地球物理测井

地球物理测井教材

目录

绪论（2学时） (2)

第一章自然电位测井（2学时） (6)

第二章电阻率测井（8学时） (11)

第三章声波测井（6学时） (26)

第四章放射性测井（6学时） (39)

第五章工程测井方法（6学时） (61)

第六章生产测井（8学时） (82)

第七章测井资料综合解释（10学时） (93)

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。

1)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。

S。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束缚水饱和度

wirr

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Pa 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 1×10-3s

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。

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w C 和泥浆滤液浓度mf C 不同时（通常w C >mf C ）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-Cl 的迁移速率大于+Na ，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（d E ）可由下式进行表示：

mf

w d d C C K E lg = （1-1） 当溶液浓度不很大时，溶液浓度与电阻率成反比，所以

w mf d d R R K E lg

= （1-2）

式中 d K —扩散电位系数；

mf R —泥浆滤液电阻率； w R —地层水电阻率.

二、扩散吸附电动势（da E ）

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（w C >mf C ），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+Na 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da E ，其表达式为：

)lg(lg w

mf da mf w da da R R K C C K E == （1-3） 式中：da K —扩散吸附电位系数；

w C —地层水浓度；

mf C —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f E 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： μmf f

f R p K E ??= （1-4）

式中：p ?—压力差，atm ；

f K —过滤电位系数，与溶液的成分浓度有关；

mf R —过滤溶液的电阻率，m ?Ω μ—过滤溶液粘度，s Pa ?-310。

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SP U ?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SSP ，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SSP U SP /?，纵坐标为地层厚度h ，曲线号码为层厚与井径之比d h 。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，SP U ?越接近SSP ，地层厚度变小，SP U ?下降，曲线顶部变尖，底部变宽SP U ?

（3）当地层较厚（h >4d ）时，SP U ?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mf w C C >时，砂岩层段自然电位出现负异常，当mf w C C <时，砂岩层段出现正异常；当mf w C C =时，不存在造成自然电场的条件，则没有自然电位异常出现。w C 和mf C 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s E 经推导为： mf

w s C C K E lg = （1-5） 式中：da d K K K +=—自然电位系数；

w C —砂岩的地层水矿化度，

mf C —泥浆滤液的矿化度。

自然电位SP U ?实际上是自然电流在井内泥浆电阻上的电位降，即：

m

t sh s m t sh m s m sp r r r E r r r r E r I U ++=?++=?=?1 （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SP U ?与造成自然电场的总电动势SSP 、井内泥浆电阻m r 、泥岩电阻sh r 以及砂岩电阻t r 有关。

1）岩性和矿化度比值的影响

自然电位异常幅度值SP U ?与总自然电动势s E 成正比，s E 取决于岩性和钻井液滤液电阻率mf R 与地层水电阻率w R 的比值w mf R R /（即mf w C ），所以岩性和地层水矿化度与钻井液滤液矿化度的比值mf w C 直接影响sp U 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，SSP U SP ≈?；随泥质含量的增加，SSP 下降，导致SP U ?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。SP U ?为记录的自然电位异常幅度值，SSP 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t r 增大，井内钻井液电阻m r 减小，所以SP U ?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m r 增 大，则SP U ?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m t R R /的增大，自然电位幅度值降低。这是由于t R 增大（或m R 减小），t r 增大（或m r 减小），则SP U ?减小。

围岩电阻率s R 的变化，同样对自然电位异常幅度值有影响。围岩电阻率s R 增大，则s r 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mf w R R <(mf w C C >)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sp U ?还取决于砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质，一般含水砂岩的水SP U ?比含油砂岩的油SP U ?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sp U ?，近似认为是静自然电位SSP ，并根据泥浆资料确定mf R ，由下式计算地层水电阻率：

w mf R R K SSP lg

-= （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sp U ?和泥质含量sh V 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sh V 。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sh V 与sp U ?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：

SSP

PSP V sh -=1 （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MN U ?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

4r I S I j π==

（2-1） 由欧姆定律的微分形式可知：

24r RI Rj E π=

= （2-2） 而 dr

du E -

= （2-3） 所以 ??+=-=-=C r

RI dr r RI

Edr ππ424 （2-4） 当时∞→r ，0→U ，C=0故，则均匀介质中任一点的电位为：

r RI U π4= （2-5） （1）若将点电源放在P 点，则它在A 点产生的电位也是r RI U π4=，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1A ，2A …n A 个点电源，其电流强度分别为1I ，2I …n I ，它们距P 点的距离分别为1r ，2r …n r ，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：

n

n r R I r R I r R I U πππ4442211+++= （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a R 。

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。 BM RI AM RI U U U B A M 1414?-?=

+=ππ （2-7） N 点离A,B 点很远，则0=N U 。

因此 ： BM

AM AB RI U U M MN ??==?π4 （2-8）

I U K I U AB

BM AM R MN MN ?=????=π4 （2-9） K —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：

MN

AN AM K ??=π4 (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t R 、i R （冲洗带电阻率用xo R 表示）、mc R 、s R 和m R 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t R 影响外，还要受i R 、mc R 、s R 、m R ，井径d ，侵入带直径D ，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a R 表示，则： I

U K R MN a ?= （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（MN 或AB ）较大，即MN AM <或AB MA <。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=AM 。AM 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a R 可看作记录点处的a R 。当成对电极系中的一个电极放到无限远处时，即MN ∞→，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：

I

U AM R M a ?=π4 （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：AM ，AN ，MN 或AM ，BM ，AB 这三个距离当中，梯度电极系中成对电极之间的距离（MN 或AB ）最小，即MN AM >或AB MA >，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a R 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a R 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=AO 。MN 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：

I

E AO

R a 24?=π （2-13）

R和深度记录点O的电位梯度成正比，故此电极系称为梯度从式中可看出视电阻率

a

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

h 时，“小平台”靠地层外侧一点为高值点，出现低，“小平台”发生倾斜；当AM

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

R理论曲线是在理想条件下作出来的，即地层是水平的，采用理想电极前面讨论的

a

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

R是一种因素，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

t

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α，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a R 划分岩层所得到的厚度定义为视厚度a h 。其曲线特点为：

随地层倾角α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α增大而降低，曲线变得平缓，极小值模糊不清；h h a >，α越大，a h 和h 差别越大。060<α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米梯度电极系视电阻率测井和自然电位测井以及井径测井。

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0A 为主电极，两端的1A 、2A 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0A 和屏蔽电极1A 、2A 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1A 、2A 的电位始终保持和0A 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：

I U K R a （2-14） 三侧向测井由主电极0A 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1A 、2A 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1A 和2A 外面加上两个极性相反的电极1B 和2B ，作为主电流和屏蔽电流的回路电极，使主电流0I 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i R 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：

2

20111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1A A A A A 深三侧向：

2

20111.12.04.0025.015.0025.04.02.01.1B A A A B 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a R 曲线呈不对称形状，且极大值移向高阻围岩一方。a R 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a R 基本上没有影响，然而对厚度小于或接近于L 的地层，a R 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a R 值降低，地层越薄，围岩电阻率越小，a R 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a R 的影响也相对增加，并且增阻侵入比减阻侵入对a R 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a R 值大于浅三侧向的视电阻率a R 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a R 值小于浅三侧向的视电阻率a R 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a R 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t R （地层真电阻率），i R （侵入带电阻率）和 D （侵入半径）。结合微侧向测井求得i R ，再利用深浅三侧向的侵入校正图版就可求出t R 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o A 是主电极，两对监督电极1M 和2M 、

1N 和2N 以及两对屏蔽电极1A 和'1A 、2A 和'2A ，每对电极对称地分布在o A 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, '1A 和'2A 不是环状而是柱

状电极，与三侧向的屏蔽电极相同。

测量时o A 电极供以恒定电流0I ，两对屏蔽电极1A 和2A 、'1A 和'

2A 流出相同极性的屏蔽电流s I 、's I ，通过自动调节电路保持监督电极1M 和1N （或2M 和2N ）间的电位差为零，柱状屏蔽'1A 上的电位与环状屏蔽电极1A 上的电位的比值为一常数。即α=1'1/A A U U (或α=2

'2/A A U U )。然后，测量任一监督电极（如1M ）和无穷远电极之间的电位差。在主电流0I 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：

01

I U K R M a = （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；1M U 为1M 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：

)(38.03.022.002.008.002.018.012.018.002.008.002.022.03.08.0)(31'11110222'22B A A N M A M N A A B 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'1A 和'

2A 改成电流的回路电极1B 、2B 。

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