地球物理測井

6地球物理測井部分緒論電法測井聲波測井放射性測井緒論地球物理測井又稱鉆井(鉆孔)地球物理勘探或礦場地球物理，簡稱“測井”。它是利用地球物理方該來研究鉆孔地質(zhì)剖面，解決地下地質(zhì)問題和了解鉆孔技術(shù)情況的一門勘探技術(shù)科學(xué)。測井是一門邊緣交叉學(xué)科，它是綜合運(yùn)用電磁學(xué)、聲學(xué)、核物理學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等學(xué)科的基本原理和測量方法，廣泛應(yīng)用于油氣井、煤田等資源勘探。緒論地球物理測井方法分類以巖石的導(dǎo)電性能，即以電阻率或電導(dǎo)率為基礎(chǔ)的方法有：視電阻率測井、接地電阻測井、側(cè)向測井和感應(yīng)測井。以巖石電化學(xué)活動性為基礎(chǔ)的方法有：自然電位測井、電極電位測井和激發(fā)極化測井。以物質(zhì)的原子物理和核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的方法有：自然伽瑪測井、密度測井、中子測井和各種能譜測井或地球化學(xué)測井。以巖石彈性為基礎(chǔ)的方法有：聲波速度測井、聲波幅度測井、超聲成像測井和地震測井。以檢查井內(nèi)技術(shù)情況為目的的方法有：井徑測并、井內(nèi)流體電阻率測井、井溫測并、井斜及方位測井。其它一些測井法有磁測井、熱測井、氣測外、核磁測并、電視測井、重力測并和地層傾角測井等。

地球物理測井發(fā)展四個階段一、模擬記錄階段從測井誕生到60年代末，都使用模擬記錄測井儀器，用靈敏度高的檢流計測量回路電流得到探測系統(tǒng)測量端間的電位差變化，反映地層物理參數(shù)（電阻率、聲波速度等）隨深度的變化，記錄在照相紙或膠片上，模擬記錄的特點(diǎn)是采集的數(shù)據(jù)量小，傳輸速率低。使用的主要測井方法有聲速（縱波）測井、感應(yīng)測井和普通電阻率測井，配之以井徑測井、自然電位測井和自然伽馬測井等。二、數(shù)字測井階段自60年代來，測井儀器從模擬記錄過渡到數(shù)字記錄。這是測井技術(shù)發(fā)展的要求，測井方法的增多，特別是地層傾角測量的出現(xiàn)和聲波變密度測井都要求高速采集地下信號，此外，某些測井方法要求在井場作一些校正、補(bǔ)償和簡單的計算，如中子測井計算中子孔隙度、密度測井進(jìn)行脊肋校正等。數(shù)字測井儀器增加了用數(shù)字磁帶機(jī)進(jìn)行數(shù)字記錄，提高了測量精度，增加了可靠性，且便于將測井資料輸入計算機(jī)進(jìn)行處理，與之相應(yīng)的測井方法是有深、中、淺探測的電阻率測井，一般是雙感應(yīng)—球形聚焦測井或雙側(cè)向—微球聚焦測井，三孔隙度測井，即聲速測井、中子孔隙度測井、補(bǔ)償密度測井；再加上井徑測井、自然伽馬測井和自然電位測井，稱為常規(guī)的“九條曲線”測井。三、數(shù)控測井階段

新測井方法不斷出現(xiàn)，如電磁波傳播測井，C/O能譜測井，其下井儀器復(fù)雜，為提高精度，須在測井過程中對儀器的某些參數(shù)實(shí)現(xiàn)“實(shí)時”控制和調(diào)節(jié)（雙側(cè)向測井對屏蔽電流的“實(shí)時”調(diào)節(jié)等）數(shù)字測井已經(jīng)不能滿足要求，計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展提供了解決問題的途徑。四、成像測井階段隨著勘探和開發(fā)更復(fù)雜更隱蔽的油氣藏的發(fā)展，對測井也提出了更高的要求，薄層、薄互層、裂縫性儲層低孔隙低滲透層、復(fù)雜巖性的評價；高含水油田的開發(fā)中剩余油飽和度及其分布的確定；固井質(zhì)量、套管損壞等工程測井問題及地層壓力、非均質(zhì)和各向異性等問題需要測井從方法理論到測量技術(shù)有更新的的發(fā)展，成像測井正是在這樣的背景下發(fā)展起來的。成像測井提供大量的物理信息，以此為基礎(chǔ)給出分辨率高、可靠的二維或三維目的層的物理參數(shù)圖像，研究各種非均質(zhì)非線形問題，評價油、氣產(chǎn)層和其它勘探開發(fā)問題。成像測井的特點(diǎn)：(1)高速采集、并行處理。局域網(wǎng)絡(luò)的高性能計算機(jī)系統(tǒng)；(2)數(shù)據(jù)傳輸速率高；(3)高分辨率，多探測點(diǎn)的電、聲、核、核磁測井儀;(4)一套完整的、適應(yīng)各類復(fù)雜非均質(zhì)儲層參數(shù)定量評價和地質(zhì)應(yīng)用、工程應(yīng)用的軟件包。目前，成像測井系統(tǒng)主要有斯侖貝謝公司的MAX500，貝克阿特拉斯的ECLIPS-2000以及哈里伯頓公司的EXCELL-2000。成像測井下井儀器主要有電成像、聲成像和核磁共振成像測井三類。電法測井自然電位測井普通電阻率測井側(cè)向（聚焦）測井感應(yīng)側(cè)井介電（電磁波傳播）測井分類：天然電場和人工電場供電方式：直流電（低頻）和交變電流（高頻）

新方法陣列感應(yīng)陣列側(cè)向過套管電阻率自然電位測井?原理：測量井中自然電場vMN井中電極M與地面電極N之間的電位差?自然電位成因一般由地層和泥漿之間電化學(xué)作用和動電學(xué)作用產(chǎn)生的。砂巖與泥巖的自然電位分布1、擴(kuò)散—吸附電位：純砂巖-11.6mV/18C純泥巖59.1mV/18C2、過濾電位（一般可忽略）：泥漿柱與地層之間存在壓差時，液體發(fā)生過濾作用產(chǎn)生的。與壓差、濾液電阻率成正比。滲透層平均值約為0.77mV泥巖砂巖泥巖+++—————++++++++————Cl-Na+Na+Na++-+-擴(kuò)散電位吸附電位自然電位測井?曲線特點(diǎn)砂泥巖剖面：泥巖處SP曲線平直（基線）砂巖處負(fù)異常（Rmf>Rw)

負(fù)異常幅度與粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比碳酸鹽巖剖面高阻致密層處曲線傾斜高阻致密層自然電位曲線形狀示意圖自然電位測井碳酸鹽巖地層

孔隙和裂縫發(fā)育段、致密段與鄰近泥巖比較，有不同程度的小幅度負(fù)異常。自然電位測井高低礦化度泥漿的自然電位曲線泥漿礦化度的影響?影響因素自然電位測井?其他影響因素：

淡水層幅度變??；水淹層的幅度和基線發(fā)生變化；泥漿含有某些化學(xué)或?qū)щ娢镔|(zhì)；地面電場的干擾。?曲線質(zhì)量要求

1、泥巖基線穩(wěn)定，100m井段基線偏移不超過10mV。2、自然電位正負(fù)異常符合鉆井液礦化度與地層水礦化度之間的關(guān)系。負(fù)異常幅度與地層水礦化度成正比。3、與巖性剖面有對應(yīng)性。4、曲線平滑，干擾幅度小于1.5mV。

5、距井口200m井段的自然電位不作嚴(yán)格要求，但必須能清楚地劃分砂巖。自然電位測井應(yīng)用：1、判斷巖性，劃分滲透層；2、用于地層對比；3、求地層水電阻率；4、估算地層泥質(zhì)含量；5、判斷水淹層；6、研究沉積相。

視電阻率測井原理將特定的電極系放進(jìn)鉆孔中并建立電場，顯然電場的分布受巖層的電阻率影響，通過觀測電場隨著深度的變化來研究孔壁周圍的電阻率。兩種電極系電位電極系梯度電極系電位或梯度電極系兩種電極系的區(qū)別：電位電極系成對電極相距較遠(yuǎn)，測量點(diǎn)為AM中點(diǎn)。梯度電極系成對電極距離較近，測量點(diǎn)成對電極中點(diǎn)。（底部、上部）電極距越長，探測范圍越大。常用：NMABAM2.5米梯度0.5米電位2.250.50.52.252.5電極距視電阻率測井?曲線特點(diǎn)1、高阻層梯度曲線高阻層處：視電阻率增大，曲線不對稱。底界面附近：底部梯度曲線出現(xiàn)極大值。2、高阻層電位曲線高阻層處：視電阻率增大，曲線對稱于層的中部。層界面附近：曲線有拐點(diǎn)。常用系列：2.5米和4米底部梯度電極，0.4米電位電極。梯度曲線電位曲線普通電阻率測井?影響因素測量的視電阻率是電極系附近各種介質(zhì)導(dǎo)電性的綜合反映：減值屏蔽1、電極系附近的地層電阻率和層厚（主要影響因素）；2、不同的電極系，測量的曲線數(shù)值和形狀不同；3、泥漿電阻率、井徑、圍巖電阻率及其厚度影響4、高阻鄰層的屏蔽影響。減值屏蔽、增值屏蔽普通電阻率測井?應(yīng)用1、標(biāo)準(zhǔn)電極系與自然電位和井徑曲線組合為標(biāo)準(zhǔn)測井，用于繪制綜合錄井圖、劃分地層剖面和地層對比。多數(shù)地區(qū)選用2.5米梯度電極系作為標(biāo)準(zhǔn)電極系。鹽水泥漿井中采用電極距較長的梯度電極系。2、用于劃分地層界面。3、用長電極梯度曲線（如4米梯度）定性分析儲層含油性。4、短電極的電位曲線用于跟蹤井壁取心。?質(zhì)量要求1、長電極系曲線在厚泥巖處數(shù)值相等。2、2.5米和4米梯度曲線形狀相似，厚層砂巖數(shù)值接近。3、曲線與自然電位曲線、巖性剖面有對應(yīng)性。普通電阻率測井?微電極測井ML1、貼井壁測量，同時測量微梯度和微電位兩條曲線。前者主要反映泥餅附近的電阻率，后者反映沖洗帶電阻率。2、探測范圍小（4cm和10cm），不受圍巖和鄰層的影響。3、適用條件：井徑10-40cm范圍。4、質(zhì)量要求

1）泥巖低值、重合；2）滲透性砂巖數(shù)值中等，正幅度差(鹽水泥漿除外）；3）致密地層曲線數(shù)值高，沒有幅度差或正、負(fù)不定的幅度差。4)除井眼垮塌和鉆頭直徑超過微電極極板張開最大幅度的井段外，不得出現(xiàn)大段平直現(xiàn)象。測量示意圖泥餅沖洗帶普通電阻率測井?微電極測井應(yīng)用1、詳細(xì)劃分地層剖面；2、判斷巖性，劃分滲透層；3、精確劃分儲層有效厚度；4、確定沖洗帶電阻率。5、分析儲層非均質(zhì)性側(cè)向(聚焦)測井普通電法測井存在的問題：由于低阻圍巖特別是井內(nèi)低阻泥漿的影響，測井曲線嚴(yán)重歪曲。當(dāng)泥漿電阻率極低時，由供電電極流出的電流幾乎全部被井內(nèi)泥漿所吸引，而不流入地層，電阻率完全失效。側(cè)向測井的原理：在供電電極A0的上、下設(shè)置兩個屏障電極A1、A2、A3等并供以與中央電極A0極性相同的電流。由于電流互相排斥作用，迫使由中間A0電極流出的電流近于垂直井軸方向流入地層，在相當(dāng)程度上克服了低阻圍巖及低阻泥漿的旁路作用。側(cè)向測井的種類LL3（三側(cè)向）、LL7（七側(cè)向）、LL8（八側(cè)向）、DLL（雙側(cè)向）、SFL（球形聚集）、MLL（微側(cè)向）、MSFL（微球形聚集）三電極側(cè)向測井（LL3）電極系由上、下兩個圓柱狀屏障電極及位于中心的圓環(huán)狀中央電極組成、中央電極與屏障電極以絕緣環(huán)隔開。煤田勘探中，中央電極長度A0為0.1米，屏障電極A1，A2各為0.7~1米，絕緣環(huán)長度為0.01米~0.02米，A1、A2互相短路相連。A0流出主電流I0，由A1，A2流出屏障電流，自動調(diào)節(jié)以保持A1、A2等屏障電極具有與A0相同的電位。三電極側(cè)向測井屏蔽電極屏蔽電極供電電極三側(cè)向測井視電阻率公式：中央電極表面的電位值主電流電極系系數(shù)其中：中央電極長度絕緣環(huán)厚度電極系的長度電極系直徑三側(cè)向測井Rc、Rj和Rt分別為泥漿、泥漿侵入帶、圍巖電阻。當(dāng)不存在泥漿侵入帶、泥漿電阻率較低時，視電阻率和圍巖的真電阻率Rt成正比，它能很好地反映地層的真電阻率。三側(cè)向測井電極系參數(shù)的影響電極系長度：電極系越長，對主電流聚焦越好，電流成層狀流入地層越深。電極系直徑：電極系直徑越大測出的電阻率值越接近真電阻率值。中央電極L0的影響：當(dāng)巖層厚度小于L0時，測井曲線上很難劃分出該層。電極之間距離的影響：電極距離應(yīng)極量小，一般取1~3cm地層參數(shù)的影響在層厚不大時，由于受層厚及圍巖電阻率的影響，所測得的視電阻率的最大值與地層真電阻率之間尚有一定的差別。三側(cè)向測井優(yōu)點(diǎn)受鉆井環(huán)境和層厚影響小。有較大的橫向探測深度，測得電阻率接近圍巖真電阻率；分辨率高，分層能力強(qiáng)。對電阻率變化反應(yīng)靈敏，曲線關(guān)于地層中心，上下對稱，在巖層的上、下界面處，曲線陡度較大。聲波測井探測井剖面巖石聲學(xué)物理特性的測井方法聲波速度（時差）測井聲幅測井聲波變密度測井聲波全波列測井聲波成像測井新方法分區(qū)水泥膠結(jié)測井多極陣列聲波交叉偶極子聲波聲速測井?基本原理聲脈沖發(fā)射器滑行縱波接收器適當(dāng)源距，使達(dá)到接受器的初至波為滑行縱波。記錄初至波到達(dá)兩個接收器的時間差t(μs/m)儀器居中，井壁規(guī)則t=1/tt?補(bǔ)償聲波測井1、井眼變化的補(bǔ)償2、儀器傾斜影響的補(bǔ)償3、深度誤差的消除聲速測井?聲波時差曲線的影響因素裂縫或?qū)永戆l(fā)育的地層未膠結(jié)的純砂巖氣層、高壓氣層井眼擴(kuò)徑嚴(yán)重的鹽巖層泥漿中含有天然氣周波跳躍聲速測井?質(zhì)量要求

1、滲透層不得出現(xiàn)無關(guān)的跳動，出現(xiàn)周波跳躍測速應(yīng)降至1000m／h以下，重復(fù)測量。2、聲波時差數(shù)值應(yīng)符合地區(qū)及巖性規(guī)律，并與補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度孔隙度相對應(yīng)，不得低于對應(yīng)的巖石骨架值。3、重復(fù)測量滲透層不得大于±10μs／m。4、測后有套管聲波時差記錄，誤差范圍：187μs／m±5μs／m聲速測井聲速測井?應(yīng)用1、劃分巖性2、判斷氣層3、確定地層孔隙度4、估計地層異常壓力5、合成地震記錄巖石時間差值砂巖182168灰?guī)r156白云巖143硬石膏164淡水620鹽水606聲波全波列測井?特點(diǎn)全波列波形記錄全波列數(shù)據(jù)可以利用縱波、橫波速度信息和幅度信息，以及斯通利波、偽瑞利波等信息。聲波全波列測井波形曲線?質(zhì)量要求

1、波形幅度適中，不能出現(xiàn)平頭和平直現(xiàn)象。2、時間采樣間隔保證全部波形被采樣。3、不能出現(xiàn)連續(xù)干擾信號。聲波全波列測井?應(yīng)用1、提取縱、橫波信息（時差和幅度）2、利用縱、橫波時差確定巖性3、確定地層孔隙度4、利用時差和幅度信息識別裂縫5、計算彈性模量和力學(xué)參數(shù)，分析巖層機(jī)械特性。固井聲幅及變密度測井?固井聲幅測井（CBL）—水泥膠結(jié)測井記錄首波半周幅度，即聲幅曲線。反映水泥與套管（第一界面）膠結(jié)質(zhì)量套管與水泥環(huán)的聲偶合固井聲幅及變密度測井?聲波變密度測井（VDL）反映第一、二界面水泥膠結(jié)質(zhì)量變密度固井聲幅及變密度測井?固井質(zhì)量測井要求1、應(yīng)在注水泥后24—48h（最佳測量時間）之間進(jìn)行測量。2、儀器在自由套管井段進(jìn)行刻度。3、測至水泥面以上進(jìn)入自由套管至少五個穩(wěn)定接箍。

放射性測井?是根據(jù)巖石及其孔隙流體的某種核物理性質(zhì)探測井剖面的一類測井方法。?優(yōu)點(diǎn)是：裸眼井、套管井都能正常測井，不受鉆井液的限制。?方法多，十余種：

自然伽馬測井、自然伽馬能譜測井密度測井、巖性密度測井中子測井——中子伽馬測井、補(bǔ)償中子測井中子壽命測井、C/O能譜測井

放射性測井放射性測井基本知識原子核自發(fā)地放出射線而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的過程稱為原子核的衰變。只取于元素本身的衰變幾率而與外界(物理和化學(xué))條件無關(guān)。放射性元素在衰變過積中主要放出三種射線，有時也發(fā)射其它粒子，如電子、質(zhì)子、中子、x射線和宇宙射線等。不同的射線具有不同的性質(zhì)。氦的質(zhì)子流，高速電子流，高頻電磁波（光子、量子流）放射性測井基本知識半衰期放射性元素原子數(shù)目衰減到原來數(shù)目的一半所需的時間。放射性單位克、毫克表示放射性物質(zhì)的數(shù)量；用居里或毫居里表示放射性物質(zhì)的衰變速度；用劑量單位表示射線的電離效果和數(shù)量。伽瑪射線與原子的作用核衰變所釋放山的伽瑪射線，其能量一般在0.5Mev到5.3Mev之間，當(dāng)它們與物質(zhì)作用時，隨著能量的不問，會產(chǎn)生光電效應(yīng)、散射效應(yīng)(康普領(lǐng)—吳有訓(xùn)效應(yīng))和電子對形成效應(yīng)。放射性測井基本知識光電效應(yīng)低能的伽瑪量子與原子核外面的束縛電子相碰時，有可能將它所有的能量交給一個電子，使其脫離軌道而成了自由電子(主要是低能級的K和L層束縛電子)，舊y量子本身由于能顯耗盡而被原子所吸收。這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。康普頓-吳有訓(xùn)效應(yīng)（一定條件下和物質(zhì)密度成正比）當(dāng)量子的能量為中等數(shù)值時，它與原子中的電子發(fā)生作用相當(dāng)于彈性碰撞。這時量子把一部分能量交給電子，使其以與入射電子子成一定角度的方向射出(稱為康普頓電子)，而損失了部分能量的伽瑪量子則偏離原來的路線，從另一方散射出去(稱為放射y射線)，這種現(xiàn)象稱為康普頓—吳有訓(xùn)效應(yīng)。電子對效應(yīng)當(dāng)伽瑪量子的能量大于兩個電子的靜電電子的能量，即大于1.022Mev時．當(dāng)它通過原了核附近，與核的庫侖場相互作用，可以轉(zhuǎn)化為一個負(fù)電子和一個正電子，而伽瑪量子本射則全部被吸收，這種效應(yīng)稱為電子對形成。放射性測井基本知識自然伽馬和自然伽馬能譜測井巖層中的天然放射性核素衰變伽馬射線巖性不同放射性核素的種類和數(shù)量不同

自然伽馬射線的能量和強(qiáng)度不同測量井剖面自然伽馬射線的強(qiáng)度和能譜的測井方法。自然伽馬測井曲線GR自然伽馬能譜測井曲線—鈾U、釷Th、鉀K的含量去鈾自然伽馬CGR總自然伽馬GR?測量基礎(chǔ)自然伽馬和自然伽馬能譜測井?影響因素

1、測井速度。測速大，測井曲線形狀發(fā)生畸變。2、統(tǒng)計起伏。衰變和射線探測的隨機(jī)性。3、井眼條件的影響。井徑、泥漿密度、套管、水泥環(huán)等。自然伽馬曲線的統(tǒng)計起伏自然伽馬和自然伽馬能譜測井?質(zhì)量要求

1、測前、測后校驗對主校驗工程值誤差±7%。2、重復(fù)曲線與主曲線，形狀基本相同，重復(fù)誤差不大于10％。3、曲線變化形態(tài)與巖性剖面吻合。4、K、U、Th重復(fù)誤差：K：±0.5U：±2ppmTh：±4ppm

自然伽馬和自然伽馬能譜測井?自然伽馬測井資料的應(yīng)用

1、劃分巖性。2、地層對比。只與巖性有關(guān)，容易找到標(biāo)志層。3、計算泥質(zhì)含量。?自然伽馬能譜測井資料的應(yīng)用

1、識別高放射性儲集層，尋找泥巖裂縫儲集層。2、確定粘土含量、粘土類型及其分布形式。3、用Th/U、Th/K比研究沉積環(huán)境、沉積能量。4、有機(jī)碳分析及生油巖評價。

5、變質(zhì)巖、火成巖等復(fù)雜巖性解釋。密度和巖性密度測井?基本原理

伽馬源射線地層介質(zhì)康普頓效應(yīng)射線強(qiáng)度衰減探測記錄射線強(qiáng)度（計數(shù)率）儀器刻度巖石體積密度?補(bǔ)償密度測井FDC

雙源距貼井壁測量，長短源距探測器組合補(bǔ)償泥餅影響。體積密度曲線DEN密度校正曲線CORR和井徑曲線密度和巖性密度測井?巖性密度測井LDT測量地層的體積密度和光電吸收截面指數(shù)。記錄DEN、CORR、Pe曲線。?質(zhì)量要求

1、井眼規(guī)則、巖性均勻處，重復(fù)曲線誤差值小于0.05g／cm3。2、曲線數(shù)值與主要巖性符合，與補(bǔ)償中子、聲波時差孔隙度對應(yīng)。3、井徑規(guī)則處，密度校正曲線一般應(yīng)為零值或正值。

4、Pe測量值的重復(fù)誤差為±0．5b／e。5、Pe值應(yīng)與巖性剖面吻合。密度和巖性密度測井?密度曲線的應(yīng)用1、劃分巖性。2、判斷氣層。3、計算孔隙度。?Pe曲線的應(yīng)用1、識別巖性。2、尋找重礦物。3、在重晶