5,6的计算结果总结在表8中。

表8

dn<sub>1,2</sub>	dn<sub>2,3</sub>	dn<sub>3,4</sub>	dn<sub>4,5</sub>	dn<sub>5,6</sub>
					3	3	4	3	3

(2)将井筒中取心深度的圆周位置沿360°分为10等分，记为Q₁、Q₂……Q₁₀，10个位置的电阻值见表9。

表9

位置代号	Q<sub>1</sub>	Q<sub>2</sub>	Q<sub>3</sub>	Q<sub>4</sub>	Q<sub>5</sub>	Q<sub>6</sub>	Q<sub>7</sub>	Q<sub>8</sub>	Q<sub>9</sub>	Q<sub>10</sub>
											电阻率(Ω)	10	2	2	6	10	2	6	10	4	6

(3)找到表9数据中最大电阻率(10Ω)对应的位置代号Q₁、Q₅、Q₈，则最大电阻值个数β＝3，将代号的下标依次记为M¹＝1、M²＝5、M³＝8，定义dm组数值包括dm_1,2，dm_2,3，dm_β,β+1(即dm_3,4)，各数值计算方法为：

当1≤i≤β-1时，dm_i,i+1＝Mⁱ⁺¹-Mⁱ，如dm_1,2＝M²-M¹＝5-1＝4，dm_2,3＝M³-M²＝8-5＝3；

当i＝β时，dm_i,i+1＝dm_i,1＝M¹+N-M^β，如dm_3,4＝M¹+N-M³＝1+10-8＝3。

(4)按照dn_1+η,2+η，dn_2+η,3+η……，dn_γ+η,1+η的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3……dm_β,β+1进行比较，其中，η＝0、1、2，

设η＝0，按照dn_1,2，dn_2,3，dn_3,4(也就是3,3,4)与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4(也就是4,3,3)进行比较，可以看出两组数据不依次相同，因此继续比较。

设η＝1，按照dn_2,3，dn_3,4，dn_4,5(也就是3,4,3)与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4(也就是4,3,3)进行比较，可以看出两组数据不依次相同，因此继续比较。

设η＝2，按照dn_3,4，dn_4,5，dn_5,6(也就是4,3,3)与dm_1,2，dm_2,3，dm_3,4(也就是4,3,3)进行比较，此时两组数据依次相同，(1+η)取值为3，将P_N ³(即P⁹)的位置信息与Q_M ¹(即Q¹)的位置信息对应，确定岩心原始地层方向。

实施例5

本实施例是以实施例4中测得的岩心电阻值(表7数据)与电阻率测井资料中的电阻值(表8数据)为原始数据，采用实施例3中的方法以确定实施例4测试的岩心在地层中的原始方位。

按照实施例3提供的方法对表7数据和表8数据进行处理，并计算H(ω)值，ω≤10，计算结果总结在表10中。

表10

H(1)	H(2)	H(3)	H(4)	H(5)	H(6)	H(7)	H(8)	H(9)	H(10)
										8.8	4	4.4	8.8	5.6	3.2	3.6	8	1.2	6.8

在表10中，H(9)为最小值，将A₉的位置信息与B₁的位置信息对应，即确定岩心在地质体中对应的具体方向，这一结果也与实施例4的比较结果一致。

由实施例3-5可知，实施例3采用的方法适用于所有的岩心电阻值测试结果与相应测井资料的比对；而实施例4采用的方法适用于岩心电阻值测试结果的电阻最大值个数与测井资料的电阻最大值个数相同，或电阻值测试结果的电阻最小值个数与测井资料的电阻最小值个数相同的情况。

通过实施例2-5的结果可以看出：采用本发明提供的装置和方法，通过对岩心各向异性的电阻值进行测量，并将测量的位置与电阻值对应关系的结果与地层测井信息进行比对，能够准确得到岩心在地层中分布的实际方位，解决现场取心后难以辨识岩心在地层中的方向的问题。

Claims (16)

1.一种判断判识岩心原始地层方向的方法，其是采用一种判断判识岩心原始地层方向的装置进行的，所述判断判识岩心原始地层方向的装置包括：岩心夹持器、第一围压泵和电阻仪，其中：所述岩心夹持器由上半部分和下半部分组成，其中，上半部分用于容纳岩心，下半部分用于容纳和固定岩心，所述上半部分与下半部分的侧面分别设有刻度，所述刻度用于确定岩心旋转的角度；所述第一围压泵用于向岩心夹持器的上半部分加压；所述电阻仪用于测量岩心的电阻值；

所述判断判识岩心原始地层方向的方法包括方式1和方式2，其中：

方式1包括以下步骤：

步骤一，将岩心用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度；

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心放进岩心夹持器的下半部分中并固定，再用岩心夹持器的上半部分覆盖岩心顶部，记录此时岩心夹持器的上半部分的刻度与岩心夹持器的下半部分的刻度之间的角度差，并标记此时岩心的位置O；

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为N等份，使岩心夹持器的下半部分和岩心同时旋转适当角度，而岩心夹持器的上半部分固定不动，记录岩心旋转角度，并测量岩心的电阻值；

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录N等份中每份位置的电阻值，将电阻值按位置顺序依次记为A₁、A₂、A₃……A_N；

步骤五：

(1)定义A₁至A_N中最大电阻值为A_max，并定义δn_1,2，δn_2,3……δn_N-1,N……δn_2N-1,2N，各数据的计算方法为：

δn_N,N+1＝δn_N,1＝(A₁-A_N)/A_max、δn_N+1,N+2＝δn_1,2、……δn_2N-1,2N＝δn_N-1,N；

(2)将井筒中取心深度的圆周位置沿360°分为N等份，将电阻率成像测井资料中每份位置测得的电阻值记为B₁、B₂、B₃……B_N；

(3)定义B₁至B_N中最大电阻值为B_max，并定义δm_1,2，δm_2,3……δm_N-1,N，δm_N,N+1，各数据的计算方法为：

δm_N,N+1＝δm_N,1＝(B₁-B_N)/B_max；

(4)定义

找到H(1)、H(2)……H(ω)中的最小值，将其定义为H(α)，此时ω＝α，将A_α的位置信息与B₁的位置信息对应，确定岩心原始地层方向；

方式2包括以下步骤：

步骤一，将岩心用气驱替饱和水至原始地层含水饱和度；

步骤二，将地层含水饱和度状态下的岩心放进岩心夹持器的下半部分中并固定，再用岩心夹持器的上半部分覆盖岩心顶部，记录此时岩心夹持器的上半部分的刻度与岩心夹持器的下半部分的刻度之间的角度差，并标记此时岩心的位置O；

步骤三，以O为端点，将岩心的圆周位置沿360°分为N等份，使岩心夹持器的下半部分和岩心同时旋转适当角度，而岩心夹持器的上半部分固定不动，记录岩心旋转角度，并测量岩心的电阻值；

步骤四，重复步骤三的操作，测量并记录N等份中每份位置的电阻值，将位置代号按位置顺序依次记为P₁、P₂、P₃……P_N；

步骤五：

(1)将P₁至P_N中对应最大电阻值的位置代号的下标定义为N¹，N²……N^γ，其中，γ为P₁至P_N中最大电阻值的个数，γ≤N，定义dn组数值包括dn_1,2，dn_2,3……dn_γ,γ+1……，dn_2γ-1,2γ，各数值计算方法为：

当1≤i≤γ-1时，dn_i,i+1＝Nⁱ⁺¹-Nⁱ；

当i＝γ时，dn_i,i+1＝dn_i,1＝N¹+N-Nⁱ；

当i＞γ时，dn_i,i+1＝dn_i-γ,i+1-γ＝N^i+1-γ-N^i-γ；

(2)将井筒中取心深度附近的圆周位置沿360°分为N等份，记录电阻率成像测井资料中每份位置的电阻值，并记各份位置代号为Q₁、Q₂、Q₃……Q_N；

(3)将Q₁至Q_N对应最大电阻值的位置代号的下标记为M¹，M²……M^β，其中，β为Q₁至Q_N中最大电阻值的个数，β＝γ，定义dm组数值包括dm_1,2，dm_2,3……dm_β,_β+1，各数值计算方法为：

当1≤i≤β-1时，dm_i,i+1＝Mⁱ⁺¹-Mⁱ；

当i＝β时，dm_i,i+1＝dm_i,1＝M¹+N-Mⁱ；

(4)按照dn_1+η,2+η，dn_2+η,3+η……，dn_{γ+η,γ+1+η}的顺序依次与dm_1,2，dm_2,3,……,dm_β,_β+1进行比较，其中，η＝0,1,2……,γ-1，

当dn组数值与dm组数值依次相同时，此时(1+η)取值为α，将P_N ^α的位置信息与Q_M ¹的位置信息对应，确定岩心原始地层方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述岩心夹持器的下半部分能够旋转，并且，所述岩心夹持器的上半部分相对于所述岩心夹持器的下半部分固定、不旋转。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述岩心夹持器的上半部分的内壁设有用于与电阻仪相连的金属片。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述岩心夹持器的上半部分和所述岩心夹持器的下半部分的内部分别设有橡皮套筒，并且，所述岩心夹持器的上半部分的橡皮套筒上设有放置所述金属片的凹槽。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述岩心夹持器的上半部分的底部和所述岩心夹持器的下半部分的顶部为开口端，并且，所述岩心夹持器的上半部分的顶部设有用于在岩心的顶部做标记的开口。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述装置还包括用于向所述岩心夹持器的下半部分加压的第二围压泵。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述第一围压泵与所述岩心夹持器的上半部分之间的连接管路上设有阀门，所述第二围压泵与岩心夹持器的下半部分之间的连接管路上设有阀门。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述装置还包括托盘，所述托盘用于固定岩心夹持器的下半部分并带动岩心夹持器的下半部分和岩心旋转。

9.根据权利要求4-8任一项所述的方法，其中，在所述判断判识岩心原始地层方向的装置中，所述岩心夹持器的上半部分、下半部分与橡皮套筒之间为密闭空间，该密闭空间内注有液体。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，方式2中，步骤五的(1)中的N¹，N²…N^γ为P₁、P₂、P₃……P_N对应最小电阻值的位置代号的下标，步骤五的(3)中的M¹，M²…M^β为Q₁、Q₂、Q₃……Q_N对应最小电阻值的位置代号的下标。

11.根据权利要求6或7所述的方法，其中，方式1和/或方式2中，当所述判断判识岩心原始地层方向的装置包括第二围压泵时，步骤二还包括使用第二围压泵向岩心夹持器的下半部分加压的操作。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二围压泵向所述岩心夹持器的下半部分加压的压力为0.5-2MPa。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，方式1和/或方式2中，步骤三中，所述岩心的旋转角度为1-5°/次。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，方式1和/或方式2中，步骤三中，所述岩心的旋转角度为(360/N)°/次。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，方式1和/或方式2中，步骤三中，测量岩心的电阻值通过以下步骤进行：

使用第一围压泵向岩心夹持器的上半部分加压，使金属片紧密接触岩心，连通电阻仪与岩心之间的电路，记录电阻仪显示的电阻值，然后卸去第一围压泵的压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一围压泵向所述岩心夹持器的上半部分加压的压力为0.5-2MPa。

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