钻井地球物理勘探
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
钻井地球物理勘探教案——声波测井
第七章声波测井岩石中声速的差异与岩石致密程度，构造和孔隙充填物等有关。
声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中争论岩层特点的一类方法。
声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。
第一节声波测井的物理根底一、声波物理性质简述对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来争论声波在岩石中的传播过程。
1〕描述固体弹性的几个参数①杨氏模量 E 〔纵向伸长系数〕；②体积弹性模量 K ；③切变模量μ；④泊松比σ。
2〕声波在岩石中的传播特性①纵波与横波〔压缩波与剪切波〕②波的能量与振幅的平方或正比③声波幅度随传播距离按指数规律衰减④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。
首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。
二、钻孔内的声波其次节声波速度测井一、单放射双接收声波速度测井原理测量沿井壁传播的滑行波的速度。
二、井眼补偿式声波速度测井原理目的在于抑制井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。
三、长源距声波测井目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，抑制井壁四周低速带的影响。
源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。
全波测井源距较长，以提高各种波的区分力量。
四、阵列声波测井及分波速度提取五、偶极横波测井1．单极源及偶极源。
2．挠曲涉及其与横波的关系。
软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可依据挠曲波的速度来求取横波速度。
第三节声波速度测井的解释与应用一、影响声波速度测井曲线外形的因素1 〕周期跳动引起声皮跳动的岩性因素：①裂缝层，裂开带；②含气水胶结纯砂岩；③高速层〔波阻抗大，能量不易传递〕；④井径扩大或泥浆中溶有气体。
2 〕源距与间距的影响源距—要保证抑制盲区的影响，使折射波首先到达接收器〔1m 即可，长源距可达 2.5m 〕。
地球物理勘探方法简介
地球物理勘探方法简介地球物理勘探作为地球科学领域中的重要分支，通过测量地球的物理特征，以及地下介质的物理属性，来获取地下资源的信息。
本文将对地球物理勘探方法进行简要介绍。
一、重力勘探法重力勘探法是利用地球重力场的变化来推测地下物质的分布情况。
勘探人员通过测量不同地点的重力值，分析地球物质的密度分布。
这种方法在石油、地质灾害等领域有较广泛应用。
二、磁法勘探法磁法勘探法是测量地球表面垂直指向的磁场强度和方向，推测地下物质的磁性变化。
勘探人员通过磁力仪器测量地磁场的强度和方向变化，进而得出地下磁性物质的大致分布情况。
磁法勘探法在寻找矿藏、勘探地下管道等方面具有重要意义。
三、电法勘探法电法勘探法是利用电磁场的特性来推断地下物质的电性变化。
勘探人员通过在地下埋设电极，在地表上施加电流，测量地下电势分布和电阻率变化，从而推测地下物质的导电性差异。
电法勘探法在矿产资源勘探和地下水资源调查中具有广泛应用。
四、地震勘探法地震勘探法是通过分析地震波在地下介质传播的速度和幅度变化，来推断地下介质的结构和组成。
勘探人员通过放置震源和接收器，记录地震波传播的信息，并进行数据处理和解释。
地震勘探法在石油勘探、地质灾害预测等领域有着重要应用。
五、测井技术测井技术是通过在钻井过程中使用各种物理测量手段，获取地下岩石的物理特性和储量分布信息。
测井仪器可以测量地层电阻率、自然伽马辐射、声波速度等参数，帮助勘探人员判断地层岩性、含油气性质等重要信息。
六、地电磁勘探法地电磁勘探法是通过测量地下介质中电磁场的变化，推测地下物质的分布情况。
勘探人员通过放置电磁发射器和接收器，记录电磁场的变化情况。
地电磁勘探法在矿产资源调查、地质工程勘察等方面起到了重要作用。
七、地热勘探法地热勘探法是通过测量地壳中的温度分布，推测地下热流和地热资源的分布情况。
测温井、测温孔等技术手段可以帮助勘探人员获取地温数据，并进行数据处理与解释。
地热勘探法在地热能利用和环境地质研究中有着重要应用。
钻井地球物理勘探
钻井地球物理勘探绪论钻井地球物理勘探——在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称。
又称为：地球物理测井、矿场地球物理、油矿地球物理。
简称为“测井”。
1 ．石油勘探与开发过程的几个阶段（测井在其中的位置）；1 ）地质调查—查明含油气盆地、提出含油气远景区；2 ）物探—帮助查明盆地状况，通过详查找出有利储油的构造；3 ）钻探—了解地质分层，寻找出油气层；4 ）测井—划分渗透性地层，判别渗透层含油气情况；5 ）试油与采油—为了解油井动态变化及研究井的技术状况，还须进行测井。
测井是贯穿在整个石油勘探与开发过程中的一个不可缺少的环节。
2 ．有关“井”的几个概念1 ）钻井—又称钻孔，井孔，井眼2 ）泥浆—用于将钻井过程中产生的岩屑排出地面；保持对地层产生适当压力，防止发生井喷。
3 ）裸眼井与套管井3 ．测井发展简史（从评价油气层的角度来看）第一阶段：测井始于 1927 年，法国；我国 1939 年在四川首次测井。
仅有普通电阻率法及自然电位法两种测井，只能测量视参数，定性估计储层情况。
第二阶段：研究出一套根据视参数确定岩层电性参数的解释方法—横向测井；1942 年 Archie 提出了研究电阻率、饱和度、孔隙度之间关系的 Archie 公式。
上述进展使储层评价进入半定量阶段。
（介绍孔隙度、饱和度、渗透率概念）。
第三阶段： 50 年代中后期开始，出现一批新型测井方法，使储层评价进入定量阶段。
新出现的测井方法：感应测井、侧向测井、微侧向测井；声波测井；密度测井与中子测井等。
第四阶段： 60 年代以后，计算机技术引入测井；对各种的理参数与储量参数和参数之间的关系有了进一步的认识；解释模型更接近实际地层；综合解释方法成为求解岩石成分及储量参数、饱和参数的主要方法。
4 ．测井可解决的油气勘探开发问题1 ）划分钻孔的岩性剖面，找出含油气储杂层，确定油气层的埋深及厚度；2 ）定量或半定量估计岩层的储杂性能（孔隙度、渗秀率）；3 ）确定岩层的含油气性质（含油气饱和度及油气的可动性）；4 ）研究岩层产状，进行剖面对比，研究岩性变化及构造；5 ）在油田开发过程中，研究油层动态情况（油水分布的变化情况）；6 ）研究钻孔的技术状况（井径、井斜、井温、固井质量）；7 ）研究地层压力、岩石强度等问题。
地球物理测井方法原理
地球物理测井方法原理
地球物理测井方法是通过在地下钻井孔内采集各种物理测量数据，用于研究地下岩石、水等介质的性质和分布情况。
其原理主要包括以下几种方法：
1. 电测井（电阻率测井）：通过测量电阻率的大小来推断岩石和水等介质的性质。
岩石的电阻率与其孔隙度、孔隙液的含水性相关。
2. 密度测井：利用放射性射线经过地下介质时发生的散射和吸收现象，测量射线的衰减情况，来推断介质的密度、孔隙度等参数。
3. 声波测井（声阻抗测井）：通过发射声波信号，并测量声波在地下介质中传播的速度和衰减程度，来推断岩石的弹性性质、孔隙度等参数。
4. 中子测井：利用中子与地下介质中核素发生散射和吸收的现象，测量中子流量的变化，来推断介质的孔隙度、含水性等。
5. 磁测井（自然电磁场测井）：利用地球自然磁场或人工产生的磁场对地下岩石的磁性进行测量，来推断岩石磁性、含油气性等。
这些测井方法的原理是基于地下介质对电、密度、声波、中子或磁场的响应特性，在测井仪器记录和分析数据后，可以获得地下介质的性质和分布信息，为油气勘
探、水资源管理、地热研究等提供重要依据。
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钻井地球物理勘探绪论钻井地球物理勘探——在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称。
又称为：地球物理测井、矿场地球物理、油矿地球物理。
简称为“测井”。
1 ．石油勘探与开发过程的几个阶段（测井在其中的位置）；1 ）地质调查—查明含油气盆地、提出含油气远景区；2 ）物探—帮助查明盆地状况，通过详查找出有利储油的构造；3 ）钻探—了解地质分层，寻找出油气层；4 ）测井—划分渗透性地层，判别渗透层含油气情况；5 ）试油与采油—为了解油井动态变化及研究井的技术状况，还须进行测井。
测井是贯穿在整个石油勘探与开发过程中的一个不可缺少的环节。
2 ．有关“井”的几个概念1 ）钻井—又称钻孔，井孔，井眼2 ）泥浆—用于将钻井过程中产生的岩屑排出地面；保持对地层产生适当压力，防止发生井喷。
3 ）裸眼井与套管井3 ．测井发展简史（从评价油气层的角度来看）第一阶段：测井始于 1927 年，法国；我国 1939 年在四川首次测井。
仅有普通电阻率法及自然电位法两种测井，只能测量视参数，定性估计储层情况。
第二阶段：研究出一套根据视参数确定岩层电性参数的解释方法—横向测井；1942 年 Archie 提出了研究电阻率、饱和度、孔隙度之间关系的 Archie 公式。
上述进展使储层评价进入半定量阶段。
（介绍孔隙度、饱和度、渗透率概念）。
第三阶段： 50 年代中后期开始，出现一批新型测井方法，使储层评价进入定量阶段。
新出现的测井方法：感应测井、侧向测井、微侧向测井；声波测井；密度测井与中子测井等。
第四阶段： 60 年代以后，计算机技术引入测井；对各种的理参数与储量参数和参数之间的关系有了进一步的认识；解释模型更接近实际地层；综合解释方法成为求解岩石成分及储量参数、饱和参数的主要方法。
4 ．测井可解决的油气勘探开发问题1 ）划分钻孔的岩性剖面，找出含油气储杂层，确定油气层的埋深及厚度；2 ）定量或半定量估计岩层的储杂性能（孔隙度、渗秀率）；3 ）确定岩层的含油气性质（含油气饱和度及油气的可动性）；4 ）研究岩层产状，进行剖面对比，研究岩性变化及构造；5 ）在油田开发过程中，研究油层动态情况（油水分布的变化情况）；6 ）研究钻孔的技术状况（井径、井斜、井温、固井质量）；7 ）研究地层压力、岩石强度等问题。
5 ．常用石油测井方法1 ）以岩石导电性为基础的一组方法；普通电极系电阻率法测井；微电极系测井；侧向测井及微侧向测井；感应测井、阵列感应测井、介电测井；微电阻率扫描成像测井。
2 ）以岩石电化学性质为基础的一组方法；自然电位法人工电位法3 ）以岩石弹性为基础的一组测井方法声波速度测井；声波幅度测井；声波电视测井；声波井壁成像测井；4 ）以物质的原子物理和核物理性质为基础的一组侧井方法；自然伽马测井；密度测井及岩性密度测井；中子测井；中子寿命测井；中子活化测井；能谱测井；同位素示躁测井核磁测井。
5 ）其它测井方法热测井气测井地层倾角测井检查井内技术状况的测井（井径、井斜）6 ．测井仪器发展概况1 ）半自动模拟记录仪器2 ）全自动模型记录仪器3 ）数字记录仪器4 ）数控测井仪器5 ）成像测井仪器现代测井仪器及测井技术发展特征 :方法系列化；仪器综合化；记录数字化；损伤程控化；解释自动化。
本课程学习要点：本课程是地球物理勘探的一个独立分支，与其它物探方法相比，物理原理基本一致，差别在于所用仪器的传感器可直接靠近地层，因此表层（或中间层）的影响远小于地面的探方法；有些测井方法，地面无法使用；测井不仅可在单井中进行而且可在井间进行。
学习本课程时应充分注意测井的特殊性。
本课程各章讲述重点：1 ．各种测井方法的基本原理；2 ．各种测井方法的影响因素；3 ．各种测井方法的主要用途；4 ．各种测井方法中的基本概念。
第一章普通电阻率测井电阻率法测井—根据岩石导电能力的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的一套测井方法。
它包括普通电极系电阻率法测井，微电极系测井，侧向测井，感应测井等方法。
普通电阻率法测井—使用普通电极系的电阻率法测井。
电阻率法测井的物理依据—石油和水的电阻率相差很大，同样的储杂层，含油时比含水时电阻率要高。
§ 1 － 1 电阻率法测井的基本知识1 ．岩石电阻率电阻率的概念：导线电阻用 r = R · L/S 式表示，式中系数 R 与物质的材料有关，称为电阻率。
单位为（Ω· m ）。
岩石电阻率的影响因素：矿物成份、孔隙度、孔隙流体的性质、温度等。
储杂层岩石导电性（电导率）可用下式表示：σ t = A σ w + Bσ m式中σw —孔隙中流体的电导率；σm —粘土表面导电性造成的附加电层率；A, B —系数。
不含粘土的砂岩层，电阻率可表示为：R t = A ′·R w （R t = A′·R w式中， A ′= 1/A —与岩石孔隙结构、孔隙大小是否含油气有关，可将上式改写为： R t = F · I · R w式中：F —与孔隙结构、孔隙大小有关的系数，称为“地层因素”。
F 可写成： F = a / υ m式中：υ为孔隙度， a 和 m 与岩性及胶结程度有关的系数。
I —称为电阻率指数或电阻增大率，与岩石含油气有关。
I 与岩石中含油气饱和度有关式中 S w 、 S 0分别为含水饱和度和含油饱和度， n 为系数。
孔隙流体的电阻率为 R w ，它与含盐多少、盐的类型及温度有关。
2 ．电阻率测井现场的一般情况电阻率法测井，首先是研究在一定供电电流的情况下电场分布的问题，然后再根据电场与电阻率的关系确定出岩层电阻率，并划分出不同电阻率的地层。
3 ．描写电场分布的基本方程和边界条件极定电流场基本方程为拉普拉斯方程：▽2V = 0根据测井具体情况，解方程的边界条件有 4 项：①在接近点电源的点上，电位 V 的表示式与在单一介质中的情况相同；②在无限远点（ r →∞）， V → 0 ；③在两种介质的界面上， V 是连续的，即 V 1 = V 2；④电流穿过介质界面时，电流密度结向分量连续。
根据基本方程和边界条件，可计算出在一定介质分布情况下，电场的分布（这就是地球物理正演问题）。
4 ．均匀无限各向同性介质中电场的分布在均匀无限各向同性介质中，稳定电流场分布的基本公式：测井时，利用距供电电极 A 一定距离的测量电极 M 和 N 测量空间两点间的电位差，该电位差为：解上式得：式中：， 称为电极系系数5 ．泥浆侵入带产生原因—泥浆柱静压力大于地层压力 侵入带结构：泥饼 冲洗带侵入带原状地层分类：增阻泥浆侵入：减阻泥浆侵入。
6 ．视电阻率在非均匀介质中，利用电极系按 R a = K ·Δ V MN / I 式测得的 R a ，并不是真电阻率，而是电极系周围介质综合影响的结果。
7 ．电极系成对与不成对电极 1 ）电位电极系2 ）梯度电极系顶部梯度电极系、度部梯度电极系过渡带（环带）§ 1 － 2 视电阻率理论曲线形状 1 ．电位电极系特征：曲线对着地层中心是对称的；当时，对着地层中心的 R a 值接近地层其电阻率 R 。
2 ．梯度电极系地层很厚时，对着地层中间一段的视电阻率 § 1 － 3 视电阻率测井曲线的应用 1 ．钻井地质剖面的划分—标准测井 2 ．估计岩层真电阻率—横向测井 § 1 － 4 微电极系电阻率法测井 1 ．微电极系测井的基本概念计算公式仍为2 ．微电极系测井曲线的应用 1 ）划分渗透性地层正幅度差—微电位的视电阻率大于微梯度的视电阻率 2 ）确定地层有效厚度，划分钻井剖面。
本章授课内容重点1 ．视电阻率测井的基本知识。
2 ．微电极系测井的主要用途。
基本概念岩石电阻率 视电阻率 泥浆侵入带 增阻泥浆侵入 减阴泥浆侵入 电极系 微电极系正幅度差第二章 聚流电极系电阻率法测井泥浆矿化度很高、地层电阻率很高，地层很薄围岩影响很大的情况下，普通电极系电阻率法测井，由于分流作用强而无法求准地层电阻率，为解决这一类问题，发展了聚流方式的电阻率法测井，即侧向测井。
§ 2 － 1 三电极侧向测井 1 ．基本原理主电极两侧的屏蔽电极通以与主电极相同极性的电流，由于屏蔽电流的作用，使主电极的电流或水平片状进入地层。
按下式求视电阻率0a I V K R ⋅=2 ．测量原理恒流型、恒压型、既不恒流也不恒压型 3 ．影响视电阻率的因素 1 ）电极系参数的影响①电极系长度 C — C 愈大探测深度愈大；②主电极长度 L 0 — 厚层影响不大，薄层时， L 0 增加，则 R a 将下降； ③电极系直径 — 对 R a 影响不大。
2 ）地层参数的影响①层厚与围岩的影响地层愈薄，围岩影响愈大。
②井眼直径和泥浆影响井眼直径愈大，泥浆对电流的分流影响愈大。
③侵入带影响增加侵入较减阻侵入对 R a 影响大。
4 ．三侧向测井曲线的解释1 ）划分钻井剖面，判断渗透性地层；2 ）确定岩层电阻率。
§ 2 — 2 七电极侧向测井1 ．基本原理较三侧向电极系增加两组监督电极测量监督电极与远电极之间的电压，按下式计算 R a2 ．影响七侧向视电阻率的因素视电阻率值由主电流片范围内介质的电阻率所决定，主电极电流片径向深入地层的深度，取决于电极系的聚热参数 g 。
式中为电极系长度 L 0 ，为电极距， q 愈大，探测深度愈大，但 q 值不能过大。
3 ．七侧向测井曲线及其解释1 ）曲线特点①上、下围岩电阻率相同时，曲线对称；②曲线拐点处的宽度比地层厚度小一个电极距 /，对于薄层用侧向测井不能准确划分地层界面。
2 ）能够解决的问题①划分剖面；②确定岩层电阻率。
§ 2 － 3 微侧向测井和邻近侧向测井用于探测井壁附近（冲洗带）地层电阻率。
1 ．基本原理微侧向：测量过程中，调节屏蔽电极 A 1 的电流，使监督电极 M 1 M 2 之间的电位差为零，测量 M 1 （或 M 2 ）与 N 电极之间的电位差，按 式计算视电阻率。
邻近侧向：极板较微电极极板大，带有两个聚热电极，探测深度稍大于微侧向，在泥饼厚度较大时适用。
2 ．曲线解释1 ）划分剖面和划分渗透层。
2 ）确定侵入带电阻率。
§ 2 － 4 微球形聚热测井适用于侵入比较浅，但泥饼厚度较大的情况。
测量过程中，主电流 I 0 保持不变，电路自动调整屏蔽电流 I a ，使监督电极 M 1 ， M 2 之间的电位差，测量 M 1 与 M 2 中点（ O ）与 M 0 之间的电位差， 则视电阻率 :OM MSPL I V K R 0⋅=经过 M 0 的等位面近似与井壁相切，因此，测量OM 0V 实际是要消除泥饼影响小。
主由流等位面呈球形，故称为微球形聚热。