测井解释与岩石力学
基于一体化测井平台的岩石力学评价系统的开发及应用
西 安石油大学学报 （ 自然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘ ｉ ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
通常应用 的岩石力 学参数均为静态参数 ， 但是实验
室 的方法 往往 需要 大量 的取 心 资料 ， 成本 昂贵 ， 而 利
与这些性质相应的岩石力学参数 主要有 Ｊ ： ①描述 岩石弹性特性 ， 如各种弹性模量 、 ？ 白 松 比等 ； ②描述 岩石强度特性 ， 如各种强度 、 内聚力、 内摩擦角等； ③
（ 中国石油勘探 开发研究 院 测井与遥感技术研究所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘要 ： 基 于一体化 网络测井处理解释软件平 台， 以 ｃ语言为基础 ， 研发 了岩石 力学参数评价 系统 ， 包括 ： 孔 隙压 力 、 杨 氏模 量 、 泊松 比、 体积 模 量 、 最大 最小主 应 力、 岩石 强度 、 地层 破 裂压 力、 井壁 坍塌 压力、 出 砂指数、 压裂裂缝 高度预测等 １ ０多个评价参数． 采用模块化开发 ， 功能稳定， 功能扩展性
依据 …． 岩 石力 学参数 可分 为静 态参 数和 动态 参
数． 静态 参数 是根 据实 验室 对岩 样进 行测 量 获得 的 ， 动态 参数 可利 用 测 井 资 料 或 地 震 资 料 求 取 ．
１ 岩石力学参数评价的重要意义
１ ． １ 岩 石 力学评 价 内容
岩石 具有 弹性 、 强度、 压缩 性 等 多 方 面 的 性 质．
Ｃ ｐ Ｓ ．２０１ ３
Ｖ０ 】 ． ２ ８ Ｎ ｏ ． ５
岩石压力波速度测试方法与分析
岩石压力波速度测试方法与分析岩石是地球上最基本的构成成分之一，其性质与行为直接影响到地质工程、地震学和石油勘探等领域。
压力波速度是岩石力学研究中重要的参数之一，它能够揭示岩石的变形、破裂和应力状态，并为岩石工程设计和实际施工提供重要参考。
本文将介绍一些常见的岩石压力波速度测试方法，并对其测试结果进行分析。
一、动态弹性参数测试方法1. 声波测井法声波测井法是一种通过测量井中岩石传播声波的速度来揭示岩石性质和结构的方法。
在实际应用中，声波测井设备通过发射声波信号，并记录其传播时间以及到达接收器的信号强度。
根据测量的数据，可以计算出岩石的纵波速度和横波速度，从而推断岩石的力学性质。
2. 超声波检测法超声波检测法是一种利用超声波在岩石中的传播速度来测定岩石性质的方法。
通过在岩石表面或孔洞中放置超声波传感器，并发射高频信号，测量其传播时间和到达接收器的信号强度。
根据测量数据，可以计算出岩石的压力波速度和剪切波速度。
二、静态弹性参数测试方法1. 声速仪测试法声速仪测试法是一种通过测量岩石中声波的传播速度来推断其力学性质的方法。
该测试方法适用于岩石试样，通过固体声波仪器向试样表面或孔洞中发射声波信号，并记录声波波形。
通过计算相位变化，可以得到岩石的纵波速度和横波速度。
2. 拉伸试验法拉伸试验法是一种通过施加拉伸力来测定岩石的弹性模量和压缩强度的方法。
在该方法中，通过施加恒定应变速率的拉伸力，测量岩石试样的应力-应变关系。
通过分析应力-应变曲线，可以得到岩石的压力波速度。
三、岩石压力波速度的分析1. 岩石组分分析岩石的压力波速度与其组分密切相关。
根据各组分的密度和声波传播速度，可以推算出岩石的压力波速度。
例如，石英和长石等硅酸盐矿物对声波的传播起到重要作用，而成分中含量较高的非均质物质则会对声波传播速度产生较大影响。
2. 岩石孔隙率分析岩石中的孔隙率是影响其压力波速度的重要参数之一。
孔隙率越高，岩石内部的孔隙体积越大，并且会导致声波的传播速度降低。
柯坪塔格组下砂岩段岩石力学参数特征分析及测井解释方法
摘
要
志 留系柯坪塔格组下砂岩段为 近年来 下古 生界碎 屑岩 油气勘 查 的重点领域 。岩石 力学参 数特征研 究对 地应力 分
析、 钻探设计和压裂 改造 等方面意义重大。通过对某地 区柯坪塔格组下砂岩段取样 ， 利用 ＭＴ Ｓ “ 岩石物理测试 系统” 开展 了对 岩石的声学和力学 同步测试。分析 了岩 石力 学参 数饱 气／ 饱水 、 阶段 变化 时的特征。 区分 砂 、 泥岩提取 志 留系测井纵横 波 时 差校对关系 ； 并在 实验基 础上拟合 出弹性模量和泊松 比的动静转换公式 。通过 岩石 密度 、 波 阻抗和泥 质指数得 出模拟地 层条
＠
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
柯 坪 塔 格 组 下 砂 岩 段 岩 石 力学参 数 特 征 分 析 及 测 井 解 释 方 法
尹 帅 单钰 铭 ＇ 谢 润成 ＇ 杨宏飞 吕孝威 杨 波
（ 成都理工大学能源学院 ， 油气藏地质及开发工程国家重点实验 室。 ， 成都 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
实 验采 用美 国进 口“ ＭＴ Ｓ岩 石物 理 测试 系统 ” ， 该 系统 包括 ①数 字 电液 伺 服 刚性 岩 石 力 学 测试 ； ②
超声波测量； ③孔渗变化测试 三个 子系统构成 ， 最
高伺 服 ： 轴压， １ ０ ０ ０ ｋ Ｎ； 围压 ， １ ４ ０ ＭＰ ａ ； 孔压， ７ ０
完井 ， 钻 遇 多套 泥 岩 地层 ， 易 出 现 井 壁 稳 定 性 问
题＿ ２ ； 因而 岩 石 力 学 性 质 研 究 尤 为 重 要 ， 但 研 究 较 少 。通过 对柯 坪塔 格 组 下 砂 岩段 取 样 ， 应 用 实 验 室 模拟 地层 条 件 对 下 砂 岩段 岩 样 力 学 参 数 性 质 进 行
测井资料在岩石力学性质分析中的应用
声 波 时 差 等 物 性 参 数 ， 使 用 密 度 、声 波 时 差 等 参 数 计 算 岩 石 中
的声波速度及岩石的部分弹性参数。计算公式如下：
（ １） 纵 波 速 度（ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｖｅｌｏｓｉｔｙ）
纵 波 亦 称 压 缩 波 ， 其 波 速 即 为 纵 波 时 差 ｔｐ 的 倒 数 ：
泊松比是指横向相对压缩与纵向相对伸长之比。
２
计 算 公 式 ： σ＝ １ ２
（Ｖｐ ／Ｖｓ ） － ２
２
（Ｖｐ ／Ｖｓ ） － １
（ ４） 体 积 模 量（ Ｂｕｌｋ Ｍｏｄｕｌｅ）
无量纲
体积模量是体积的相对变化与应力之比。
计 算 公 式 ： Ｋ＝Ｅ／３（１ ２σ） 单 位 ： ＫＭＰａ
其中： Ｅ 为杨氏模量 ， σ 为泊松比。
及 泊 松 比（ＰＯＩＳ）等 。从 这 些 参 数 中 很 直 观 地 看 出 各 岩 层 抗 压 强 度
的 强 弱 程 度 。 由 于 ＹＯＭＯ、ＢＵＭＯ、ＳＨＭＯ 曲 线 与 ＳＴＲＮ 曲 线 形 态
接 近 ， 在 此 以 ＳＴＲＮ 和 ＰＯＩＳ 曲 线 为 代 表 ， 示 意 如 下 ：
柱
０．２０
３ 、处理过程中的应用
测井资料在处理过程中， 利用以出 的 密 度 δ、纵 波 时 差 ｔｐ 通 过 计 算 机 求 解 ， 生 成 表 现 岩 石 力 学 性 质 的 各 弹 性 参 数 值 。通 常 计 算 机 使 用 采 集 的 长 、短 源
距 的 人 工 放 射 性 测 井 值（ 计 数 指） Ｊｒｒ ， 采 用 公 式 ：
μ 为切变模量， σ 为泊松比。
（ ７） 强 度 指 数 （ Ｓｔｒｅｎｔｈ Ｉｎｄｅｘ）
应用阵列声波测井资料计算大北克深地区岩石力学参数
阵列声波测井信号处理的目的是最终获得声波
慢度。以 8 阵列声波测井仪为例，信号接收探头等
距排列，设定接收探头距发射源距离分别为 ，
， … ， ，则任意探头 m 距发射源距离为：
= + ( − 1)∆ （1≤ m≤8） （1）
设各个探头接收到的波形信号分别为 ( )，
( )， … ， ( )，任意一个采样点 i 的时刻为：
关关系， =0 表示各波形形态间无任何关联， =1 表
示各波形形态完全一致。
1.3 慢度提取
从偶极横波成像测井全波波形提取纵波、横波
时，首先需选取适当的时窗长度 ，在全波波形上
移动窗长并在合理的慢度范围内移动 ，当 与纵波、
横波的慢度接近时，相关系数 最大，这时相关系数
收稿日期：2018–02–11 作者简介：康利伟，工程师，1980 年生，2012 年毕业于西 北大学地质系矿物学、岩石学、矿床学专业，现从事地质 导向技术研究及测井资料解释工作。
昂贵的弹性力学参数测试费用，能预测和判断深部地层发育情况。
关键词：大北克深地区；阵列声波测井；慢度提取；岩石力学参数
中图分类号：P631.8
文献标识码：A
1 阵列声波测井
1.1 首波检测 阵列声波测井资料处理的首要问题是初至波检
测。初至波检测具有多种方法，目前较好的检测首 波波至方法是变阈值法，这也就是首先为目的波形 预先设定一个阈值，当设备检测到该阈值时，即记 为该波形首波波至时间。这种方法能有效地平滑噪 音并突出信号波至，对于连续波形信号，当新的能 量到来时，振幅包络将产生一个起跳，同时瞬时相 位和瞬时频率也将发生跃变，利用这种起跳或跃变 就可以求得首波的初至点，并可以分析波形信号的 包络变化特征[1-3]。
测井考试小结(测井原理与综合解释)
一、名词解释1.测井: 油气田地球物理测井, 简称测井well logging , 是应用物理方法研究油气田钻井地质剖面和井的技术状况, 寻找油气层并监测油气层开发的一门应用技术。
2.电法测井: 是指以研究岩石及其孔隙流体的导电性、电化学性质及介电性为基础的一大类测井方法, 包括以测量岩层电化学特性、导电特性和介电特性为基础的三小类测井方法。
3.声波测井: 是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性, 来了解岩层的地质特性和井的技术状况的一类测井方法。
4.核测井: 是根据岩石及其孔隙流体的核物理性质, 研究钻井地质剖面, 勘探石油、天然气、煤以及铀等有用矿藏的地球物理方法, 是地球物理测井的重要组成部分。
5、储集层：在石油工业中, 储集层是指具有一定孔隙性和渗透性的岩层。
例如油气水层。
6.高侵: 当地层孔隙中原来含有的流体电阻率较低时, 电阻率较高的钻井液滤液侵入后, 侵入带岩石电阻率升高, 这种钻井液滤液侵入称为钻井液高侵, RXO<Rt多出现在水层。
7、低侵：当地层孔隙中原来含有的流体电阻率比渗入地层的钻井液滤液电阻率高时, 钻井液滤液侵入后, 侵入带岩石电阻率降低, 这种钻井液滤液侵入称为钻井液低侵, 一般多出现在地层水矿化度不很高的油气层8、水淹层: 在油气田的勘探开发后期因注水或地下水动力条件的变化, 油层发生水淹, 称为水淹层, 此时其含水饱和度上升、与原始状态不一致, 在SP、TDT和电阻率等曲线上有明显反映。
9、周波跳跃(Travel time cycle Skip): 因破碎带、地层发育裂缝、地层含气等引起声波时差测井曲线上反映为时差值周期性跳波增大现象。
10、中子寿命测井: 是一种特别适用于高矿化度地层水油田并且不受套管、油管限制的测井方法, 它通过获得地层中热中子的寿命和宏观俘获截面来研究地层及孔隙流体性质, 常用于套管井中划分油水层、计算地层剩余油饱和度、评价注水效率及油层水淹状况、研究水淹层封堵效果, 为调整生产措施和二、三次采油提供重要依据, 是油田开发中后期的主要测井方法之一。
石油基本知识
地球物理测井的基本概念定义简称测井，是在钻孔中使用测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以辨别地下岩石和流体性质的方法，是勘探和开发油气田的重要手段。
任务在石油的勘探和开发阶段，需要对所钻井眼的垂直剖面进行地球物理测井：划分井剖面的岩性、准确地确定各种不同地质年代的泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩的埋藏深度，进而判断有渗透性的含油、气、水的储集层的位置，然后估算储集层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度等参数，为探明含油、气层的井下形态，计算储量及制定油气层开采技术措施，提供资料和数据。
测井能够测量的一些性质1）岩石的电子密度（岩石重量的函数）；2）岩石的声波传播时间（岩石的压缩技术的函数）；3）井眼不同距离处岩石的电阻率（岩石含水量的函数）；4）中子吸收率（岩石含氢量的函数）；5）岩石或井液界面的自然电位（在岩石或井眼中水的函数）；6）在岩石中钻的井眼大小；7）井眼中流体流量与密度；8）与岩石或井眼环境有关的其它性质。
测井方法按研究的物理性质分类电法测井(electrical logging)：也称电阻率测井，是在钻孔中采用布置在不同部位的供电电极和测量电极来测定岩石(包括其中的流体)电阻率的方法。
通常所用的三电阻率测井系列是：深侧向、浅侧向和微侧向电阻率测井。
声波测井(acoustic logging)：包括声速测井和声幅测井两种方法。
声速测井是利用不同的岩石和流体对声波传播速度不同的特性进行的一种测井方法。
通过在井中放置发射探头和接收探头，记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差值，所以声速测井也叫时差测井。
用时差测井曲线可以求出储集层的孔隙度，相应地辨别岩性，特别是易于识别含气的储集层。
声幅测井放射性测井(radioactivel logging)：放射性测井即是在钻孔中测量放射性的方法，一般有两大类：中子测井与自然伽马测井。
中子测井是用中子源向地层中发射连续的快中子流，这些中子与地层中的原子核碰撞而损失一部分能量，用深测器(计数器)测定这些能量用以计算地层的孔隙度并辨别其中流体性质。
石油勘探中的岩石物理技术
石油勘探中的岩石物理技术石油是现代社会发展中不可或缺的能源，而石油勘探则是提取这一重要资源的关键步骤。
岩石物理技术在石油勘探过程中起着至关重要的作用。
本文将探讨岩石物理技术在石油勘探中的应用与意义。
岩石物理技术是一种基于地球物理学和岩石力学原理的技术，通过相关的测量和分析手段，以获取关于井口附近地层性质的信息。
这些信息对于判断石油藏区域的储层状况以及油气的分布情况至关重要。
岩石物理技术主要包括测井和地震勘探两大方面。
测井是在井下进行的一项技术，通过测量油井中不同深度的各项物理参数来判断地层的性质。
最常用的测井技术包括测井电阻率测量、自然伽马射线测量、声波测量以及密度测量等。
这些测井数据可以提供油气藏的储集层孔隙度、渗透率、岩性、含油气饱和度等关键参数。
通过对这些参数的评估，勘探人员能够对潜在油气藏的规模和质量进行初步判断，从而为后续工作提供重要参考。
而地震勘探是一种通过分析地震波在地下介质中传播和反射的特性来判断地下结构的技术。
地震勘探技术主要包括震源激发、接收地震波以及对地震数据的处理与解释等环节。
通过分析地震波在地下岩石中传播时所遇到的不同介质的反射、折射和散射等现象，可以推断出地下岩石的分布、类型、裂缝、孔隙度等重要信息。
地震勘探在判断石油藏区的边界、构造、油气运移通道等方面具有重要意义。
岩石物理技术的应用使得石油勘探能够更加准确地判断潜在油气藏的储量和质量。
通过测井和地震勘探技术，勘探人员可以获得地层的物理特征参数，如波速、电阻率、密度等，并结合岩性解释，以获取地层的渗透率、孔隙度和饱和度等关键信息。
这些信息对于评估油田的可开发性和经济性非常重要，为石油企业做出决策提供了可靠的科学依据。
岩石物理技术的发展也为石油勘探带来了更多的机遇。
随着技术的进步，岩石物理技术已经从传统的二维地震勘探发展到了三维地震勘探，为石油藏的细致勘探提供了重要手段。
同时，岩石物理技术在非常规油气资源的勘探开发中也发挥着重要作用。
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7.4 静态和动态弹性参数关系
通过对东部各主要油田砂泥岩的三轴试验研究发现， 静态泊松比随围压增大而增大，岩石的泊松比、弹性模量 同所处的深度有关，并提出
s somP cn
Es EsoaPcb
15
7.4 静态和动态弹性参数关系
动、静态参数转换关系
s A1 K1d
Es A2 K2Ed
A1 0.245430.1554843lg
抗钻强度
泊松比
弹性模量
抗压强度
岩石力学 参数
切变模量
抗剪强度
体积模量
岩石硬度
4
7.2测井资料解释岩石力学参数
理论计算公式
d(V p22 V s2)/2(V p2 V s2) E dV s2(3 V p2 4 V s2)/V (p2 V s2) 1 30
GVs2103
Kb Vp23 4Vs2103
2
7.1 测井解释基础
核测井：以研究岩石及其孔隙流体的某种核 物理性质为基础。
伽玛测井：研究伽玛辐射为基础—自然伽玛测 井、自然伽玛能谱测井、地层密度测井
中子测井：研究中子、岩石及其孔隙流体相互 作用—超热中子测井、热中子测井
核磁测井：利用核磁现象研究地层自由流体含 量—核磁共振测井
3
7.2 利用测井资料解释岩石力学参数
地层孔隙度 声波在岩石中的传播速度与岩石的性质、孔隙度和孔
隙液体等有关，研究声波在岩石中的传播速度或传播时间 可以确定岩石的性质和孔隙度。
t tma
t f tma
13
7.4 静态和动态弹性参数关系
岩石弹性参数的静态值和动态值存在着一定的差值，静 态弹性模量普遍小于动态弹性模量，而静态泊松比有的大于 动态泊松比，有的小于动态泊松比。在实际应用中，可根据 资料的信息择选一种，但为了资料的互补与统一，寻找动、 静弹性参数之间的关系有着积极的意义。
第7章 测井解释与岩石力学
7.1 测井解释基础 7.2 利用测井资料解释岩石力学参数 7.3 地层岩石物理参数 7.4 静态和动态弹性参数关系
0
7.1 测井解释基础
电法测井：以研究岩石及其孔隙流体的某种 电学性质为基础，利用电法测井仪器采集数 据信息
测量岩石导电性的：微电极、双侧向、微球形 聚焦测井、微电阻率成像测井
参 数
K1 0.0502480.364781lg
表
达 式
A2 198.41810.2lg
K2 0.0661840.160931lg
16
7.5 思考题
1. 岩石的弹性参数包括哪些？例出根据测井资料计算岩石 力学弹性参数的计算公式。
2. 岩石的动、静态弹性参数一般具有什么样的关系？ 3. 常用的计算岩石力学弹性参数的测井数据包括哪几个？
测量岩层介质电特性的：电磁波传播测井、介 电测井
测量岩层电学特性的：自然电位测井
1
7.1 测井解释基础
声波测井：以研究岩石及其孔隙流体的某种声 学性质为基础。根据所研究岩石的声学性质， 可分为三类：
测量声波传播速度：声波时差测井、偶极横波测井 测量声波能量：井周声波成像测井、变密度测井 测量井下自然噪声：噪声测井
17
Wave Direction
10
7.3 地层岩石物理参数
在大部分的油田测井作业中，并不做全波列测井，即 缺失横波测井资料，针对某一地层就要借助经验公式来估 计横波速度。对于大多数地层，其泊松比一般在0.2～0.3 之间，因此有：
V s(0.61~0.53)V p
基于回归的经验公式：
V s0 .704V p0 .554
Vp Vs
1 tp
1 ts
9
7.3 地层岩石物理参数 声波速度与弹性系数的关系
纵波：压缩速率(P-波)
K + 4/3 G 1/2 Vp =
Particle Motion
K = 体积模量 G = 剪切模量 = 密度
横波：剪切速率(S-波) 1/2
G
Vs =
Particle Motion
Wave Direction
V s11 .44V p18.035 .686
11
7.3 地层岩石物理参数
岩石密度
常规的补偿密度测井可求得密度值
lo g 0 .5 eS ( m a f)
地层泥质含量
2GCURIGR 1 Vsh 2GCUR 1
IGRGGRmRudGGRsaRsnadnd
12
7.3 地层岩石物理参数
S t 2 . 8 0 3 V 3 P 2 4 V S 2 3 [ 4 E ( 1 5 V c ) l 8 9 E c ] 1
➢粘聚力C和单轴抗压强度σc的经验关系式：
C3.621 6 0 6CK b
➢内摩擦角Φ与粘聚力C间的相关关系式为： Φ=36.545-0.4952C
7
7.2测井资料解释岩石力学参数
5
7.2测井资料解释岩石力学参数
经验计算公式 ➢岩石单轴抗压强度与岩石弹性模量(E)、泥质含量 (Vcl)的统计关系式
c 0 .00 E (1 4 V c) 5 l 0 .0V 0 cE l 8
➢抗剪强度(τ)与单轴抗数
➢岩石抗拉强度St和抗压强度的关系为：
➢岩石可钻性和岩石抗钻强度是岩石物理特性在钻进过程中的综合反映。
2
1）
Vm
1
3ND
W DSd
2） VmN0.8Sd WPC22
3）
Vm
KNWM (DSd )2
8
7.3 地层岩石物理参数
纵、横波速度 声波速度测井测量弹性波通过地层传播的时差ΔT。纵波
时差Δtp和横波时差Δts可由测井公司提供的测井曲线或磁盘 数据中得到，经过换算即可得到纵、横声波速度：