地球物理测井
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《地球物理测井方法》第4章 侧向测井
Rt I 0
4L
ln
2L0 r0
Rt
4L
ln 2L0
U A0 I0
r0
K 4L
ln 2(L0 / r0 )
12
四、接地电阻 rg 及视电阻率Ra
rg U AON I0 主电流流经路径的等效电阻
Ra
K U A0 N I0
Ra Krg K (rm ri rt rs )
线电极可分成无限多个小的电流元dI(点电极)
8
设坐标原点在电极系中 点，Z轴与电极轴线重合
设电极全长2L0,主电极长 2L,电极半径r0,且r0<<L0
设整个电极流出电流I， 主电流I0，电流均匀分布 在线电极上，电流密度为：
j I0 2L
9
RI
d在意U线一电点极M（上x任，R取tyd，一I z电）流处元产d生ξ的，电U它位在为介：质4中任r
29
探测特性
深度记录点：A0 中点 分辨率：深0.632m，浅0.437m 探测深度：深1.1m，浅的0.35m
探测深度：深七比深三深
分辨率：三侧向比七侧向高
深浅三侧向分辨率相同,深浅七侧向分辨率不同
五、曲线特点(自学)
六、应用：同三侧向
30
三侧向测井
深三侧向
浅三侧向
七侧向测井
深七侧向电极系
B2(A' 2)A2M
' 2
M2
A0
M1
M
' 1
A1 A1' (B1)
34
二、测量原理(恒功率测量)
用ΔUM1M2调节I0 使 ΔUM1M2=0
测I0和UM1
用VA2-VA1的差值调节IS， 使I0UM1=选定功率
地球物理测井方法与原理
地球物理测井方法与原理地球物理测井是通过对地下层次中的各种物理参数进行检测和分析，从而获取有关地下地质构造、岩性、水文地质等信息的一种方法。
它是石油勘探和开发中的重要手段之一，也是了解地下环境和地质资源的重要手段之一、地球物理测井包括测井原理、测井技术和数据解释三个部分，下面将对地球物理测井的常用方法和原理进行详细介绍。
1.地震测井地震测井是通过发送音波信号到地层中，根据声波在地层中的传播速度和反射特性，来得到地下层次的信息。
它可以判断地层的厚度、速度以及各种地质构造的存在，如断层、岩性变化等。
地震测井一般有声波传播速度测井、声波吸收系数测井和地震反射波形测井等。
2.电测井电测井是利用地下岩石的电性差异，通过测量电阻率、自然电位、电导率等参数，来判断地层的岩性、含水性质等。
电测井主要有浅层电阻率测井和深层电阻率测井两种方法。
浅层电阻率测井是通过测量地层对交流电的阻抗，来反映地层的含水性质和岩性变化。
深层电阻率测井主要用于判断含油气层的位置和含油气饱和度等信息。
3.放射性测井放射性测井是利用地下岩石的放射性元素含量差异，通过测量地层的放射性强度，来推断地层的厚度、含油气性质以及地下水流动等。
放射性测井常用的方法有伽马射线测井、中子测井和密度测井等。
伽马射线测井是通过测量地下岩石放射性元素产生的伽马射线的强度，来判断地层的岩性、厚度以及含油气性质等。
中子测井是通过测量地下岩石对中子的吸收程度，来判断地层的含水性质和含油气饱和度等。
密度测井是通过测量地下岩石的密度，来判断地层的岩性、孔隙度以及含油气性质等。
4.渗透率测井渗透率测井是通过测量地下岩石的孔隙度和渗透能力，来判断地层的渗透性质、含水性质以及含油气性质等。
渗透率测井主要有声速测井、电阻率测井和核磁共振测井等。
声速测井是通过测量地下岩石中声波的传播速度，来判断地层的孔隙度、饱和度以及含油气性质等。
电阻率测井是通过测量地下岩石的电阻率，来推断地层的孔隙度和渗透能力等。
地球物理测井
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。
一般由地层和泥浆之间电化学作用和动电学作用产生的。
1、扩散—吸附电位：
纯砂岩 纯泥岩 -11.6 mV/18 C 59.1 mV /18 C
吸附电位
泥岩 -
+
砂岩
2、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。
+ 扩散电位
泥岩
+ + + — — — — — + + +
6地球物理测井部分
地球物理测井
二、普通电阻率测井
在井中测量被钻孔穿过的矿、岩层的电阻率，并根据电 阻率的差异，来划分钻孔地质剖面，研究和解决井下的一些 地质问题的测井方法。
普通电阻率测井又称视电阻率测井，它是使用最早、应用 较广的电阻率测井方法 。
1、测量原理
A——供电电极 B——供电回路电极 M、N——测量电极
供电回路
测量回路
电源 B
检流计
A
电极矩
M
o
N
井下介质电阻率的测定
当电极B位于无穷远处时，距供电电极A一定 距离的测量电极M、N两点是的电位差为：
IR 1 1
U MN
UM
UN
4
( AM
) AN
解上式得 : 4 AM AN UMN K UMN
MN
I
I
K是与各电极之间距离有关的系数，称为电极系 系数。A、M、N组成电极系电极之间的距离是固 定的，因此电极系系数K是一个常数。
1）岩矿石的岩性； 2）岩石孔隙中地层水性质； 3）岩石的孔隙度以及孔隙结构； 4）孔隙中流体性质及其含量; 5)岩石中泥质成分(泥质含量影响岩石的导电性)。
1）岩矿石的岩性
岩石是由矿物和孔隙中流体以及胶结物组成，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。 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。于是， 电流通过孔隙水流过岩石，岩石因此具有了一定的导电性。
本章主要内容：
（1）普通电阻率测井 （2）侧向测井 （3）电化学测井
石墨、无烟煤等电阻率很低
主要岩矿石电阻率及其变化范围
ρ沉＜ρ变＜ρ火
地球物理测#(第三章)中子测井
中子测井的优缺点分析
优点
能够测量地层的孔隙度、含油饱 和度等参数，不受地层水矿化度 影响，测量精度较高。
缺点
对地层岩性敏感度较低，不适用 于所有地层，且对放射性同位素 源依赖较大。
03
中子测井的实际应用
油气勘探中的中子测井
确定地层孔隙度
中子测井通过测量地层中热中子的衰 减程度，可以推算出地层的孔隙度， 进而评估油气储量。
智能化和自动化
利用人工智能和机器学习技术，实现中子测井数据的自动解释和异常 检测。
中子测井与其他地球物理方法的结合
与电阻率测井结合
利用中子测井和电阻率测井的互补性，提高对地层性质的识别精 度。
与地震勘探结合
将中子测井与地震勘探数据相结合，提高对地下构造和油气藏的探 测精度。
与磁力勘探结合
利用中子测井与磁力勘探的联合测量，实现对地层和油气藏的全方 位探测。
中子源的选择与使用
放射性同位素源
常用的有镅-241和铯-137等，具有稳定、安全、 寿命长的特点，但需定期更换。
加速器源
能够产生高能中子，适用于深井和复杂地层，但 设备成本和维护成本较高。
混合源
结合同位素源和加速器源的特点，具有较好的综 合性能。
中子探测器的设计与选择
01
02
03
探测器材料
常用有锗、硅等半导体材 料，要求具有高灵敏度、 低噪音和稳定性。
识别油气层
确定地层岩性
中子测井通过测量地层中热中子的速 度和扩散系数，可以推断地层的岩性 和矿物组成，进而评估油气勘探的潜 力。
中子测井能够检测到地层中的油气层， 通过测量地层中氢的含量和分布，判 断油气层的存在和分布情况。
煤田勘探中的中子测井
地球物理测井.密度测井及岩性密度测井
2.648
2.712
2.876
2.977
1.355～1.796
1
0.85
地球物理测井.放射性测井 影响岩石密度的因素：
2
孔隙度
孔隙性地层相当于致密地层中岩石骨架的一部分被密度
小的水、原油或天然气所代替，故其密度小于致密地层。孔
隙度越大，地层的密度越小。所以用密度测井资料可以求地 层的孔隙度。密度测井是三种主要孔隙度测井方法之一。
e
式中
e
ZN Ab A
—每个电子的康普顿散射截面。
地球物理测井.放射性测井
1.密度测井的核物理基础
3、光电效应： (E＜ 0.2 Mev )
电子
光电效应的吸收系数：
能量较低的伽马射线穿过物质与原 子中的电子相碰撞，并将其能量交 给电子，使电子脱离原子而运动， 伽马光子本身则整个被吸收，被释 放出来的电子叫自由电子，这种效 应叫光电效应。此时产生的自由电 子被称为光电子。
石英 2.654 2.65 2.648
方解石 2.71 2.708 2.712
白云石 2.87 2.863 2.876
硬石膏 2.96 2.957 2.977
无烟煤 1.4～1.8 1.442～1.852 1.355～1.796
烟煤 1.2～1.5 1.272～1.59 1.173～1.514
淡水 1 1.11 1
电子对吸收系数：t
电子
当伽马射线能量较高时，射 线粒子与物质的原子核发生碰撞， 从原子核中打出一正一负两个电 子，而本身被全部吸收，称为电 子对。射线能量降低，射线与物 质的这种作用过程称为电子对效 应。
原子核
+e -e
伽马射线
地球物理测井.放射性测井
地球物理测井：第02章 电阻率测井
I
MN I
I
电位： MN ，则 AN / MN 1, UMN UM
Ra 4 AM AN UMN 4 AM UM
MN
I
I
电极互换原理：
保持电极系中各电极之间的相对位置不变，只改变其功能（供电或 测量），则当测量条件不变时所测曲线完全相同，称为电极互换原理。
补充：理论计算一般用AMN；实际生产中小尺寸电极系用双极供电， 大尺寸电极系用单极供电减小干扰。
深：
Rd LL3
反映原状地层Rt
浅：
Rs LL3
反映侵入带Ri
（3）探测特性
➢ 纵向分辨率：主电流厚度(绝缘环中点O1O2间距)，约0.2 m ➢ 探测半径：横向探测深度，深rd≈1.0 m，浅rs≈0.3 m
2021/7/31
中国石油大学（华东）
23
A0：主电极（供主电流Io） A1、A2：屏蔽电极（供屏蔽电流Is，与Io同极性） M1、M1、M2、M2 ：监督电极 B1、B2：回路电极； N：对比(参考)电极，无穷远处
中国石油大学（华东）
8
有关阿尔奇公式
➢ 意义：将孔隙度测井与电阻率测井联系起来，用于计算 流体饱和度，是测井定量解释油水层的基础。
➢ 适用条件：纯岩石（不含泥质）或含泥质很少的岩石。
➢ 用法：孔隙度测井 ＋ 电阻率测井 ＋ 阿尔奇公式，在水 层（电阻率测井得出R0）可求出Rw；在油层可求出其R0 并进而确定Sw。
电阻率或电导率都是描述物质导电性质的物理量，
电阻率：单位是欧姆米（Ωm)，测井上用符号R表示；(Resistivity) 电导率：单位是姆欧/米（ /m），标准单位是西门子/米(S/m),测
井上用符号σ表示。 (Conductivity)
地球物理测井整理版
地球物理测井整理版
地球物理测井，运用物理学的原理和方法，使用专门的仪器设备，沿钻井（钻孔）剖面测量岩石的物性参数，包括电阻率，声波速度，岩石密度，射线俘获及发射能力等参数。
根据这些参数，了解井下地质学信息及资源赋存状态。
工程人员根据对这些信息的研究，发现并评价资源（包括石油、天然气、煤、金属、非金属、地热、地下水等资源）的储量和赋存状态。
在此基础上，制定各种资源的合理有效的开发方案。
也就是说，地球物理测井是包括油气藏、煤、水资源、金属及非金属等各种资源勘探开发极其重要的技术手段。
甚至在城市的市政规划中地基勘测、高速铁路建设及地铁建设中也发挥着重要的作用。
岩石和矿物有不同的物理特性，如导电特性、声波特性、放射性等。
这些特性统称为岩石和矿物的物理性质。
在地球物理勘探中相应地建立了许多种测井方法，如电法测井、声波测井、放射性测井和气测井等。
应用范围
确定井剖面的岩石性质，评价油（气）、水层，发现煤、金属、放射性等矿藏，并确定其埋藏深度及有效厚度；测量计算储量所需要的各种地质参数，如岩性成分、孔隙度、饱和度、渗透率煤田储量计算参数等；确定地层倾角、岩层走向和方位，以及钻孔倾角和方位角，
研究沉积环境等；检查井下技术情况，如检查固井质量和套管破裂情况等；发现和研究地下水源（淡地层水）。
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为饱和度测井系列! 此外" 可用以研究油气储层饱和度的测井方法还有中子寿命测井和电磁波传播测井" 但 它们在实际工作中应用较少! 束缚水饱和度也是评价油气储层" 特别是评价渗透率的重要参数" 但所述这些测井方法 均无能为力!核磁测井对确定这一参数有独到之处! # $ 孔隙度测井系列 ! 目前" 测定岩石孔隙度的测井方法主要是声波# 速度$ 测井% 密度测井和中子测井! 需要指出" 在定量研究岩石孔隙度时" 岩性资料必不可缺! 不知道岩性" 孔隙度也难以 求准!这三种方法的组合" 能在一定程度上分析岩性并同时确定孔隙度!因此" 有时又将它 们称为岩性孔隙度测井! # $ 岩性测井系列 % 但确定岩性的能力较强" 我们把它 有些测井方法虽不能用于研究岩石孔隙度和饱和度" 归为一类" 称为岩性测井!这些方法是自然电位测井自然伽马测井% 岩性密度测井" 以及自 然和人工伽马能谱测井等!后三种测井方法对于定量评价复杂岩性的岩石成分具有重要的 作用! # $ 地层倾角测井系列 并由此研究地质构造% 地层倾角测井最初主要用于测量井下岩层的倾斜角和倾斜方位" 断层和沉积特征等!随着探测仪器的不断改进" 相继发展了高分辨率地层倾角测井和地层 学地层倾角测井" 这一测井方法的地质应用领域向着更精细的地层学和沉积学研究方向进 一步发展! # $ 成像测井系列 * 成像测井是! 它主要由电成像测井% 声成 &世纪2 &年代迅速发展起来的新型测井技术" 核成像测井" 以及数字遥传系统的多任务数据采集与成像系统组成!其中电成像测 像测井% 井有地层微电阻率扫描成像和阵列感应成像测井等方法& 声成像测井有偶极横波声波成像% 超声波电视和阵列地震成像测井等方法& 核成像测井有阵列中子孔隙度岩性成像% 碳氧比能 谱成像和地球化学成像测井等方法!这些成像测井技术" 为复杂% 非均质储层的地质分析和 油气勘探开发提供了有效的手段! # $ 其他 0 还有一些测井方法" 如井斜% 井径测量及套管井声幅测井等常归为工程测井& 中子寿命 地层流量测量% 压力测量以及井温% 流体密度和持水 测井和碳氧比测井属于开发测井范畴& 率计测井等又属于生产测井等等!
Q , # 5 # $ " % $"
$ % #5!5!
由此得介质电阻率
&1 ! %&
\$% \$% - "$ !" % !’ ’ " # Q+ $ #5!5% +1 , , $% - "$ !"% 式中 " # 1, $ # " ! " $% 称为电极系系数% 当 "& 1 是与各电极之间距离有关的系数$ $& % 各电极之间的距离 它是一个常数% 一定时$ 由式" # 可以看出$ 在这种理想化的假想井中$ 当电极处于某一位置时$ 通过给电 # " ! " % 极 " 供电并测量 $% 之间的电位差$ 便可计算出电极周围介质的电阻率% 然而$ 在实际工作中$ 所述理想情况是不可能存在的% 首先$ 所探测的井下岩层不可能 均匀无限厚$ 而是具有一定的厚度$ 并在其上下有围岩$ 围岩周围还有邻层$ 这些岩层的电阻 率通常各不相同%其次$ 钻孔内充填有泥浆$ 电极是放在井内泥浆中$ 泥浆的电阻率一般与 在有意义的渗透性地层处$ 由于泥浆滤液向地层中侵入所形成 岩层电阻率差异较大%另外$ 使得电极周围的介质是一个极其复杂的不均匀体% 对这种复杂的非 的径向电阻率的分带$ 均质介质$ 目前还很难通过描述电场分布的办法$ 从理论上求解出电场电位与介质电阻率的 如果我们仍按测定均匀无限介质同样的办法$ 给井下电极供电并测量电 关系表达式%但是$ 位差$ 然后利用式" # $ 总可以算出一个电阻率数值$ 我们称之为视电阻率$ 用Q # " ! " % ’ 表 # 的形式$ 即 示%其计算公式仍然是式" # " ! " % \$% ’ " # Q #5!5* ; +1 , 式" # 与电法勘探中的同类公式虽然具有相同的形式$ 但它们的内涵 # " ! " * !!需要指出$ 却存在着实质性的差别%这里所指的视电阻率 Q ’ 是井下电极周围各种介质的电阻率以及 它们的几何分布综合影响的结果%它在一定程度上反映了被探测岩层的真电阻率值$ 同时 也受着泥浆电阻率& 侵入带电阻率和侵入带直径& 岩层厚度以及围岩电阻率和井径等多种因 素的影响%只有在特殊情况下$ 如岩层厚度较大$ 岩层电阻率与泥浆电阻率相差不太悬殊$ 且泥浆滤液侵入较浅或无侵入时$ 一定电极排列所测得的视电阻率值才能与岩层的真电阻 率十分接近%在一般情况下$ 视电阻率与真电阻率并不相同%尽管如此$ 通过测定岩层视电 用以划分钻井地质剖面$ 定性分析不同岩层的电性特征仍有十分重要的 阻率及其相对大小$ 实际意义% " # 测量装置 ! 用以进行普通电阻率测井的井下装置称为电极系$ 通常由放入井下的三个电极构成$ 不 具有同一用途 " 供电或测量# 的两个电极称为成对电 包括地面电极%电极系的三个电极中$ 极$ 另一个与地面电极组成回路的电极称为不成对电极% 理论和实践证明$ 电极系中各电极的排列顺序和电极间的相互距离不同时$ 测得的视电 阻率曲线无论数值和形态都可能完全不一样%因此$ 要正确认识和分析视电阻率测井结果$ 必须对电极系的有关概念作进一步的了解% 电极系的分类%测井电极系可分为两类’ 一类是梯度电极系$ 另一类是电位电极系% ; + 梯度电极系是指成对电极之间的距离小于不成对电极到与它相邻那个成对电极之间距 离的电极系$ 如图# " !所示% 电位电极系则相反$ 它是成对电极之间距离大于不成对电极到与它相邻那个成对电极 之间距离的电极系$ 如图# " %所示%
极大缩短且探测的是全空间等重要差别!此外" 测井的探测对象# 测量方式以及对测量结果 的分析与解释都与地面电法差异很大! $ % 基础理论 # 根据恒定电流电场的基本理论" 在全空间的均匀无限各向同性介质中" 离点电源 " 距 与该点至电源 离为- 的球面上任意点9 的电位\ 与介质的电阻率Q 及供电电流, 成正比" 点之间的距离- 成反比!其表示式为
一! 按岩石物理性质分类
" # 电测井类 # 这是以研究岩石导电性% 介电特性和电化学活动性为基础的一类测井方法$ 它利用某 种井下装置或仪器! 通过测量岩石的电阻率% 介电特性和电化学特性来解决地下地质问题 的! 在各类矿产的勘探开发中应用最为广泛$属于这类的测井方法主要如下$ # 普通视电阻率测井$ # # 浅侧向" 或双侧向# % 微侧向和微球形聚焦测井等$ ! 侧向测井$包括深% # 微电阻率" 或微电极系# 测井和微电阻率扫描测井$ % # 感应测井$包括深% 中感应" 或双感应# 和阵列感应测井$ &1 ! &&
第一章!地球物理测井方法的基本原理
! 电磁波传播测井" * ! 0 自然电位测井" ! 声测井类 # ! 这是以研究声波在岩石中传播时$ 其速度% 幅度和频率变化等声学特性为基础的一类测 井方法"它广泛用于地震解释$ 确定地层孔隙度和储层裂缝分析等" 属于这类的测井方法 主要如下" ! 声波速度测井"包括普通声波测井和偶极声波测井" # ! 声波幅度测井" ! ! 声波全波列测井" % ! 井下声波电视" # ! 核测井类 % 这是以研究岩石核物理性质为基础的一类测井方法$ 也称放射性测井" 它包括岩石的 自然放射性和人工放射性两类$ 广泛应用于确定岩石性质与地层孔隙度$ 以及储层裂缝分析 等"属于这类的测井方法主要如下" ! 自然伽马及自然伽马能谱测井" # ! 密度测井"包括补偿密度和岩性密度测井" ! ! 中子测井"包括补偿中子% 中子寿命% 次生伽马能谱和中子活化测井" % # ! 其他类型测井 还有一些测井手段具有一定的特殊性$ 它们如下" 除了上述几个大的测井分类之外$ ! 核磁测井" # ! 磁测井" ! ! 重力测井" % ! 地层倾角测井" ! * 井径及井斜测量" ! 井温测井" 0 ! 用于监控油气储层的流量测井和地层压力测井# 电缆地层测试器! " 1
第五篇 ! 地球物理测井
第一章 ! 地球物理测井方法的基本原理
第一节 ! 地球物理测井概述
地球物理测井! 简称测井" # ! 是用各种地球物理方法在井中进行勘探工作 d > _ _c 5 : 6 N N N 的总称$ 将测井与地面地球物理相比! 许多方法的基本理论大体相同$由于井下探测的特殊性! 测井的探测环境% 研究对象% 数据采集! 以及一整套数据处理和资料解释技术都与地面物探 因而测量结果的真实 有着完全不同的概念$正是由于它能直接面对被探测对象进行测量! 性和可靠性! 以及解决地下地质问题的能力和精细程度明显高于地面地球物理方法$ 也需 要指出! 由于测井探测范围的局限! 所能提供的地球物理数据主要是井孔附近" 探测器周围# 介质的响应! 即从宏观来看是一个井点的地层特征! 从区域研究的角度! 它又不如地面地球 物理$ 根据探测对象及研究任务的不同! 测井细分为油气田测井 " 石油测井# % 煤田测井% 金属 与非金属测井和水文与工程测井几个小的分支$无论哪一类测井! 都是根据地下不同岩% 矿 石或探测对象所表现的物理性质的差异! 通过某种物理参数的测定来研究钻井地质剖面! 确 定目的层段! 并对其进行定量或半定量评价$本篇主要讲述这一学科的一些基础理论% 方法 原理和资料处理解释技术$ 地球物理测井的最初工作始于法国 " ! 七十多年来! 随着勘探工作的不断深入 # 2 ! 1 年# 和科学技术的进步! 测井技术经历了一系列的变革和发展! 逐渐形成了以电学% 声学% 核学为 主体! 结合热学% 磁学% 力学和光学的一整套测井方法% 仪器设备及资料解释技术$ 目前! 已 有的测井手段可多达数十种! 根据它们的物理基础和应用领域! 可作如下分类$