地球物理测井.ppt

,地球物理测井,目录,绪论第1章岩石电阻率及其影响因素第2章普通电阻率测井第3章自然电位测井第4章侧向测井,地球物理测井,第一部分：测井原理及其应用从理论出发，掌握每种测井方法的物性基础、基本原理、曲线特征与影响因素及其资料应用，为测井资料的综合解释及应用打下良好的基础。第二部分：测井资料解释基础、数字处理及应用掌握测井资料解释基础、处理过程及综合应用方法，并通过实习巩固所学测井原理资料解释及应用方法。,基本掌握目前国内外常用的几种基本测井方法：视电阻率Ra、自然电位、自然伽马、侧向测井、感应测井以及声波测井、密度测井、中子测井等。掌握定性进行地层岩性、物性以及含油气性分析定量确定储层基本参数孔隙度、渗透率、饱和度等的方法其它测井方法及数字处理方面的基本知识,开课基本要求,概念,地球物理测井，简称测井，又可称为钻井地球物理或矿场地球物理属于地球物理勘探的一个分支，它是应用地球物理方法，测量井中岩层的各种物理信息，研究油气田、煤田等钻井地质剖面，解决某些地下地质、生产及钻井技术问题的一门应用技术学科。根据勘探目的的不同，通常分为石油测井、煤田测井、金属和非金属测井、水文测井以及工程测井等几大类，根据勘探对象的地质-地球物理特点，它们既有选用共同的物理参数进行测井的共性，又有选用各自独特的物理参数进行测井的特性。,概念,石油作为一种重要的战略物资，具有洁净、热效高，符合环保要求等优点，因而需要量大，同时经济效益好，但其埋藏较深，故技术要求也高，这就促进了石油测井技术的迅速发展。因此就技术而言，石油测井在各种矿产资源测井来说，一直处于主导地位。也就是说，石油测井技术的发展代表着地球物理技术发展的方向。,石油主要形成于沉积盆地，在沉积盆地中岩石成层分布且类型很多，但并非所有的岩石都能储集油、气、水，而只有那些具有一定孔隙空间和具有一定渗透性的岩石才能储集油气水，我们称这类岩层为储集层，石油工作者的一个基本任务就是从钻井地质剖面的各种岩层中把这种储集层划分出来，继而找出有工业价值的油气藏。,测井手段的提出,测井手段的提出,在地球物理测井技术之前，能迅速分辨地层的方法主要有：监控钻井的速度-了解岩石的相对硬度；观察泥浆-了解液面的升降、矿化度变化和天然气或油花的出现；岩屑录井（随泥浆返出地面）-岩样量大，各层岩样易混淆，并且岩屑易造成延时，层位、厚度卡不准；,测井手段的提出,井壁取心-样品体积太小，不是以做全面分析。野外观测：结果只能对地下特征加以推测。钻井取心-样品全，是了解岩层最精确的办法。但是由于要频繁地起下钻、换接钻头、降低了钻井速度，作业也复杂，因而成本很高，全井取心造价高，不太可能大量取心，个别重要参数井、探井才进行取心工作。由于实际生产的迫切需要，地球物理测井方法逐渐出现了萌芽。,测井技术的发展,测井具有速度快、反映直接、经济实惠、剖面连续等特点，这也就是测井技术被引出而又迅速发展起来的原因。测井技术起源于法国。1927年9月法国人马科尔(Marcal)和斯仑贝谢(ConradSchlumberger)在法国皮切尔布朗(Pechelbrown)油田,用一个手动绞车和电缆,将一个电极系下入488m的井中,采用点测方式测量出世界上第一条测井曲线，而且他们很有远见地称之为“电取心”，曲线清楚地指示出盖层下面的厚层含油砂岩，测井技术由此诞生，并很快得到推广应用。,测井技术的发展,从1927年到现在的近80年时间里，测井技术从简单的测量逐步演化成了集成化的测量系列，能完成一套高精度的、相互匹配的测量；测井技术依据电、声、核、磁等各种物理原理，采用先进的电子技术和信息处理技术，采集丰富的地下信息，经过处理、解释，对油气层进行评价，为石油勘探开发提供极为重要的资料，帮助地质家回答勘探的六个基本问题：1、地下是否有油气；2、有多少；3、是否可开采；4、能开采多久；5、开采效率如何；6、下一口井该布在哪里。根据数据采集系统的特点，测井技术的发展大致可分为模拟测井、数字测井、数控测井和成像测井四个阶段。,表1-1测井技术发展状况,测井技术的发展,1、模拟测井时代(1927-1964)在1927年测井问世以后，人们将电、声、核、磁等各个领域内的理论和技术应用于测井，一项又一项测井技术相继诞生。1931年意外地发现了自然电位测井；1946年自然伽马测井诞生；1948年，朗格里油田应用油基泥浆进行钻井，在油基泥浆内无法进行直流电测井，迫使人们进行探索，发明了感应测井；1950年，人们将伽马源与相应的密度测量技术应用于测井，地层密度测井诞生；电磁场理论在测井中的进一步应用，使人们于1952年发明了能将电流聚焦的七侧向测井和三侧向测井；同年，人们将超声波技术成功地应用于测井，声波测井诞生；将中子源与相应的放射性测量技术用于测井，中子伽马测井诞生；1956年，闪烁测量技术被应用于核测井。直到1964年，用于地层评价的常规测井系列基本配齐。,测井技术的发展,2、数字测井时代(1965-1972)进入20世纪60年代，世界石油产量达到10108t，测井工作量大增。同时，测井技术的发展使测量信息越来越丰富，模拟测井仪器已不能满足测井资料计算机处理的需要。60年代初，人们开始研制数字化测井地面仪器以及与之配套的下井仪器。1965年，斯伦贝谢公司首次用“车载数字转换器”(包括模数转换器、数字深度编码和磁带记录装置)记录数字化测井数据，数字测井时代开始。数字测井系统在60-70年代初得到广泛应用。1978年我国引进的ATLAS-3600型测井仪就是一种典型的数字测井仪。数字信息的直接输入使测井信息处理走上了计算机批处理过程。测井资料计算机处理在这个时期得到了很大发展。,测井技术的发展,3、数控测井时代(1973-1990)计算机技术的高速发展，推动测井仪器的更新换代。1973年，第一次在现场用计算机记录和处理数据，数控测井时代开始。数控测井地面采集仪器是由车载计算机和外围设备组成的人机联作系统，能完成对井下仪器测量数据的采集和实时记录，并能在井场进行快速直观处理。数据传送方式由单向编码传输发展为双向可控数据传输，传送速度大大提高。在这一时期，人们继续把各种新技术用于测井，将电视的观念与超声波技术相结合，发明了井下声波电视测井；根据电磁波测量原理，发明了电磁波传播测井；随着对横波认识的深化，把横波技术也加入到声波测井的内容中去。人们充分发挥高速数据传输的优势和计算机快速数据处理的优势，采用多传感器、大信息量的方法，提高分辨率，增大探测深度，提高测量精度和准确度。测井资料可以更加精细地用于油气藏的描述。这一时期，斯仑贝谢公司的CSU、阿特拉斯的CLS-3700、哈里伯顿的DDL系列等都是典型的数控测井仪。,测井技术的发展,4、在计算机工作站及电子测量技术高速发展的支持下，90年代斯仑贝谢推出了Maxis-500成象测井系统，把测井技术由解决均质地层评价问题推向了解决非均质（裂缝性）地层评价的成象测井技术时代。成象测井最明显的特点是把微处理器放到井下，把工作站搬到仪器车上，传感器可以对井壁进行扫描，对井周不同深度的地球物理参数进行阵列组合测量。在微观(孔隙结构、颗粒特征)和宏观(储层的横向展布)两个尺度上对储层进行分析，用人机交互的图象处理技术把测井信息处理成果变为可视化的二维或三维图象。这一时期，斯仑贝谢公司的MAXIS-500、阿特技斯的EXLIPS-5700、哈里伯顿的EXCELL-2000系列等都是典型的成象测井仪。,测井技术的发展,正当成像测井广泛受到欢迎时，快测平台测井系统又在酝酿之中。它的开发是基于以下考虑：以深、中、浅三个探测深度的电阻率测井和中子、密度、声波三种孔隙度测井为主体的常规测井资料，在大多数井内可以基本满足地质家的需要；各石油公司期望尽量减少测井占用井场的时间，希望测井快、不返工。于是，测井公司决定应用各项新技术对常规测井仪器进行了根本性的改造，研制出一种组合性强、总长度短、可靠性高、测井速度快的常规测井组合仪器。1996年，快测平台测井系统问世，在一只组合仪上集成了多种传感器(包括电成像测井电极系或线圈系)。由于微机功能的大大增强，现在的快测平台已经可以挂接各种成像测井下井仪器，有的外国测井公司已经停止生产原有的成像测井地面系统，而把各种成像测井下井仪器也都挂接到快测平台地面系统上。,测井技术的发展,在20世纪80年代，人们决定以工作站为核心研制成像测井系统；到了21世纪初，计算机技术的高速发展使得体积小、价格低的微机具备了十多年前的工作站的功能，成像测井下井仪又转回到以微机为核心的快测平台系统上去。表面上看是退回去了，实际上是形成了一个由简到繁、又由繁到简的轮回，是技术进步的必然。,测井技术的发展,测井技术是一项以高新技术为支撑的，为石油勘探开发服务的技术。测井技术的发展显示出两个明显的特点：一方面，测井技术的发展与石油勘探开发紧密联系在一起，勘探开发的需求成为测井技术发展的重要动力；另一方面，测井科技工作者时刻关注着物理学各学科和电子、自动化、计算机等各项技术的最新进展，许多最新的技术成果很快就在测井技术中得到体现。,测井技术的发展,斯仑贝谢公司是目前世界上最大的国际性测井公司，它为全世界近80个国家提供测井技术服务。它从事测井技术已有70年的历史，垄断着国际测井技术市场的70以上；该公司地球物理测井总部在法国巴黎、下设五个分部：巴黎测井发展部和技术服务部，美国休斯顿测井发展部和技术服务部，美国纽约测井技术研究部(又称道尔研究中心)。各分部之间，既是合作关系，又是竞争关系。该公司在世界上有234个测井服务中心(其中一个在中国)，10个测井资料计算机处理中心，2个测井技术培训中心。,测井技术的发展,纽约测井研究中心设有四个研究部门：电学测井研究部，声学测井研究部，核测井研究部，机械学测井研究部，每个测井研究部有工程师和专家50名，从事基础理论和设计制造新仪器的研究。新的测井仪器先作两台样机，成功后交流在美国或法国测井发展部进行工艺改进和小批量生产10台，由测井技术服务部送往现场试验，经过改进、然后大批量生产，投入市场服务。纽约测井技术研究部只从事斯仑贝谢公司十年以后的测井新理论、新方法、新仪器、新技术发展的研究，每年要举行一次内部学术讨论会，但不发表书面学术论文。测井解释新理论、新方法和新程序的研究和改进、是在法国巴黎测井计算中心进行。,测井技术的发展,斯仑贝谢公司-世界上最大的测井技术垄断公司1）只提供技术服务，不转让测井仪器和专利、保持测井技术垄断地位。2）雇用和培训世界上第一流技术人才，向全世界提供高质量测井技术服务。3）在研究费用上进行大量投资，发展测井技术。纽约测井研究中心每年的测井研究费用占该公司总收入的5%，相当于世界上竞争对手测井研究经费总和的十倍。确定科研题目和评价科研成果均以经济价值为标准。,测井技术的发展,西方阿特拉斯测井公司(ATLASWIRELINESEVICES)是西方阿特拉斯国际公司的一部分。总部设在美国休斯顿，其测井业务量占世界测井市场的20%左右(包括中国和俄罗斯)；是世界上第二大测井公司，其技术力量也十分雄厚，特别是在放射性测井方面比较先进，斯仑贝谢公司的碳氧比能谱测井仪和中子寿命测井仪就是从阿特拉斯公司购买的专利，而且其技术对外开放，生产的仪器主要有3600、3700至目前的5700系列，其中3700生产线由西仪厂引进，5700属于成象测井系列，我国目前已引进了多套该类仪器。,测井技术的发展,哈里伯顿(HALLOBURTION)公司，总部设在美国的西雅图，其测井技术部门合并了原来的吉尔哈特测井公司(GEARHART)，该公司以从事石油工程为主，测井是一个配套部门，以开发测井和生产测井技术为其主要特色。,测井技术的发展,我国现代测井技术创立于1939年。1939年12月20日，从英国留学回来、执教于中央大学的著名地球物理学家翁文波先生在四川巴县石油沟油矿1号井，用1米电极系测量出我国井内第一条自然电位和电阻率曲线。翌年，甘肃玉门的老君庙油田得到开发，翁文波与赵仁寿先生一起来到玉门油矿，在石油河的浅井中测了一些视电阻率、自然电位和井温曲线，收到了明显的地质效果。以后因器材缺乏，测井工作被迫停顿。1947年，翁文波又先后与盂尔盛、刘永年先生回到玉门，建立起我国第一个电测站，用自力更生装配起来的照相示波测井仪，使测井工作重新得以开展。1948年，由日本留学归来的王曰才先生也到玉门参加测井工作，并研制成功真空管式直流放大器，改善记录曲线的质量。,测井技术的发展,新中国成立以后，测井队伍得到补充，并引进了苏联半自动测井仪(1952年)和全自动测井仪(1953年)。与此同时，原燃料部在北京和西安建立了石油地球物理试验室，开始研制造测井仪器，相继在1953和1954年制出半自动和全自动电测仪。1958年，刘永年总工程师研制的JD-581多线式井下自动测井仪正式在西安石油仪器厂投入生产，该型仪器在90年代以前遍布我国各油田和部分煤田，为我国的测井事业作出了巨大贡献。,测井技术的发展,1978年改革开放以来，开始引进西方阿特拉斯的3600数字测井仪，进入了半定量解释和使用计算机处理阶段，80年代中期引进CLS-3700和CSU数控测井仪，以及CLS-3700的制造技术，各油田又相继研制了以微机为核心的小数控测井仪，能在勘探井及评价井中测全现代9条测井曲线(即三条电阻率、三条孔隙度、三条岩性)，使测井资料可以进行单井定量评价，从而又带动了我国油藏描述技术的发展。90年代中期引进ECLIPS5700成象测井仪，并雇佣斯仑贝谢公司的MAXIS-500成象测井系统服务，使我国逐步进入了成象测井时代的大门。,测井技术的发展,总的来说，我国的测井技术在信息采集方面落后于国外，设备基本上是靠引进，但测井资料的处理和解释技术与国外当前水平相当，甚至部分项目领先，特别是在水淹层解释和测井地质学研究方面处于世界领先水平。,常用的石油测井方法,地球物理测井是利用油气、煤、岩层的地质一地球物理特性的差异来解决地质问题的。与其它地球物理方法一样，它不是直接地鉴定岩层，而是间接地从测定它们的某些物理参数来获得所需的地质资料，因此就带来了资料的多解性。但是，综合研究油气、煤、岩层的多种物性，就能够去伪存真，去粗取精，由表及里，由此及彼地剔除各种干扰，取得比较唯一的地质结论，获得比较可靠的地质资料。所以，生产的需要和科技的发展，使测井所利用的岩石物理参数较多，同时针对岩石的各种物理性质发展了相应的测井技术。,目前，在地球物理测井中广泛使用的测井方法很多，概括起来可分以下几大类：1.以岩石的导电性质为基础的一组地球物理测井方法微电阻率扫描成像测井、方位侧向成像测井、阵列感应成像测井、普通视电阻率测井、侧向测井、感应测井、电磁波测井、微电极系测井、微侧向测井、球形聚焦测井等。2.以岩石的电化学性质为基础的一组测井方法自然电位测井、人工电位测井。,常用的石油测井方法,3以岩石的弹性性质为基础的一组测井方法声速测井、固井声幅测井、声波全波列测井、井下声波电视测井、多极子阵列声波测井、噪声测井等。4以岩石的核物理性质为基础的一组测井方法自然伽马测井、密度测井、中子测井、中子寿命测井、碳氧比能谱测井、核磁共振测井等。5其他一些测井方法井径测量、井斜测井、地层倾角测井、温度测井、流量测井、流体识别测井、压力测井等。此外，还有一些用得较少或者还处于试验研究阶段的测井方法，如重力测井、雷达测井等。,常用的石油测井方法,但是，也应该看到，虽然测井方法很多，但现有的方法还都是间接的，从观测数据到作出地质结论，要经过许多中间解释环节，在这些环节中往往或多或少地使某些条件理想化了，因而使解释的精度降低，有时难免发生某些错误。随着勘探领域的不断扩大，对测井方法不断提出新的任务。这些都将推动人们一面努力改进现有方法，一面探寻新的方法。,常用的石油测井方法,石油测井所能解决的问题,测井技术经过70多年的发展，其应用领域不断扩大，所能解决问题的范围也在不断增大。例如石油测井不仅可以解决勘探中的问题，而且也能解决开发中的问题(如油层的水淹程度、生产井的生产状况、注水井的吸水状况等)；不仅能直接解决和含油气有关的问题，而且在研究地质构造、地层压力、岩石强度和沉积环境等一系列地质问题也有重要的进展；不仅能解决找矿问题，而且还能解决一些工程问题(如固井状况、井身技术状况等)。概括起来有如下几点：,石油测井所能解决的问题,地质问题：(1)建立钻井地质岩性剖面，划分油、气储集层。(2)评价油、气储集层的生产能力，定量的估计油、气储集层的储集性能-孔隙度、渗透率以及油、气储集层的深度和厚度；(3)进行地质剖面的对比，研究岩层的岩性、储集性、含油性等在纵、横向上的变化规律，确定岩层产状和绘制地下构造轮廓；,石油测井所能解决的问题,生产问题：(1)在油田开发过程中，提供油层动态资料，例如生产井各层的产液和注水井各层的吸水状况；(2)研究油、气井的技术状况，如井径、井斜、固井质量以及检查水泥封堵效果和检查压裂效果等；(3)研究地层压力，岩石强度和其它一些问题。,流量测井图,石油测井所能解决的问题,固井声幅测井曲线,固井质量合格,固井质量中等,检查压裂效果,放射性同位素测井,第1次压裂开的井段,第2次压裂开的井段,测井工作者的主要任务,测井是油气勘探开发领域的一个重要学科，在油气勘探开发中，需要测井解决的问题很多，但首要问题有以下几个：什么地方产东西-渗透层、裂缝发育带划分，储层有效性评价产什么东西-流体性质判别产多少东西-储层评价、油气藏描述如何多产东西-储层可改造性评价、射孔优化设计与评价、生产动态评价井往何处打-储层、裂缝发育带的横向预测与评价如何节约工程成本-岩石力学、地应力研究、井壁稳定性研究,测井工作的开展通常是用利用车载测井仪器系统进行的。测井仪器包括专用测井仪，如放射性测井仪，声波测井仪，感应测井仪，双侧向测井仪等等，和地面通用记录仪，如JD581型多线电测仪，以及其它辅助测井设备，如绞车，电缆，井口装置等。专用测井仪是专门用来测量各种岩石物理参数的，其主要作用是把探测器(井下测量装置)所接收到的岩石物理参数的信息，转换成电讯号供通用记录仪进行记录。地面通用记录仪的主要任务就是把反映各种物理参数的电讯号，采用模拟记录以曲线的形式记录下来，也可以转换成数字量，记录在磁带上供计算机处理等。,测井工作的实施,整个测井工作可以分为两个阶段：第一、资料录取阶段。将装在汽车中的测井仪器设备运至井场，利用电缆将井下仪器专用测井仪的井下测量装置下放到井中，当它沿井身移动时，反映岩层某种物理量的信息通过电缆传输到专用测井仪的地面控制部分，进行适当处理之后，再送到地面通用记录仪进行记录。第二、资料解释阶段。结合地质资料，综合分析这些测井曲线的变化规律，综合解释得到岩层各种地质参数，对储集层进行综合评价，确定出油气储集层。,测井工作的实施,井的概念：裸眼井：充满泥浆的井眼、泥饼、冲洗带、侵入带、原状地层套管井(下了套管的)：套管、水泥环、地层,所谓常规测井方法主要是指目前在油气勘探开发中，探井测井，评价井测井、开发井测井工程中都要测量的测井方法，即所谓“九条”曲线系列（综合测井图）即：1、岩性测井系列自然伽马、自然电位、井径测井2、电阻率测井系列-饱和度测井深、中、浅三电阻率测井曲线3、孔隙度测井系列声波、中子、密度三孔隙度测井曲线,二、常规测井方法,自然电位-SP自然伽马-GR井径测井-CAL,二、常规测井方法,岩性测井系列,在电阻率测井的初期，人们在钻井中就观测到一种非人工产生的直流电位差，且可以毫伏级的精度记录下来，人们称之为自然电位。自然电位的测量很简单，即把一个电极放在地面，另一个测量电极放在井下，移动电极M，就可以连续地测量出一条自然电位曲线。如果把曲线正极电位作为基准，则曲线的负峰处一般对应具有渗透性的砂岩。因此自然电位可以作为划分岩性，判断储层性质的基本测井方法。,二、常规测井方法,岩性测井系列-SP,自然电位测井原理,二、常规测井方法,岩性测井系列-SP,自然电位曲线的应用（1）划分渗透性岩层，并确定其界面明显的自然电位异常是渗透层的显著特征，自然电位曲线是划分渗透层的有效工具。一般可按半幅值点确定渗透层的界面。（2）分析岩性（3）定量计算地层泥质含量（4）估算地层水电阻率,自然伽马测井如图所示，把仪器放到井下，测量地层放射性强度的方法叫作自然伽马测井（GR）。这种方法已有很长的历史，自然伽马与自然电位测井相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层，自然伽马的另一个优点是可在下套管的井中测量。,二、常规测井方法,岩性测井系列-GR,自然伽马测井曲线的应用(1)划分岩性(2)进行地层对比。(3)估算地层中泥质含量。,二、常规测井方法,岩性测井系列-GR,自然伽马测井响应曲线,井径测量井孔直径的变化，也是岩石性质的一种间接反映，例如，泥岩层和某些松散岩层，常常由于钻井时泥浆的浸泡和冲刷造成井壁坍塌，使实际井径大于钻头直径，出现井径扩大；渗透性岩层，常常由于泥浆滤液向岩层中渗透，在井壁上形成泥饼，使实际井径小于钻头直径，出现井径缩小；而在致密岩层处，井径一般变化不大，实际井径接近钻头直径。因此，在对比测井中，也把井径测量作为划分井孔地质剖面、识别岩性的一种辅助手段。测量井孔直径的变化，是利用井径仪来完成的。目前使用的井径仪，就其结构来讲，主要有两种形式。一种是进行单独井径测量的张臂式井径仪；另一种是利用某些测井仪器(如密度仪、微侧向仪等)的推靠臂，在这些仪器测井的同时测量的。不论哪种井径仪，它们的测量原理基本相同，而且比较简单。右图示出了这种井径仪的简单结构。它主要,二、常规测井方法,岩性测井系列-CAL,滑线电阻式井径仪结构示意图,由受弹簧力作用而伸张的四个井径臂(也叫井径腿)，和将井径臂的张缩变化转换成电阻变化的电位器组成。,孔隙度测井系列主要包括三种方法：声波速度测井密度测井中子测井,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列,声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层传播的时差。用于估算孔隙度、判断其层和研究岩性。这是一种主要的孔隙度测井方法，它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系以及电子线路组成。如右图所示。,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-AC,声速测井仪示意图,声波速度测井从原理图可以看出，两个接收器R1和R2所接收到的滑行波的时间差实际是滑行波通过EF（即两个接收器之间）距离的时间，因此如果我们能测到这个时间差，就可以确定地层的声波速度。,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-AC,单发射双接收声系原理图,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-CNL,中子测井中子测井是用中子探测器直接测量地下地层中的热中子和超热中子的密度，从而反映地层孔隙度随深度的变化，中子测井、密度测井、声波测井三种方法进行组合分析，能较准确地划分地层岩性和确定地层孔隙度。,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-CNL,中子测井原理中子由中子源射向地层，在源的周围首先被减速，使其能量减小，最后变为热中子，此时中子的分布如图所示。在中子源周围，为快中子的减速区，稍远处为热中子的扩散区。中子测井就是利用与源有一定距离的中子探测器来测量超热中子或热中子的密度。,通常在较长距离条件下，当地层中的孔隙度大，含氢量高时，中子的计数率低；而地层孔隙度小，含氢量低时，中子的计数率高。根据这种原理，通过模型井的刻度，用中子测井即可测量地层的孔隙度。上图为井下中子分布示意图。目前中子测井主要有两种测井方法：井壁中子测井（SNP）和补偿中子测井（CNL），它们分别测量超热中子和热中子。,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-DEN,密度测井密度测井是确定岩性和岩石密度的重要测井方法。1、密度测井原理利用伽马射线与物质作用的康普顿效应。利用固定强度的伽马射线源照射地层，伽马射线穿过地层时，由于产生康普顿效应，伽马射线会吸收，地层对伽马射线吸收的强弱决定于岩石中单位体积内所含的电子数，即电子密度，而电子密度又与地层的密度有关，由此通过测定伽马射线的强度就可测定岩性的密度。现在采用的补偿地层密度测井仪(FDC)，其结构如图所示，通常用铯作为伽马射线源，它放出能量为0.661MeV的单色伽马射线，装有长、短源距两个探测器，源和探测器装在同一滑板上，利用推靠器把滑板压向井壁，利用长、短两个探测器可以对泥饼影响进行校正。长源距探测器反映地层的变化，短源距探测器主要反映泥饼的影响，从而可测量出地层的密度。,补偿地层密度测井仪,地层,二、常规测井方法及其地质响应,孔隙度测井系列-DEN,密度测井曲线实例补偿地层密度测井如图所示，通常记录两条曲线和。曲线用来表示测井曲线的质量，不代表真正的校正值,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,电阻率测井系列在钻井过程中，由于泥浆柱压力大于地层压力，在渗透性地层必然造成泥浆的侵入，泥浆侵入的结果，为测井分析提供了一组评价地层有意义的电阻率参数，如右图所示，冲洗带Rxo、过度带Ri以及原状地层Rt，它们的组合不仅可以确定地层的含油饱和度和残余油饱和度，而且可以指示产层的径向特征和可动油量。,储集层侵入示意图,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,电阻率测井系列为了能求得这些参数，必须要有深、中、浅探测的电阻率测井方法。为此，在电阻率测井系列中，目前生产中广泛应用聚流电阻率测井。如根据不同的地质情况，选择使用双侧向、双感应测井来确定地层的深、中电阻率（相当于Rt和Ri）。使用微侧向测井、邻近侧向测井、微球型聚焦测井来确定地层冲洗带电阻率Rxo。这些仪器组合在一起形成组合测井仪，一次测井可以测得深、中、浅电阻率。如双侧向-邻近侧向测井、双侧向-微球型聚焦；双感应-八侧向测井以及双感应-微球型聚焦测井。,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,生产中常用的电阻率测井方法包括四大类：普通电阻率测井-梯度电极系、电位电极系侧向测井感应测井微电阻率测井微电极系测井、微侧向测井、邻近侧向测井以及微球型聚焦测井,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,普通电阻率测井-梯度电极系、电位电极系,普通电阻率测井原理图,电极系由供电电极A和测量电极MN组成。根据A、M、N之间距离的不同，分为梯度电极系和电位电极系由于所测电阻率受泥浆和围岩影响比较大，故该测井曲线主要用于定性分析的对比测井中。,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,侧向测井,双侧向测井示意图,如图所示，双侧向测井实际是深浅侧向测井组合，探测Rt和Ri。它由一个主电极A0和两组屏蔽电极A1、A11、A2、A21和两组监督电极M1、M11、M2、M21。左侧是深侧向电极系结构图，作深侧向时，屏蔽电极A1A11和A2A21作为双屏蔽，大大改善了屏蔽效果，提高了探测深度；右侧是浅侧向电极系结构图，作浅侧向时，屏蔽电极A2A21作为电流回路电极，使主电流发散，探测深度变浅。,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,感应测井,感应测井原理图,在油田勘探过程中，为了获得地层的原始饱和度资料，常常要用油基泥浆钻井，实验证明，采用这种泥浆可提高钻井进尺，降低钻井成本。但油基泥浆的电阻率极高，使得我们前面讲过的普通电阻率法、侧向测井法都无法使用。感应测井就是在这样井孔条件下发展起来的一种电阻率测井方法。实践证明，感应测井不但在油基泥浆中有它的优越性，而且在水基泥浆井中效果也比普通电阻率测井好。因为它受高阻邻层(钙质层等)影响小，对低电阻地层反应灵敏。感应测井是以研究岩石传导电流的能力为基础的方法之一。与普通电阻率测井不同的是，它是利用电磁感应的原理来测量地层的导电性。,二、常规测井方法及其地质响应,电阻率测井系列-R,微电阻率测井方法微电极系测井微侧向测井邻近侧向测井微球型聚焦测井,三、测井储层分析,1、划分储集层2、确定储层参数3、储层含油气性分析,三、测井储层分析,1、划分储集层,碎屑岩剖面中的储集层，主要是砂岩、粉砂岩以及少数砾岩。通常，在储集层的上下围岩都是厚度较大而稳定的泥岩隔层。这类储集层在测井资料上具有相当明显的特征标志，以目前所采用的测井系列，可准确地将渗透层划分出来。比较有效而常用的测井资料是自然电位（或自然伽马）、微电极和井径。一般来说，先用自然电位SP、自然伽马GR、微电极ML曲线及井径曲线确定渗透层位置后，再用微电极ML曲线准确确定渗透层上下界面。,P1U6271-6276,煤层,推荐层,O2U，O2L6221-6234很可能是气层，邻井CAZ212（低部位）RATE=55，GOR=11455API=41.2，累计生产269MBN,K5250-5263可疑，油层的可能性较大,J25190-5193,J25176-5183差油层,煤层,推荐层,推荐层,推荐层,可疑层,三、测井储层分析,2、确定储层参数,在储集层评价中，需要由测井解释确定的基本参数包括反映储集层物性的孔隙度和渗透率反映储集层含油性的含油气饱和度、含水饱和度、束缚水饱和度以及储集层的厚度等。用测井资料进行储集层评价及油气分析，就是要通过测井资料数据处理与综合解释来确定这些储集层参数，并对储集层的性质给以综合评价。,三、测井储层分析,2、确定储层参数,孔隙度孔隙度是反映储层物性的重要参数，是储集层储集能力相对大小的基本参数。目前，用测井资料求取储层孔隙度的方法已经比较成熟，精度完全可以满足油气储量计算和建立油藏地质模型的需要。声波、密度、中子三孔隙度测井的应用及体积模型的提出，给测井信息与地层的孔隙度之间搭起了一个有效而简便的桥梁。这三种测井方法是相应于地层三种不同的物理特性，并从三种不同的角度上提供了地层的孔隙度信息。经验表明，如果形成三孔隙度的测井系列，对于不同的储层类型，一般都具有较强的求解能力，并能较好地提供满足于地质分析要求的地层孔隙度数据。,三、测井储层分析,2、确定储层参数,渗透率渗透率是评价油气储层性质和生产能力的又一个重要参数。由于受岩石颗粒粗细、孔隙弯曲度、孔喉半径、流体性质、粘土分布形式等诸多因素影响，使得测井响应与渗透率之间的关系非常复杂，各影响因素之间尚无精确的理论关系，所以只能估计渗透率。目前，国内外已经发展了多种估算渗透率的解释方法，主要包括以下几种方法,三、测井储层分析,2、确定储层参数,含水饱和度评价油气层是测井资料综合解释的核心。而含水饱和度又是划分油、水层的主要标志，所以含水饱和度是最重要的储集层参数。确定含水饱和度的基本方法，通常是以电阻率测井为基础的阿尔奇（Archie）公式。,式中a、b为与岩性有关的比例系数，a一般为0.61.5，b一般很接近于1，常取1；m为岩石胶结指数，是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数，一般为1.53，常取2左右。n为饱和度指数，其值在1.04.3之间，以1.52.2者居多，常取n=2。,三、测井储层分析,3、储层含油气性分析,根据测井资料，从钻井地质剖面中划分出储集层之后，进一步就需要确定每一个储集层的含油、气、水性质，这就是储集层油、气、水层识别。显然，对于石油勘探与开发而言，对储集层作含油性识别无疑是测井解释工作的主要任务和内容。评价储集层含油性的方法很多，各有优点和局限性，为了提高测井解释结果的符合率，应根据具体条件优选解释方法。,三、测井储层分析,3、储层含油气性分析,上部储集层深三侧向大于浅三侧向，初步判断为油气层；下部储集层深三侧向小于浅三侧向，初步判断为水层。但最后认定油、水层还要经过综合解释，根据地质参数而定。,S18136-8144油帽,煤层,煤层,水层,推荐层,O2L5618-5626累计生产287MBN,R0U5752-5762累计生产129BNPAPI=41.7GOR=93563,P26013-6018没生产API=48.5GOR=163400,R0U6064-6072,煤层,推荐层,U2U6829-6836累计生产456MBN,U2L，U36851-6859累计生产82MBN,6874-6886油帽,U1U6770-6775累计生产2MBN,煤层,煤层,煤层,U46970-6977累计生产71MBN,U7U7053-70637069-70747080-7084,U87100-7130大油帽子,推荐层,推荐层,U1M7927-7932累计140MBN,非储层,U2M7994-7999累计440MBN,非储层,U47012-7016累计生产47MBN,煤层,U57044-7050累计生产39MBN,煤层,U77130-7143累计生产920BLSGOR=99999API=20.4,1.丁次乾主编.矿场地球物理.东营.石油大学出版社，1992年.2.杜奉屏主编.油矿地球物理测井.北京.地质出版社，1984年.3.王贵文，郭荣坤编著.测井地质学.北京.石油工业出版社，2000年.4.曾文冲编.油气藏储集层测井评价技术.北京.石油工业出版社，19915.谭成仟，宋子齐.碎屑岩储集层测井评价技术.西安.陕西科学技术出版社，2001年.6.孙渊，谭成仟.应用地球物理教程.西安.陕西人民教育出版社.2004,主要参考文献,谭成仟,2004.2,2004钻井地球物理教程,地球物理测井,长安大学地球物理系,第1章电法测井,电法测井是根据岩石电学性质（主要是电阻率和电化学活动性）的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的方法。电法测井是最古老的测井方法，在测井技术发展的历史上，最初的二十五年中，电法测井一直占有绝对的主导地位，直到五十年代中期，才逐渐有各种非电法测井与其相配合。同时，几十年来，在生产实践和科学研究过程中，电法测井技术本身也发生了很大变化，出现了许多不同形式的电法测井，例如，普通电阻率测井、自然电位测井、侧向测井、感应测井、微电极测井、介电测井、激发极化测井以及近年来兴起的成像测井系列微电阻率扫描成像测井、阵列感应成像测井、方位侧向成像测井等等，这些方法的物理基础都是岩石的电阻率或电化学活动性。,第1章电法测井,电法测井的主要任务是根据测井曲线识别岩性、划分岩层的厚度和定量地确定岩层的电阻率。在石油勘探中，研究岩层的导电能力具有特殊意义。因为石油是一种导电性极差，即电阻率极高的物质，而在天然状态下的水却是一种导电性较强，即电阻率较低的物质。因此，在相同岩性的储集层中，含油岩层将比含水岩层的电阻率高，直到目前为止，岩层电阻率的高低仍然使判断岩层含油性的重要标志。,1.1岩石电阻率及其影响因素概念,一、岩石的电阻率各种岩石在外加电场作用下其导电能力各不相同，导电能力的强弱可用物理量电阻率表示。,在实验室内常用“四极法”测定岩石的电阻率。对于一个给定的圆柱状岩样，若长度L和横截面积S已知，只要能测出其电阻r，则可由上式计算出电阻率R。,一、岩石电阻率,自然界的岩、矿石，根据它们的导电性质，可分为电子导电性和离子导电性两大类。电子导电性是组成岩、矿石的基本物质颗粒中的自由电子在电场作用下，所作的定向运动，例如大部分的金属矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿以及石墨等，这类岩矿石的电阻率一般比较低；离子导电性的岩石，则主要靠岩石孔隙中水溶液的离子导电，如砂岩、碳酸岩孔隙中的流体等。在石油勘探中，我们的主要研究对象沉积岩就属于离子导电性的岩石。,一、岩石电阻率,二、岩石电阻率的主要影响因素,岩矿石的岩性；岩石孔隙中地层水性质；岩石的孔隙度以及孔隙结构；孔隙中流体性质及其含量，即孔隙中的含水饱和度岩石中泥质成分即含量也能增强岩石的导电性。,1、岩石电阻率与岩性的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,1、岩石电阻率与岩性的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,石油测井的主要探测对象是沉积岩。不同沉积岩之间电阻率的差别，以及同种岩石电阻率的变化，是由于多种因素的影响造成的。其中主要的因素是：岩石孔隙度的大小、孔隙的结构、孔隙中所含流体的电阻率，以及岩石所处的温度等。岩石是由矿物和孔隙中流体以及胶结物组成，沉积岩的主要造岩矿物电阻率都在106欧姆米以上，因此，大多数沉积岩，当其不含导电流体时，由造岩矿物组成的岩石骨架几乎是不导电的。而许多沉积岩之所以能导电，则是因为它们在地下不同程度的具有一定的孔隙，在其中充填了一定数量的盐水溶液造成的。这些存在于岩石中的盐水溶液，由于盐类离解形成了正离子(如Na+，Ca2+和Mg2+等)和负离子(如C1-，SO2-等)，离子在电场作用下发生运动，就构成了沉积岩中电流流动的媒介物。于是，电流通过孔隙水流过岩石，岩石也因此而具有一定的导电性。,2、岩石电阻率与地层水性质的关系组成沉积岩石的固体颗粒部分称为岩石骨架，这部分导电能力很差，几乎不导电，因此沉积岩石的导电能力主要取决于地层水的电阻率。地层水电阻率与地层水性质有密切关系。主要包括三个方面：地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系地层水电阻率与温度的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系在温度、浓度相同条件下，溶液内所含盐类不同，其电阻率也不同。地层水中常含有NaCl、KCl、CaCO3、Na2SO4、MgSO4等盐分，且各种成分含量不同。求取地层水电阻率RW可按下列方式进行：A、当地层水内只含有NaCl，或除NaCl外只含有微量的非NaCl盐类，则可将地层水视为NaCl溶液，用“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”求出地层水电阻率。,二、岩石电阻率的主要影响因素,二、岩石电阻率的主要影响因素,B、当地层水中所含的非NaCI盐类的含量不可忽略时，应当先用“不同离子的换算系数”图版求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数，然后分别乘上各离子的矿化度，最后算出各离子上述乘积的总和，即是该地层水的等效NaCl溶液矿化度。此时将含非NaCl盐类的地层水看作是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶液矿化度在图版求出该地层水电阻率。这种情况下关键是首先使用“不同离子的换算系数图版”确定非NaCl离子的换算系数。,二、岩石电阻率的主要影响因素,二、岩石电阻率的主要影响因素,例1某地层水样分析结果为：Ca2+460ppm，SO42-1400ppm，Na+Cl-19000ppm。求该水样的电阻率。解：首先确定水样的总矿化度，然后求取地层水电阻率。求水样的总矿化度总矿化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm求离子换算系数在1-1-3图版的横坐标轴上找到水样总矿化度20860ppm点，过该点作一条平行于纵轴的直线与曲线相交，在Ca2+离子曲线的交点处读出其纵坐标值0.81就是Ca2+的换算系数，同样在SO42-离子曲线的交点处读出换算系数为0.45。,二、岩石电阻率的主要影响因素,求等效氯化钠溶液矿化度各种离子的矿化度与它的换算系数的乘积之和就是该水样的等效氯化钠溶液矿化度。等效氯化钠溶液矿化度：4600.81+14000.45+19000=20000ppm求地层水电阻率若地层水的温度已知，即可在NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”中找出标有20000ppm的斜线与已知温度的交点，交点的横坐标读数就是所求地层水电阻率Rw。,二、岩石电阻率的主要影响因素,地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系一般将地层水视为NaCl溶液，随着溶液的矿化度增高，溶液内离子数目增加，其导电能力加强，因此电阻率变低。溶液的矿化度与其电阻率之间的关系可以由“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”看出。在同一温度下，溶液的电阻率随矿化度的增高而下降。并且已知溶液矿化度时可以求出该溶液在任何温度下的电阻率值。,二、岩石电阻率的主要影响因素,地层水电阻率与温度的关系地层水电阻率与温度的关系也非常密切，一般地层水温度越高，其电阻率越低，反之亦然。这是因为随温度升高溶液中的离子迁移速度随之加大，在外加电场的作用下溶液的导电能力加强，溶液电阻率变低。地层水的温度决定于地层的埋藏深度。通常测井时，常在井口测泥浆的电阻率和温度，在需要知道地层温度下泥浆电阻率Rmt时，则可以利用本图版求出Rmt。,二、岩石电阻率的主要影响因素,另外也可用阿普斯（Arps）公式将t1温度下的Rt1换成t2温度下的Rt2。,二、岩石电阻率的主要影响因素,例2已知24时，NaCI溶液的电阻率为1.2m，求温度为71时该溶液的电阻率值。解首先在图版上投点A(1.2，24)，A点所落斜线的号码即为该溶液的矿化度值。然后沿A点所落斜线下滑至t=71的横线得交点B，B点的横坐标读数即温度为71时的溶液电阻率值Rw=0.56m。同样也可以通过阿普斯（Arps）公式进行计算。,3、岩石电阻率与孔隙度的关系岩石的导电能力主要取决于岩石的孔隙度和地层水电阻率。在地层水电阻率一定时，岩石孔隙度越大，饱含的地层水数量越多，岩石的导电能力增强，于是岩石电阻率降低；孔隙度小，则岩石导电能力差，岩石电阻率高。但是，有时即使岩石孔隙度相同，所含地层水的电阻率也一样，其电阻率值也可能存在着差别。这常常是由于孔隙结构复杂程度以及胶结状况不同造成的，通常胶结情况和孔隙结构决定于岩性。因此，含水砂岩电阻率主要取决于地层水电阻率、孔隙度以及岩性等。若用R0表示含水砂岩电阻率，则。,二、岩石电阻率的主要影响因素,为了研究R0与之间的关系，对给定的含水砂岩岩样进行如下测试。对给定的岩样()，改变岩样中孔隙内所含水的电阻率值Rwl，Rw2，Rwn，对应得到的岩石电阻率为R01，R02，R0n，经数据整理发现，岩石电阻率不但随所含水的电阻率的变化而变化，且两者之间有近似于正比的关系，即对同一岩样，两者比值为一常数，且只与岩样的孔隙度和岩性有关，而与饱含在岩样孔隙中的地层水无关。,二、岩石电阻率的主要影响因素,壳牌石油公司休斯敦办事处的G.E.阿尔奇通过试验首先发现了这个规律，于1942年发表了一篇关于测井资料定量解释的论文，即著名的阿尔奇公式，从此奠定了测井解释的理论基础。在整理试验资料时，他首先定义了一个新的参数地层因素(或相对电阻率)，用F表示式中Ro孔隙中100含水时的地层电阻率；Rw地层水电阻率。,二、岩石电阻率的主要影响因素,F与的关系是从实验中得来的。取同类岩石的n块岩样，其孔隙度分别为l，2，n，使各岩样饱含水，并测出各岩样的电阻率分别为R01，R02，R0n，可得出，且F1F2Fn在以F为纵坐标，为横坐标的双对数坐标纸上，得到上述实验数据曲线F=f（）。,二、岩石电阻率的主要影响因素,由此可归纳出下列关系式由此得出阿尔奇公式的通式为式中a比例系数，与岩性有关，变化范围在0.61.5；m胶结系数，随岩石胶结程度不同而变化，一般为2左右，变化范围1.53；岩石孔隙度。,二、岩石电阻率的主要影响因素,总之，对于含水砂岩来说，岩石的孔