地球物理测井教案Word格式.docx

1、中子活化测井；能谱测井；同位素示踪测井 核磁测井。5 ）其它测井方法 热测井 气测井 地层倾角测井 检查井内技术状况的测井（井径、井斜）二、测井发展历史与现状（从评价油气层的角度来看） 1 历史 第一阶段：测井始于 1927 年，法国；我国 1939 年在四川首次测井。仅有普通电阻率法及自然电位法两种测井，只能测量视参数，定性估计储层情况。第二阶段：研究出一套根据视参数确定岩层电性参数的解释方法横向测井；1942 年 Archie 提出了研究电阻率、饱和度、孔隙度之间关系的 Archie 公式。上述进展使储层评价进入半定量阶段。（介绍孔隙度、饱和度、渗透率概念）。第三阶段： 50 年代中后期开

2、始，出现一批新型测井方法，使储层评价进入定量阶段。新出现的测井方法：感应测井、侧向测井、微侧向测井；声波测井；密度测井与中子测井等。第四阶段： 60 年代以后，计算机技术引入测井；对各种的理参数与储量参数和参数之间的关系有了进一步的认识；解释模型更接近实际地层；综合解释方法成为求解岩石成分及储量参数、饱和参数的主要方法。2 、现代测井仪器及测井技术发展特征 方法系列化；仪器综合化；记录数字化；损伤程控化；解释自动化。三、地球物理测井在油气勘探开发中的作用和地位 1 ）划分钻孔的岩性剖面，找出含油气储杂层，确定油气层的埋深及厚度；2 ）定量或半定量估计岩层的储杂性能（孔隙度、渗秀率）；3 ）确定

3、岩层的含油气性质（含油气饱和度及油气的可动性）；4 ）研究岩层产状，进行剖面对比，研究岩性变化及构造；5 ）在油田开发过程中，研究油层动态情况（油水分布的变化情况）；6 ）研究钻孔的技术状况（井径、井斜、井温、固井质量）；7 ）研究地层压力、岩石强度等问题。6 测井仪器发展概况 1 ）半自动模拟记录仪器 2 ）全自动模型记录仪器 3 ）数字记录仪器 4 ）数控测井仪器 5 ）成像测井仪器 四、测井现场 1 测井设备 2 井场布置 3 测井电缆 五、测井的井下环境 1 钻井工程及泥浆 2 泥浆侵入带 3 泥浆、井径和侵入带等环境因素 本课程学习要点：本课程是地球物理勘探的一个独立分支，与其它物探

4、方法相比，物理原理基本一致，差别在于所用仪器的传感器可直接靠近地层，因此表层（或中间层）的影响远小于地面的探方法；有些测井方法，地面无法使用；测井不仅可在单井中进行而且可在井间进行。学习本课程时应充分注意测井的特殊性。本课程各章讲述重点：1 各种测井方法的基本原理；2 各种测井方法的影响因素；3 各种测井方法的主要用途；4 各种测井方法中的基本概念。第二章普通电阻率法测井 电阻率法测井根据岩石导电能力的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的一套测井方法。它包括普通电极系电阻率法测井，微电极系测井，侧向测井，感应测井等方法。普通电阻率法测井使用普通电极系的电阻率法测井。电阻率法测井的物理依据石油

5、和水的电阻率相差很大，同样的储集层，含油时比含水时电阻率要高。第一节电阻率法测井的基本知识 一、岩石电阻率 电阻率的概念：导线电阻用 r = R L/S 式表示，式中系数 R 与物质的材料有关，称为电阻率。单位为 m 。岩石电阻率的影响因素：矿物成份、孔隙度、孔隙流体的性质、温度等。储杂层岩石导电性（电导率）可用下式表示：C t = A C w + BC m 式中 C w 孔隙中流体的电导率；C m 粘土表面导电性造成的附加电层率；A, B 系数。不含粘土的砂岩层，电阻率可表示为：R t = A R w 式中， A = 1/A 与岩石孔隙结构、孔隙大小是否含油气有关， 可将上式改写为： R t

6、 = F I 式中 F 与孔隙结构、孔隙大小有关的系数，称为“地层因素”。F 可写成： F = a / m 式中为孔隙度， a 和 m 与岩性及胶结程度有关的系数。I 称为电阻率指数或电阻增大率，与岩石含油气有关。I 与岩石中含油气饱和度有关 式中 S w 、 S 0 分别为含水饱和度和含油饱和度， n 为系数。孔隙流体的电阻率为 R w ，它与含盐多少、盐的类型及温度有关。二、普通电阻率测井现场的测量原理 电阻率法测井，首先是研究在一定供电电流的情况下电场分布的问题，然后再根据电场与电阻率的关系确定出岩层电阻率，并划分出不同电阻率的地层。三、描写电场分布的基本方程和边界条件 稳定电流场基本方

7、程为拉普拉斯方程：根据测井具体情况，解方程的边界条件有 4 项：在接近点电源的点上，电位 V 的表示式与在单一介质中的情况相同；在无限远点（ r ）， V 0 ；在两种介质的界面上， V 是连续的，即 V 1 = V 2 ；电流穿过介质界面时，电流密度法向分量连续。根据基本方程和边界条件，可计算出在一定介质分布情况下，电场的分布（这就是地球物理正演问题）。四、均匀无限各向同性介质中电场的分布 在均匀无限各向同性介质中，稳定电流场分布的基本公式：测井时，利用距供电电极 A 一定距离的测量电极 M 和 N 测量空间两点间的电位差，该电位差为：解上式得：式中：，称为电极系系数 五、泥浆侵入带 产生原

8、因泥浆柱静压力大于地层压力 分类：增阻泥浆侵入：减阻泥浆侵入。六、视电阻率 在非均匀介质中，利用电极系按 R a = K V MN / I 式测得的 R a ，并不是真电阻率，而是电极系周围介质综合影响的结果。七、电极系 成对与不成对电极 1 电位电极系 2 梯度电极系 顶部梯度电极系、度部梯度电极系 3 电极系的探测深度 第二节视电阻率理论曲线 一、一个水平界面 1电位电极系 利用镜像法分析是电阻率曲线形状 2梯度电极系 利用低阻介质对电流的吸引和高电阻率底层对电流线的排斥，分析是电阻率理论曲线形状 二、一个水平层 特征：曲线对着地层中心是对称的；当 时，对着地层中心的 R a 值接近地层其

9、电阻率 R 。地层很厚时，对着地层中间一段的视电阻率 三、倾斜地层与非理想电极系 四、高阻邻层的屏蔽影响第三节视电阻率测井曲线的应用 一、钻井地质剖面的划分标准测井 二、估计岩层真电阻率横向测井 第四节 微电极系电阻率法测井 一、微电极系测井的基本概念 计算公式仍为 二、微电极系测井曲线的应用 1 划分渗透性地层 正幅度差微电位的视电阻率大于微梯度的视电阻率 2 确定地层有效厚度，划分钻井剖面。本章授课内容重点：1 视电阻率测井的基本知识。2 微电极系测井的主要用途。基本概念：岩石电阻率视电阻率泥浆侵入带增阻泥浆侵入减阻泥浆侵入 电极系微电极系正幅度差第三章聚流电极系电阻率法测井 泥浆矿化度很

10、高、地层电阻率很高，地层很薄围岩影响很大的情况下，普通电极系电阻率法测井，由于分流作用强而无法求准地层电阻率，为解决这一类问题，发展了聚流方式的电阻率法测井，即侧向测井。第一节三电极侧向测井 一、基本原理 主电极两侧的屏蔽电极通以与主电极相同极性的电流，由于屏蔽电流的作用，使主电极的电流或水平片状进入地层。按下式求视电阻率 二、测量原理 恒流型、恒压型、既不恒流也不恒压型 三、影响视电阻率的因素 1 电极系参数的影响 电极系长度 C C 愈大探测深度愈大；主电极长度 L 0 厚层影响不大，薄层时， L 0 增加，则 R a 将下降；电极系直径 对 R a 影响不大。2 地层参数的影响 层厚与围

11、岩的影响 地层愈薄，围岩影响愈大。井眼直径和泥浆影响 井眼直径愈大，泥浆对电流的分流影响愈大。几何因子。侵入带影响 增加侵入较减阻侵入对 R a 影响大。四、三侧向测井曲线的解释 1 ）划分钻井剖面，判断渗透性地层；2 ）确定岩层电阻率。第二节七电极侧向测井 较三侧向电极系增加两组监督电极 测量监督电极与远电极之间的电压，按下式计算 R a 二、影响七侧向视电阻率的因素 视电阻率值由主电流片范围内介质的电阻率所决定，主电极电流片径向深入地层的深度，取决于电极系的聚热参数 g 。式中 为电极系长度 L 0 ， 为电极距， q 愈大，探测深度愈大，但 q 值不能过大。三、七侧向测井曲线及其解释 1

12、 曲线特点 上、下围岩电阻率相同时，曲线对称；曲线拐点处的宽度比地层厚度小一个电极距 ，对于薄层用侧向测井不能准确划分地层界面。2 能够解决的问题 划分剖面；确定岩层电阻率。第三节微侧向测井和邻近侧向测井 用于探测井壁附近（冲洗带）地层电阻率。微侧向：测量过程中，调节屏蔽电极 A 1 的电流，使监督电极 M 1 M 2 之间的电位差为零，测量 M 1 （或 M 2 ）与 N 电极之间的电位差，按 式计算视电阻率。邻近侧向：极板较微电极极板大，带有两个聚热电极，探测深度稍大于微侧向，在泥饼厚度较大时适用。二、曲线解释 1 ）划分剖面和划分渗透层。2 ）确定侵入带电阻率。第四节 微球形聚热测井 适

13、用于侵入比较浅，但泥饼厚度较大的情况。测量过程中，主电流 I 0 保持不变，电路自动调整屏蔽电流 I a ，使监督电极 M 1 ， M 2 之间的电位差 ，测量 M 1 与 M 2 中点（ O ）与 M 0 之间的电位差， 则视电阻率 经过 M 0 的等位面近似与井壁相切，因此，测量 实际是要消除泥饼影响小。主由流等位面呈球形，故称为微球形聚热。第五节 电阻率成像测井 一、井壁微电阻率成像测井 1 测量原理 2 影响因素 3 应用 二、方位电阻率成像测井 1 ）各种侧向测井方法的基本原理及电极系结构特点；2 ）各种侧向测井的主要应用条件；3 ）从生产实际需要讲解各种侧向测井发展过程。近似几何因

14、子 思考问题 1 ）为什么要发展多种类型的侧向测井方法？2 ）侧向测井方法中，通过什么途径来改变电极系的探测深度？第四章感应测井 感应测井可在井眼不导电的情况下（如油基泥浆井，空气钻井等）测量地层的电导率。这种方法对低阻层反应灵敏，因此更适合区分低阻油、水层和油水过渡带。第一节 感应测井的基本理论 感应测井是利用交变电磁场研究岩石导电性的一种方法。发射线圈 T ，通以 20kHz 交变电流，该电流在周围介质中产生交变电磁场中。 1 在介质中适应出环形电流 i 1 ，同时在接收线圈 R 中，产生感应电动势 E 1 。环形电流 i 1 ，在介质中亦将引起二次磁场 2 ， 1 在 R 中引起适应由动

15、势 E 2 。 1 在 R 中引起的电动势为无用信号，而 2 在 R 中引起的感应电动势 E 2 与 i 1 有关， i 1 又与地层导电能力有关，因而，通过测量 E 2 的大小，便可测量介质的导电能力。在均匀无限介质的条件下，通过求解电磁场的基本方程可得出，接收线圈中，总适应电动势的表达式：该式展开后，可简化为：上式中，虚部是无用信号，实部与成正比，是有用信号，二者相位上差 90 。这就是感应测井的基础。上式的得出是忽略了三次方以上的高次项的结果，是忽略了趋肤效应影响的一种近似方法。这样就可把有用信号看作是介质各部分所引起的感应由动势线性相加的结果，这种方法就是“几何因子”理论。几何因子理论

16、要点：认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生作用（即幅度衰减和相位移动场可忽略） 认为电磁波瞬间便可通过地层，（而实际地层中电磁波传播速度仅为自由空间的 0.15% ）。根据几何因子理论，得到的接收线圈中的有用信号为：dE 2 = kg ds 几何因子 g 的物理意义：在均匀无限介质中，任意一点上截面积为一个单位的单元介质环对总信号的相对供献。二、均匀介质双线圈系感应测井的电磁理论 1 传播效应（趋肤效应） 2 麦克斯韦方程组及其解 3 感应测井信号的虚、实分量 第二节感应测井线圈系特性 空间各部分介质对总的感应电动势贡献大小是由每部分介质的电导率与它的几何因子两部分因素决定的，因此，必

17、须研究几何因子的空间分布，才能研究各部分介质对感应电动势的贡献，而几何因子的空间分布与线圈系结构有关，因而必须研究线圈系的特性。线圈系的分层能力和探测深度是考察感应测井的重要参数。对线圈系的基本要求：总的无用信号为 0 ；径向特性：钻孔对测量结果的影响应该最小；纵向特性：上下围岩的影响要小，分层能力要强；上、下围岩电导率相同时，曲线对应地层中心应该对称。一、双线圈系的纵向探测特性 纵向特性沿线圈系轴向，不同距离处介质对读数的相对影响。纵向微处几何因子单位水平层的几何因子。纵向积分几何因子厚度为 h 的水平层的几何因子。二、双线圈系的径向探测特性 径向特性垂直于井轴不同距离处介质对读数影响的相对

18、大小。径向微分几何因子将介质分或无数个以井轴为轴线的单位厚度的圆角，每个圆角的几何因子。径向积分几何因子半径为 d/2 无限延伸的圆柱体的几何因子。三、双线圈系存在的问题1 ）纵向特性地层比较薄时，围岩影响大，地层界面不明显；2 ）径向特性井的影响大，探测深度浅；3 ）无用信号远大于有用信号。四、多线圈系特性 采用多线圈系的目的：改善线圈系的纵向和径向探测特性；方法：增加一些线圈，使它们与原来的线圈构成新的线圈，对这些线圈对的有用信号，主要来自浅部和围岩，用这些信号去抵消主线圈对相应部分的信号，从而提高来自地层深处的信号的比例。叠加原则：复合线圈系的径向特性和纵向特性是组成该线圈系的各个简单双

19、线圈系的径向特性和纵向特性的线性叠加。第三节感应测井曲线形状 曲线特征：1 地层界面对应于曲线的半幅度点处；2 上、下围岩电导率不同时，曲线不对称，但界面仍对应于各自的半幅点处；3 地层较薄时，按半幅点确定的厚度，稍大于实际厚度；4 视电导（阻）率，接近于地层真电导（阻）率。第四节感应测井曲线的解释 为定量研究地层的储量特性与含油气特性，需对感应测井测得的视电导率（ a ）进行一系列校正，以便求出真电导率。校正内容：井眼、传播效应、围岩、侵入带 一、曲线的分层与读值 分层厚层，界面对应于半幅点处；薄层，（ 2m ）界面对应于半幅点以上位置，分层时应配合其它曲线。读值对应地层中心处，高电导率地层

20、读极大值，低电导率地层读极小值。围岩电导率取距地层中心点 5m 以内围岩的读数作为围岩的视电导率。二、井眼校正 井眼部分的几何因子小于 0.001 ，可以不进行校正。三、均匀介质传播效应校正 几何因子理论忽略了传播效应，因而带有一定误差，即使在均匀介质情况下，也需进行校正。四、厚度与围岩影响校正 五、确定地层电阻率 经过井眼、层最校正的曲线还受侵入带的影响；力求准 R t ，需配合其它测井曲线，即浅探测类的曲线如双感应侧向、短电位等。第五节 阵列感应测井 第六节 多分量感应测井本章讲课重点：1 感应测井基本原理 2 几何因子理论要点 几何因子传播效应纵向微分、积分几何因子径向微分、积分几何因子

21、 均匀介质校正 思考问题：1 感应测井是在什么样的生产需求下诞生和发展的？2 感应测井仪器为什么都采用多线圈系？3 感应测井读数为什么必须进行均匀介质校正？ 4 综合对比普通电阻率法、侧向测井和感应测井这三种类型的电阻率法测井的特点，以及各自的适应范围。第五章 介电测井 介电常数反映物质在外电场作用下，因起点和分布和聚集发生变化的电荷分离或极化现象的参数。由于水分子水的极性，在电场作用下会转向，因而介电常数远大于其他物质，故介电常数是区分油水的有效参数。第一节 岩石的介电性质 第二节 介电测井的基本理论 第三节 介电测井方法 一、浅探测介电测井仪 二、深探测介电测井仪 第四节 解释方法 本章重

22、点：岩石的介电性质，介电测井方法 岩石介电常数，电磁波的衰减和相移 第六章自然电位测井 自然电位测井在井内观测自然电位，并根据自然电位曲线研究钻井剖面的方法。第一节石油钻井中自然电场产生的原因 现象：自然电位与岩性有关；自然电位与泥浆及地层水矿化度有关；个别井中，浅层砂岩与深层砂岩自然电位幅度不同，甚至有仅向现象。一、电化学电动势 1 扩散电动势 两种不同浓度的盐溶液相接触时，离子将由高浓度溶液向低浓度溶液扩散，形成电场。两种不溶液之间如果以砂岩为隔板，则浓度高一方正电荷多，而浓度低一方负电荷多。2 薄膜电动势 两种溶液之间如果以泥岩为隔板，由于泥岩因其粘土矿物带负电而在矿物表面吸附一层阳离子

23、薄膜，从而使阳离子通过交换而通过，阴离子不能通过。结果浓度高一方带负电，浓度低一方带正电，与砂岩恰好相反。在地层水矿化度高于泥浆矿化度的情况下，在砂泥岩交互的剖面上，在井中测量时砂岩层处为负电位而泥岩层处显高电位，二者幅度之差，即为自然电位异常，这种异常幅度随砂岩层中泥质含量的增大而减小。这种电动势是石油钻井中自然电位产生的主要原因。3 过滤电动势 泥浆柱压力通常要大于地层压力，在这种情况下，泥浆滤液将向地层中扩散。滤液中的离子也将随着液体向地层运动。由于泥饼以及地层中的泥质对负离子有选择吸附作用，使得液体渗透的孔道中会形成偶电层，从而使渗透通道压力低的一方正离子过剩，而压力高一端则负离子过剩

24、，这种电场称为过滤电动势。过滤电动势在石油钻井中不是自然电位产生的主要原因。4 氧化还原电动势 这种电压势是由矿体的部位处于潜水而上、下不同的氧化、还原环境中形成的，是金属矿体和层自然电场产生的主要原因。第二节影响自然电位曲线幅度和形状的因素 自然电位曲线的形状受自然电动势的大小及自然电流的分布的影响。一、影响自然电动势的因素（忽略过滤电动势） 1 ）温度 2 ）岩性泥质含量 3 ）泥浆和地层水中电解质成分的影响 4 ）地层水与泥浆矿化度比值的影响 二、影响自然电流分布的因素 1 ）围岩电阻率 2 ）地层厚度 3 ）井径 第三节自然电位曲线的应用 砂泥岩剖面上，渗透性砂岩层在自然电位曲线上有明

25、显的异常显示，由于地层水矿化度往往都高于泥浆矿化度，因而砂岩层异常负值。砂岩层处的负异常随砂岩中泥质含量的增加而减小。2 确定地层水电阻率 利用图板求取 3 估计泥质含量 经各种校正，但仍可能有一些影响自然电位幅度的因素存在，它们的作用都是使自然电位的幅度减小，形成泥质含量高的显示，因此，用自然电位法求出的泥质含量只能高不能低，是泥质含量的上限值。本章内容重点：1 什么是扩散吸附电动势，其形成的基本条件是什么？2 自然电位测井的用途。泥岩基线自然电动势自然电流自然电位静自然电位（ SSP ）假静自然电位（ PSP ） 1 使用自然电位曲线时，应注意哪些问题？2 在砂泥岩剖面上，砂岩层处是否一定

26、出现自然电位负异常？3 自然电位曲线图上为什么要以泥岩线为基线？4 利用自然电位法确定地层水电阻率的方法依据和求取过程。第七章声波测井 岩石中声速的差别与岩石致密程度，结构和孔隙充填物等有关。声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中研究岩层特点的一类方法。声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。第一节声波测井的物理基础 一、声波物理性质简述 对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来研究声波在岩石中的传播过程。1 ）描述固体弹性的几个参数 杨氏模量 E （纵向伸长系数）；体积弹性模量 K ；切变模量；泊松比。2 ）声波在岩石中的传播特性 纵波与横波（压缩波与剪切波） 波的能量与振幅的平方或正比 声波幅度随传播距离按指数规律衰减