地球物理测井

6地球物理测井部分绪论电法测井声波测井放射性测井绪论地球物理测井又称钻井(钻孔)地球物理勘探或矿场地球物理，简称“测井”。它是利用地球物理方该来研究钻孔地质剖面，解决地下地质问题和了解钻孔技术情况的一门勘探技术科学。测井是一门边缘交叉学科，它是综合运用电磁学、声学、核物理学、热学、光学、力学等学科的基本原理和测量方法，广泛应用于油气井、煤田等资源勘探。绪论地球物理测井方法分类以岩石的导电性能，即以电阻率或电导率为基础的方法有：视电阻率测井、接地电阻测井、侧向测井和感应测井。以岩石电化学活动性为基础的方法有：自然电位测井、电极电位测井和激发极化测井。以物质的原子物理和核物理性质为基础的方法有：自然伽玛测井、密度测井、中子测井和各种能谱测井或地球化学测井。以岩石弹性为基础的方法有：声波速度测井、声波幅度测井、超声成像测井和地震测井。以检查井内技术情况为目的的方法有：井径测并、井内流体电阻率测井、井温测并、井斜及方位测井。其它一些测井法有磁测井、热测井、气测外、核磁测并、电视测井、重力测并和地层倾角测井等。

地球物理测井发展四个阶段一、模拟记录阶段从测井诞生到60年代末，都使用模拟记录测井仪器，用灵敏度高的检流计测量回路电流得到探测系统测量端间的电位差变化，反映地层物理参数（电阻率、声波速度等）随深度的变化，记录在照相纸或胶片上，模拟记录的特点是采集的数据量小，传输速率低。使用的主要测井方法有声速（纵波）测井、感应测井和普通电阻率测井，配之以井径测井、自然电位测井和自然伽马测井等。二、数字测井阶段自60年代来，测井仪器从模拟记录过渡到数字记录。这是测井技术发展的要求，测井方法的增多，特别是地层倾角测量的出现和声波变密度测井都要求高速采集地下信号，此外，某些测井方法要求在井场作一些校正、补偿和简单的计算，如中子测井计算中子孔隙度、密度测井进行脊肋校正等。数字测井仪器增加了用数字磁带机进行数字记录，提高了测量精度，增加了可靠性，且便于将测井资料输入计算机进行处理，与之相应的测井方法是有深、中、浅探测的电阻率测井，一般是双感应—球形聚焦测井或双侧向—微球聚焦测井，三孔隙度测井，即声速测井、中子孔隙度测井、补偿密度测井；再加上井径测井、自然伽马测井和自然电位测井，称为常规的“九条曲线”测井。三、数控测井阶段

新测井方法不断出现，如电磁波传播测井，C/O能谱测井，其下井仪器复杂，为提高精度，须在测井过程中对仪器的某些参数实现“实时”控制和调节（双侧向测井对屏蔽电流的“实时”调节等）数字测井已经不能满足要求，计算机技术的高速发展提供了解决问题的途径。四、成像测井阶段随着勘探和开发更复杂更隐蔽的油气藏的发展，对测井也提出了更高的要求，薄层、薄互层、裂缝性储层低孔隙低渗透层、复杂岩性的评价；高含水油田的开发中剩余油饱和度及其分布的确定；固井质量、套管损坏等工程测井问题及地层压力、非均质和各向异性等问题需要测井从方法理论到测量技术有更新的的发展，成像测井正是在这样的背景下发展起来的。成像测井提供大量的物理信息，以此为基础给出分辨率高、可靠的二维或三维目的层的物理参数图像，研究各种非均质非线形问题，评价油、气产层和其它勘探开发问题。成像测井的特点：(1)高速采集、并行处理。局域网络的高性能计算机系统；(2)数据传输速率高；(3)高分辨率，多探测点的电、声、核、核磁测井仪;(4)一套完整的、适应各类复杂非均质储层参数定量评价和地质应用、工程应用的软件包。目前，成像测井系统主要有斯仑贝谢公司的MAX500，贝克阿特拉斯的ECLIPS-2000以及哈里伯顿公司的EXCELL-2000。成像测井下井仪器主要有电成像、声成像和核磁共振成像测井三类。电法测井自然电位测井普通电阻率测井侧向（聚焦）测井感应侧井介电（电磁波传播）测井分类：天然电场和人工电场供电方式：直流电（低频）和交变电流（高频）

新方法阵列感应阵列侧向过套管电阻率自然电位测井•原理：测量井中自然电场vMN井中电极M与地面电极N之间的电位差•自然电位成因一般由地层和泥浆之间电化学作用和动电学作用产生的。砂岩与泥岩的自然电位分布1、扩散—吸附电位：纯砂岩-11.6mV/18C纯泥岩59.1mV/18C2、过滤电位（一般可忽略）：泥浆柱与地层之间存在压差时，液体发生过滤作用产生的。与压差、滤液电阻率成正比。渗透层平均值约为0.77mV泥岩砂岩泥岩+++—————++++++++————Cl-Na+Na+Na++-+-扩散电位吸附电位自然电位测井•曲线特点砂泥岩剖面：泥岩处SP曲线平直（基线）砂岩处负异常（Rmf>Rw)

负异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比碳酸盐岩剖面高阻致密层处曲线倾斜高阻致密层自然电位曲线形状示意图自然电位测井碳酸盐岩地层

孔隙和裂缝发育段、致密段与邻近泥岩比较，有不同程度的小幅度负异常。自然电位测井高低矿化度泥浆的自然电位曲线泥浆矿化度的影响•影响因素自然电位测井•其他影响因素：

淡水层幅度变小；水淹层的幅度和基线发生变化；泥浆含有某些化学或导电物质；地面电场的干扰。•曲线质量要求

1、泥岩基线稳定，100m井段基线偏移不超过10mV。2、自然电位正负异常符合钻井液矿化度与地层水矿化度之间的关系。负异常幅度与地层水矿化度成正比。3、与岩性剖面有对应性。4、曲线平滑，干扰幅度小于1.5mV。

5、距井口200m井段的自然电位不作严格要求，但必须能清楚地划分砂岩。自然电位测井应用：1、判断岩性，划分渗透层；2、用于地层对比；3、求地层水电阻率；4、估算地层泥质含量；5、判断水淹层；6、研究沉积相。

视电阻率测井原理将特定的电极系放进钻孔中并建立电场，显然电场的分布受岩层的电阻率影响，通过观测电场随着深度的变化来研究孔壁周围的电阻率。两种电极系电位电极系梯度电极系电位或梯度电极系两种电极系的区别：电位电极系成对电极相距较远，测量点为AM中点。梯度电极系成对电极距离较近，测量点成对电极中点。（底部、上部）电极距越长，探测范围越大。常用：NMABAM2.5米梯度0.5米电位2.250.50.52.252.5电极距视电阻率测井•曲线特点1、高阻层梯度曲线高阻层处：视电阻率增大，曲线不对称。底界面附近：底部梯度曲线出现极大值。2、高阻层电位曲线高阻层处：视电阻率增大，曲线对称于层的中部。层界面附近：曲线有拐点。常用系列：2.5米和4米底部梯度电极，0.4米电位电极。梯度曲线电位曲线普通电阻率测井•影响因素测量的视电阻率是电极系附近各种介质导电性的综合反映：减值屏蔽1、电极系附近的地层电阻率和层厚（主要影响因素）；2、不同的电极系，测量的曲线数值和形状不同；3、泥浆电阻率、井径、围岩电阻率及其厚度影响4、高阻邻层的屏蔽影响。减值屏蔽、增值屏蔽普通电阻率测井•应用1、标准电极系与自然电位和井径曲线组合为标准测井，用于绘制综合录井图、划分地层剖面和地层对比。多数地区选用2.5米梯度电极系作为标准电极系。盐水泥浆井中采用电极距较长的梯度电极系。2、用于划分地层界面。3、用长电极梯度曲线（如4米梯度）定性分析储层含油性。4、短电极的电位曲线用于跟踪井壁取心。•质量要求1、长电极系曲线在厚泥岩处数值相等。2、2.5米和4米梯度曲线形状相似，厚层砂岩数值接近。3、曲线与自然电位曲线、岩性剖面有对应性。普通电阻率测井•微电极测井ML1、贴井壁测量，同时测量微梯度和微电位两条曲线。前者主要反映泥饼附近的电阻率，后者反映冲洗带电阻率。2、探测范围小（4cm和10cm），不受围岩和邻层的影响。3、适用条件：井径10-40cm范围。4、质量要求

1）泥岩低值、重合；2）渗透性砂岩数值中等，正幅度差(盐水泥浆除外）；3）致密地层曲线数值高，没有幅度差或正、负不定的幅度差。4)除井眼垮塌和钻头直径超过微电极极板张开最大幅度的井段外，不得出现大段平直现象。测量示意图泥饼冲洗带普通电阻率测井•微电极测井应用1、详细划分地层剖面；2、判断岩性，划分渗透层；3、精确划分储层有效厚度；4、确定冲洗带电阻率。5、分析储层非均质性侧向(聚焦)测井普通电法测井存在的问题：由于低阻围岩特别是井内低阻泥浆的影响，测井曲线严重歪曲。当泥浆电阻率极低时，由供电电极流出的电流几乎全部被井内泥浆所吸引，而不流入地层，电阻率完全失效。侧向测井的原理：在供电电极A0的上、下设置两个屏障电极A1、A2、A3等并供以与中央电极A0极性相同的电流。由于电流互相排斥作用，迫使由中间A0电极流出的电流近于垂直井轴方向流入地层，在相当程度上克服了低阻围岩及低阻泥浆的旁路作用。侧向测井的种类LL3（三侧向）、LL7（七侧向）、LL8（八侧向）、DLL（双侧向）、SFL（球形聚集）、MLL（微侧向）、MSFL（微球形聚集）三电极侧向测井（LL3）电极系由上、下两个圆柱状屏障电极及位于中心的圆环状中央电极组成、中央电极与屏障电极以绝缘环隔开。煤田勘探中，中央电极长度A0为0.1米，屏障电极A1，A2各为0.7~1米，绝缘环长度为0.01米~0.02米，A1、A2互相短路相连。A0流出主电流I0，由A1，A2流出屏障电流，自动调节以保持A1、A2等屏障电极具有与A0相同的电位。三电极侧向测井屏蔽电极屏蔽电极供电电极三侧向测井视电阻率公式：中央电极表面的电位值主电流电极系系数其中：中央电极长度绝缘环厚度电极系的长度电极系直径三侧向测井Rc、Rj和Rt分别为泥浆、泥浆侵入带、围岩电阻。当不存在泥浆侵入带、泥浆电阻率较低时，视电阻率和围岩的真电阻率Rt成正比，它能很好地反映地层的真电阻率。三侧向测井电极系参数的影响电极系长度：电极系越长，对主电流聚焦越好，电流成层状流入地层越深。电极系直径：电极系直径越大测出的电阻率值越接近真电阻率值。中央电极L0的影响：当岩层厚度小于L0时，测井曲线上很难划分出该层。电极之间距离的影响：电极距离应极量小，一般取1~3cm地层参数的影响在层厚不大时，由于受层厚及围岩电阻率的影响，所测得的视电阻率的最大值与地层真电阻率之间尚有一定的差别。三侧向测井优点受钻井环境和层厚影响小。有较大的横向探测深度，测得电阻率接近围岩真电阻率；分辨率高，分层能力强。对电阻率变化反应灵敏，曲线关于地层中心，上下对称，在岩层的上、下界面处，曲线陡度较大。声波测井探测井剖面岩石声学物理特性的测井方法声波速度（时差）测井声幅测井声波变密度测井声波全波列测井声波成像测井新方法分区水泥胶结测井多极阵列声波交叉偶极子声波声速测井•基本原理声脉冲发射器滑行纵波接收器适当源距，使达到接受器的初至波为滑行纵波。记录初至波到达两个接收器的时间差t(µs/m)仪器居中，井壁规则t=1/tt•补偿声波测井1、井眼变化的补偿2、仪器倾斜影响的补偿3、深度误差的消除声速测井•声波时差曲线的影响因素裂缝或层理发育的地层未胶结的纯砂岩气层、高压气层井眼扩径严重的盐岩层泥浆中含有天然气周波跳跃声速测井•质量要求

1、渗透层不得出现无关的跳动，出现周波跳跃测速应降至1000m／h以下，重复测量。2、声波时差数值应符合地区及岩性规律，并与补偿中子、补偿密度孔隙度相对应，不得低于对应的岩石骨架值。3、重复测量渗透层不得大于±10μs／m。4、测后有套管声波时差记录，误差范围：187μs／m±5μs／m声速测井声速测井•应用1、划分岩性2、判断气层3、确定地层孔隙度4、估计地层异常压力5、合成地震记录岩石时间差值砂岩182168灰岩156白云岩143硬石膏164淡水620盐水606声波全波列测井•特点全波列波形记录全波列数据可以利用纵波、横波速度信息和幅度信息，以及斯通利波、伪瑞利波等信息。声波全波列测井波形曲线•质量要求

1、波形幅度适中，不能出现平头和平直现象。2、时间采样间隔保证全部波形被采样。3、不能出现连续干扰信号。声波全波列测井•应用1、提取纵、横波信息（时差和幅度）2、利用纵、横波时差确定岩性3、确定地层孔隙度4、利用时差和幅度信息识别裂缝5、计算弹性模量和力学参数，分析岩层机械特性。固井声幅及变密度测井•固井声幅测井（CBL）—水泥胶结测井记录首波半周幅度，即声幅曲线。反映水泥与套管（第一界面）胶结质量套管与水泥环的声偶合固井声幅及变密度测井•声波变密度测井（VDL）反映第一、二界面水泥胶结质量变密度固井声幅及变密度测井•固井质量测井要求1、应在注水泥后24—48h（最佳测量时间）之间进行测量。2、仪器在自由套管井段进行刻度。3、测至水泥面以上进入自由套管至少五个稳定接箍。

放射性测井•是根据岩石及其孔隙流体的某种核物理性质探测井剖面的一类测井方法。•优点是：裸眼井、套管井都能正常测井，不受钻井液的限制。•方法多，十余种：

自然伽马测井、自然伽马能谱测井密度测井、岩性密度测井中子测井——中子伽马测井、补偿中子测井中子寿命测井、C/O能谱测井

放射性测井放射性测井基本知识原子核自发地放出射线而转变为另一种核素的过程称为原子核的衰变。只取于元素本身的衰变几率而与外界(物理和化学)条件无关。放射性元素在衰变过积中主要放出三种射线，有时也发射其它粒子，如电子、质子、中子、x射线和宇宙射线等。不同的射线具有不同的性质。氦的质子流，高速电子流，高频电磁波（光子、量子流）放射性测井基本知识半衰期放射性元素原子数目衰减到原来数目的一半所需的时间。放射性单位克、毫克表示放射性物质的数量；用居里或毫居里表示放射性物质的衰变速度；用剂量单位表示射线的电离效果和数量。伽玛射线与原子的作用核衰变所释放山的伽玛射线，其能量一般在0.5Mev到5.3Mev之间，当它们与物质作用时，随着能量的不问，会产生光电效应、散射效应(康普领—吴有训效应)和电子对形成效应。放射性测井基本知识光电效应低能的伽玛量子与原子核外面的束缚电子相碰时，有可能将它所有的能量交给一个电子，使其脱离轨道而成了自由电子(主要是低能级的K和L层束缚电子)，旧y量子本身由于能显耗尽而被原子所吸收。这种现象称为光电效应。康普顿-吴有训效应（一定条件下和物质密度成正比）当量子的能量为中等数值时，它与原子中的电子发生作用相当于弹性碰撞。这时量子把一部分能量交给电子，使其以与入射电子子成一定角度的方向射出(称为康普顿电子)，而损失了部分能量的伽玛量子则偏离原来的路线，从另一方散射出去(称为放射y射线)，这种现象称为康普顿—吴有训效应。电子对效应当伽玛量子的能量大于两个电子的静电电子的能量，即大于1.022Mev时．当它通过原了核附近，与核的库仑场相互作用，可以转化为一个负电子和一个正电子，而伽玛量子本射则全部被吸收，这种效应称为电子对形成。放射性测井基本知识自然伽马和自然伽马能谱测井岩层中的天然放射性核素衰变伽马射线岩性不同放射性核素的种类和数量不同

自然伽马射线的能量和强度不同测量井剖面自然伽马射线的强度和能谱的测井方法。自然伽马测井曲线GR自然伽马能谱测井曲线—铀U、钍Th、钾K的含量去铀自然伽马CGR总自然伽马GR•测量基础自然伽马和自然伽马能谱测井•影响因素

1、测井速度。测速大，测井曲线形状发生畸变。2、统计起伏。衰变和射线探测的随机性。3、井眼条件的影响。井径、泥浆密度、套管、水泥环等。自然伽马曲线的统计起伏自然伽马和自然伽马能谱测井•质量要求

1、测前、测后校验对主校验工程值误差±7%。2、重复曲线与主曲线，形状基本相同，重复误差不大于10％。3、曲线变化形态与岩性剖面吻合。4、K、U、Th重复误差：K：±0.5U：±2ppmTh：±4ppm

自然伽马和自然伽马能谱测井•自然伽马测井资料的应用

1、划分岩性。2、地层对比。只与岩性有关，容易找到标志层。3、计算泥质含量。•自然伽马能谱测井资料的应用

1、识别高放射性储集层，寻找泥岩裂缝储集层。2、确定粘土含量、粘土类型及其分布形式。3、用Th/U、Th/K比研究沉积环境、沉积能量。4、有机碳分析及生油岩评价。

5、变质岩、火成岩等复杂岩性解释。密度和岩性密度测井•基本原理

伽马源射线地层介质康普顿效应射线强度衰减探测记录射线强度（计数率）仪器刻度岩石体积密度•补偿密度测井FDC

双源距贴井壁测量，长短源距探测器组合补偿泥饼影响。体积密度曲线DEN密度校正曲线CORR和井径曲线密度和岩性密度测井•岩性密度测井LDT测量地层的体积密度和光电吸收截面指数。记录DEN、CORR、Pe曲线。•质量要求

1、井眼规则、岩性均匀处，重复曲线误差值小于0.05g／cm3。2、曲线数值与主要岩性符合，与补偿中子、声波时差孔隙度对应。3、井径规则处，密度校正曲线一般应为零值或正值。

4、Pe测量值的重复误差为±0．5b／e。5、Pe值应与岩性剖面吻合。密度和岩性密度测井•密度曲线的应用1、划分岩性。2、判断气层。3、计算孔隙度。•Pe曲线的应用1、识别岩性。2、寻找重矿物。3、在重晶