测井原理总结

PAGE28绪论（2学时）一、测井学和测井技术的发展测井学是一个边缘科学，是应用地球物理的一个分支，它是用物理学的原理解决地质学的问题，并已在石油、天然气、金属矿、煤田、工程及水文地质等许多方面得到应用。30年代首先开始电阻率测井，到50年代普通电阻率发展的比较完善，当时利用一套长短不同的电极距进行横向测井，用以较准确地确定地层电阻率。60年代聚焦测井理论得以完善，孔隙度形成了系列测井，各类聚焦电阻率测井仪器也得到了发展，精度也相应得以提高。测井资料的应用也有了长足的发展，随着计算机的应用，车载计算机和数字测井仪也被广泛的应用。到现在又发展了各种成像测井技术。二、测井技术在勘探及开发中的应用无论是金属矿床、非金属矿床、石油、天然气、煤等，在勘探过程中在地壳中只要富集，就具有一定特点的物理性质，那我们就可以用地球物理测井的方法检测出来。特别是石油和天然气，往往埋藏很深，只要具有储集性质的岩石，就有可能储藏有流体矿物。它不用像挖煤一样。而是只要打一口井，确定出那段地层能出油，打开地层就可以开采。由于用测井资料可以解决岩性，即什么矿物组成的岩石，它的孔隙度如何，渗透率怎么样，含油气饱和度大小。沉积时是处于什么环境，是深水、浅水、还是急流河相，有无有机碳，有没有生油条件，能不能富集。在勘探过程中，可以解决生油岩，盖层问题，也可以对储层给予评价，找到目的层，解释出油、气、水。在油气田开发过程中，用测井可以监测生产动态，解决工程方面的问题。井中产出的流体性质，是油还是水，出多少水，油水比例如何，用流体密度，持水率都可以说明。注水开发过程中，分层的注入量，有没有窜流，用注入剖面测井都可以解决。生产过程中，套管是否变形，有没有损坏、脱落或变位，管外有无窜槽，射孔有没有射开，都需要测井来解决。对于设计开发方案，计算油层有效厚度，寻找剩余油富集区都离不开测井。测井对石油天然气勘探开发来说，自始至终都是不可缺少的，是必要的技术。它服务于勘探开发的全过程。三、储层分类及需要确定的参数1．储集层的分类及特点石油、天然气和有用的流体都是储存在储集层中，储集层是指具有一定储集空间的，并彼此相互连通，存在一定渗透能力的的岩层。储层性质分析与评价是测井解释的主要任务。1)碎屑岩储集层它包括砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩等。世界上有40％的油气储集在碎屑岩储集层。碎屑岩由矿物碎屑，岩石碎屑和胶结物组成。最常见的矿物碎屑为石英，长石和其他碎屑颗粒；胶结物有泥质、钙质、硅质和铁质等。控制岩石储集性质是以粒径大小、分选好坏、磨圆度以及胶结物的成分，含量和胶结形式有关。一般粒径大，分选和磨圆度好，胶结物少，则孔隙空间大，连通性好，为储集性质好。2)碳酸盐岩储集层世界上油气50％的储量和60％的产量属于这一类储集层。我国华北震旦、寒武及奥陶系的产油层，四川的震旦系，二叠系和三叠系的油气层，均属于这类储层。碳酸盐岩属于水化学沉积的岩石，主要的矿物有石灰石、白云石和过渡类型的泥灰岩。它的储集空间有晶间孔隙、粒间孔隙、鲕状或钟孔状孔隙、生物腔体孔隙、裂缝、溶洞等。从储层评价和测井解释的观点出发，将碳酸盐岩储集层的储集空间归为二类：一类为原生孔隙，如晶间、粒间、鲕状孔隙等。另一类为次生孔隙如裂缝、溶洞等。前者孔隙较小分布均匀。后者孔隙较大，形状不规则，分布不均匀。按孔隙结构特点碳酸盐岩储集层可分为三类：孔隙型、裂缝型和溶洞型等。(1)孔隙型碳酸盐岩储集层：它是粒间、晶间、生物腔体孔隙等，还有石灰岩白云岩化后重结晶形成的均匀分布的孔隙。它们都是孔隙性的碳酸盐岩储集层。它们适用的测井方法和解释方法与碎屑岩储集层基本相同，也是目前测井资料应用最成功的一类储集层。(2)裂缝型碳酸盐岩储集层：这类储层的储集空间主要由构造裂缝和层间裂缝组成，由于裂缝的数量，形状和分布可能极不均匀，故孔隙度和渗透率也可能有很大变化，油气分布也不规律，并且裂缝发育带渗透率高。(3)洞穴型碳酸盐岩储集层：这类储集层主要由溶蚀作用产生的。洞穴形状大小不一，分布不均匀，往往具有偶然性。用常规测井方法进行解释有很大困难。2．储集层的基本参数在储集层的评价中，需要测井解释确定的参数有储层厚度、孔隙度、油气饱和度和渗透率。孔隙度岩石在形成过程及后期作用中会有粒间孔隙、晶间孔隙、裂缝及洞穴等。根据孔隙流体在孔隙中能否流动，孔隙可分为总孔隙、有效孔隙。有效孔隙指互相联通的孔隙。总孔隙指所有的孔隙空间。孔隙度是指岩石中孔隙所占的体积与岩石的体积之比。通常用百分数表示。2)饱和度孔隙中油气所占孔隙的相对体积称为含油气饱和度，通常也用百分数表示。饱和度又分为原状地层含烃饱和度、冲洗带残余烃饱和度、侵人带含烃饱和度，可动烃饱和度等。束缚水饱和度。是另一个重要的饱和度概念，通过它与总含水饱和度的关系可以知道储集层是否能出水。3)岩层厚度主要指储集层的岩层厚度，指的是有效孔隙，含烃饱和度下限所确定的岩层顶底界所具有厚度。4)渗透率为了评价储层的生产能力，应了解油气水流过岩石孔隙的难易程度。当粘度为1×10-3的流体，在单位时间1s钟内，两端压差为latm时，通过岩石单位截面lcm2的流体体积为该岩石的渗透率为1μm2.渗透率分绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率，绝对渗透率为岩石孔隙中只有一种流体存在时对岩石所测量的渗透率。有效渗透率为岩石孔隙存在二种或二种以上的流体时，对其中某一流体所测量的渗透率，为该流体在这种岩石中的有效渗透率。相对渗透率为有效渗透率与绝对渗透率的比值，它表示某种流体流过岩石的难易程度。四、测井系列的选择合理和完善的测井系列是保障测井解释准确的先决条件。合理的测井系列可以解决岩性问题，层厚、孔隙度、渗透率、饱和度及泥质含量问题。不同的地质条件，需要不同的测井系列组合，见表1。1．泥质指示和确定岩性的测井方法选择泥质指示应能划分泥岩和非泥岩，并能确定泥质含量。基本上各种测井方法都能不同程度的进行泥质解释。最常用的是自然伽马、自然电位和微电极。另外岩性测井和自然伽马能谱测井也能解决这个问题。个别的地区，由于沉积速度快，自然电位不稳定，也可以用其他测井方法解决泥质问题。在以后的泥质砂岩解释中有详细说明。测井系列选择的标准是能准确的划分钻井剖面的岩性，能够准确的确定孔隙度，能够确定地层的含水饱和度，或油气饱和度。如碳酸盐岩地层，三种孔隙度测井确定孔隙度，微球形聚焦确定冲洗带电阻率，双侧向确定深浅电阻率，井径和自然伽马确定泥质含量。再如湖泊相河流相的沉积地层，至少有一种孔隙度，微电极，深浅三侧向，加井径和自然电位，有时加自然伽马。表1裸眼井测井系列井内流体研究参数推荐的测井项目淡水钻井液岩性Sw—RwSxo—RmfФ—VclayK—ρ几何参数自然电位、自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井或侧向测井或电位—梯度电极系测井微球形聚集测井（MSFL）或微侧向测井（MLL）或微电极测井密度测井、中子测井和（或）声波测井地层测试器（RFT）地层倾角测井，四臂井径测井，井斜测量盐水钻井液岩性Sw—RwSxo—RmfФ—VclayK—ρ几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井，自然电位双侧向测井微球形聚焦测井或微侧向测井密度测井、中子测井和（或）声波测井地层测试器（RFT）地层倾角测井，四臂井径测井，井斜测量油基钻井液岩性Sw—RwФ—VclayK—ρ几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井密度测井、中子测井和（或）声波测井地层测试器（RFT）四臂井径测井，井斜测量空井岩性Sw—RwФ—VclayK—ρ几何参数自然伽马、自然能谱、岩性—密度测井感应测井密度测井、中子测井温度测井四臂井径测井、井斜测井2．电阻率测井方法的选择由于钻井后测井是在井眼中进行，井眼的大小。钻井液性能的差别，使得渗透层受不同程度的污染，存在冲洗带、侵人带和原状地层的电阻率上的差异。电阻率测井应能反应冲洗带、浅、中、深的电阻率数值上的变化。岩层的电阻率高低，岩层的厚薄，影响地层真电阻率数值。所以选用的测井方法也不尽相同。这需要掌握各种方法的线性范围、探测半径、聚焦的强弱、围岩和井的影响大小。对低电阻率地层一般选用双感应一八侧向、微球形聚焦。对高电阻率地层一般选用，双侧向—邻近侧向、微侧向电阻率系列。对于较薄的地层微电极，三侧向或普通电阻率测井也可以很好的解决地质问题。3．孔隙度测井方法的选择孔隙度测井一般探测深度较浅，对于储集层一般仅限于冲洗带。声速测井方法适用于粒间和晶间孔隙，不能反映次生孔隙中的裂缝溶洞，适用于均匀分布的孔隙度。中子孔隙度测井只反映岩层的含氢量的大小，并随含氢量的增加探测深度减小。密度测井反映的是岩石的总孔隙度，分不清原生孔隙和次生孔隙。天然气对三种孔隙度都有影响，岩性对孔隙度也有影响。第一章自然电位测井（2学时）在生产实践中发现，在没有人工供电的情况下，测量电极M在井内移动时，仍测量与岩性有关的电位随井深的变化曲线。由于这个电位是自然电位产生的，所以称为自然电位，用SP表示。第一节井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油井来说，主要有以下两个原因：地层水矿化度与泥浆矿化度不同，引起离子扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用；地层压力与钻井泥浆柱压力不同时，在地层的微孔隙中产生过滤作用。实践证明：油井的自然电位主要由扩散作用产生的，只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下，过滤作用才成为较重要的因素。一、扩散电位井内自然电位的产生也是两种不同浓度的溶液相接触的产物。由于砂岩的渗透性较好，当地层水浓度和泥浆滤液浓度不同时（通常）并在井壁附近接触时，离子在渗透压力作用下，高浓度溶液的离子要穿过砂岩向溶液浓度较低的地层中扩散，由于的迁移速率大于，经过一段时间的聚集后，地层内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，见图1-1。当扩散最终达到动态平衡时，在砂岩中两种不同浓度溶液的接触面上产生自然电场，产生自然电位差。此时的电动势称为扩散电动势或扩散电位。经实验测定扩散电动势（）可由下式进行表示：（1-1）当溶液浓度不很大时，溶液浓度与电阻率成反比，所以（1-2）式中—扩散电位系数；—泥浆滤液电阻率；—地层水电阻率.二、扩散吸附电动势（）在井内泥岩表面附近，由于泥浆滤液浓度与地层水的浓度不同（），离子在渗透压力作用下，仍然要由高浓度溶液向低溶液浓度中扩散，由于泥岩具有选择吸附阴离子的能力，在粘土颗粒表面可以大量地吸附阴离子，而可以自由扩散，扩散结果是在泥浆滤液中富集大量正电荷，而在地层中富集了负电荷，见图1-1。这样就在泥岩表面处形成扩散吸附电位，记为，其表达式为：（1-3）式中：—扩散吸附电位系数；—地层水浓度；—泥浆滤液浓度三、过滤电位在岩石中，颗粒和颗粒之间有很多孔隙，它们彼此连通，形成很细的孔道，称为毛细管。当泥浆柱的压力大于地层的压力时，泥浆向地层过渡，泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过。由于岩石颗粒的选择吸附性，孔道壁上吸附泥浆滤液中的负离子仅有正离子向地层中移动，这样在井壁附近聚集了大量负离子，图1-2过滤电位形成示意图在地层内部聚集了大量正离子，这样在地层和泥浆接触面两端形成的电位称为过滤电动势，用表示，如图1-2所示。在泥浆压力大于地层压力的条件下，渗透层处，过滤电位与扩散吸附电位方向一致，其数值与地层和泥浆柱之间的压力差及过滤溶液的电阻率成正比，与过滤溶液的粘度成反比，即：（1-4）式中：—压力差，；—过滤电位系数，与溶液的成分浓度有关；—过滤溶液的电阻率，—过滤溶液粘度，。过滤电位只有当地层与泥浆柱压力差很悬殊时，而且在泥饼形成以前，才有较大的显示。但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，相差不是很大，而且在测井时已形成泥饼，因此一般井内过滤电位的作用可忽略不计。在砂泥岩剖面的井中的自然电场主要由扩散电位和扩散吸附电位组成。第二节自然电位测井曲线特征由于泥岩（或页岩层）岩性稳定，在自然电位测井曲线上显示为一条电位不变的直线，将它称为自然电位的泥岩基线；在渗透性砂岩段，自然电位曲线偏离泥岩基线，在足够厚的砂岩层中，曲线达到固定的偏转幅度，定为砂岩线。自然电位曲线的异常幅度就是地层中点的自然电位与基线的差值。如图1-3所示，图1-3为含水纯砂岩的自然电位理论曲线。通常把井中巨厚纯水层砂岩井段的自然电位幅度近似地认为是静自然电位，其值等于扩散电动势与扩散吸附电动势之和。横坐标为自然电位与静自然电位之比，纵坐标为地层厚度，曲线号码为层厚与井径之比。当上下围岩岩性相同时，曲线特征为：（1）当地层泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同时，自然电位曲线关于目的地层中心对称，地层中心处异常值最大；（2）地层越厚，越接近，地层厚度变小，下降，曲线顶部变尖，底部变宽；（3）当地层较厚（4）时，的半幅点对应地层的界面，因此较厚地层可用曲线半幅点确定地层界面，随着厚度的变小，对应界面处的曲线幅度值离开半幅点向曲线峰值移动。实测曲线与理论曲线特点基本相同，但由于测井时受多方面因素的影响，实测曲线不如理论曲线规则，见图1-4。渗透性砂岩的自然电位对泥岩基线而言，可向左或向右偏移，它主要取决于地层水和泥浆溶液的相对矿化度。当时，砂岩层段自然电位出现负异常，当时，砂岩层段出现正异常；当时，不存在造成自然电场的条件，则没有自然电位异常出现。和的差别越大，造成自然电场的电动势越大。第三节自然电位曲线影响因素一、渗透层自然电位异常幅度的计算对于砂泥岩层段来说，自然电流回路的总自然电位经推导为：（1-5）式中：—自然电位系数；—砂岩的地层水矿化度，—泥浆滤液的矿化度。自然电位实际上是自然电流在井内泥浆电阻上的电位降，即：（1-6）二、曲线影响因素由（1-6）式可以看出，测量的自然电位幅度值与造成自然电场的总电动势、井内泥浆电阻、泥岩电阻以及砂岩电阻有关。1）岩性和矿化度比值的影响自然电位异常幅度值与总自然电动势成正比，取决于岩性和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率的比值（即），所以岩性和地层水矿化度与钻井液滤液矿化度的比值直接影响的异常幅度。在砂泥岩剖面，自然电位曲线以泥岩为基线。在含水纯砂岩层中，自然电位幅度最大，；随泥质含量的增加，下降，导致下降。2）地层厚度和井径的影响图1-3为不同的地层厚度纯水砂岩的自然电位理论曲线，主要说明在其他条件完全相同的情况下，地层厚度（h/d）对自然电位幅度和形状的影响。为记录的自然电位异常幅度值，为静自然电位，从图中可以看出，当地层厚度h>4d时，自然电位异常幅度近似等于静自然电位；当地层厚度h<4d时，自然电位异常幅度小于静自然电位，厚度越小，差别越大，异常顶部变窄，底部变宽，这时不能用半幅点确定地层界面。其原因是：地层厚度减小，地层电阻增大，井内钻井液电阻减小，所以减小。若地层厚度一定时，井径减小，h/d增大，井内钻井液电阻增大，则增大。3）地层电阻率，钻井液电阻率以及围岩电阻率的影响随着的增大，自然电位幅度值降低。这是由于增大（或减小），增大（或减小），则减小。围岩电阻率的变化，同样对自然电位异常幅度值有影响。围岩电阻率增大，则增大使自然电位异常幅度值减小。4）钻井液侵入带的影响在渗透性地层，钻井液滤液渗入到地层孔隙中，使钻井液滤液与地层水的接触面向地层方向移动了一个距离。钻井液侵入带的存在，相当于井径扩大，因而是自然电位异常幅度值降低，因此钻井液的侵入增大，自然电位异常幅度减小。第四节自然电位曲线的应用一、判断岩性，确定渗透性地层自然电位主要是离子在岩石中的扩散吸附作用产生的，而岩石的扩散吸附作用与岩石的成分、组织结构、胶结物成分及含量有密切的关系，所以可根据自然曲线的变化判断岩性和分析岩性的变化。在砂泥岩剖面中，当()时，在SP曲线上，以泥岩为基线，出现负异常的井段，可认为是渗透性岩层，其中纯砂岩井段出现最大的负异常；含泥质的砂岩层，负异常幅度较低，而且随泥质含量的增多，异常幅度下降；此外，含水砂岩的还取决于砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质，一般含水砂岩的比含油砂岩的要高。在识别出渗透层后，可用“半幅点”法确定渗透层的上下界面位置（条件：h>4d，d为井径）。如果h<4d，用“半幅点”法确定的渗透层厚度一般要大于实际地层的厚度，结果会产生较大的误差。二、计算地层水电阻率在求地层水电阻率时，要选择剖面中较厚的饱含水的纯净砂岩层，读出该层的，近似认为是静自然电位，并根据泥浆资料确定，由下式计算地层水电阻率：（1-7）三、估计地层的泥质含量泥质含量和其存在状态对砂岩产生的扩散吸附电动势有直接影响，因此可根据自然电位曲线估计泥质含量。如果在一个地区使用这种方法，必须进行大量的试验工作，通过建立和泥质含量之间的定量关系，然后才能利用自然电位曲线估计岩层的泥质含量。有以下两种方法：(1)对某一地区，通过试验，应用数理统计方法建立与之间的关系曲线，再根据自然电位曲线确定地层的泥质含量。(2)利用经验公式估算：（1-8）式中：PSP含泥质砂岩的静自然电位；SSP为本地区含水纯砂岩的静自然电位。四、判断水淹层位为提高油田采收率，在油田开发过程中，采取分片切割注水采油的方法。由于油层渗透率不同，注入水推进的速度也不一样。如果一口井的某个油层见了水，这个层就称水淹层。水淹层在自然电位曲线上显示特点较多，由于各地区的储集层特点不同，故水淹层在自然电位曲线上的特点不尽相同，所以要根据本地区的曲线变化规律判断水淹层。对部分水淹层（油层底部或顶部见水），自然电位曲线的基线在该层上下发生偏移，出现台阶，见图1-5。这是一种比较普遍的现象，据此可判断水淹层；另外，根据基线偏移的大小，可以估算水淹程度。第二章电阻率测井（8学时）电阻率法测井是地球物理测井中最基本、最常用的测井方法，它包括普通电阻率测井、微电极测井、侧向测井、感应测井和自然电位测井等，尽管这些方法的具体特点和所要解决的问题各不相同，但它们的实质都是进行地层电阻率测量。在井孔中测量地层电阻率时，必须向岩层通入一定的电流，在地层中形成电场，电场分布的特点取决于周围介质的电阻率和供电电极及测量电极间的位置。因此，只要测量出各种介质的电场分布特点就可确定介质的电阻率，所以电阻率测井实质是研究各种介质中电场的分布问题。第一节普通电阻率测井普通电阻率法测井是把一个普通的电极系（由三个电极组成）放入井内，另一个电极留在地面，测量井内岩石电阻率变化的曲线。在测量地层电阻率时，要受井径、泥浆电阻率、上下围岩及电极距等因素的影响，测得的参数不等于地层的真电阻率，而是被称为地层的视电阻率。因此普通电阻率测井又称为视电阻率测井。埋藏在地下的岩石的电阻率，是一个既不能直接观察又不能直接测量的物理量，只有当电流通过它的时候才能间接地测出来。因此，在测量电阻率时，必须由供电电极A、B供电，向岩层通入一定的电流，在井内建立电厂，然后用测量电极M、N进行电位差测量，研究岩石电阻率不同对电场分布的影响，从而进一步找出电位差与岩石电阻率之间的关系。A、B、M、N四个电极中的三个形成一个相对位置不变的体系，称为电极系，见图2-1。测井时电极系放入井中，而另一个电极放在地面，当电极系由井底向井口移动时，便可测量出一条岩石电阻率曲线。一、均匀介质电阻率的测量假定井眼所穿过的地层是均匀各向同性的无限大介质，即岩性相同，且电阻率都是R。以点电源A（电流强度为I）,空间任取一点P，它到A的距离为r，以r为半径作一球，求球面上任一点P的电位。球面上的电流密度为：（2-1）由欧姆定律的微分形式可知：（2-2）而（2-3）所以（2-4）当时，，C=0故，则均匀介质中任一点的电位为：（2-5）（1）若将点电源放在P点，则它在A点产生的电位也是，电场的这种性质称为电位的互换原理。对于非均匀介质，这个原理也是适用的。（2）如果在均匀介质中放置，…个点电源，其电流强度分别为，…，它们距P点的距离分别为，…，那么所有点电源在P点所产生的电位是各个点电源单独在P点产生的电位的代数和，即：（2-6）电场的这种性质称为电位的叠加原理。在均匀介质中，电阻率R与电位U之间存在着简单的关系，由即可求出R，普通电阻率测井正式利用了这一原理。图2-1是普通电阻率测井的测量原理线路。将由供电电极和测量电极组成的电极系A、M、N或M、A、B放入井内，而把另一个电极B或N放在地面泥浆池中，作为接地回路电极，电极系通过电缆与地面上的电源和记录仪相连接。当电极系由井内向井口移动时，供电电极A、B供给电流I，测量M、N电极间的电位差。通过地面记录仪可将电位差转换为地层视电阻率。对图a，供电电极A的电流I和电极B的电流-I对测量电极M点的电位都有贡献。（2-7）N点离A,B点很远，则。因此：（2-8）（2-9）—电极系系数，它的大小与电极系中三个电极之间的距离有关。对如果用图b的线路进行测量，可以证明R的表达式与（2-9）式完全相同，但这时的电极系系数为：(2-10)由此可见，均匀介质中的电阻率与测量电极系的结构、供电电流以及测量电位差有关，当电极系结构和供电电流大小一定时，均匀介质的电阻率与测量电位差成正比。二、视电阻率以上的分析，都是假定电极系处在均匀介质中，但实际测井遇到的情况要复杂得多。石油勘探的目的层具有较好的孔隙性和渗透能力，钻井过程中，由于泥浆柱的压力大于地层压力，泥浆的滤液向渗透层的孔隙中渗透，在渗透层靠近井壁的部分形成泥浆滤液的侵入带，并在井壁上形成泥饼。侵入带内泥浆滤液的分布是不均匀的，靠近井壁的部分，泥浆滤液把孔隙中原有的液体全部赶跑，占据了整个孔隙空间，这部分叫泥浆冲洗带，靠近冲洗带地层孔隙中是泥浆滤液和地层流体的混合物，该部分称为过渡带。而地层中未被泥浆干扰的地层称为原状地层。另外，渗透层的厚度也是有限的，其顶部和底部都为非渗透的地层，称为目的层的上下围岩。以上各个部分（原状地层，泥浆侵入带，泥饼，上下围岩，井内泥浆），其电阻率、（冲洗带电阻率用表示）、、和通常是不同的。在这种井剖面的情况下，测量的电位差除了受地层真电阻率影响外，还要受、、、，井径，侵入带直径，以及地层厚度h和电极系结构等因素的影响，因此不能用（2-9）式简单地求解地层的真电阻率。但是在井中实际测量的电位差，仍然可以代入公式（2-9）中计算电阻率，在这种复杂情况下求出的电阻率称为地层的视电阻率，用表示，则：（2-11）一般来说，地层的视电阻率不同于地层的真电阻率，但是选择适当的电极系和测量条件，可以使测量的视电阻率主要反映地层电阻率的变化。因而可以利用在井内测量的视电阻率曲线，来研究钻井剖面地层电阻率的相对变化。三、电极系电极相对位置不同，会形成不同的电场，也就组成了不同的电极系。在电极系的三个电极中，有两个在同一线路(供电线路或测量线路)中，叫成对电极或同名电极，另外一个和地面电极在同一线路（测量线路或供电线路）中，叫不成对电极或单电极。根据电极间的相对位置的不同，可以分为梯度电极系和电位电极系。1.电位电极系：不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离小于成对电极间距离的电极系。电位电极系中成对电极之间的距离（或）较大，即或。电位电极系的电极距为单电极（不成对电极）到最近它那个成对电极之间的距离，即L=。的中点O称为深度记录点，表示电极在井内的深度位置，在某一深度位置上测得的可看作记录点处的。当成对电极系中的一个电极放到无限远处时，即，可认为N电极对测量无影响，只有A、M对测量是有意义的，这种电位电极系称为理想电位电极系。对理想电位电极系其所求得电阻率为：（2-12）从式中可看出视电阻率和测量点M的电位成正比，故此电极系称为电位电极系。此外，电位电极系又可分为：正装电位电极系：成对电极在不成对电极之下的电位电极系。倒装电位电极系：成对电极在不成对电极之上的电位电极系。另外，根据供电电极的多少，电位电极系又分为单极供电电位电极系和双极供电电位电极系。2.梯度电极系：不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离大于成对电极间距离的电极系。电极系的三个电极之间有三个距离：，，或，，这三个距离当中，梯度电极系中成对电极之间的距离（或）最小，即或，梯度电极系又分为正装梯度电极系和倒装梯度电极系两种：正装梯度：成对电极在不成对电极之下的梯度电极系。由于正装梯度电极系测出的曲线在高阻层底界面出现极大值，所以也叫底部梯度电极系。倒装梯度：成对电极在不成对电极之上的梯度电极系。由于倒装梯度电极系测出的曲线在高阻层顶界面出现极大值，所以也叫顶部梯度电极系。另外，根据供电电极的多少，梯度电极系又分为单极供电梯度电极系和双极供电梯度电极系。梯度电极系的电极距为不成对电极到成对电极中点之间的距离，即L=。的中点O称为深度记录点。当成对电极间的距离无限小（在极限情况下等于0）时的梯度电极系叫理想梯度电极系。对理想梯度电极系其所求得电阻率为：（2-13）从式中可看出视电阻率和深度记录点O的电位梯度成正比，故此电极系称为梯度电极系。此外，电极系的表示方法：通常按照电极在井中的次序，由上到下写出代表电极的字母，字母间写出相应电极间的距离，（以米为单位）表示电极系的类。如：A0.4M0.1N表示电极距为0.45m的底部梯度电极系，电极A、M之间的距离为0.4m，M、N之间的距离为0.1m。不同电极系的探测深度也是不同的。探测深度通常以探测半径r来表示，在均匀介质中，以供电电极为中心，以某一半径划一假想球面，若假想球面内包含的介质对电极系测量结果的贡献占整个测量结果的50%，则此半径r就是该电极系的探测深度或探测半径。一般梯度电极系的探测范围是1.4倍电极距L，而电位电极系的r=2L。由此可知，L越大探测深度也越大。第二节视电阻率曲线的影响因素一、视电阻率曲线特征假定只有一个高电阻率地层，上下围岩的电阻率相等，并且没有井的影响，采用理想电极系进行测量。来看一下视电阻率的理论曲线。1.电位电极系视电阻率曲线特征（1）当上下围岩电阻率相等时，电位电极系的视电阻率曲线关于地层中心对称（2）当地层厚度大于电极距时，对应高电阻率地层中心，视电阻率曲线显示极大值；地层厚度越大，极大值越接近于地层真电阻率（图2-3）；当地层厚度小于电极距时，对应高阻层中心，曲线出现极小值。（3）在地层界面处，曲线上出现“小平台”，其中点正对着地层的界面，随层厚降低，“小平台”发生倾斜；当时，“小平台”靠地层外侧一点为高值点，出现假极大值。（4）对厚层取曲线的极大值作为电位电极系的视电阻率数值。2.梯度电极系视电阻率曲线特征（1）曲线与地层中点不对称，对着高阻层，底部梯度电极曲线在地层底界面出现极大值，顶界面出现极小值；顶部梯度电极曲线在高阻层顶界面出现极大值，底界面出现极小值，而且两者的曲线形状正好倒转。这是确定地层界面的重要特征，由此可用来确定高阻层的顶底界面，见图2-4。（2）地层厚度很大时，在地层中点附近，有一段视电阻率曲线和深度轴平行的直线，其值等于地层的真电阻率曲线（用来确定地层的真电阻率）。（3）对于h>L的中厚度岩层，其视电阻率曲线与厚地层的视电阻率曲线形状相似，但随着厚度的减小，地层中部视电阻率曲线的平直段变小直到消失，见图2-4。（4）当用底部梯度电极系时，在薄的高阻层下方出现一个假极大值，它距高阻层底界面为一个电极距，见图2-5。视电阻率曲线的主要应用有划分岩性剖面，计算储层的孔隙度和含油饱和度，定性判断油水层和进行地层对比。二、视电阻率曲线影响因素前面讨论的理论曲线是在理想条件下作出来的，即地层是水平的，采用理想电极系，不考虑井的影响。实测曲线由于受井的影响变得平缓且曲线幅度降低，为正确使用视电阻率曲线，有必要研究各种条件对视电阻率曲线的影响。（1）井径、层厚的影响当地层电阻率、电极距、泥浆电阻率等因素一定时，随着h/d降低（井径加大或地层厚度减小），视电阻率曲线变得平滑。所以在其它条件相同时，高阻薄层视电阻率曲线的幅度值比厚层要偏低。井径变化对视电阻率曲线的影响，归根结底是由于井内泥浆的影响。通常泥浆电阻率低于地层电阻率，井径扩大，井的扩大，井的分流作用增大，视电阻率值降低。为了使视电阻率曲线具有很好的划分地层的能力，要求钻井泥浆的电阻率要大于五倍地层水电阻率。（2）电极系的影响从理论曲线分析中可知，电极系类型不同，所测视电阻率曲线形状不同。即使同一类型的电极系在同样的测量条件下，电极系的尺寸不同，所测的视电阻率曲线的形状及幅度也不一样。（3）侵入影响采用不同电阻率的泥浆钻井时，会对渗透性地层产生泥浆高侵和泥浆低侵现象，视电阻率会受到影响。泥浆高侵（增阻泥浆侵入）：地层孔隙中原来含有的流体的电阻率较低，电阻率较高的泥浆滤液侵入后，使侵入带岩石电阻率升高。这种情况多出现在水层。泥浆低侵（减阻泥浆侵入）：地层孔隙中原来含有的流体的电阻率比渗入地层中的泥浆滤液的电阻率高时，泥浆滤液侵入后，使侵入带岩石电阻率降低。这种情况一般出现在地层水矿化度不很高的油层。泥浆侵入对于测量和确定岩层真电阻率是一种因素，但也可根据侵入类型粗略地估计渗透层含油、水情况。（4）高阻邻层的屏蔽影响以上讨论的是单一高电阻率地层的视电阻率曲线。实际测井工作中，经常碰到的是许多高电阻率地层和低电阻率地层交互出现。如果各高阻层之间的距离小于2个电极距，则相邻高阻层对供电电极发出的电流产生屏蔽作用，因而使曲线形态发生畸变，见图2-6。实践证明，高阻邻层的屏蔽作用，不仅与地层厚度，地层电阻率有关，而且还和电极系类型，电极距，夹层厚度有关。在定性分析屏蔽影响时，要考虑以下几点：a、位于单电极方向的高阻层，可对另一高阻层产生屏蔽影响，但后者对前者的读数基本上不产生影响。b、当两个高阻层之间的距离小于电极距时，可产生减阻屏蔽。c、当两个高阻层之间的距离大于电极距时，可产生增阻屏蔽。（5）地层倾斜的影响理论曲线是在水平岩层中得出的结果，而实际上大部分岩层总有些倾斜，所以实测曲线与理论曲线形状和幅度都有所不同，见图2-7。其它条件均相同，只改变地层倾角，所测的梯度电极系视电阻率曲线发生变化。若把利用倾斜地层中所测的划分岩层所得到的厚度定义为视厚度。其曲线特点为：随地层倾角增大，极大值向地层中心移动，使曲线变得较对称；曲线的极大值随增大而降低，曲线变得平缓，极小值模糊不清；，越大，和差别越大。时，曲线还保持曲线的基本特征，只是确定的岩层厚度偏高。因此，在用视电阻率曲线来确定地层真电阻率时，必须经过多次校正。三、标准测井在一个地区或一个油田，为了研究岩性变化、构造形态和大段油层的划分和对比工作，常用相同的深度比例（一般为1：500）及相同的横向比例，采用相同的测井系列，作为划分标准层及进行地层对比的基本图件。标准测井包括有2.5米第三节侧向测井为了评价含油性，必须较准确的求出地层的电阻率，在地层厚度较大、地层电阻率和泥浆电阻率相差不太悬殊的情况下，可以采用普通电极系测井来求地层电阻率；但在地层较薄、电阻率很高，或者在盐水泥浆的情况下，由于泥浆电阻率很低，使得电极流出的电流大部分都在井和围岩中流过，进入测量层的电流很少。因此测量的视电阻率曲线变化平缓，不能用来划分地层、判断岩性。另外，在存在砂泥岩交互层的地区，高阻邻层对普通电极系的屏蔽影响很大，使其难以求出地层真电阻率。一、三电极侧向测井基本原理三侧向测井电极系是一个长的金属圆柱体，它被绝缘材料(绝缘环)分隔成三部分，如图2-8。中间的为主电极，两端的、为屏蔽电极，它们对称地排列在主电极两侧，且相互短路。在电极系上方较远处设有对比电极N和回路电极B，电极系在井中的工作状态和电流分布特点如图2-9。测井过程中，主电极和屏蔽电极、分别通以相同极性的电流和，保持为一常数，通过自动调节装置调节，使、的电位始终保持和的电位相等，沿纵向的电位梯度为零。这就保证了电流不会沿井轴方向流动，而绝大部分呈水平层状进入地层，这样大大减小了井和围岩的影响，使三侧向具有较高的分层能力。测量的是主电极（或任一屏蔽电极）上的电位值。因为主电流保持恒定，故测得的电位依赖于地层电阻率的大小。三侧向电极系的深度记录点在主电极的中点，测得的视电阻率可表示为：（2-14）三侧向测井由主电极流出的电流在屏蔽电极电流的作用下，呈水平层状进入地层，这样大大减小了井和围岩的影响，使三侧向具有较高的分层能力，适合在高矿化度泥浆中使用。上述三侧向测井的分层能力较强，并且探测深度较深，通常把这种三侧向测井称为深三侧向测井，它主要反映原状地层的电阻率变化。在三侧向测井测井中，为了准确了解径向电阻率（如侵入带电阻率和原状地层电阻率）的变化，提出了浅三侧向测井。浅三侧向测井的探测深度较浅，其电极系结构如图2-8所示。其特点是：屏蔽电极、的尺寸比深三侧向测井要短，减弱了屏蔽电流对主电流的控制作用，并在和外面加上两个极性相反的电极和，作为主电流和屏蔽电流的回路电极，使主电流径向流入地层不远处即发散。所测出的视电阻率主要反映井壁附近岩层电阻率的变化。在渗透层井段就反映侵入带的变化。图2-8所给的是一种实际应用的深、浅三侧向电极系，电极系尺寸如下（单位为m）（其中电极上面的数值表示该电极的长度，两个电极之间的数值表示电极之间相隔的距离）。浅三侧向：深三侧向：仪器全长3.6m，仪器直径为0.089m。二、影响三侧向测井视电阻率的因素1.曲线的影响因素三侧向测井的视电阻率理论曲线特征与电位电极系的视电阻率曲线相似，当上下围岩电阻率相等时，曲线关于地层中心对称，在高阻地层中，视电阻率出现极大值；当上、下围岩电阻率不等时，则曲线呈不对称形状，且极大值移向高阻围岩一方。的影响因素包括两方面，电极系参数和地层参数。前者影响电极系K，后者影响电极系的电位。电极系参数包括电极系长度、主电极长度及电极系直径。电极系愈长，主电流聚焦越好，主电流进入地层的深度也越深。计算表明，当电极系尺寸大到一定程度后，该改变电极系长度，对探测深度几乎没有什么影响。另外，主电极长图2-9深三侧向测井的电流分布度对曲线的纵向分层能力有影响，主电极越短，分层能力越强。所以，为划分地层剖面，应选择合适的主电极长度。下面讨论地层参数的影响。（１）层厚和围岩的影响当层厚大于4L（L为主电极长度）时，围岩对测量的基本上没有影响，然而对厚度小于或接近于L的地层，受围岩影响比较明显，层厚较薄时，电流层受低阻围岩影响而分散，使值降低，地层越薄，围岩电阻率越小，值降低越多。（2）侵入带的影响侵入带的影响与电极系的聚焦能力、侵入深度和侵入带电阻率有关，侵入越深或电极系的聚焦能力越差，侵入带的影响则相对增加。在侵入深度相同条件下，随着侵入带电阻率的增加，它对的影响也相对增加，并且增阻侵入比减阻侵入对影响更大些。2.曲线的主要应用三侧向测井实质上是视电阻率测井的一种，它能解决的问题与普通电阻率测井相同。但是它受井眼、层厚、围岩的影响较小，分层能力较强，是划分不同电阻率地层的有效方法，特别是划分高阻薄层，比普通电极系视电阻率曲线要清楚得多。（１）深浅三侧向曲线重叠法判断油水层。由于三侧向的视电阻率曲线受泥浆侵入带的影响，而油层和水层侵入的性质一般情况下是不同的。油层多为减阻侵入，而水层多为增阻侵入。一些油田曾采用两种不同探测深度（深浅）的三侧向视电阻率曲线，进行重叠比较的方法判断油水层。在油层(泥浆低侵)处，一般深三侧向的视电阻率值大于浅三侧向的视电阻率的值，曲线出现正异常，在水层(泥浆高侵)处，一般深三侧向的视电阻率值小于浅三侧向的视电阻率值，曲线出现负异常。（2）划分地质剖面（分层）三侧向测井受井眼、层厚、邻层的影响较小，纵向分层能力较强，通常在曲线开始急剧上升的位置为地层界面。（3）确定地层电阻率利用三侧向的视电阻率确定地层电阻率时和普通电极系一样，仍然遇到三个未知数（地层真电阻率），（侵入带电阻率）和D（侵入半径）。结合微侧向测井求得，再利用深浅三侧向的侵入校正图版就可求出和D。三、双侧向视电阻率曲线特点及应用双侧向测井是在三侧向和七侧向的基础上发展起来的，它采用两个柱状电极和七个体积较小的环状电极，电极系结构如图2-10。其中是主电极，两对监督电极和、和以及两对屏蔽电极和、和，每对电极对称地分布在两侧，并短路相接。电极系深度记录点为主电极的中心，为增加探测深度,和不是环状而是柱状电极，与三侧向的屏蔽电极相同。测量时电极供以恒定电流，两对屏蔽电极和、和流出相同极性的屏蔽电流、，通过自动调节电路保持监督电极和（或和）间的电位差为零，柱状屏蔽上的电位与环状屏蔽电极上的电位的比值为一常数。即(或)。然后，测量任一监督电极（如）和无穷远电极之间的电位差。在主电流恒定不变的情况下，测得的电位差和介质的视电阻率成正比：（2-15）其中：K为双侧向的电极系系数，可由实验或理论计算获得；为上的电位。双侧向测井顾名思义，它也分为深双侧向和浅双侧向，深双侧向的探测深度较深，所测的视电阻率主要反映原状地层电阻率；浅双侧向的探测深度较浅，所测的电阻率与侵入带电阻率有关。双侧向电极系尺寸如下：仪器全长9.36m。由此可见，浅双侧向与深双侧向的尺寸一样，其不同之处在于把柱状屏蔽电极和改成电流的回路电极、。双侧向测井资料应用于三侧向基本相同。第四节冲洗带电阻率测井微电极测井是在普通电阻率测井的基础上发展起来的一种测井方法，它采用特制的微电极测量井壁附近地层的电阻率。普通电阻率测井能从剖面上划分出高阻层，但它不能区分这个高阻层是致密层还是渗透层；另外，在含油气地区经常会遇到砂泥岩的薄交互层，而由于普通电极系的电极距较长，尽管能增加探测深度，但难以划分薄层（这是一对矛盾）。因此，为解决上述实际问题，在普通电极系的基础上，采用了电极距很小的微电极测井。一、微电极测井1.微电极测井原理微电极系的电极距比普通电极系的电极距小得多，为了减小井的影响，电极系采用了特殊的结构，测井时使电极紧贴在井壁上，这就大大减小了泥浆对结果的影响。我国微电极测井普遍采用微梯度和微电位两种电极系，其仪器结构是在一起的主体上装2-3个弹簧片作为扶正器，其中一个弹簧片山装有硬橡胶板，在橡胶板上签有三个电极、、，为供电电极，、为测量电极，电极间的距离为0.025m，测量过程中，装有弹簧片的扶正器使极板紧贴井壁进行测量，尽量减少钻井液对测量结果的影响。橡胶板上的三个电极组成两种类型的微电极系，见图2-11。其中0.0250.025为微梯度电极系，微梯度的电极距为0.0375m，由0.05组成的微电位电极系电极距为0.05m。由于电极距很小，它的探测深度都很小，实验证明微梯度电极系的探测范围只有5cm，微电位的约为8cm左右。在渗透性地层处，由于泥浆滤液侵入地层中，在井的周围形成泥浆滤液侵入带，井壁上形成了泥饼，侵入带内的泥浆滤液是不均匀的。靠近井壁附近，孔隙内几乎都是泥浆滤液，这部分叫泥浆冲洗带，它的电阻率大于5倍的泥饼电阻率，而泥饼电阻率约为泥浆电阻率的1～3倍。在非渗透的致密层和泥岩层段，没有泥饼和侵入带。渗透层和非渗透层的这种区别，是区分它们的重要依据。由于微梯度和微电位电极系探测半径不同，因此泥饼、泥浆薄膜（极板与井壁之间夹的泥浆）和冲洗带电阻率对它们的影响不同，探测半径较大的微电位电极系主要受冲洗带电阻率的影响，显示较高的数值。微梯度受泥浆影响较大，显示较低的数值。因此在渗透性地层处，微梯度和微电位测量的视电阻率曲线出现幅度差，利用这个差异可以判断渗透性地层。在渗透性地层处，微电位的读数大于微梯度的读数，显示出的幅度差称为正幅度差，反之，显示出的幅度差称为负幅度差。利用微梯度和微电位的视电阻率曲线的差别研究地层，必须使微电极系和井壁的接触条件保持不变，所以要求微梯度和微电位同时测量。2.微电极测井资料的应用选用微梯度和微电位两种电极系以及相应的电极距，目的是要它们在渗透性地层段出现明显的幅度差，因此，不但要求两者同时测量，而且要将两条视电阻率曲线画在一起，采用重叠法进行解释，见图2-12。根据现场实践，微电极测井主要有以下几种应用：1）确定岩层界面，划分薄层和薄的交互层通常依据微电极测井曲线的半幅点或曲线分离点确定地层界面，一般可划分20cm厚的薄层，薄的交互层也有较清楚的显示。2）判断岩性和确定渗透性地层在渗透性地层处，微电极测井曲线出现正幅度差，在非渗透性地层处没有幅度差，或出现正负不定的幅度差。根据微电极测井视电阻率值的大小和幅度差的大小，可以判断岩性和确定地层的渗透性。（1）含油砂岩和含水砂岩一般都有明显的正幅度差，如果含油砂岩和含水砂岩的岩性相同，则含水砂岩的幅度和幅度差都略低于含油砂岩。砂岩含油性越好，这种差别越明显这是由于含油砂岩的冲洗带中，有残余油存在的缘故。如果砂岩含泥质较多，含油性变差，则微电极曲线幅度和幅度差均要降低。（2）泥岩。微电极曲线幅度低，没有幅度差或有很小的正负不定的幅度差，曲线呈直线状，具有砂泥岩剖面中典型的非渗透岩层曲线特点。（3）致密砂岩或钙质砂岩。微电极曲线幅度特别高，常呈锯齿状或刺刀状，由幅度大小不等的正或负的幅度差。3）确定井径扩大井段在井内，如有井壁坍塌形成大洞穴时，微电极系的极板悬空，所测视电阻率曲线幅度低，和相同。4）扣夹层，求有效厚度在评价有致密薄夹层和泥岩夹层的含油砂岩层时，需求出含油层的有效厚度。由于微电极曲线具有划分薄层和区分渗透和非渗透岩层的两大特点。在油层中把非渗透性和致密薄夹层从含油气层总厚度中扣除就得到有效厚度。5）确定冲洗带电阻率和泥饼厚度微电极测井探测深度浅，因此可利用校正图版来确定冲洗带电阻率和。二、微球形聚焦测井微侧向和邻近侧向在合适条件下，确定是可靠的。但是前者探测深度较浅，受泥饼影响大，后者可克服泥饼厚度的影响，但探测深度较大，在一定范围内受原状地层电阻率的影响，只适合侵入较深的地层。微球聚焦测井既具备了两者的优点，又克服了两者的缺点，探测深度适当，介于微侧向和邻近侧向之间，受泥饼和原状地层的影响较小，主要反映侵入带电阻率的变化。1.微球形聚焦测井原理微球形聚焦测井又称微球聚焦测井，其电极系结构如图所示。电极的尺寸较小，镶嵌在绝缘极板上，借助于推靠器，使电极与井壁直接接触。主电极为长方形，依次向外为测量电极、辅助电极以及监督电极、，它们为矩形环状电极。极板的金属护套和支撑板作为回路电极。由供给的电流一部分流到辅助电极，成为辅助电流，用表示；另一部分电流进入地层，流经一段距离后回到较远的回路电极，这部分电流称为测量电流，用表示。测量时，通过仪器自动控制，调节和的大小，使监督电极和上的电位相等；而测量电极与监督电极和之间的电位差等于一固定参考值。此时，通过到、中点的等位面近似于球形，这就是球形聚焦测井名称的由来。由于监督电极之间的电位差为零，辅助电流只能在测量井段内的泥饼中流动，这就减小了泥饼的影响，由于和极性相同，迫使主电流以很细的电流束流入地层中，对渗透性地层，即穿过泥饼，流到侵入带中，由于电极距小，探测深度浅，不受原状地层电阻率影响。由于微球聚焦测井时极板紧贴在井壁上，测量结果受井眼影响较小，是确定侵入带电阻率较好的方法。测得的视电阻率可用下式表示：（2-16）（2）微球形聚焦测井资料的应用微球聚焦测井探测深度介于微侧向和邻近侧向之间，受泥饼影响小，在确定冲洗带电阻率中起重要作用，且纵向分层能力强。1)划分薄层由于主电流以很细的电流束穿过泥饼进入地层，受泥饼影响小，对地层的电阻率变化十分敏感，在岩性不同的界面处有明显的变化，纵向分辨能力强。2）确定3）双侧向—微球形聚焦测井组合测井微球形聚焦测井一般与双侧向组合成一种综合下井仪器。一次下井能提供以下曲线：(1)深侧向测井电阻率()曲线(2)浅侧向测井电阻率()曲线(3)微球形聚焦测井电阻率()曲线(4)自然电位曲线(5)井径曲线该组合具有三种不同的探测深度：深侧向、浅侧向及微球聚焦测井。第五节感应测井在前面讨论的直流电法测井(普通电阻率、侧向测井等)中，都是在井下地层形成直流电场，通过测量井轴周围地层的电位分布，即可求出地层的电阻率。只有当井内有导电泥浆时，才能使用这些方法。有时为了获得原始含油饱和度资料，需要油基泥浆钻井;有时为了避免破坏地层的原始渗透性，采用空气钻井。在这样的条件下，井内没有导电介质，不能使用直流电法测井。为了解决这一问题，利用电磁感应原理。如图所示，当线圈中通以交流电时，在的周围空间形成交变电磁场，并在线圈中产生感应电动势。交变电磁场在导电介质中可以传播，在不导电介质中也可以传播。因此可以应用电磁感应原理克服非导电介质的影响。一、感应测井基本原理把地层看成是一个环绕井轴的大线圈，把装有发射线圈和接收线圈的井下仪器，如图2-14所示，放入井中，对发射线圈通以交变电流，在发射线圈周围地层中产生了交变磁场Φ1，这个交变磁场通过地层，在地层中感应出电流，此电流环绕井轴流动，叫涡流。涡流在地层中流动又产生交变磁场，这个磁场是地层中的感应电流产生的，叫二次磁场Φ2，二次磁场Φ2穿过接收线圈，并在中感应出电流，从而被记录仪记录。很明显，接收线圈中感应产生的电动势大小与地层中产生的涡流大小有关，而涡流大小又与岩石的导电性有关，地层电导率大，则涡流大，电导率小，则涡流小，涡流与电导率成正比，因而接收线圈中的电动势也与电导率成正比。根据记录仪记录到的感应电动势的大小，就可知道地层的电导率。从图2-14中可以看出，接收线圈不仅被二次磁场Φ2穿过，而且被一次磁场Φ1穿过。因而接收线圈中产生的信号有两种：一是由地层产生的，与地层导电性有关的信号，称为有用信号，用VR表示。另一种是由仪器的发射线圈直接感应产生的，这是一种干扰因素，称为无用信号,用VX表示。二者在相位上相差90°。二、复合线圈系复合线圈系是由串联在一起的多个发射线圈和串联在一起的多个接收线圈所组成。它们分别用，，……，和，，……，代表,其匝数分别是，……,和，……，，其中和称为主发射和主接收线圈，它们的匝数和一定是最大的。匝数正、负规定如下：发射线圈的缠绕方向与主发射线圈一致的，匝数为正，否则为负;接收线圈的缠绕方向与主接收线圈一致的，匝数为正，否则为负。为了排除井内介质对测量结果的影响，减小侵入带的影响，可增加补偿线圈，补偿线圈通常放在主双线圈之间，其绕制方向与主线圈相反，这就消除了井影响。同样，为了消除远处介质的影响，使探测深度变浅，也可增加另外的补偿线圈，所以通过对补偿线圈的选择，可以改善线圈系的探测深度以及补偿所要排除部分的几何因子。为了消除上下围岩对测量结果的影响，可增加聚焦线圈，其原理与补偿线圈类似。为使纵向微分特性曲线具有对称性，应成对地增加聚焦线圈，使对线圈系的中点呈对称分布。聚焦线圈使围岩影响显著降低，而且界面也比较清楚。（增加的聚焦线圈应放在主双线圈之外）我国曾广泛使用过的0.8m六线圈系，是由三个发射线圈和三个接收线圈组成的复合线圈系，其主要参数如下:0.60.20.40.20.6-7100-25-25100-7、—主线圈对，分别为主发射和主接收线圈，之间的距离为，叫主线圈距。—补偿发射和补偿接收线圈，位于主线圈对内部，用于改善线圈系的径向特性，减小井、侵入带的影响；线圈符号间的数字是以m为单位的距离，线圈系下边的数字为线圈的匝数，负号的意义是该线圈的绕向与主线圈相反，见图2-15。三、感应测井曲线的应用由于地层电阻率是确定地层含油饱和度的重要参数，必须采取各种手段求准它，感应测井曲线是求准地层电阻率的重要依据，由于感应测井原理是电磁感应，所以电导率高的地层对测量结果贡献大，也就是电阻率小的地层反映敏感。对于较低的电阻率地层，可以给出较好的电导率值。为合理选取感应测井理论图版，必须准确地分层和读数。1.分层对0.8m六线圈系来说，层厚h＞3m，可由曲线半幅点划分地层界面；h＜3m，地层界面不在半幅点处，而是向峰值方向移动。一般情况下不单独用感应测井曲线来分层，应同时考虑微电极，微侧向和短梯度曲线。2.读目的层σa值对感应测井曲线来说，不论高或低电导率地层，其地层中点均对应于曲线极值(极大值或极小值)。我们所选取的视电导率就是这个极值。对高电导率地层取极大值，对低电导率地层取极小值。若地层较厚，而由于岩性不均匀或含油不均匀在中部有微小的起伏，则取中部的面积平均值。若地层中含有薄的泥质或钙质夹层，则将夹层去掉后取余下部分的平均值。3.读围岩电导率①如果围岩是均匀的，可直接读出视电阻率值；②如果围岩是不均匀的，应在靠近界面处读视电导率值(因为这部分围岩的影响最大)。根据感应测井的纵向探测特性，最好在距地层中点5m的范围内取围岩的σa(若h＞=10m，则围岩的贡献可以忽略)。③当地层上、下围岩视电导率不同时，可分别读取上、下围岩的视电导率，取二者的平均值作为围岩的视电导率。第三章声波测井（6学时）声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且声波幅度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、井下声波电视(BHTV)、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等。特别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下地质构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、判断储集层中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带，有着良好的发展前景。第一节岩石的声学特性声波是物质的一种运动形式，它由物质的机械振动产生，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播，声波分为可听见的20~30KHz的声波和30KHz以上的超声波，他们都是机械的弹性波。它是由于机械振动引起弹性体在外力作用下，物体发生弹性形变产生的。这是因为声波的波源产生的能量很小，岩石介质都是呈现弹性体，因此波是靠质点间的相互作用进行传播的，而质点与质点有弹性相互联系着。所以声波在物质中传播的速度、频率和幅度与物质的弹性密切相关。一、岩石的弹性受外力作用发生形变，外力取消后，恢复到原来状态的物体叫弹性体。而当外力取消后不能恢复其原始状态的物体叫塑性体。一个物体是弹性体还是塑性体，不仅和物体本身的性质有关，而且和物体所处的环境有关（温度，压力等）及外力的特点（外力作用形式，时间和大小）有关。一般说外力小、作用时间短，物体表现为弹性体。声波测井发射的声波能量较小，作用在岩石上的时间也短，所以对声波测井来讲，岩石可看作弹性体。因此研究声波在岩石中的传播规律，可以应用弹性波在物质中的传播规律。可用杨氏模量（纵向伸长系数）、切变模量、体积模量、泊松比和拉梅系数等物理量来描述物质的弹性。二、岩石的声速声波在介质中传播，传播方向和质点振动方向相互一致的称为纵波，而传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波。纵波和横波的传播速度、与弹性参数有如下关系：（3-1）其中，为杨氏模量；为泊松比；为介质密度；为拉梅系数。同一介质中：（3-2）由于大多数岩石的泊松比为0.25，所以在岩石中的纵横波速度之比约为1.73。由（3-2）式知道声波速度随岩石的弹性加大而增大，但不会随岩石密度的加大而减小，因为E和还有关系，并且大部分情况随着的增大，E有更高级次的增大，所以增大，岩石的声速一般是增大的。对沉积岩来说，声速除与上述基本因素有关外，还与岩性、岩石的结构、胶结状况、孔隙度的大小、地层的埋藏深度和地层的地质时代有关。三、岩石的声波幅度声波在岩石中传播，由于内摩擦的原因，声波能量会发生衰减，声波能量与幅度的平方成正比，所以幅度逐渐减小。衰减的大小与声耦合率有关，声耦合率是两种介质的声阻抗比。声阻抗是介质密度和传播速度的乘积•。第二节声速测井当声波由一种介质向另一种介质传播时，在两种介质形成的界面上，将发生声波的反射和折射，如图3-1所示：入射波能量一部分被界面反射，另一部分透过界面在第二介质中传播。反射波的幅度取决于两种介质的声阻抗。两种介质的声阻抗之比叫声耦合率。介质1和介质2声阻抗差越大，声耦合率越差，声能量就不易从介质1传到介质2中去。通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小。如果两介质声阻抗相近，声耦合的好，声波几乎都形成折射波通过界面在介质2中传播，这时反射波的能量就非常小。根据波的折射和反射定律，入射角和反射角相等，而入射角和折射角之间满足下列关系：（3-3）当且为固定值时，折射教会随着入射角的增大而增大，当入射角达到某一固定值，折射角等于，此时相应的入射角满足：（3-4）这时在折射区中，折射波以该区域的声波速度沿界面向前滑行传播，这种波称为滑行波，所对应的入射角称为临界角。如果这时传播的波是纵波，则该滑行波为滑行纵波，相应的入射角称为第一临界角，记为；如果这时传播的波是横波，则形成滑行横波，相应的入射角称为第二临界角，记为。一、单发双收声速测井仪的测量原理1.测量原理声速测井是测量滑行波穿越地层单位长度时所用的时间，即时差，单位是us/m。声速测井的下井仪器包括三部分。声系（由发射探头和接收探头组成）、电子线路及隔声体，其中声系是主体。声系的发射探头和接收探头，即换能器，是由压电陶瓷晶体制成，利用这种晶体具有的压电效应的物理性质，以其反效应发生声波，以其正效应接收声波。声速测井仪由发射探头发生声波，在充满钻井液的井中在较大的角度向各个方向传播。其中必然有以临界角的方向入射到第二介质，而且底层速度大于钻井液的声速，所以必然产生在地层中沿井壁附近传播的滑行波。滑图3-2单发双收声系行波在地层中传播的快慢是受岩石性质所决定。滑行波传播到哪里，那个质点都可以作为波源在向四面八方传播，也必然引起钻井液质点振动，接受探头就可以接收到滑行波。首波最容易纪录，所以只记录首波，首波到达第一个接收探头后，关闭电路，第二个接收探头也是被同一首波所触发，记录下两个接收探头的时间差。当然也有钻井液的直达搏，但在钻井液中传播的速度慢，选择合适的距离，就可以接受到地层的滑行波，其它的波却为后续波。接收探头在初至波触发下工作，把声波变为电讯号，进行纪录。对于单发单收声系，如图3-2，由和组成发射和接收探头，源距为，假设井内流体中纵波速度为，井外地层的纵波速度为，则第一临界角的正弦为，声波到达接及探头的路径为，所用时间为：（3-5）所以要做反演计算求，必须已知和井径。但实际测井中，这两个参数是未知的或比较难确定的。所以单发单收声系不利于进行声速测量，一般采用单发双收。如图3-2，声系由发射探头和、两个接收探头组成，且、间的距离为(间距)。同样，声波由到的传播时间为：（3-6）由（3-5），(3-6)得：(3-7)所以地层中纵波的时差为：(3-8)其中是已知的，是实际记录的远近接收探头所接收到的滑行波的到达时间差。但是，实际测量中使用的时差所测量的是声波时差随深度的变化曲线。这样时差的大小就反映地层声速的高低。所以声波速度测井就是测量声波在两个接收探头之间的时间差，它等于间距所对应的地层中传播速度的倒数。仪器的深度记录点即是两个接收探头的中点。测量时由地面仪器把时差转变成与其成比例的电位差加以记录，仪器在井中移动，就得到一条随深度变化的声波时差曲线。两接收探头间的间距的选择应考虑以下问题:如果过大，则所求得的纵波时差是长度为一个间距厚度的地层声速平均效应的贡献，因此不利于薄层分析，而且过大，第二个接收探头由于地层的衰减而记录的滑行纵波幅度很小，不易辨认，易产生记录误差；另一方面，选择过小，则被测量的声波时差的绝对值变小，在地面仪器的精度一定的情况下，则相对误差增大。因此从提高测量精度的角度来看，选择大一些为好。如果地层的纵波速度比较低时，可以选择较小的，这样可以提高薄层的分层能力。2.单发双收声速测井仪存在的缺陷：(1)在井眼比较规则的时候能够测量记录井壁上随深度变化的时差，而且测量结果不受井内泥浆的影响，但如果井眼不规则，测量结果会受井内泥浆声速的影响，且误差较大。(2)单发双收声系存在深度误差。我们规定单发双收声系的记录点为两接收探头的中点。它记录的结果应该是在该记录点附近厚度为的岩层的声速平均值，但实际情况并不是这样。声波在两个接收探头之间传播的距离并不和它们所对应的地层完全重合，见图3-2。这一深度误差在地层速度较高，井径较小时并不大，可忽略；但当地层与相差不大，且井径增大时，如在疏松的泥岩段，井壁坍塌，发生井径扩大，且第一临界角比较大，这一误差可达0.5m，因此，深度误差必须考虑。（阵列声波测井仪器源距和间距可有多种选择）。二、双发双收声系为了消除深度误差及井径不规则所引起的误差。人们一般利用双发双收声系。其电极系结构如图3-3所示。它由两个发射探头、、、组成，、位于中间，和交替发射声波脉冲，由、各记录一次，然后将两次记录的时差求平均值，作为当前、对应的地层的声波时差。下面来分析双发双收声系是怎样减小或消除深度误差和井眼不规则的影响的。1.消除深度误差双发双收声系的记录点位于、的中点。当工作时，反映的是段（中点为）地层的时差平均值。当工作时，反映的是段（中点为）地层的时差平均值。一般认为当、附近的地层岩性没有发生变化时，由于，，因此取两次测量结果的平均值反映的是和中点处的时差平均值。实际记录点为和的中点，此时实际记录点和仪器记录点重合，不再发生图3-3双发双收声系深度误差。2.井眼补偿双发双收声系的另一个特点是将井径变化时对声速的影响减小到最小。通过以前的讨论可知，利用单发双收声系测量声波速度（时差）时，其测量值受井径变化的影响，如图3-4（a）为井径变化时测量到的单发双收声速（时差）示意图。设井内泥浆的速度为，井外地层的纵波速度为，单发双收声系纪录的声波时差为：（3-9）当接收探头在井径扩大部位时，由于，所以纪录的时差值要小于实际的时差；当接收探头在井径扩大部位时，由于，所以纪录的时差值要大于实际的时差。因此，在实际测井时，由于井径的变化，即使在没有岩性变化的情况下，记录的声波时差会随井径的变化而变化。根据以上分析，这种由井径引起的变化有一定的规律，如果发射探头在接收探头之下，则声波时差是先变大，后变小，即曲线向右偏移突起，然后向左偏移凹进，如图3-4（b）所示。当采用双发双收声系时，如图3-4（c）所示，在发射时，声波到达、的时间分别为：（3-10）（3-11）则：（3-12）其中，为地层的纵波声速，为井眼流体的纵波声速，为两接收器的间距。同理，当发射声波脉冲时，记录的时差为：（3-13）也为，的间距。在实际情况中，可近似认为，。所以取平均时差时：（3-14）这样就补偿掉了井眼不规则的影响。另外，双发双收声系还可克服仪器倾斜的影响。双发双收声系的缺点是薄层分辨能力差，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波必须是入射波在传播过程中以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射，使得两次时差记录的井段不能完全重合。特别是低速地层和大井径的井眼，这一问题更为明显，而且有时会出现“盲区”现象。主要是滑行波在传播时必须是以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，特别是低速地层和大井径的井眼，由于临界角大，这些现象更明显。如图3-5，当发射声信号时，和记录到的时差反映的是井段上的值；当发射时，和记录到的时差反映的是井段上的值，因此，双发双收井眼补偿声波测井值并不能反映两个接收探头和所对应地层的声速时差，也就是说，整个接收探头所对应的地层好像探测不到一样。把这种由于双发双收声系测量引起的探测不到的地层层段称为盲区。三、影响声速测井因素1、井径的影响。扩径段声波时差发生变化，使时差曲线出现假异常。2、层厚的影响。声速测井仪对小于间距的薄地层分辨能力较差。减小间距可以提高对于薄层的分辨能力，但是记录精度就受影响了，特别是探测深度也随之变浅。3、周波跳跃的影响含气的疏松砂岩、裂缝发育的地层以及泥浆气侵的井段，由于声能量的严重衰减，经常出现周波跳跃现象。声波在具有裂缝和溶洞的地层中传播时，会因产生多次反射而使能量明显衰减，特别是裂缝发育层段，滑行纵波的幅度急剧衰减，以致第二道接收波列的首波不能触发记录，而往往是后续波以后的第二、第三或者第四各续至波触发记录。这在声速时差曲线上表现为时差急剧增大，增大的数值有一定的规律，那就是以声波中心频率周期的倍数增大，这种现象称为“周波跳跃”。所以周波跳跃是疏松砂岩气层和裂缝发育地层的一个特征，可被利用来寻找气层或裂缝带。四、声波时差测井资料的应用1.声波测井曲线声波测井曲线是声速测井仪测量到的声波时差随深度变化的关系曲线，对于比较理想的地层，如厚的泥岩夹有砂岩薄层的情况，曲线如图3-6。声波曲线的特点：①当目的层上下围岩声波时差一致时，曲线对称于地层中点。②岩层界面位于时差曲线半幅点③在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层时差的加权平均效应，既不能反映目的层时差，也不能反映围岩时差。④当目的层足够厚且大于间距时，测量时差的曲线对应地层中心处一小段的平均读值是目的层时差。2.声波时差测井资料的应用①划分地层。不同岩性的地层时差值不一样，据此可划分地层。在砂泥岩剖面，砂岩显示出较低的时差，而泥岩