測井原理總結

PAGE28緒論（2學時）一、測井學和測井技術的發(fā)展測井學是一個邊緣科學，是應用地球物理的一個分支，它是用物理學的原理解決地質學的問題，并已在石油、天然氣、金屬礦、煤田、工程及水文地質等許多方面得到應用。30年代首先開始電阻率測井，到50年代普通電阻率發(fā)展的比較完善，當時利用一套長短不同的電極距進行橫向測井，用以較準確地確定地層電阻率。60年代聚焦測井理論得以完善，孔隙度形成了系列測井，各類聚焦電阻率測井儀器也得到了發(fā)展，精度也相應得以提高。測井資料的應用也有了長足的發(fā)展，隨著計算機的應用，車載計算機和數字測井儀也被廣泛的應用。到現在又發(fā)展了各種成像測井技術。二、測井技術在勘探及開發(fā)中的應用無論是金屬礦床、非金屬礦床、石油、天然氣、煤等，在勘探過程中在地殼中只要富集，就具有一定特點的物理性質，那我們就可以用地球物理測井的方法檢測出來。特別是石油和天然氣，往往埋藏很深，只要具有儲集性質的巖石，就有可能儲藏有流體礦物。它不用像挖煤一樣。而是只要打一口井，確定出那段地層能出油，打開地層就可以開采。由于用測井資料可以解決巖性，即什么礦物組成的巖石，它的孔隙度如何，滲透率怎么樣，含油氣飽和度大小。沉積時是處于什么環(huán)境，是深水、淺水、還是急流河相，有無有機碳，有沒有生油條件，能不能富集。在勘探過程中，可以解決生油巖，蓋層問題，也可以對儲層給予評價，找到目的層，解釋出油、氣、水。在油氣田開發(fā)過程中，用測井可以監(jiān)測生產動態(tài)，解決工程方面的問題。井中產出的流體性質，是油還是水，出多少水，油水比例如何，用流體密度，持水率都可以說明。注水開發(fā)過程中，分層的注入量，有沒有竄流，用注入剖面測井都可以解決。生產過程中，套管是否變形，有沒有損壞、脫落或變位，管外有無竄槽，射孔有沒有射開，都需要測井來解決。對于設計開發(fā)方案，計算油層有效厚度，尋找剩余油富集區(qū)都離不開測井。測井對石油天然氣勘探開發(fā)來說，自始至終都是不可缺少的，是必要的技術。它服務于勘探開發(fā)的全過程。三、儲層分類及需要確定的參數1．儲集層的分類及特點石油、天然氣和有用的流體都是儲存在儲集層中，儲集層是指具有一定儲集空間的，并彼此相互連通，存在一定滲透能力的的巖層。儲層性質分析與評價是測井解釋的主要任務。1)碎屑巖儲集層它包括礫巖、砂巖、粉砂巖和泥質粉砂巖等。世界上有40％的油氣儲集在碎屑巖儲集層。碎屑巖由礦物碎屑，巖石碎屑和膠結物組成。最常見的礦物碎屑為石英，長石和其他碎屑顆粒；膠結物有泥質、鈣質、硅質和鐵質等。控制巖石儲集性質是以粒徑大小、分選好壞、磨圓度以及膠結物的成分，含量和膠結形式有關。一般粒徑大，分選和磨圓度好，膠結物少，則孔隙空間大，連通性好，為儲集性質好。2)碳酸鹽巖儲集層世界上油氣50％的儲量和60％的產量屬于這一類儲集層。我國華北震旦、寒武及奧陶系的產油層，四川的震旦系，二疊系和三疊系的油氣層，均屬于這類儲層。碳酸鹽巖屬于水化學沉積的巖石，主要的礦物有石灰石、白云石和過渡類型的泥灰?guī)r。它的儲集空間有晶間孔隙、粒間孔隙、鮞狀或鐘孔狀孔隙、生物腔體孔隙、裂縫、溶洞等。從儲層評價和測井解釋的觀點出發(fā)，將碳酸鹽巖儲集層的儲集空間歸為二類：一類為原生孔隙，如晶間、粒間、鮞狀孔隙等。另一類為次生孔隙如裂縫、溶洞等。前者孔隙較小分布均勻。后者孔隙較大，形狀不規(guī)則，分布不均勻。按孔隙結構特點碳酸鹽巖儲集層可分為三類：孔隙型、裂縫型和溶洞型等。(1)孔隙型碳酸鹽巖儲集層：它是粒間、晶間、生物腔體孔隙等，還有石灰?guī)r白云巖化后重結晶形成的均勻分布的孔隙。它們都是孔隙性的碳酸鹽巖儲集層。它們適用的測井方法和解釋方法與碎屑巖儲集層基本相同，也是目前測井資料應用最成功的一類儲集層。(2)裂縫型碳酸鹽巖儲集層：這類儲層的儲集空間主要由構造裂縫和層間裂縫組成，由于裂縫的數量，形狀和分布可能極不均勻，故孔隙度和滲透率也可能有很大變化，油氣分布也不規(guī)律，并且裂縫發(fā)育帶滲透率高。(3)洞穴型碳酸鹽巖儲集層：這類儲集層主要由溶蝕作用產生的。洞穴形狀大小不一，分布不均勻，往往具有偶然性。用常規(guī)測井方法進行解釋有很大困難。2．儲集層的基本參數在儲集層的評價中，需要測井解釋確定的參數有儲層厚度、孔隙度、油氣飽和度和滲透率?？紫抖葞r石在形成過程及后期作用中會有粒間孔隙、晶間孔隙、裂縫及洞穴等。根據孔隙流體在孔隙中能否流動，孔隙可分為總孔隙、有效孔隙。有效孔隙指互相聯通的孔隙?？偪紫吨杆械目紫犊臻g。孔隙度是指巖石中孔隙所占的體積與巖石的體積之比。通常用百分數表示。2)飽和度孔隙中油氣所占孔隙的相對體積稱為含油氣飽和度，通常也用百分數表示。飽和度又分為原狀地層含烴飽和度、沖洗帶殘余烴飽和度、侵人帶含烴飽和度，可動烴飽和度等。束縛水飽和度。是另一個重要的飽和度概念，通過它與總含水飽和度的關系可以知道儲集層是否能出水。3)巖層厚度主要指儲集層的巖層厚度，指的是有效孔隙，含烴飽和度下限所確定的巖層頂底界所具有厚度。4)滲透率為了評價儲層的生產能力，應了解油氣水流過巖石孔隙的難易程度。當粘度為1×10-3的流體，在單位時間1s鐘內，兩端壓差為latm時，通過巖石單位截面lcm2的流體體積為該巖石的滲透率為1μm2.滲透率分絕對滲透率、有效滲透率和相對滲透率，絕對滲透率為巖石孔隙中只有一種流體存在時對巖石所測量的滲透率。有效滲透率為巖石孔隙存在二種或二種以上的流體時，對其中某一流體所測量的滲透率，為該流體在這種巖石中的有效滲透率。相對滲透率為有效滲透率與絕對滲透率的比值，它表示某種流體流過巖石的難易程度。四、測井系列的選擇合理和完善的測井系列是保障測井解釋準確的先決條件。合理的測井系列可以解決巖性問題，層厚、孔隙度、滲透率、飽和度及泥質含量問題。不同的地質條件，需要不同的測井系列組合，見表1。1．泥質指示和確定巖性的測井方法選擇泥質指示應能劃分泥巖和非泥巖，并能確定泥質含量?；旧细鞣N測井方法都能不同程度的進行泥質解釋。最常用的是自然伽馬、自然電位和微電極。另外巖性測井和自然伽馬能譜測井也能解決這個問題。個別的地區(qū)，由于沉積速度快，自然電位不穩(wěn)定，也可以用其他測井方法解決泥質問題。在以后的泥質砂巖解釋中有詳細說明。測井系列選擇的標準是能準確的劃分鉆井剖面的巖性，能夠準確的確定孔隙度，能夠確定地層的含水飽和度，或油氣飽和度。如碳酸鹽巖地層，三種孔隙度測井確定孔隙度，微球形聚焦確定沖洗帶電阻率，雙側向確定深淺電阻率，井徑和自然伽馬確定泥質含量。再如湖泊相河流相的沉積地層，至少有一種孔隙度，微電極，深淺三側向，加井徑和自然電位，有時加自然伽馬。表1裸眼井測井系列井內流體研究參數推薦的測井項目淡水鉆井液巖性Sw—RwSxo—RmfФ—VclayK—ρ幾何參數自然電位、自然伽馬、自然能譜、巖性—密度測井感應測井或側向測井或電位—梯度電極系測井微球形聚集測井（MSFL）或微側向測井（MLL）或微電極測井密度測井、中子測井和（或）聲波測井地層測試器（RFT）地層傾角測井，四臂井徑測井，井斜測量鹽水鉆井液巖性Sw—RwSxo—RmfФ—VclayK—ρ幾何參數自然伽馬、自然能譜、巖性—密度測井，自然電位雙側向測井微球形聚焦測井或微側向測井密度測井、中子測井和（或）聲波測井地層測試器（RFT）地層傾角測井，四臂井徑測井，井斜測量油基鉆井液巖性Sw—RwФ—VclayK—ρ幾何參數自然伽馬、自然能譜、巖性—密度測井感應測井密度測井、中子測井和（或）聲波測井地層測試器（RFT）四臂井徑測井，井斜測量空井巖性Sw—RwФ—VclayK—ρ幾何參數自然伽馬、自然能譜、巖性—密度測井感應測井密度測井、中子測井溫度測井四臂井徑測井、井斜測井2．電阻率測井方法的選擇由于鉆井后測井是在井眼中進行，井眼的大小。鉆井液性能的差別，使得滲透層受不同程度的污染，存在沖洗帶、侵人帶和原狀地層的電阻率上的差異。電阻率測井應能反應沖洗帶、淺、中、深的電阻率數值上的變化。巖層的電阻率高低，巖層的厚薄，影響地層真電阻率數值。所以選用的測井方法也不盡相同。這需要掌握各種方法的線性范圍、探測半徑、聚焦的強弱、圍巖和井的影響大小。對低電阻率地層一般選用雙感應一八側向、微球形聚焦。對高電阻率地層一般選用，雙側向—鄰近側向、微側向電阻率系列。對于較薄的地層微電極，三側向或普通電阻率測井也可以很好的解決地質問題。3．孔隙度測井方法的選擇孔隙度測井一般探測深度較淺，對于儲集層一般僅限于沖洗帶。聲速測井方法適用于粒間和晶間孔隙，不能反映次生孔隙中的裂縫溶洞，適用于均勻分布的孔隙度。中子孔隙度測井只反映巖層的含氫量的大小，并隨含氫量的增加探測深度減小。密度測井反映的是巖石的總孔隙度，分不清原生孔隙和次生孔隙。天然氣對三種孔隙度都有影響，巖性對孔隙度也有影響。第一章自然電位測井（2學時）在生產實踐中發(fā)現，在沒有人工供電的情況下，測量電極M在井內移動時，仍測量與巖性有關的電位隨井深的變化曲線。由于這個電位是自然電位產生的，所以稱為自然電位，用SP表示。第一節(jié)井內自然電位產生的原因井內自然電位產生的原因是復雜的，對于油井來說，主要有以下兩個原因：地層水礦化度與泥漿礦化度不同，引起離子擴散作用和巖石顆粒對離子的吸附作用；地層壓力與鉆井泥漿柱壓力不同時，在地層的微孔隙中產生過濾作用。實踐證明：油井的自然電位主要由擴散作用產生的，只有在泥漿柱和地層間的壓力差很大的情況下，過濾作用才成為較重要的因素。一、擴散電位井內自然電位的產生也是兩種不同濃度的溶液相接觸的產物。由于砂巖的滲透性較好，當地層水濃度和泥漿濾液濃度不同時（通常）并在井壁附近接觸時，離子在滲透壓力作用下，高濃度溶液的離子要穿過砂巖向溶液濃度較低的地層中擴散，由于的遷移速率大于，經過一段時間的聚集后，地層內富集正電荷，泥漿濾液中富集負電荷，見圖1-1。當擴散最終達到動態(tài)平衡時，在砂巖中兩種不同濃度溶液的接觸面上產生自然電場，產生自然電位差。此時的電動勢稱為擴散電動勢或擴散電位。經實驗測定擴散電動勢（）可由下式進行表示：（1-1）當溶液濃度不很大時，溶液濃度與電阻率成反比，所以（1-2）式中—擴散電位系數；—泥漿濾液電阻率；—地層水電阻率.二、擴散吸附電動勢（）在井內泥巖表面附近，由于泥漿濾液濃度與地層水的濃度不同（），離子在滲透壓力作用下，仍然要由高濃度溶液向低溶液濃度中擴散，由于泥巖具有選擇吸附陰離子的能力，在粘土顆粒表面可以大量地吸附陰離子，而可以自由擴散，擴散結果是在泥漿濾液中富集大量正電荷，而在地層中富集了負電荷，見圖1-1。這樣就在泥巖表面處形成擴散吸附電位，記為，其表達式為：（1-3）式中：—擴散吸附電位系數；—地層水濃度；—泥漿濾液濃度三、過濾電位在巖石中，顆粒和顆粒之間有很多孔隙，它們彼此連通，形成很細的孔道，稱為毛細管。當泥漿柱的壓力大于地層的壓力時，泥漿向地層過渡，泥漿濾液通過井壁在巖石孔道中流過。由于巖石顆粒的選擇吸附性，孔道壁上吸附泥漿濾液中的負離子僅有正離子向地層中移動，這樣在井壁附近聚集了大量負離子，圖1-2過濾電位形成示意圖在地層內部聚集了大量正離子，這樣在地層和泥漿接觸面兩端形成的電位稱為過濾電動勢，用表示，如圖1-2所示。在泥漿壓力大于地層壓力的條件下，滲透層處，過濾電位與擴散吸附電位方向一致，其數值與地層和泥漿柱之間的壓力差及過濾溶液的電阻率成正比，與過濾溶液的粘度成反比，即：（1-4）式中：—壓力差，；—過濾電位系數，與溶液的成分濃度有關；—過濾溶液的電阻率，—過濾溶液粘度，。過濾電位只有當地層與泥漿柱壓力差很懸殊時，而且在泥餅形成以前，才有較大的顯示。但一般鉆井時要求泥漿柱壓力只能稍大于地層壓力，相差不是很大，而且在測井時已形成泥餅，因此一般井內過濾電位的作用可忽略不計。在砂泥巖剖面的井中的自然電場主要由擴散電位和擴散吸附電位組成。第二節(jié)自然電位測井曲線特征由于泥巖（或頁巖層）巖性穩(wěn)定，在自然電位測井曲線上顯示為一條電位不變的直線，將它稱為自然電位的泥巖基線；在滲透性砂巖段，自然電位曲線偏離泥巖基線，在足夠厚的砂巖層中，曲線達到固定的偏轉幅度，定為砂巖線。自然電位曲線的異常幅度就是地層中點的自然電位與基線的差值。如圖1-3所示，圖1-3為含水純砂巖的自然電位理論曲線。通常把井中巨厚純水層砂巖井段的自然電位幅度近似地認為是靜自然電位，其值等于擴散電動勢與擴散吸附電動勢之和。橫坐標為自然電位與靜自然電位之比，縱坐標為地層厚度，曲線號碼為層厚與井徑之比。當上下圍巖巖性相同時，曲線特征為：（1）當地層泥漿是均勻的，上下圍巖巖性相同時，自然電位曲線關于目的地層中心對稱，地層中心處異常值最大；（2）地層越厚，越接近，地層厚度變小，下降，曲線頂部變尖，底部變寬；（3）當地層較厚（4）時，的半幅點對應地層的界面，因此較厚地層可用曲線半幅點確定地層界面，隨著厚度的變小，對應界面處的曲線幅度值離開半幅點向曲線峰值移動。實測曲線與理論曲線特點基本相同，但由于測井時受多方面因素的影響，實測曲線不如理論曲線規(guī)則，見圖1-4。滲透性砂巖的自然電位對泥巖基線而言，可向左或向右偏移，它主要取決于地層水和泥漿溶液的相對礦化度。當時，砂巖層段自然電位出現負異常，當時，砂巖層段出現正異常；當時，不存在造成自然電場的條件，則沒有自然電位異常出現。和的差別越大，造成自然電場的電動勢越大。第三節(jié)自然電位曲線影響因素一、滲透層自然電位異常幅度的計算對于砂泥巖層段來說，自然電流回路的總自然電位經推導為：（1-5）式中：—自然電位系數；—砂巖的地層水礦化度，—泥漿濾液的礦化度。自然電位實際上是自然電流在井內泥漿電阻上的電位降，即：（1-6）二、曲線影響因素由（1-6）式可以看出，測量的自然電位幅度值與造成自然電場的總電動勢、井內泥漿電阻、泥巖電阻以及砂巖電阻有關。1）巖性和礦化度比值的影響自然電位異常幅度值與總自然電動勢成正比，取決于巖性和鉆井液濾液電阻率與地層水電阻率的比值（即），所以巖性和地層水礦化度與鉆井液濾液礦化度的比值直接影響的異常幅度。在砂泥巖剖面，自然電位曲線以泥巖為基線。在含水純砂巖層中，自然電位幅度最大，；隨泥質含量的增加，下降，導致下降。2）地層厚度和井徑的影響圖1-3為不同的地層厚度純水砂巖的自然電位理論曲線，主要說明在其他條件完全相同的情況下，地層厚度（h/d）對自然電位幅度和形狀的影響。為記錄的自然電位異常幅度值，為靜自然電位，從圖中可以看出，當地層厚度h>4d時，自然電位異常幅度近似等于靜自然電位；當地層厚度h<4d時，自然電位異常幅度小于靜自然電位，厚度越小，差別越大，異常頂部變窄，底部變寬，這時不能用半幅點確定地層界面。其原因是：地層厚度減小，地層電阻增大，井內鉆井液電阻減小，所以減小。若地層厚度一定時，井徑減小，h/d增大，井內鉆井液電阻增大，則增大。3）地層電阻率，鉆井液電阻率以及圍巖電阻率的影響隨著的增大，自然電位幅度值降低。這是由于增大（或減?。龃螅ɑ驕p?。瑒t減小。圍巖電阻率的變化，同樣對自然電位異常幅度值有影響。圍巖電阻率增大，則增大使自然電位異常幅度值減小。4）鉆井液侵入帶的影響在滲透性地層，鉆井液濾液滲入到地層孔隙中，使鉆井液濾液與地層水的接觸面向地層方向移動了一個距離。鉆井液侵入帶的存在，相當于井徑擴大，因而是自然電位異常幅度值降低，因此鉆井液的侵入增大，自然電位異常幅度減小。第四節(jié)自然電位曲線的應用一、判斷巖性，確定滲透性地層自然電位主要是離子在巖石中的擴散吸附作用產生的，而巖石的擴散吸附作用與巖石的成分、組織結構、膠結物成分及含量有密切的關系，所以可根據自然曲線的變化判斷巖性和分析巖性的變化。在砂泥巖剖面中，當()時，在SP曲線上，以泥巖為基線，出現負異常的井段，可認為是滲透性巖層，其中純砂巖井段出現最大的負異常；含泥質的砂巖層，負異常幅度較低，而且隨泥質含量的增多，異常幅度下降；此外，含水砂巖的還取決于砂巖滲透層孔隙中所含流體的性質，一般含水砂巖的比含油砂巖的要高。在識別出滲透層后，可用“半幅點”法確定滲透層的上下界面位置（條件：h>4d，d為井徑）。如果h<4d，用“半幅點”法確定的滲透層厚度一般要大于實際地層的厚度，結果會產生較大的誤差。二、計算地層水電阻率在求地層水電阻率時，要選擇剖面中較厚的飽含水的純凈砂巖層，讀出該層的，近似認為是靜自然電位，并根據泥漿資料確定，由下式計算地層水電阻率：（1-7）三、估計地層的泥質含量泥質含量和其存在狀態(tài)對砂巖產生的擴散吸附電動勢有直接影響，因此可根據自然電位曲線估計泥質含量。如果在一個地區(qū)使用這種方法，必須進行大量的試驗工作，通過建立和泥質含量之間的定量關系，然后才能利用自然電位曲線估計巖層的泥質含量。有以下兩種方法：(1)對某一地區(qū)，通過試驗，應用數理統(tǒng)計方法建立與之間的關系曲線，再根據自然電位曲線確定地層的泥質含量。(2)利用經驗公式估算：（1-8）式中：PSP含泥質砂巖的靜自然電位；SSP為本地區(qū)含水純砂巖的靜自然電位。四、判斷水淹層位為提高油田采收率，在油田開發(fā)過程中，采取分片切割注水采油的方法。由于油層滲透率不同，注入水推進的速度也不一樣。如果一口井的某個油層見了水，這個層就稱水淹層。水淹層在自然電位曲線上顯示特點較多，由于各地區(qū)的儲集層特點不同，故水淹層在自然電位曲線上的特點不盡相同，所以要根據本地區(qū)的曲線變化規(guī)律判斷水淹層。對部分水淹層（油層底部或頂部見水），自然電位曲線的基線在該層上下發(fā)生偏移，出現臺階，見圖1-5。這是一種比較普遍的現象，據此可判斷水淹層；另外，根據基線偏移的大小，可以估算水淹程度。第二章電阻率測井（8學時）電阻率法測井是地球物理測井中最基本、最常用的測井方法，它包括普通電阻率測井、微電極測井、側向測井、感應測井和自然電位測井等，盡管這些方法的具體特點和所要解決的問題各不相同，但它們的實質都是進行地層電阻率測量。在井孔中測量地層電阻率時，必須向巖層通入一定的電流，在地層中形成電場，電場分布的特點取決于周圍介質的電阻率和供電電極及測量電極間的位置。因此，只要測量出各種介質的電場分布特點就可確定介質的電阻率，所以電阻率測井實質是研究各種介質中電場的分布問題。第一節(jié)普通電阻率測井普通電阻率法測井是把一個普通的電極系（由三個電極組成）放入井內，另一個電極留在地面，測量井內巖石電阻率變化的曲線。在測量地層電阻率時，要受井徑、泥漿電阻率、上下圍巖及電極距等因素的影響，測得的參數不等于地層的真電阻率，而是被稱為地層的視電阻率。因此普通電阻率測井又稱為視電阻率測井。埋藏在地下的巖石的電阻率，是一個既不能直接觀察又不能直接測量的物理量，只有當電流通過它的時候才能間接地測出來。因此，在測量電阻率時，必須由供電電極A、B供電，向巖層通入一定的電流，在井內建立電廠，然后用測量電極M、N進行電位差測量，研究巖石電阻率不同對電場分布的影響，從而進一步找出電位差與巖石電阻率之間的關系。A、B、M、N四個電極中的三個形成一個相對位置不變的體系，稱為電極系，見圖2-1。測井時電極系放入井中，而另一個電極放在地面，當電極系由井底向井口移動時，便可測量出一條巖石電阻率曲線。一、均勻介質電阻率的測量假定井眼所穿過的地層是均勻各向同性的無限大介質，即巖性相同，且電阻率都是R。以點電源A（電流強度為I）,空間任取一點P，它到A的距離為r，以r為半徑作一球，求球面上任一點P的電位。球面上的電流密度為：（2-1）由歐姆定律的微分形式可知：（2-2）而（2-3）所以（2-4）當時，，C=0故，則均勻介質中任一點的電位為：（2-5）（1）若將點電源放在P點，則它在A點產生的電位也是，電場的這種性質稱為電位的互換原理。對于非均勻介質，這個原理也是適用的。（2）如果在均勻介質中放置，…個點電源，其電流強度分別為，…，它們距P點的距離分別為，…，那么所有點電源在P點所產生的電位是各個點電源單獨在P點產生的電位的代數和，即：（2-6）電場的這種性質稱為電位的疊加原理。在均勻介質中，電阻率R與電位U之間存在著簡單的關系，由即可求出R，普通電阻率測井正式利用了這一原理。圖2-1是普通電阻率測井的測量原理線路。將由供電電極和測量電極組成的電極系A、M、N或M、A、B放入井內，而把另一個電極B或N放在地面泥漿池中，作為接地回路電極，電極系通過電纜與地面上的電源和記錄儀相連接。當電極系由井內向井口移動時，供電電極A、B供給電流I，測量M、N電極間的電位差。通過地面記錄儀可將電位差轉換為地層視電阻率。對圖a，供電電極A的電流I和電極B的電流-I對測量電極M點的電位都有貢獻。（2-7）N點離A,B點很遠，則。因此：（2-8）（2-9）—電極系系數，它的大小與電極系中三個電極之間的距離有關。對如果用圖b的線路進行測量，可以證明R的表達式與（2-9）式完全相同，但這時的電極系系數為：(2-10)由此可見，均勻介質中的電阻率與測量電極系的結構、供電電流以及測量電位差有關，當電極系結構和供電電流大小一定時，均勻介質的電阻率與測量電位差成正比。二、視電阻率以上的分析，都是假定電極系處在均勻介質中，但實際測井遇到的情況要復雜得多。石油勘探的目的層具有較好的孔隙性和滲透能力，鉆井過程中，由于泥漿柱的壓力大于地層壓力，泥漿的濾液向滲透層的孔隙中滲透，在滲透層靠近井壁的部分形成泥漿濾液的侵入帶，并在井壁上形成泥餅。侵入帶內泥漿濾液的分布是不均勻的，靠近井壁的部分，泥漿濾液把孔隙中原有的液體全部趕跑，占據了整個孔隙空間，這部分叫泥漿沖洗帶，靠近沖洗帶地層孔隙中是泥漿濾液和地層流體的混合物，該部分稱為過渡帶。而地層中未被泥漿干擾的地層稱為原狀地層。另外，滲透層的厚度也是有限的，其頂部和底部都為非滲透的地層，稱為目的層的上下圍巖。以上各個部分（原狀地層，泥漿侵入帶，泥餅，上下圍巖，井內泥漿），其電阻率、（沖洗帶電阻率用表示）、、和通常是不同的。在這種井剖面的情況下，測量的電位差除了受地層真電阻率影響外，還要受、、、，井徑，侵入帶直徑，以及地層厚度h和電極系結構等因素的影響，因此不能用（2-9）式簡單地求解地層的真電阻率。但是在井中實際測量的電位差，仍然可以代入公式（2-9）中計算電阻率，在這種復雜情況下求出的電阻率稱為地層的視電阻率，用表示，則：（2-11）一般來說，地層的視電阻率不同于地層的真電阻率，但是選擇適當的電極系和測量條件，可以使測量的視電阻率主要反映地層電阻率的變化。因而可以利用在井內測量的視電阻率曲線，來研究鉆井剖面地層電阻率的相對變化。三、電極系電極相對位置不同，會形成不同的電場，也就組成了不同的電極系。在電極系的三個電極中，有兩個在同一線路(供電線路或測量線路)中，叫成對電極或同名電極，另外一個和地面電極在同一線路（測量線路或供電線路）中，叫不成對電極或單電極。根據電極間的相對位置的不同，可以分為梯度電極系和電位電極系。1.電位電極系：不成對電極到靠近它的那個成對電極之間的距離小于成對電極間距離的電極系。電位電極系中成對電極之間的距離（或）較大，即或。電位電極系的電極距為單電極（不成對電極）到最近它那個成對電極之間的距離，即L=。的中點O稱為深度記錄點，表示電極在井內的深度位置，在某一深度位置上測得的可看作記錄點處的。當成對電極系中的一個電極放到無限遠處時，即，可認為N電極對測量無影響，只有A、M對測量是有意義的，這種電位電極系稱為理想電位電極系。對理想電位電極系其所求得電阻率為：（2-12）從式中可看出視電阻率和測量點M的電位成正比，故此電極系稱為電位電極系。此外，電位電極系又可分為：正裝電位電極系：成對電極在不成對電極之下的電位電極系。倒裝電位電極系：成對電極在不成對電極之上的電位電極系。另外，根據供電電極的多少，電位電極系又分為單極供電電位電極系和雙極供電電位電極系。2.梯度電極系：不成對電極到靠近它的那個成對電極之間的距離大于成對電極間距離的電極系。電極系的三個電極之間有三個距離：，，或，，這三個距離當中，梯度電極系中成對電極之間的距離（或）最小，即或，梯度電極系又分為正裝梯度電極系和倒裝梯度電極系兩種：正裝梯度：成對電極在不成對電極之下的梯度電極系。由于正裝梯度電極系測出的曲線在高阻層底界面出現極大值，所以也叫底部梯度電極系。倒裝梯度：成對電極在不成對電極之上的梯度電極系。由于倒裝梯度電極系測出的曲線在高阻層頂界面出現極大值，所以也叫頂部梯度電極系。另外，根據供電電極的多少，梯度電極系又分為單極供電梯度電極系和雙極供電梯度電極系。梯度電極系的電極距為不成對電極到成對電極中點之間的距離，即L=。的中點O稱為深度記錄點。當成對電極間的距離無限?。ㄔ跇O限情況下等于0）時的梯度電極系叫理想梯度電極系。對理想梯度電極系其所求得電阻率為：（2-13）從式中可看出視電阻率和深度記錄點O的電位梯度成正比，故此電極系稱為梯度電極系。此外，電極系的表示方法：通常按照電極在井中的次序，由上到下寫出代表電極的字母，字母間寫出相應電極間的距離，（以米為單位）表示電極系的類。如：A0.4M0.1N表示電極距為0.45m的底部梯度電極系，電極A、M之間的距離為0.4m，M、N之間的距離為0.1m。不同電極系的探測深度也是不同的。探測深度通常以探測半徑r來表示，在均勻介質中，以供電電極為中心，以某一半徑劃一假想球面，若假想球面內包含的介質對電極系測量結果的貢獻占整個測量結果的50%，則此半徑r就是該電極系的探測深度或探測半徑。一般梯度電極系的探測范圍是1.4倍電極距L，而電位電極系的r=2L。由此可知，L越大探測深度也越大。第二節(jié)視電阻率曲線的影響因素一、視電阻率曲線特征假定只有一個高電阻率地層，上下圍巖的電阻率相等，并且沒有井的影響，采用理想電極系進行測量。來看一下視電阻率的理論曲線。1.電位電極系視電阻率曲線特征（1）當上下圍巖電阻率相等時，電位電極系的視電阻率曲線關于地層中心對稱（2）當地層厚度大于電極距時，對應高電阻率地層中心，視電阻率曲線顯示極大值；地層厚度越大，極大值越接近于地層真電阻率（圖2-3）；當地層厚度小于電極距時，對應高阻層中心，曲線出現極小值。（3）在地層界面處，曲線上出現“小平臺”，其中點正對著地層的界面，隨層厚降低，“小平臺”發(fā)生傾斜；當時，“小平臺”靠地層外側一點為高值點，出現假極大值。（4）對厚層取曲線的極大值作為電位電極系的視電阻率數值。2.梯度電極系視電阻率曲線特征（1）曲線與地層中點不對稱，對著高阻層，底部梯度電極曲線在地層底界面出現極大值，頂界面出現極小值；頂部梯度電極曲線在高阻層頂界面出現極大值，底界面出現極小值，而且兩者的曲線形狀正好倒轉。這是確定地層界面的重要特征，由此可用來確定高阻層的頂底界面，見圖2-4。（2）地層厚度很大時，在地層中點附近，有一段視電阻率曲線和深度軸平行的直線，其值等于地層的真電阻率曲線（用來確定地層的真電阻率）。（3）對于h>L的中厚度巖層，其視電阻率曲線與厚地層的視電阻率曲線形狀相似，但隨著厚度的減小，地層中部視電阻率曲線的平直段變小直到消失，見圖2-4。（4）當用底部梯度電極系時，在薄的高阻層下方出現一個假極大值，它距高阻層底界面為一個電極距，見圖2-5。視電阻率曲線的主要應用有劃分巖性剖面，計算儲層的孔隙度和含油飽和度，定性判斷油水層和進行地層對比。二、視電阻率曲線影響因素前面討論的理論曲線是在理想條件下作出來的，即地層是水平的，采用理想電極系，不考慮井的影響。實測曲線由于受井的影響變得平緩且曲線幅度降低，為正確使用視電阻率曲線，有必要研究各種條件對視電阻率曲線的影響。（1）井徑、層厚的影響當地層電阻率、電極距、泥漿電阻率等因素一定時，隨著h/d降低（井徑加大或地層厚度減?。曤娮杪是€變得平滑。所以在其它條件相同時，高阻薄層視電阻率曲線的幅度值比厚層要偏低。井徑變化對視電阻率曲線的影響，歸根結底是由于井內泥漿的影響。通常泥漿電阻率低于地層電阻率，井徑擴大，井的擴大，井的分流作用增大，視電阻率值降低。為了使視電阻率曲線具有很好的劃分地層的能力，要求鉆井泥漿的電阻率要大于五倍地層水電阻率。（2）電極系的影響從理論曲線分析中可知，電極系類型不同，所測視電阻率曲線形狀不同。即使同一類型的電極系在同樣的測量條件下，電極系的尺寸不同，所測的視電阻率曲線的形狀及幅度也不一樣。（3）侵入影響采用不同電阻率的泥漿鉆井時，會對滲透性地層產生泥漿高侵和泥漿低侵現象，視電阻率會受到影響。泥漿高侵（增阻泥漿侵入）：地層孔隙中原來含有的流體的電阻率較低，電阻率較高的泥漿濾液侵入后，使侵入帶巖石電阻率升高。這種情況多出現在水層。泥漿低侵（減阻泥漿侵入）：地層孔隙中原來含有的流體的電阻率比滲入地層中的泥漿濾液的電阻率高時，泥漿濾液侵入后，使侵入帶巖石電阻率降低。這種情況一般出現在地層水礦化度不很高的油層。泥漿侵入對于測量和確定巖層真電阻率是一種因素，但也可根據侵入類型粗略地估計滲透層含油、水情況。（4）高阻鄰層的屏蔽影響以上討論的是單一高電阻率地層的視電阻率曲線。實際測井工作中，經常碰到的是許多高電阻率地層和低電阻率地層交互出現。如果各高阻層之間的距離小于2個電極距，則相鄰高阻層對供電電極發(fā)出的電流產生屏蔽作用，因而使曲線形態(tài)發(fā)生畸變，見圖2-6。實踐證明，高阻鄰層的屏蔽作用，不僅與地層厚度，地層電阻率有關，而且還和電極系類型，電極距，夾層厚度有關。在定性分析屏蔽影響時，要考慮以下幾點：a、位于單電極方向的高阻層，可對另一高阻層產生屏蔽影響，但后者對前者的讀數基本上不產生影響。b、當兩個高阻層之間的距離小于電極距時，可產生減阻屏蔽。c、當兩個高阻層之間的距離大于電極距時，可產生增阻屏蔽。（5）地層傾斜的影響理論曲線是在水平巖層中得出的結果，而實際上大部分巖層總有些傾斜，所以實測曲線與理論曲線形狀和幅度都有所不同，見圖2-7。其它條件均相同，只改變地層傾角，所測的梯度電極系視電阻率曲線發(fā)生變化。若把利用傾斜地層中所測的劃分巖層所得到的厚度定義為視厚度。其曲線特點為：隨地層傾角增大，極大值向地層中心移動，使曲線變得較對稱；曲線的極大值隨增大而降低，曲線變得平緩，極小值模糊不清；，越大，和差別越大。時，曲線還保持曲線的基本特征，只是確定的巖層厚度偏高。因此，在用視電阻率曲線來確定地層真電阻率時，必須經過多次校正。三、標準測井在一個地區(qū)或一個油田，為了研究巖性變化、構造形態(tài)和大段油層的劃分和對比工作，常用相同的深度比例（一般為1：500）及相同的橫向比例，采用相同的測井系列，作為劃分標準層及進行地層對比的基本圖件。標準測井包括有2.5米第三節(jié)側向測井為了評價含油性，必須較準確的求出地層的電阻率，在地層厚度較大、地層電阻率和泥漿電阻率相差不太懸殊的情況下，可以采用普通電極系測井來求地層電阻率；但在地層較薄、電阻率很高，或者在鹽水泥漿的情況下，由于泥漿電阻率很低，使得電極流出的電流大部分都在井和圍巖中流過，進入測量層的電流很少。因此測量的視電阻率曲線變化平緩，不能用來劃分地層、判斷巖性。另外，在存在砂泥巖交互層的地區(qū)，高阻鄰層對普通電極系的屏蔽影響很大，使其難以求出地層真電阻率。一、三電極側向測井基本原理三側向測井電極系是一個長的金屬圓柱體，它被絕緣材料(絕緣環(huán))分隔成三部分，如圖2-8。中間的為主電極，兩端的、為屏蔽電極，它們對稱地排列在主電極兩側，且相互短路。在電極系上方較遠處設有對比電極N和回路電極B，電極系在井中的工作狀態(tài)和電流分布特點如圖2-9。測井過程中，主電極和屏蔽電極、分別通以相同極性的電流和，保持為一常數，通過自動調節(jié)裝置調節(jié)，使、的電位始終保持和的電位相等，沿縱向的電位梯度為零。這就保證了電流不會沿井軸方向流動，而絕大部分呈水平層狀進入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，使三側向具有較高的分層能力。測量的是主電極（或任一屏蔽電極）上的電位值。因為主電流保持恒定，故測得的電位依賴于地層電阻率的大小。三側向電極系的深度記錄點在主電極的中點，測得的視電阻率可表示為：（2-14）三側向測井由主電極流出的電流在屏蔽電極電流的作用下，呈水平層狀進入地層，這樣大大減小了井和圍巖的影響，使三側向具有較高的分層能力，適合在高礦化度泥漿中使用。上述三側向測井的分層能力較強，并且探測深度較深，通常把這種三側向測井稱為深三側向測井，它主要反映原狀地層的電阻率變化。在三側向測井測井中，為了準確了解徑向電阻率（如侵入帶電阻率和原狀地層電阻率）的變化，提出了淺三側向測井。淺三側向測井的探測深度較淺，其電極系結構如圖2-8所示。其特點是：屏蔽電極、的尺寸比深三側向測井要短，減弱了屏蔽電流對主電流的控制作用，并在和外面加上兩個極性相反的電極和，作為主電流和屏蔽電流的回路電極，使主電流徑向流入地層不遠處即發(fā)散。所測出的視電阻率主要反映井壁附近巖層電阻率的變化。在滲透層井段就反映侵入帶的變化。圖2-8所給的是一種實際應用的深、淺三側向電極系，電極系尺寸如下（單位為m）（其中電極上面的數值表示該電極的長度，兩個電極之間的數值表示電極之間相隔的距離）。淺三側向：深三側向：儀器全長3.6m，儀器直徑為0.089m。二、影響三側向測井視電阻率的因素1.曲線的影響因素三側向測井的視電阻率理論曲線特征與電位電極系的視電阻率曲線相似，當上下圍巖電阻率相等時，曲線關于地層中心對稱，在高阻地層中，視電阻率出現極大值；當上、下圍巖電阻率不等時，則曲線呈不對稱形狀，且極大值移向高阻圍巖一方。的影響因素包括兩方面，電極系參數和地層參數。前者影響電極系K，后者影響電極系的電位。電極系參數包括電極系長度、主電極長度及電極系直徑。電極系愈長，主電流聚焦越好，主電流進入地層的深度也越深。計算表明，當電極系尺寸大到一定程度后，該改變電極系長度，對探測深度幾乎沒有什么影響。另外，主電極長圖2-9深三側向測井的電流分布度對曲線的縱向分層能力有影響，主電極越短，分層能力越強。所以，為劃分地層剖面，應選擇合適的主電極長度。下面討論地層參數的影響。（１）層厚和圍巖的影響當層厚大于4L（L為主電極長度）時，圍巖對測量的基本上沒有影響，然而對厚度小于或接近于L的地層，受圍巖影響比較明顯，層厚較薄時，電流層受低阻圍巖影響而分散，使值降低，地層越薄，圍巖電阻率越小，值降低越多。（2）侵入帶的影響侵入帶的影響與電極系的聚焦能力、侵入深度和侵入帶電阻率有關，侵入越深或電極系的聚焦能力越差，侵入帶的影響則相對增加。在侵入深度相同條件下，隨著侵入帶電阻率的增加，它對的影響也相對增加，并且增阻侵入比減阻侵入對影響更大些。2.曲線的主要應用三側向測井實質上是視電阻率測井的一種，它能解決的問題與普通電阻率測井相同。但是它受井眼、層厚、圍巖的影響較小，分層能力較強，是劃分不同電阻率地層的有效方法，特別是劃分高阻薄層，比普通電極系視電阻率曲線要清楚得多。（１）深淺三側向曲線重疊法判斷油水層。由于三側向的視電阻率曲線受泥漿侵入帶的影響，而油層和水層侵入的性質一般情況下是不同的。油層多為減阻侵入，而水層多為增阻侵入。一些油田曾采用兩種不同探測深度（深淺）的三側向視電阻率曲線，進行重疊比較的方法判斷油水層。在油層(泥漿低侵)處，一般深三側向的視電阻率值大于淺三側向的視電阻率的值，曲線出現正異常，在水層(泥漿高侵)處，一般深三側向的視電阻率值小于淺三側向的視電阻率值，曲線出現負異常。（2）劃分地質剖面（分層）三側向測井受井眼、層厚、鄰層的影響較小，縱向分層能力較強，通常在曲線開始急劇上升的位置為地層界面。（3）確定地層電阻率利用三側向的視電阻率確定地層電阻率時和普通電極系一樣，仍然遇到三個未知數（地層真電阻率），（侵入帶電阻率）和D（侵入半徑）。結合微側向測井求得，再利用深淺三側向的侵入校正圖版就可求出和D。三、雙側向視電阻率曲線特點及應用雙側向測井是在三側向和七側向的基礎上發(fā)展起來的，它采用兩個柱狀電極和七個體積較小的環(huán)狀電極，電極系結構如圖2-10。其中是主電極，兩對監(jiān)督電極和、和以及兩對屏蔽電極和、和，每對電極對稱地分布在兩側，并短路相接。電極系深度記錄點為主電極的中心，為增加探測深度,和不是環(huán)狀而是柱狀電極，與三側向的屏蔽電極相同。測量時電極供以恒定電流，兩對屏蔽電極和、和流出相同極性的屏蔽電流、，通過自動調節(jié)電路保持監(jiān)督電極和（或和）間的電位差為零，柱狀屏蔽上的電位與環(huán)狀屏蔽電極上的電位的比值為一常數。即(或)。然后，測量任一監(jiān)督電極（如）和無窮遠電極之間的電位差。在主電流恒定不變的情況下，測得的電位差和介質的視電阻率成正比：（2-15）其中：K為雙側向的電極系系數，可由實驗或理論計算獲得；為上的電位。雙側向測井顧名思義，它也分為深雙側向和淺雙側向，深雙側向的探測深度較深，所測的視電阻率主要反映原狀地層電阻率；淺雙側向的探測深度較淺，所測的電阻率與侵入帶電阻率有關。雙側向電極系尺寸如下：儀器全長9.36m。由此可見，淺雙側向與深雙側向的尺寸一樣，其不同之處在于把柱狀屏蔽電極和改成電流的回路電極、。雙側向測井資料應用于三側向基本相同。第四節(jié)沖洗帶電阻率測井微電極測井是在普通電阻率測井的基礎上發(fā)展起來的一種測井方法，它采用特制的微電極測量井壁附近地層的電阻率。普通電阻率測井能從剖面上劃分出高阻層，但它不能區(qū)分這個高阻層是致密層還是滲透層；另外，在含油氣地區(qū)經常會遇到砂泥巖的薄交互層，而由于普通電極系的電極距較長，盡管能增加探測深度，但難以劃分薄層（這是一對矛盾）。因此，為解決上述實際問題，在普通電極系的基礎上，采用了電極距很小的微電極測井。一、微電極測井1.微電極測井原理微電極系的電極距比普通電極系的電極距小得多，為了減小井的影響，電極系采用了特殊的結構，測井時使電極緊貼在井壁上，這就大大減小了泥漿對結果的影響。我國微電極測井普遍采用微梯度和微電位兩種電極系，其儀器結構是在一起的主體上裝2-3個彈簧片作為扶正器，其中一個彈簧片山裝有硬橡膠板，在橡膠板上簽有三個電極、、，為供電電極，、為測量電極，電極間的距離為0.025m，測量過程中，裝有彈簧片的扶正器使極板緊貼井壁進行測量，盡量減少鉆井液對測量結果的影響。橡膠板上的三個電極組成兩種類型的微電極系，見圖2-11。其中0.0250.025為微梯度電極系，微梯度的電極距為0.0375m，由0.05組成的微電位電極系電極距為0.05m。由于電極距很小，它的探測深度都很小，實驗證明微梯度電極系的探測范圍只有5cm，微電位的約為8cm左右。在滲透性地層處，由于泥漿濾液侵入地層中，在井的周圍形成泥漿濾液侵入帶，井壁上形成了泥餅，侵入帶內的泥漿濾液是不均勻的。靠近井壁附近，孔隙內幾乎都是泥漿濾液，這部分叫泥漿沖洗帶，它的電阻率大于5倍的泥餅電阻率，而泥餅電阻率約為泥漿電阻率的1～3倍。在非滲透的致密層和泥巖層段，沒有泥餅和侵入帶。滲透層和非滲透層的這種區(qū)別，是區(qū)分它們的重要依據。由于微梯度和微電位電極系探測半徑不同，因此泥餅、泥漿薄膜（極板與井壁之間夾的泥漿）和沖洗帶電阻率對它們的影響不同，探測半徑較大的微電位電極系主要受沖洗帶電阻率的影響，顯示較高的數值。微梯度受泥漿影響較大，顯示較低的數值。因此在滲透性地層處，微梯度和微電位測量的視電阻率曲線出現幅度差，利用這個差異可以判斷滲透性地層。在滲透性地層處，微電位的讀數大于微梯度的讀數，顯示出的幅度差稱為正幅度差，反之，顯示出的幅度差稱為負幅度差。利用微梯度和微電位的視電阻率曲線的差別研究地層，必須使微電極系和井壁的接觸條件保持不變，所以要求微梯度和微電位同時測量。2.微電極測井資料的應用選用微梯度和微電位兩種電極系以及相應的電極距，目的是要它們在滲透性地層段出現明顯的幅度差，因此，不但要求兩者同時測量，而且要將兩條視電阻率曲線畫在一起，采用重疊法進行解釋，見圖2-12。根據現場實踐，微電極測井主要有以下幾種應用：1）確定巖層界面，劃分薄層和薄的交互層通常依據微電極測井曲線的半幅點或曲線分離點確定地層界面，一般可劃分20cm厚的薄層，薄的交互層也有較清楚的顯示。2）判斷巖性和確定滲透性地層在滲透性地層處，微電極測井曲線出現正幅度差，在非滲透性地層處沒有幅度差，或出現正負不定的幅度差。根據微電極測井視電阻率值的大小和幅度差的大小，可以判斷巖性和確定地層的滲透性。（1）含油砂巖和含水砂巖一般都有明顯的正幅度差，如果含油砂巖和含水砂巖的巖性相同，則含水砂巖的幅度和幅度差都略低于含油砂巖。砂巖含油性越好，這種差別越明顯這是由于含油砂巖的沖洗帶中，有殘余油存在的緣故。如果砂巖含泥質較多，含油性變差，則微電極曲線幅度和幅度差均要降低。（2）泥巖。微電極曲線幅度低，沒有幅度差或有很小的正負不定的幅度差，曲線呈直線狀，具有砂泥巖剖面中典型的非滲透巖層曲線特點。（3）致密砂巖或鈣質砂巖。微電極曲線幅度特別高，常呈鋸齒狀或刺刀狀，由幅度大小不等的正或負的幅度差。3）確定井徑擴大井段在井內，如有井壁坍塌形成大洞穴時，微電極系的極板懸空，所測視電阻率曲線幅度低，和相同。4）扣夾層，求有效厚度在評價有致密薄夾層和泥巖夾層的含油砂巖層時，需求出含油層的有效厚度。由于微電極曲線具有劃分薄層和區(qū)分滲透和非滲透巖層的兩大特點。在油層中把非滲透性和致密薄夾層從含油氣層總厚度中扣除就得到有效厚度。5）確定沖洗帶電阻率和泥餅厚度微電極測井探測深度淺，因此可利用校正圖版來確定沖洗帶電阻率和。二、微球形聚焦測井微側向和鄰近側向在合適條件下，確定是可靠的。但是前者探測深度較淺，受泥餅影響大，后者可克服泥餅厚度的影響，但探測深度較大，在一定范圍內受原狀地層電阻率的影響，只適合侵入較深的地層。微球聚焦測井既具備了兩者的優(yōu)點，又克服了兩者的缺點，探測深度適當，介于微側向和鄰近側向之間，受泥餅和原狀地層的影響較小，主要反映侵入帶電阻率的變化。1.微球形聚焦測井原理微球形聚焦測井又稱微球聚焦測井，其電極系結構如圖所示。電極的尺寸較小，鑲嵌在絕緣極板上，借助于推靠器，使電極與井壁直接接觸。主電極為長方形，依次向外為測量電極、輔助電極以及監(jiān)督電極、，它們?yōu)榫匦苇h(huán)狀電極。極板的金屬護套和支撐板作為回路電極。由供給的電流一部分流到輔助電極，成為輔助電流，用表示；另一部分電流進入地層，流經一段距離后回到較遠的回路電極，這部分電流稱為測量電流，用表示。測量時，通過儀器自動控制，調節(jié)和的大小，使監(jiān)督電極和上的電位相等；而測量電極與監(jiān)督電極和之間的電位差等于一固定參考值。此時，通過到、中點的等位面近似于球形，這就是球形聚焦測井名稱的由來。由于監(jiān)督電極之間的電位差為零，輔助電流只能在測量井段內的泥餅中流動，這就減小了泥餅的影響，由于和極性相同，迫使主電流以很細的電流束流入地層中，對滲透性地層，即穿過泥餅，流到侵入帶中，由于電極距小，探測深度淺，不受原狀地層電阻率影響。由于微球聚焦測井時極板緊貼在井壁上，測量結果受井眼影響較小，是確定侵入帶電阻率較好的方法。測得的視電阻率可用下式表示：（2-16）（2）微球形聚焦測井資料的應用微球聚焦測井探測深度介于微側向和鄰近側向之間，受泥餅影響小，在確定沖洗帶電阻率中起重要作用，且縱向分層能力強。1)劃分薄層由于主電流以很細的電流束穿過泥餅進入地層，受泥餅影響小，對地層的電阻率變化十分敏感，在巖性不同的界面處有明顯的變化，縱向分辨能力強。2）確定3）雙側向—微球形聚焦測井組合測井微球形聚焦測井一般與雙側向組合成一種綜合下井儀器。一次下井能提供以下曲線：(1)深側向測井電阻率()曲線(2)淺側向測井電阻率()曲線(3)微球形聚焦測井電阻率()曲線(4)自然電位曲線(5)井徑曲線該組合具有三種不同的探測深度：深側向、淺側向及微球聚焦測井。第五節(jié)感應測井在前面討論的直流電法測井(普通電阻率、側向測井等)中，都是在井下地層形成直流電場，通過測量井軸周圍地層的電位分布，即可求出地層的電阻率。只有當井內有導電泥漿時，才能使用這些方法。有時為了獲得原始含油飽和度資料，需要油基泥漿鉆井;有時為了避免破壞地層的原始滲透性，采用空氣鉆井。在這樣的條件下，井內沒有導電介質，不能使用直流電法測井。為了解決這一問題，利用電磁感應原理。如圖所示，當線圈中通以交流電時，在的周圍空間形成交變電磁場，并在線圈中產生感應電動勢。交變電磁場在導電介質中可以傳播，在不導電介質中也可以傳播。因此可以應用電磁感應原理克服非導電介質的影響。一、感應測井基本原理把地層看成是一個環(huán)繞井軸的大線圈，把裝有發(fā)射線圈和接收線圈的井下儀器，如圖2-14所示，放入井中，對發(fā)射線圈通以交變電流，在發(fā)射線圈周圍地層中產生了交變磁場Φ1，這個交變磁場通過地層，在地層中感應出電流，此電流環(huán)繞井軸流動，叫渦流。渦流在地層中流動又產生交變磁場，這個磁場是地層中的感應電流產生的，叫二次磁場Φ2，二次磁場Φ2穿過接收線圈，并在中感應出電流，從而被記錄儀記錄。很明顯，接收線圈中感應產生的電動勢大小與地層中產生的渦流大小有關，而渦流大小又與巖石的導電性有關，地層電導率大，則渦流大，電導率小，則渦流小，渦流與電導率成正比，因而接收線圈中的電動勢也與電導率成正比。根據記錄儀記錄到的感應電動勢的大小，就可知道地層的電導率。從圖2-14中可以看出，接收線圈不僅被二次磁場Φ2穿過，而且被一次磁場Φ1穿過。因而接收線圈中產生的信號有兩種：一是由地層產生的，與地層導電性有關的信號，稱為有用信號，用VR表示。另一種是由儀器的發(fā)射線圈直接感應產生的，這是一種干擾因素，稱為無用信號,用VX表示。二者在相位上相差90°。二、復合線圈系復合線圈系是由串聯在一起的多個發(fā)射線圈和串聯在一起的多個接收線圈所組成。它們分別用，，……，和，，……，代表,其匝數分別是，……,和，……，，其中和稱為主發(fā)射和主接收線圈，它們的匝數和一定是最大的。匝數正、負規(guī)定如下：發(fā)射線圈的纏繞方向與主發(fā)射線圈一致的，匝數為正，否則為負;接收線圈的纏繞方向與主接收線圈一致的，匝數為正，否則為負。為了排除井內介質對測量結果的影響，減小侵入帶的影響，可增加補償線圈，補償線圈通常放在主雙線圈之間，其繞制方向與主線圈相反，這就消除了井影響。同樣，為了消除遠處介質的影響，使探測深度變淺，也可增加另外的補償線圈，所以通過對補償線圈的選擇，可以改善線圈系的探測深度以及補償所要排除部分的幾何因子。為了消除上下圍巖對測量結果的影響，可增加聚焦線圈，其原理與補償線圈類似。為使縱向微分特性曲線具有對稱性，應成對地增加聚焦線圈，使對線圈系的中點呈對稱分布。聚焦線圈使圍巖影響顯著降低，而且界面也比較清楚。（增加的聚焦線圈應放在主雙線圈之外）我國曾廣泛使用過的0.8m六線圈系，是由三個發(fā)射線圈和三個接收線圈組成的復合線圈系，其主要參數如下:0.60.20.40.20.6-7100-25-25100-7、—主線圈對，分別為主發(fā)射和主接收線圈，之間的距離為，叫主線圈距。—補償發(fā)射和補償接收線圈，位于主線圈對內部，用于改善線圈系的徑向特性，減小井、侵入帶的影響；線圈符號間的數字是以m為單位的距離，線圈系下邊的數字為線圈的匝數，負號的意義是該線圈的繞向與主線圈相反，見圖2-15。三、感應測井曲線的應用由于地層電阻率是確定地層含油飽和度的重要參數，必須采取各種手段求準它，感應測井曲線是求準地層電阻率的重要依據，由于感應測井原理是電磁感應，所以電導率高的地層對測量結果貢獻大，也就是電阻率小的地層反映敏感。對于較低的電阻率地層，可以給出較好的電導率值。為合理選取感應測井理論圖版，必須準確地分層和讀數。1.分層對0.8m六線圈系來說，層厚h＞3m，可由曲線半幅點劃分地層界面；h＜3m，地層界面不在半幅點處，而是向峰值方向移動。一般情況下不單獨用感應測井曲線來分層，應同時考慮微電極，微側向和短梯度曲線。2.讀目的層σa值對感應測井曲線來說，不論高或低電導率地層，其地層中點均對應于曲線極值(極大值或極小值)。我們所選取的視電導率就是這個極值。對高電導率地層取極大值，對低電導率地層取極小值。若地層較厚，而由于巖性不均勻或含油不均勻在中部有微小的起伏，則取中部的面積平均值。若地層中含有薄的泥質或鈣質夾層，則將夾層去掉后取余下部分的平均值。3.讀圍巖電導率①如果圍巖是均勻的，可直接讀出視電阻率值；②如果圍巖是不均勻的，應在靠近界面處讀視電導率值(因為這部分圍巖的影響最大)。根據感應測井的縱向探測特性，最好在距地層中點5m的范圍內取圍巖的σa(若h＞=10m，則圍巖的貢獻可以忽略)。③當地層上、下圍巖視電導率不同時，可分別讀取上、下圍巖的視電導率，取二者的平均值作為圍巖的視電導率。第三章聲波測井（6學時）聲波在不同介質中傳播時，速度有很大差別，而且聲波幅度（能量）的衰減、頻率的變化等聲學特性也是不同的。聲波測井就是利用巖石等介質的這些聲學特性來研究鉆井地質剖面、判斷固井質量等問題的一種測井方法。聲波是近年來發(fā)展較快的一種測井方法。由最早的聲速測井、聲幅測井發(fā)展到后來的長源距聲波測井、變密度測井、井下聲波電視(BHTV)、噪聲測井到現在的多極子陣列聲波測井、井周聲波成像測井（CBIL）、超聲波井眼成像儀等。特別是聲波測井與地震勘探的觀測資料結合起來，在解決地下地質構造、判斷巖性、識別壓力異常層位、探測和評價裂縫、判斷儲集層中流體的性質方面，使聲波測井成為結合測井和物探的紐帶，有著良好的發(fā)展前景。第一節(jié)巖石的聲學特性聲波是物質的一種運動形式，它由物質的機械振動產生，通過質點間的相互作用將振動由近及遠的傳播，聲波分為可聽見的20~30KHz的聲波和30KHz以上的超聲波，他們都是機械的彈性波。它是由于機械振動引起彈性體在外力作用下，物體發(fā)生彈性形變產生的。這是因為聲波的波源產生的能量很小，巖石介質都是呈現彈性體，因此波是靠質點間的相互作用進行傳播的，而質點與質點有彈性相互聯系著。所以聲波在物質中傳播的速度、頻率和幅度與物質的彈性密切相關。一、巖石的彈性受外力作用發(fā)生形變，外力取消后，恢復到原來狀態(tài)的物體叫彈性體。而當外力取消后不能恢復其原始狀態(tài)的物體叫塑性體。一個物體是彈性體還是塑性體，不僅和物體本身的性質有關，而且和物體所處的環(huán)境有關（溫度，壓力等）及外力的特點（外力作用形式，時間和大?。┯嘘P。一般說外力小、作用時間短，物體表現為彈性體。聲波測井發(fā)射的聲波能量較小，作用在巖石上的時間也短，所以對聲波測井來講，巖石可看作彈性體。因此研究聲波在巖石中的傳播規(guī)律，可以應用彈性波在物質中的傳播規(guī)律?？捎脳钍夏Ａ浚v向伸長系數）、切變模量、體積模量、泊松比和拉梅系數等物理量來描述物質的彈性。二、巖石的聲速聲波在介質中傳播，傳播方向和質點振動方向相互一致的稱為縱波，而傳播方向與質點振動方向相互垂直的稱為橫波。縱波和橫波的傳播速度、與彈性參數有如下關系：（3-1）其中，為楊氏模量；為泊松比；為介質密度；為拉梅系數。同一介質中：（3-2）由于大多數巖石的泊松比為0.25，所以在巖石中的縱橫波速度之比約為1.73。由（3-2）式知道聲波速度隨巖石的彈性加大而增大，但不會隨巖石密度的加大而減小，因為E和還有關系，并且大部分情況隨著的增大，E有更高級次的增大，所以增大，巖石的聲速一般是增大的。對沉積巖來說，聲速除與上述基本因素有關外，還與巖性、巖石的結構、膠結狀況、孔隙度的大小、地層的埋藏深度和地層的地質時代有關。三、巖石的聲波幅度聲波在巖石中傳播，由于內摩擦的原因，聲波能量會發(fā)生衰減，聲波能量與幅度的平方成正比，所以幅度逐漸減小。衰減的大小與聲耦合率有關，聲耦合率是兩種介質的聲阻抗比。聲阻抗是介質密度和傳播速度的乘積?。第二節(jié)聲速測井當聲波由一種介質向另一種介質傳播時，在兩種介質形成的界面上，將發(fā)生聲波的反射和折射，如圖3-1所示：入射波能量一部分被界面反射，另一部分透過界面在第二介質中傳播。反射波的幅度取決于兩種介質的聲阻抗。兩種介質的聲阻抗之比叫聲耦合率。介質1和介質2聲阻抗差越大，聲耦合率越差，聲能量就不易從介質1傳到介質2中去。通過界面在介質2中傳播的折射波的能量就越小。如果兩介質聲阻抗相近，聲耦合的好，聲波幾乎都形成折射波通過界面在介質2中傳播，這時反射波的能量就非常小。根據波的折射和反射定律，入射角和反射角相等，而入射角和折射角之間滿足下列關系：（3-3）當且為固定值時，折射教會隨著入射角的增大而增大，當入射角達到某一固定值，折射角等于，此時相應的入射角滿足：（3-4）這時在折射區(qū)中，折射波以該區(qū)域的聲波速度沿界面向前滑行傳播，這種波稱為滑行波，所對應的入射角稱為臨界角。如果這時傳播的波是縱波，則該滑行波為滑行縱波，相應的入射角稱為第一臨界角，記為；如果這時傳播的波是橫波，則形成滑行橫波，相應的入射角稱為第二臨界角，記為。一、單發(fā)雙收聲速測井儀的測量原理1.測量原理聲速測井是測量滑行波穿越地層單位長度時所用的時間，即時差，單位是us/m。聲速測井的下井儀器包括三部分。聲系（由發(fā)射探頭和接收探頭組成）、電子線路及隔聲體，其中聲系是主體。聲系的發(fā)射探頭和接收探頭，即換能器，是由壓電陶瓷晶體制成，利用這種晶體具有的壓電效應的物理性質，以其反效應發(fā)生聲波，以其正效應接收聲波。聲速測井儀由發(fā)射探頭發(fā)生聲波，在充滿鉆井液的井中在較大的角度向各個方向傳播。其中必然有以臨界角的方向入射到第二介質，而且底層速度大于鉆井液的聲速，所以必然產生在地層中沿井壁附近傳播的滑行波。滑圖3-2單發(fā)雙收聲系行波在地層中傳播的快慢是受巖石性質所決定?；胁▊鞑サ侥睦?，那個質點都可以作為波源在向四面八方傳播，也必然引起鉆井液質點振動，接受探頭就可以接收到滑行波。首波最容易紀錄，所以只記錄首波，首波到達第一個接收探頭后，關閉電路，第二個接收探頭也是被同一首波所觸發(fā)，記錄下兩個接收探頭的時間差。當然也有鉆井液的直達搏，但在鉆井液中傳播的速度慢，選擇合適的距離，就可以接受到地層的滑行波，其它的波卻為后續(xù)波。接收探頭在初至波觸發(fā)下工作，把聲波變?yōu)殡娪嵦枺M行紀錄。對于單發(fā)單收聲系，如圖3-2，由和組成發(fā)射和接收探頭，源距為，假設井內流體中縱波速度為，井外地層的縱波速度為，則第一臨界角的正弦為，聲波到達接及探頭的路徑為，所用時間為：（3-5）所以要做反演計算求，必須已知和井徑。但實際測井中，這兩個參數是未知的或比較難確定的。所以單發(fā)單收聲系不利于進行聲速測量，一般采用單發(fā)雙收。如圖3-2，聲系由發(fā)射探頭和、兩個接收探頭組成，且、間的距離為(間距)。同樣，聲波由到的傳播時間為：（3-6）由（3-5），(3-6)得：(3-7)所以地層中縱波的時差為：(3-8)其中是已知的，是實際記錄的遠近接收探頭所接收到的滑行波的到達時間差。但是，實際測量中使用的時差所測量的是聲波時差隨深度的變化曲線。這樣時差的大小就反映地層聲速的高低。所以聲波速度測井就是測量聲波在兩個接收探頭之間的時間差，它等于間距所對應的地層中傳播速度的倒數。儀器的深度記錄點即是兩個接收探頭的中點。測量時由地面儀器把時差轉變成與其成比例的電位差加以記錄，儀器在井中移動，就得到一條隨深度變化的聲波時差曲線。兩接收探頭間的間距的選擇應考慮以下問題:如果過大，則所求得的縱波時差是長度為一個間距厚度的地層聲速平均效應的貢獻，因此不利于薄層分析，而且過大，第二個接收探頭由于地層的衰減而記錄的滑行縱波幅度很小，不易辨認，易產生記錄誤差；另一方面，選擇過小，則被測量的聲波時差的絕對值變小，在地面儀器的精度一定的情況下，則相對誤差增大。因此從提高測量精度的角度來看，選擇大一些為好。如果地層的縱波速度比較低時，可以選擇較小的，這樣可以提高薄層的分層能力。2.單發(fā)雙收聲速測井儀存在的缺陷：(1)在井眼比較規(guī)則的時候能夠測量記錄井壁上隨深度變化的時差，而且測量結果不受井內泥漿的影響，但如果井眼不規(guī)則，測量結果會受井內泥漿聲速的影響，且誤差較大。(2)單發(fā)雙收聲系存在深度誤差。我們規(guī)定單發(fā)雙收聲系的記錄點為兩接收探頭的中點。它記錄的結果應該是在該記錄點附近厚度為的巖層的聲速平均值，但實際情況并不是這樣。聲波在兩個接收探頭之間傳播的距離并不和它們所對應的地層完全重合，見圖3-2。這一深度誤差在地層速度較高，井徑較小時并不大，可忽略；但當地層與相差不大，且井徑增大時，如在疏松的泥巖段，井壁坍塌，發(fā)生井徑擴大，且第一臨界角比較大，這一誤差可達0.5m，因此，深度誤差必須考慮。（陣列聲波測井儀器源距和間距可有多種選擇）。二、雙發(fā)雙收聲系為了消除深度誤差及井徑不規(guī)則所引起的誤差。人們一般利用雙發(fā)雙收聲系。其電極系結構如圖3-3所示。它由兩個發(fā)射探頭、、、組成，、位于中間，和交替發(fā)射聲波脈沖，由、各記錄一次，然后將兩次記錄的時差求平均值，作為當前、對應的地層的聲波時差。下面來分析雙發(fā)雙收聲系是怎樣減小或消除深度誤差和井眼不規(guī)則的影響的。1.消除深度誤差雙發(fā)雙收聲系的記錄點位于、的中點。當工作時，反映的是段（中點為）地層的時差平均值。當工作時，反映的是段（中點為）地層的時差平均值。一般認為當、附近的地層巖性沒有發(fā)生變化時，由于，，因此取兩次測量結果的平均值反映的是和中點處的時差平均值。實際記錄點為和的中點，此時實際記錄點和儀器記錄點重合，不再發(fā)生圖3-3雙發(fā)雙收聲系深度誤差。2.井眼補償雙發(fā)雙收聲系的另一個特點是將井徑變化時對聲速的影響減小到最小。通過以前的討論可知，利用單發(fā)雙收聲系測量聲波速度（時差）時，其測量值受井徑變化的影響，如圖3-4（a）為井徑變化時測量到的單發(fā)雙收聲速（時差）示意圖。設井內泥漿的速度為，井外地層的縱波速度為，單發(fā)雙收聲系紀錄的聲波時差為：（3-9）當接收探頭在井徑擴大部位時，由于，所以紀錄的時差值要小于實際的時差；當接收探頭在井徑擴大部位時，由于，所以紀錄的時差值要大于實際的時差。因此，在實際測井時，由于井徑的變化，即使在沒有巖性變化的情況下，記錄的聲波時差會隨井徑的變化而變化。根據以上分析，這種由井徑引起的變化有一定的規(guī)律，如果發(fā)射探頭在接收探頭之下，則聲波時差是先變大，后變小，即曲線向右偏移突起，然后向左偏移凹進，如圖3-4（b）所示。當采用雙發(fā)雙收聲系時，如圖3-4（c）所示，在發(fā)射時，聲波到達、的時間分別為：（3-10）（3-11）則：（3-12）其中，為地層的縱波聲速，為井眼流體的縱波聲速，為兩接收器的間距。同理，當發(fā)射聲波脈沖時，記錄的時差為：（3-13）也為，的間距。在實際情況中，可近似認為，。所以取平均時差時：（3-14）這樣就補償掉了井眼不規(guī)則的影響。另外，雙發(fā)雙收聲系還可克服儀器傾斜的影響。雙發(fā)雙收聲系的缺點是薄層分辨能力差，不如單發(fā)雙收聲系。這是由于滑行縱波必須是入射波在傳播過程中以一定的傾斜角入射到井壁上時才能產生，而雙發(fā)雙收聲系采取上下兩端發(fā)射，使得兩次時差記錄的井段不能完全重合。特別是低速地層和大井徑的井眼，這一問題更為明顯，而且有時會出現“盲區(qū)”現象。主要是滑行波在傳播時必須是以一定的傾斜角入射到井壁上時才能產生，特別是低速地層和大井徑的井眼，由于臨界角大，這些現象更明顯。如圖3-5，當發(fā)射聲信號時，和記錄到的時差反映的是井段上的值；當發(fā)射時，和記錄到的時差反映的是井段上的值，因此，雙發(fā)雙收井眼補償聲波測井值并不能反映兩個接收探頭和所對應地層的聲速時差，也就是說，整個接收探頭所對應的地層好像探測不到一樣。把這種由于雙發(fā)雙收聲系測量引起的探測不到的地層層段稱為盲區(qū)。三、影響聲速測井因素1、井徑的影響。擴徑段聲波時差發(fā)生變化，使時差曲線出現假異常。2、層厚的影響。聲速測井儀對小于間距的薄地層分辨能力較差。減小間距可以提高對于薄層的分辨能力，但是記錄精度就受影響了，特別是探測深度也隨之變淺。3、周波跳躍的影響含氣的疏松砂巖、裂縫發(fā)育的地層以及泥漿氣侵的井段，由于聲能量的嚴重衰減，經常出現周波跳躍現象。聲波在具有裂縫和溶洞的地層中傳播時，會因產生多次反射而使能量明顯衰減，特別是裂縫發(fā)育層段，滑行縱波的幅度急劇衰減，以致第二道接收波列的首波不能觸發(fā)記錄，而往往是后續(xù)波以后的第二、第三或者第四各續(xù)至波觸發(fā)記錄。這在聲速時差曲線上表現為時差急劇增大，增大的數值有一定的規(guī)律，那就是以聲波中心頻率周期的倍數增大，這種現象稱為“周波跳躍”。所以周波跳躍是疏松砂巖氣層和裂縫發(fā)育地層的一個特征，可被利用來尋找氣層或裂縫帶。四、聲波時差測井資料的應用1.聲波測井曲線聲波測井曲線是聲速測井儀測量到的聲波時差隨深度變化的關系曲線，對于比較理想的地層，如厚的泥巖夾有砂巖薄層的情況，曲線如圖3-6。聲波曲線的特點：①當目的層上下圍巖聲波時差一致時，曲線對稱于地層中點。②巖層界面位于時差曲線半幅點③在界面上下一段距離上，測量時差是圍巖和目的層時差的加權平均效應，既不能反映目的層時差，也不能反映圍巖時差。④當目的層足夠厚且大于間距時，測量時差的曲線對應地層中心處一小段的平均讀值是目的層時差。2.聲波時差測井資料的應用①劃分地層。不同巖性的地層時差值不一樣，據此可劃分地層。在砂泥巖剖面，砂巖顯示出較低的時差，而泥巖