测井学基础知识

1、测井学基础知识第一章 普通电阻率测井 普通电阻率测井是地球物理测井中最基本最常用的测井方法，它根据岩石导电性的差别，测量地层的电阻率，在井内研究钻井地质剖面。岩石电阻率与岩性、储油物性、和含油性有着密切的关系。普通电阻率测井主要任务是根据测量的岩层电阻率，来判断岩性，划分油气水曾研究储集层的含油性渗透性，和孔隙度。 普通电阻率测井包括梯度电极系、电位电极系微电极测井。本章先简要讨论岩石电阻率的影响因素，然后介绍电阻率测井的基本原理，曲线特点及应用。第一节 岩石电阻率与岩性储油物性和含油物性的关系各种岩石具有不同的导电能力，岩石的导电能力可用电阻率来表示。由物理学可知，对均匀材料的导体其电阻率为

2、：其中L ：导体长度，S：导体的横截面积，R：电阻率仅与材料性质有关由上式可以看出，导体的电阻不仅和导体的材料有关，而且和导体的长度、横截面积有关。从研究倒替性质的角度来说，测量电阻这个物理量显然是不确切的，因此电阻率测井方法测量的是地层的电阻率，而不是电阻。下面分别讨论一下影响岩石电阻率的各种因素：一 岩石电阻率与岩石的关系 按导电机理的不同，岩石可分成两大类，离子导电的岩石很电子导电的岩石，前者主要靠连同孔隙中所含的溶液的正负离子导电；后者靠组成岩石颗粒本身的自由电子导电。对于离子导电的岩石，其电阻率的大小主要取决于岩石孔隙中所含溶液的性质，溶液的浓度和含量等（如砂岩、页岩等），虽然其造岩

3、矿物的自由电子也可以传导电流，但相对于离子导电来说是次要的，因此沉积岩主要靠离子导电，其电阻率比较底。对于电子导电的岩石，其电阻率主要由所含导电矿物的性质和含量来决定。大部分火成岩（如玄武岩、花岗岩等）非常致密坚硬不含地层水，主要靠造岩矿物中少量的自由电子导电，所以电阻率都很高。如果火成岩含有较多的金属矿物，由于金属矿物自由电子很多，这种火成岩电阻率就比较底。二 岩石电阻率与地层水性质的关系 沉积岩电阻率主要由孔隙溶液（即地层水）的电阻率决定，所以研究沉积岩的电阻率必须首先研究影响地层水电阻率的因素。 地层水的电阻率，取决于其溶解岩的化学成分，溶液含盐浓度和地层水的温度，电阻率与含盐浓度，及地

4、层水的温度成正比，溶解盐的电离度越大，离子价越高，迁移率越大，地层水电阻率越小。也就是说岩石电阻率与地层水矿化度温度之间存在正比关系。三 含水岩石电阻率与孔隙度的关系沉积岩的导电能力主要取决于单位体积岩石中，孔隙体积（孔隙度）和地层水电阻率，孔隙度越大，地层水的电阻率越低，岩石电阻率就越低实验证明，对于沉积岩其中： F 岩石的地层因素或相对电阻，对于给定的岩样，它是一个常数这一比值与岩石的孔隙度和胶结情况，孔隙度形状有关。 R0 孔隙中充满地层水时的岩石电阻率。 Rw 地层水电阻率 a 比例系数，不同岩石有不同的数值 m 胶结指数，随岩石胶结程度而变化 岩石连同孔隙度上式就是测井中广泛引用的阿

5、尔奇公式四 含油岩石电阻率与油气饱和度的关系含油岩石电阻率比含水岩石的电阻率大，岩石含油越多（即含油饱和度越高）岩石的电阻率也越高，这时岩石电阻率除了与岩石的孔隙度，胶结情况及孔隙形状有关外，还与油水在孔隙中的分布状况及含油饱和度和含水饱和度有关。第二节 普通电阻率测井普通电阻率测井是把一个普通的电极系（由三个电极组成）放入井内，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。油藏在地下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

6、流通过它的时候才能间接的测出来。因此，在测量电阻率的时，必须向岩层通入一定的电流，然后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与电阻率之间的关系。一 电阻率的测量原理由物理学已知，点电源电流场中任一点的电位I 电流强度（已知） r 该点到点电源的距离（已知）因此只需要知道电位U，就可以求得电阻率R的数值。上图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、M或M、A、B放入井内而把另一个电极N或B放在地面泥浆池中，作为接收回路电极，电极系通过电缆与地面上的电源和记录仪想连接。当电极系由井内向井口移动时供电电极A、M供给电流I。测量M、N电极间的电位差通过

7、地面记录仪可将电位差转换为地层地层视电阻率Ra通过推导可得到（对图a）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。对于图b，上式中 二 电极系的分类在电极系的三个电极中，有两个在同一线路C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电位电极系的三个电极之间有三个距离：，或，这三个距离当中，如果成对电极之间的距离（或）最小，即或j叫梯度电极系，梯度电极系有分为顶部梯度电极系和底部梯度电极系两种： 顶部梯度：成对电极在不成对电极之上的梯度电极系。 底

8、部梯度： 成对电极在不成对电极之下当成对电极间的距离无限小（在极限情况的0）时的梯度电极系叫理想梯度电极系。2 电极系的三个电极之间如果成对电极之间的距离（或）较大，即或就叫电位电极系。当成对电极系中的一个电极放到无限远处时，即或这种电位电极系称为理想电位电极系。3电极系的记录点电极系探测范围及表示方法 采用记录点这一概念是为了便于更好的划分地层，确定地层的顶底界面。对于梯度电极系，记录点选择在成对电极的中点，测量的视电阻率曲线的极大值和极小值正好对准地层界面。电极距为不成对电极到记录点的距离，对于电位电极系，记录点选择在两个相近电极A、M的中点，记录的视电阻率曲线正好与响应地层的中心对称，电

9、极距为单电极到最近一个成对电极之间的距离。 记录点一般用“O”表示，电极距电极距用“L”表示，如上图。电极系的电极距表示电极系的长度，L不同探测的范围不同。探测范围通常以探测半径r表示，把电极系的探测范围理解为一个假想的球体。梯度电极系的不成对电极电极和电位电极系的A电极位于球心，通常认为假想球体对测量结果的影响占整个测量结果的50%，则假想球体即为探测范围根据这一规定，对均匀介质计算的结果是，梯度电极系的探测范围是1.4倍电极距，而电位电极系的r=2L，由此可知，L越大探测范围越大。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

10、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三 视电阻率曲线的特征及影响因素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。（一） 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，底部梯度电极系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，这是确定地层界面的重要特征，来确定高阻层的顶底界面。 2地层厚度很大时，再地层中点附近，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

11、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度曲线形状相似，单随着厚度的减小，地层中部视电阻率曲线的平直段变小直到消失。不同厚度的高阻层电阻率取值原则：（1）高阻厚层：取中部曲线段的平直段作为地层的真电阻率。（2）高阻薄层：取曲线唯一的一个尖峰（极大值）（3）高阻中厚层：取面积平均值（具体取值见书）（二） 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。3当地层厚度小于电极距时，对应高阻层中心，曲线出

12、现极小值。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，围岩上下界面对应界面处平直段的中点即，的中点。（三） 视电阻率曲线影响因素（略讲）1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。2另外，井位、电极距、上下围岩性质都会对视电阻率产生影响。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。四、 微电极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，它采用特制的微电极测量井壁附近地层的电阻率。普通电阻率测井能从剖面上划分出高阻层，但它不能区分这个高阻层是致密层还是渗透层，另外，含油气地层经常会遇到砂泥岩薄的交互层，

13、由于普通电极系的的电极距较长，尽管能增加探测深度，但难以划分薄层（这是一对矛盾）。因此，为解决上述实际问题，在普通电极系的基础上，采用了电极距很小的微电极测井。（一） 微电极测井的原理 微电极电极距比普通电极系的电极距小的多，为了减小井的影响，电极系采用的特殊的结构，测井时使电极紧贴在井壁上，这就大大减小了泥浆对结果的影响。我国微电极测井普遍采用微梯度和微电位两种电极系，为微梯度的电极距为0.0375m微电位的电极距为0,05m由于电极距很小，实验证明微梯度电极系的探测范围只有5cm微电位为8cm左右。在渗透性地层处，由于泥浆滤液侵入地层中，在井的周围形成泥浆滤液侵入带，井壁上形成了泥饼，侵入

14、带内的泥浆滤液是不不均匀的。靠近井壁附近，孔隙内几乎都是泥浆滤液，这部分叫泥浆冲洗带，它的电阻率大于5倍的泥饼电阻率，而泥饼电阻率约为泥浆电阻率的13倍，在非渗透的致密层和泥岩层段，没有泥饼和侵入带。渗透层和非渗透层的这种区别，是区分它们的重要依据。由于微梯度和微电位电极系探测半径不同则泥饼泥浆薄膜（极板与井壁之间夹的泥浆）和冲洗带之间的电阻率不同，探测半径较大的微电位电极系主要受冲洗带电阻率的影响，显示较高的数值。微梯度受泥浆影响较大，显示较底的数值。因此在渗透性地层处，这个差异可以判断渗透性地层，显示出的幅度差称为正幅度差，（反之，显示出的幅度差称为负幅度差）利用微梯度和微电位的视电阻率曲

15、线的差别研究地层，必须使微电极系和井壁的接触条件保持不变，所以要求微梯度和微电位同时测量。（二） 微电极测井曲线的应用选用微梯度和微电位两种电极系以及相应的电极距目的是要它们在渗透性地层上方出现明显的幅度差，因此，不但要求两者同时测量，而且要将两条视电阻率曲线画在一起，采用重叠法进行解释，根据现场实践微电极测井主要有以下两种应用：1确定岩层界面，划分薄层和薄的交互层 通常依据微电极测井曲线的半幅点曲线分离点确定地层界面，一般可划分20cm厚的薄层，薄的交互层也有较清楚的显示。2判断岩性和确定渗透性地层 在渗透性地层处，微电极测井曲线出现正幅度差，非分渗透性地层处没有幅度差，或出现正负不定的幅度

16、差，根据微电极测井视电阻率值的大小和幅度差的大小，可以判断岩性和确定地层的渗透性。3确定冲洗带电阻率Rxo和泥饼厚度hmc 微电极测井探测深度浅，因此可用来确定冲洗带电阻率Rxo和hmc，但需要使用符合一定条件的图版第二节 自然电位测井人们在测井时，工程上出现一次偶然失误，供电电极没供电，但仍测出了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。 一、 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：1、地层水矿化度与泥浆矿化度不用2、地层压力不同于泥浆柱压力。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

17、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）扩散电位如右图，在一个玻璃容器用渗透性的半透膜将之隔开，两边NaCl溶液的浓度不同。左边为Cw，右边为Cm，且Cw>Cm。离子在渗透压力作用下，高浓度溶液的离子要穿过半透膜移向较低浓度的溶液，这种现象称为扩散。对Nacl溶液来说，Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，经过一段时间的聚集后，Cw中有正离子，Cm中有负离子。此时在良种不同浓度NaCl溶液的接触面上产生自然电场，能测到电位差。当离子继续扩散时，由于Cm的排斥，Cw的吸引，Na+和Cl-的迁移速度趋于相等，最终达到扩散的动态平衡，此时两侧的电动势保持为一定值，此时的电动势

18、称为扩散电动势或扩散电位。扩散电动势 Kd：为扩散电位系数。当溶液浓度不很大时，溶液浓度与电阻率成反比，所以砂岩段由于其渗透性较好，一般产生扩散电位。（二）、扩散吸附电动势（Eda）实验装置同1，只是将半透膜换成泥岩隔膜。同样，在两种不同浓度溶液的接触面产生离子扩散，扩散方向仍是由Cw向Cm一方。但由于泥岩隔膜具有阳离子交换作用，试空隙内溶液中的阳离子居多，扩散结果是在浓度小的Cm方富集了大量的正电荷带正电，浓度大的一方带负电。这样就在泥岩隔膜处形成扩散吸附电位，记为Eda，其表达式为 Kda为扩散吸附电位系数。（三）、过滤电位在压力差的作用下，当溶液通过毛细管时，管的两端产生过滤电位。只有当

19、压力差很大时，产生的过滤电位才是不可忽略的，但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍大雨地层压力，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。 二、 自然电位测井曲线特征及应用（一）、曲线特征曲线特征为：1、当地层泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同，自然电位曲线关于目的地层中心对称。2、在地层顶部界面处，自然电位变化最大，当地层较厚（h>4d，d:井径）时，可用曲线半幅点确定地层界面，随着厚度的变小，对应界面的曲线幅度值离开半幅点向曲线峰值移动。3、地层中点取该曲线幅度的最大值，随地层的变薄极大值随之减小且曲线变为平缓。4、渗透性砂岩的自然电位

20、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。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就是地层中点的自然电位与基线的差值。静自然电位：对于纯水层的砂岩的总电动势。（二）、自然电位曲线影响因素及应用1、渗透层自然电位异常幅度的计算对于砂岩层段来说，自然电流回路的总自然电位Es（三者之和）经推导为：自然电位系数，砂岩的地层水矿化度， 泥浆滤液的矿化度。如右图，我们实际测量的是自然电流流过

21、井内泥浆电阻上的电位降。回路电流：2、曲线影响因素 1）、，取决于岩性和（即），所以岩性和直接影响的异常幅度。 2）、地层厚度， 当地层厚度一定，井径减小， 3）、地层电阻率（或），使（或）， 4）、泥浆侵入的影响：泥浆侵入，相当于井径扩大，所以。3、自然电位曲线的应用 1）、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。砂岩随着岩性由粗变细 逐渐变成了泥岩另外，自然电位曲线异常幅度的大小，可以反映地层渗透性的好坏，通常砂岩的渗透性与泥质含量有关

22、，泥质含量越少其渗透性越好，自然电位曲线异常幅度值越大。2）计算地层水电阻率。3）估计地层的泥质含量。4）判断水淹层位第三节 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，再地层厚度较大，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内和围岩中流过，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，在沙泥岩交互层地区，高阻临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。为解决上述的问题，就出现了带有聚焦电极

23、的侧向测井，它能使主电流成一定厚度的平板状电流束，垂直进入地层，使井的分流作用和围岩的影响大大减少。侧向测井开始为三侧向测井，后来研制了七侧向，现今已发展了双侧向测井，双侧向测井-微球形聚焦测井已成为盐水泥浆和高电阻率地层剖面的必测项目。一、 三电极侧向测井不同电阻率测井法的区别，主要反映在它们的电极系上，所以研究侧向测井的原理，主要讨论这种电极系的工作原理。三侧向现已被双侧向所取代，但作为侧向测井最早的一种，其聚焦的基本原理还是值得一讲。（一）、 基本原理三侧向测井电极系是一个长的金属圆柱体，它被绝缘物分隔成三部分，如右图。中间的A0为主电极，两侧两端的A1、A2通以相同极性的电流，通过自动

24、调节装置，使A1、A2的电位始终保持和A0的电位相等，主电极A0的电流左屏蔽电极电流的作用下，呈水平层状射入地层。这样大大减小了井和围岩的影响，使之侧向具有较高的分层能力。三侧向测井测量的是A0电极表面的电位U，其视电阻率Ra为 RaKU/I0 K:电极系系数,与地层的尺寸,可用理论计算方法获得也可用实验方法求出. U/I0称为接地电阻,用r0表示,它表示水平层状的主电极电流,从电极表面到无限远之间介质的电阻,它与电流通过的空间所有介质的电阻率都有关系,但实际上它主要取决于电极附近介质的电阻率。（二）、三侧向视电阻率的影响因素Ra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

25、者影响电极系的电位，下面仅讨论地层参数的影响。1、 层厚和围岩的影响当层厚大于4l0（l0为主电极长度）时，围岩对测量的Ra基本上没有影响，然而对厚度小于或接近于l0的地层，Ra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Ra值降低，地层越薄，围岩电阻率越小，Ra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。同样侵入深度相同条件下，它对Ra的影响也相对增加。在侵入深度相同条件下，增加侵入比减阻侵入对Ra影响更大些。3、 三侧向测井曲线的解释三侧向测井实质上是视电阻率测井的一种，

26、它能解决的问题与普通电阻率测井法相同。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的多。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。深浅三侧向的电极系结构如下图：它们的主要区别是，深侧向屏蔽电极较长，浅侧向屏蔽电极较短，深侧向B电极距屏蔽电极较远，浅侧向回路电极B电极在屏蔽电极附近，这样对主电极的聚焦能

27、力不同，电流线的分布不同。浅侧向流向地层的电流分散，探测深度较大。（画图说明）在油层(泥浆低侵)处,一般深三侧向的视电阻率Ra值大于浅三侧向的视电阻率Ra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Ra值小于浅三侧向的视电阻率Ra值，曲线出现负异常.2、 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Rt（地层真电阻率），Ri（侵入带电阻率）和D（侵入半径）。结合微侧向测井求设Ri，再利用深浅三侧向的侵入校正图版就可求出Rt和D。3、 划分地质剖面（分层）三侧向测井受井、层厚、临层的影响较小，纵向分层能力较强，通常在Ra曲线开始急剧

28、上升的位置为地层界面。三、 双侧向测井双侧向测井是在三侧向和七侧向的基础上发展起来的，所以先大致讲一下七侧向测井的工作原理（一） 七电极侧向测井（简称七侧向）基本原理七侧向原理上与三侧向基本相同，只是电极系结构略有差异七侧向的电极系有七个环状金属电极组成。一个主电极A0，两对监督电极M1和M2，N1和N2以一对屏蔽电极A1和A2，每对电极对称地分布在A0两侧，并短路相接。测量时A0电极供以恒定电流I0，屏蔽电极A1和A2流出相同极性的屏蔽电流IS，通过自动调节，使监督电极M1和N1（M2和N2）之间的电位差为零，因此无论从A0或A1、A2来的电流都不能穿过M1、N1（M2与N2）之间的介质。迫

29、使电流沿径向流入地层。主电极的I0电流呈圆盘状沿径向流入地层，圆盘厚度约为O1O2（O1，O2分别M1N1和M2N2的中点）七侧向Ra=KUm/I0 UmM1（或N1）电极相对远处N电极的电位。I0：A0电极的电流，K：电极系系数。上述的七侧向是深七侧向测井，其探测深度较大，为研究井壁附近侵入带的电阻率，提出了浅七侧向测井。除了深七侧向的七个电极外，又在屏蔽电极A1和A2的外侧，加上回路电极B1和B2，B1，B2电极的极性与A0，A1，A2相反，因此，由A0，A1、A2流出的电流穿入地层后不远，即流向B1，B2电极。从而减小了探测深度，主要反映侵入带电阻率的变化。（二）双侧向测井双侧向测井的原

30、理与七侧向测井类似，采用两个柱状电极和七个环状电极，主电极A0通以恒定的测量电流I0，M1和M2（N1和N2）为测量电极，测量过程中，通过自动调节电路保持监督电极M1和N1（M2和N2）间的电位差为零，柱状屏蔽电极A1上的电位与环状屏蔽A1上的电位的比值为一常数.即UA/UA=(或 )。进行深侧向测井时屏蔽电极A1、A1合并为上屏蔽电极，A2和A2合并为下屏蔽电极，并发射极性与A0电极相同的屏蔽电流IS。浅侧向测井时，A1，和A2为屏蔽电极，极性与A0电极相同，A1，A2为回路电极，极性与A0相反，由A0和屏蔽A1,A2流出的电流进入地层后很快返回到A1,A2电极,减少了探测深度。（三） 微侧

31、向测井和邻近侧向测井微侧向测井虽然提高了纵向分辨率，但由于受泥饼影响较大，难以求准冲洗带电阻率，为此提出了微侧向测井和邻近侧向测井。1、 微侧向测井微侧向利用七侧向的测量原理，不同的是电极系小，并装在绝缘极板上，如图是其电极系结构。电极系由主电极A0，监督电极M1、M2屏蔽电极A1构成，M1，M2和A1电极呈环状，电极间的距离为A00.016M10.012M20.012A1。利用推靠器将极板压向井壁，使电极与井壁直接接触。测量时A0电解流出主电流I0，A1，电极供以屏蔽电流I1，I1和I0极性相同，通过自动控制，调节I1，使监督电极M1和M2的电位相等，从而迫使I0呈束状沿径向流入地层。在井壁

32、附近的地层中，电流束的直径近于环形电极M1和M2的平均直径（约为4.4cm），距井壁较远处，电流束散开，其探测范围约为7.5cm。对于渗透性地层，往往形成泥饼，由于泥饼的电阻率通常地层电阻率，因此用微电极测井时，A电极的供电电流被泥饼分流，进入地层的电流较少，泥饼影响加剧。对于微侧向测井来说，由于屏蔽电流的作用，使得主电流全部流入地层，从而减小了泥饼的影响，能更好地求侵入带电阻率。测量时，可用下式表示视电阻率：Ra=KUm/I0应用时，利用制作的微侧向测井与微电极的综合图版，利用图版可求得冲洗带电阻率。2、邻近侧向测井微侧向测井虽然在一定程度上克服了微电极测井受泥浆影响较大的缺陷，但其探测深度

33、仍然较浅，为此提出了邻近侧向测井。邻近侧向测井由三个电极构成，电极装在绝缘极板上，借推靠器压向井壁。主电极为A0，A为屏蔽电极，M为参考电位电极。测量时，调节A电极屏蔽电流Is，使得M电极的电位UM等于仪器内已知的参考信号U参。在测量过程中保持UMU参常数，通过调节A0电极的电流I0，使得UA0UM，如果两者不等，再调节I0使它们相等，A0电极与M电极间的电位梯度为零，迫使I0沿径向射入地层。实践结果表明，由于邻近侧向测井的探测范围明显大于微侧向，泥饼影响小得多。当泥饼厚度hmc0.75in(1.9cm)时，泥饼影响可忽略不计，但当hmc>0.75in时，需用邻近侧向测井校正图版进行校正

34、，以求得侵入带电阻率Rxo。通常当侵入带直径大于40in(1.02m)时，原状地层几乎没有影响，邻近侧向得出的就是侵入带电阻率Rx0，但当侵入带直径小于40in时，原状地层电阻率Rt影响增大，侵入愈浅，影响愈大。为了减小原状地层的影响，提出了球形聚焦测井，其探测深度介于微侧向和邻近侧向之间，主要反映侵入带电阻率的变化。四、球形聚焦和微球形聚焦测井（一）、球形聚焦测井球形聚焦测井由九个电极组成，A0为主电极，在A0上下对称排列着M0和M0，A和A1，M1和M1，M2和M2四对电极（如图），每对电极短路相接。A1、A1电极与A0电极极性相反，称为辅助电极。由A0供给的电流一部分流到A1、A1，成为

35、辅助电流，用Ia表示；另一部分电流进入地层，流经一段距离后回到较远的回路电极B，这部分电流成为测量电流，用I0表示。测量时，通过仪器自动控制，调节Ia和I0的大小，使M0 (M0 )电极的电位与电极M1、M2(M1，M2 )中点电位差等于一固定的参考值，保持M0到M1、M2中点之间的电位差不变，此时，通过M0到M1、M2中点的等位面近似于球形，这就是球形聚焦测井名称的由来。同时，通过调节，要保持M1、M2(M1，M2 )电极间的电位差近似为零。由于A1、A1与A0相距较近，辅助电流Ia主要沿井眼流动，迫使主电流I0流入地层，由于M1、M2(M1，M2 )间的电位差为零，在M1、M2(M1，M2

36、 )电极以内，I0不会流入井眼，因此I0的变化就反映了地层电阻率变化。通过选择回路电极B及电极M1、M2(M1，M2 )到A0电极间的距离，可改变球形聚焦的探测范围。球形聚焦测井通常与深感应测井及微电阻率进行组合测量，通过深感应球形聚焦Rxo测井组合图版，可求出Rxo、Rt和D(侵入带直径)。（二）、微球形聚焦测井微球形聚焦测井原理与球形聚焦测井完全相同，只是电极系形状不同。主电极呈矩形，其它电极是矩形环状，电极间的距离变小，并装在绝缘极板上，借助于推靠器，使电极与静止直接接触，辅助电流Ia主要经泥饼流入A1，这就减小了泥饼的影响，迫使主电流I0流入地层中，对渗透性地层，即流到侵入带中，由于电

37、极距小，探测深度浅，不受原状地层电阻率影响，主要是探测侵入带电阻率Rxo。微球形聚焦测井一般与双侧向组合成一种综合下井仪器。一次下井能提供以下曲线：(1)深侧向测井电阻率(RLLd)曲线(2)浅侧向测井电阻率(RLLs)曲线(3)微球形聚焦测井电阻率(RMSFL)曲线、井径曲线(4)自然电位曲线(5)泥饼厚度实际应用前，先制作双侧向测井的井眼校正和围岩校正图版，以及双侧向微球形聚焦组合图版。然后对RLLd和RLLs进行井眼和围岩校正，利用微球给出的侵入带电阻率Rxo和组合图版得出地层电阻率Rt。再利用相应的饱和度公式即可得出地层含油饱和度。用Rxo可求出侵入带的残余油饱和度，从而可得出可动油饱

38、和度。第四节 感应测井前面所讨论的各种电阻率测井方法，都需要井内有导电的液体，使供电电极的电流通过它进入地层，在井周围地层中形成直流电场，然后测量电场的分布，得出地层的电阻率。这些方法只能用于导电性能较好的泥浆中，但有时为了获得地层原始含油饱和度资料，在个别的井中，需用油基泥浆钻井，有时还采用空气钻井，在这样的条件下，井内没有导电介质，不能使用直流电法测井。为了解决这一问题，根据电磁感应原理，提出了感应测井。一、 感应测井（一）、基本原理感应测井原理如右图所示。图中上面为发射线圈(T)下面为接收线圈(R)。当交变电流I通过发射线圈T时，在T周围地层中形成交变电磁场,设想把地层分成许多以井轴为中

39、心的截面积为一个单位，且圆环面与井轴垂直的圆环，每个圆环相当于一导电环，称之为单元环。在交变电磁场作用下，这些单元环就会产生感应电流I1，I1是以井轴为中心的圆环的闭合电流环（涡流），涡流在地层中流动，又会形成二次交变电磁场，穿过接收线圈R，并在R中产生感应电动势，从而被记录仪记录。在R中除了由产生的感应电动势外，还有发射线圈直接产生的感应电动势，前者反映地层的导电性，称为有用信号，用ER表示，后者与地层导电性无关，称为无用信号，用Eo表示。当发射电流强度固定不变时，接收线圈中的有用信号ER与均匀介质的电导率之间的关系： K 仪器常数或线圈系数，当仪器结构一定，且电流强度保持不变时，K为常数。

40、 测量地层的电导率。对于非均匀介质，如果二次交变磁场在R中产生的有用信号与电导率为的均匀介质产生的有用信号相同，就把称为非均匀介质的视电导率。感应测井记录的是一条随深度变化的视电导率曲线，也可同时记录出视电阻率Ra变化曲线。（二）、感应测井的几何因子理论感应测井记录的有用信号，是由于地层内感应电磁场的变化在接收线圈中产生的感应电动势。（要确定接收线圈感应电动势的大小，必须首先求出发射线圈的交变磁场在地层中产生的感应电动势。）当发射线圈通以交变电流时，它向地层发射交变电磁场，在每个单元环中产生感应电动势，单元环的电流也是交变电流，在它周围又产生交变电磁场，接收线圈在这交变磁场的作用下可产生有用信

41、号，每个单元环产生总信号的一部分，根据理论计算，每个单元环在接收线圈中产生的信号e为：K：仪器常数；：单元环地层电导率；g：单元环几何因子。上式说明几何因子的物理意义是：在均匀无限厚的地层中，单元环在接收线圈中产生的信号占全部地层在接收线圈产生总信号的百分数。假定整个空间是均匀介质，其电导率为，则接收线圈的总的感应电动势ER为：为无数多个位置和半径不同的单元环的贡献。因全部空间对测量结果的贡献是100%，所以即。实际的地层是有限厚的，并且有侵入带存在。井内泥浆、上下围岩、侵入带即地层电阻率都不相同，这时感应测井的有用信号可用下式表示：式中分别为井眼、侵入带、地层、围岩的几何因子。分别为井眼、侵

42、入带、地层、围岩的电导率。因此在非均匀介质中测量的视电导率为：空间各部分介质对测量的总信号贡献的大小，由各部分介质的电导率与其几何因子所决定。在接收线圈中，除有用信号外，还有由发射线圈产生的无用信号，在测井过程中，应该把消除掉，通常采用补偿线圈的方法，使降到最小，另外利用有用信号和无用信号相位之间差900，采用相敏检波电路可把无用信号消除。（三）、感应测井线圈系的特性感应测井的纵向几何因子反映它的纵向分层能力，而径向几何因子反映它的探测深度。感应测井的线圈系分为双线圈系和多线圈系。1、双线圈系存在的问题A、经研究发现，双线圈系的纵向特性和径向特性都不够理想。对纵向特性，在均匀介质中，有50%的

43、信号来自线圈范围以外的介质，这说明在研究薄层时，上下围岩的影响比较大，同时地层界面在曲线上的反映不明显，对于径向特性，靠线圈洗介质（r <0.5L，L为线圈距），对测量读数有较大的影响，表明井内泥浆对测量结果影响很大。B、双线圈系的无用信号大于有用信号，有时大到数十倍到数千倍。虽然可用相敏检波器区别开ER和Eo，但由于数值差别较大，要准确消除无用信号，势必增加仪器设计的困难。为克服上述缺点，生产中都采用多线圈系。多线圈系可看成几个双线圈系的组合，测量的信号是每个双线圈系接收信号迭加的结果。2、六线圈系的特性我国使用的感应测井为六线圈系，所以以六线圈系说明多线圈系的特性。如图，T0,R0为

44、主发射、接收线圈，T1和R1为辅助发射和辅助接收线圈，主要用来改善线圈系的径向特性，消除井和侵入带的影响，T2和R2为聚焦发射和聚焦接收线圈，主要用来改善线圈的纵向特性，减小围岩的影响。图上线圈旁的数字表示线圈匝数，数字前面的符号表示线圈连接的方向，与主线圈连接方向相同的为正，相反的为负。（四）、感应测井曲线及应用1、感应测井曲线变化特点上下围岩相同，单一低电导率地层a、当地层厚度h>1.7m时，曲线上在界面附近出现一对耳朵，这是由于过聚焦作用产生的，当h>3m时，曲线中部皆向外凸呈弧状，h=2m的地层，曲线中部呈凹形。如果有井存在，“耳朵”变得不明显，当h>2m时，可用视电

45、导率曲线的半幅点划分地层界面。b、当h<1.7m时，视电导率曲线呈现一尖峰（视电导率极小值），实际测井条件下的“耳朵”现象并不明显。上下围岩不同，单一电导率地层上下围岩不同时，单一高电导率地层()和单一低电导率地层()的曲线因受不同围岩的影响，视电导率曲线呈不对称形状。对于h>2m的地层，地层中部的曲线呈倾斜状，地层中点对于倾斜段的中点，对于h<2m的地层，曲线偏向与地层电导率差别小的围岩一侧，对于中间电导率地层(),用半幅点分层较困难。2、应用感应测井的主要任务是确定岩石电导率。感应测井的线圈虽然有纵向和径向的聚焦作用，受围岩、泥浆和侵入带的影响较小，但这些影响并未完全消除

46、，为了求得较准的地层电导率，需要对视电导率进行井眼校正、传播效应校正、围岩校正和侵入带校正。第五节 介电常数测井介电常数测井也称电磁波测井，主要用来测量井下地层的介电常数。由于地层水、原油、天然气的介电常数相差较大，因此当储集层的孔隙度达到一定数值后，含油、气层的介电常数与水层的介电常数有明显差别，据此可较准确地划分油、气、水层。70年代开始，前苏联和西方国家相继开展了岩石介电常数测量及介电测井理论、仪器的研制工作。我国一些单位也开展了岩石介电常数及相位介电测井的研究工作，并相继进行了电磁场传播测井及介电测井，在生产中取得了一定的效果。如：1、高频电磁波传播测井。工作频率为1100MHz，地层

47、水矿化度在该频率下影响较小，其探测深度浅。2、双频介电测井。由阿特拉斯测井公司研制。一种工作主频为47MHz，为深探测的介电测井仪；另一种工作主频为200MHz，为浅探测的介电测井仪。3、大庆测井公司研制的相位介电测井。工作主频为600MHz，目前正在应用中。第二章 声波测井声波在不同介质中传播，速度有很大差别，而且声波幅度的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井，变密度测井、井下声波电视BHTV、噪声测井到现在的

48、多极子阵列声波测井（包括偶极子横波成像仪DSI），如井周声波成像测井CBIL，超声波井眼成像仪等。特别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下地顶构造，判断岩性，识别压力异常层位，探测和评价裂缝，判断储集层中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带，有着良好的发展前景。第一节 岩石的声学特性声波是物质的一种运动形式，它由物质的机械振动产生，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播，而质点与质点有弹性相互联系着。所以声波在物质中的传播与其弹性密切相关。一 岩石的弹性受外力作用发生形变，外力取消后，恢复到原来状态的物体叫弹性体。而当外力取消后不能恢复其原始状态的物体叫塑性体。一

49、个物体是弹性体还是塑性体，不仅和物体本身的性质有关，而且和物体所处的环境有关（温度，压力等）及外力的特点（外力作用形式，时间和大小）有关。一般说外力小作用时间短，物体表现为弹性体。声波测井发射的声波能量小，作用在岩石上的时间也短，所以对声波测井来讲，岩石可看作弹性体。因此研究声波在岩石中的传播规律，可以应用弹性波在物质中的传播规律。可用杨氏模量（纵向伸长系数），泊松比和拉梅系数等物理量来描述物质的弹性。二 岩石的声波速度声波在介质中传播，传播方向和质点振动方向相互一致的称为纵波，而传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波。纵波和横波的传播速度 vp, vs 与弹性参数有如下关系： Vp= (1

50、)Vs=E: 杨氏模量 ：泊松比 ：物质密度 ：拉梅系数同一介质中，由于大多数岩石的泊松比为0.25,所以在岩石中的纵横波速度之比约为1.73。由（1）式知道声波速度随岩石的弹性加大而增大，但不会随岩石密度的加大而减小，因为E 和还有关系，并且随着的增大，E有更高级次的增大，所以增大，岩石的声速是增大的。对沉积岩来说，声速除与上述基本因素有关外，还与岩性，岩石的结构及地层的埋藏深度，地质时代有关。三、岩石的声波幅度声波在岩石中传播，能量（与幅度的平方成正比）会发生衰减，一是因为内摩擦原因造成热能损失而产生的衰减，一是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减。前者衰减的大小和岩石的密度以及声波的频率

51、有关。密度小声速低，声能衰减大，声波幅度低（声波频率高，声波幅度衰减大）。所以通过声波幅度的衰减可以了解岩层的特点或固井质量。声波由一种介质向另一种介质传播，在两种介质形成的界面上，将发生声波的反射和折射，如土图所示： 入射线 反射线 1 2 折射线 入射波能量一部分被界面反射，另一部分透过界面在第二介质中传播。反射波的幅度取决于两种介质的声阻抗。所谓声阻抗（z）就是介质密度和声波在该介质中传播速度的乘积。 Z=.v两种介质的声阻抗之比z1/z2叫声耦合率。介质1和介质2声阻抗差越大，声耦合率越差，声能量就不易从介质1传到介质2中去。通过界面在介质2中传播的折射波的能量就越小。如果两介质声阻抗

52、相近，声耦合的好，声波几乎都形成折射波通过界面在介质2中传播。这时反射波的能量就非常小。第二节 声波速度测井声波在声阻抗不同的两种介质的界面上传播时发生的折射和反射符合Snell定律，即反射和折射定律，折射定律可表示为：sina/sin=v1/v2, v1,v2分别为介质1和介质2的声波速度。因为v1，v2对一定的介质是固定值，所以随着入射角增大，折射角增大，在v2>v1的条件下，当大到某一角度时,为直角，此时折射波将沿着界面在介质2中传播，这样的折射波在声波测井中叫滑行波，或称为首波或头波，此时的入射角叫临界角，以i表示,其值为sini=v1/v2声波从介质1向介质2传播，只要v1&l

53、t;v2 ，且大于或等于临界角,就会产生滑行波.声速就是测量滑行波穿越地层1m所用的时间,即时差。单位是us/m。声速测井的下井仪器包括三部分。声系（由发射探头和接收探头组成），电子线路及隔声体，其中声系是主体。一、声系及时差的记录。声系的发射探头和接收探头，即换能器，是由压电陶瓷晶体制成，利用这种晶体具有的压电效应的物理性质，以其反效应发生声波，以其正效应接收声波。1、单发单收声系及单发双收声系对于单发单收声系，如图，由T和R1组成发射和接收探头，源距为L，假设井内流体中纵波速度为v1,井外地层的纵波速度为vc，则第一临界角的正弦为 v1/vc，声波到达接及探头R1的路径为TABR1，所用时

54、间为： T1=2TA/v1+AB/vc.(1) =2a/v1cosi+(L2atgi)/vc所以要做反演计算求vc。必须已知v1和井径a。但实际测井中，这两个参数是未知的或比较难确定的。所以单发单收声系不利于进行声速测量，一般采用单发双收。如图，声系由T, R1, R2,两个接收探头组成。R1,R2间的距离为Ld(间距)同样，声波由T到R2的传播时间为 T2=2TA/v1+AC/vc.(2)由（1）,(2) 得 T=T2T1=BC/vc=Ld/vc所以地层中纵波的时差为： tc=1/vc=T/Ld其中Ld是以知的，T是实际记录的远近接收探头所接收到的滑行波的到达时间差。两接收探头间的间距Ld的

55、选择应考虑以下问题。如果Ld的过大，则所求得的纵波时差是长度为一个间距厚度的地层声速平均效应的贡献，因此不利于薄层分析，而且Ld过大，第二个接收探头由于地层的衰减而记录的滑行纵波幅度很小，不易辨认，易产生记录误差。另一方面，Ld选择过小，则被测量的声波时差的绝对值变小。在地面仪器的精度一定的情况下，则相对误差增大。因此从提高测量精度的角度来看，Ld选择大一些为好。如果地层的纵波速度比较低时，可以选择较小的Ld，这样可以提高薄层的分层能力。 单发双收存在的缺陷：(1) 在井眼比较规则的时候能够测量记录井壁上随深度变化的时差，而且测量结果不受井内泥浆的影响，但如果井眼不规则，测量结果会受井内泥浆声速的影响，且误差较大。(2) 单发双收声系存在深度误差。我们规定单发双收声系的记录点为两接收探头的中点。它记录的结果应该是在该记录点附近厚度为Ld的岩层的声速平均值，但实际情况并不是这样。声波在两个接收探头之间传播的距离并不和它们所对应的地层完全重合。这一深度误差在地层速度较高，井径较小时并不大，可忽略，但当地层vc与v1相差不大，且井径增大时，如在疏松的泥岩段，井壁坍塌，发生井径扩