测井概述

1、测井的概念：

测井，也叫地球物理测井或矿场地球物理，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、核）之一。简而言之，测井就是测量地层岩石的物理参数，就如同用温度计测量温度是同样的道理；

石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。

2、测井的原理

任何物质组成的基本单位是分子或原子，原子又包括原子核和电子。岩石可以导电的。我们可以通过向地层发射电流来测量电阻率，通过向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子孔隙度和密度。地层含有放射性物质，具有放射性（伽马）；地层作为一种介质，声波可以在其中传播，测量声波在地层里传播速度的快慢（声波时差）。地层里的地层水里面含有离子，它们会和井眼中泥浆中的离子发生移动，形成电流，我们可以测量到电位的高低（自然电位）。

3、测井的方法

1）电缆测井是用电缆将测井仪器下放至井底，再上提，上提的过程中进行测量记录。常规的测井曲线有9条；

2）随钻测井（LWD-log while drilling）是将测井仪器连接在钻具上，在钻井的过程中进行测井的方式。边钻边测，为实时测井（realtime),井眼打好之后起钻进行测井为(tipe log)；

4、测井的参数

1) GR-自然伽马

GR是测量地层里面的放射性含量，岩石里粘土含放射性物质最多。通常，泥岩GR高，砂岩GR低。

2) SP-自然电位

地层流体中除油气的地层水中的离子和井眼中泥浆的离子的浓度是不一样的，由于浓度差，高浓度的离子会向低浓度的离子发生转移，于是就形成电流。自然电位就是测量电位的高低，以分辨砂岩还是泥岩。

3) CAL-井径

井径就是测量井眼尺寸的大小。比如用八寸半的钻头钻的井眼，测量的井径或为八寸半，或大于八寸半（称扩径），或小于八寸半（称缩径）。测量的井径是对所钻井眼尺寸大小的直观认识。

4) AC-声波

常说人所说的声波即是声波时差，单位为毫秒每英尺，声波时差小，也就是声波在地层传播的时间少，说明地层比较致密和坚硬。反之地层比较疏松。

5) ZDL-密度

用放射源向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量密度，密度值是岩石单位体积的密度，包括固体和流体。

6) CN-中子

用放射源向地层发射高能粒子轰击地层的原子来测量中子，我们也叫中子孔隙度，也叫总孔隙度，测量的是流体体积占整个岩石的百分比。

7) 电阻率  resistivity

电阻率分为微侧向和双侧向（包括浅侧向和深侧向），它们的区别就在于探测深度不一样，深侧向探测深度最大，浅侧向次之，微侧向最小。由于泥浆对地层的侵入不同，井眼为圆心在不同的半径范围内，地层有完全被泥浆侵入、部分被泥浆侵入、未被泥浆侵入，这分别对应微侧向、浅侧向、深侧向探测的地层。

8) 其它

• 核磁测井;

• 测压取样(测压是测量地层压力，以计算地层流体的密度，进而确定流体性质；取样是将地层里的流体抽出来取到地面);

• 井壁取心;

• 垂直地震（VSP）(Vertical seismic profile);

5、测井解释

测井解释的一般过程：先找储层，再找油气，一般来说油气水只存在于砂岩中，GR值低的为砂岩。GR高的为泥岩，找到砂岩之后，再在砂岩中找电阻率较高的层位，基本上就是油气层。

一般地，油气层的曲线响应是：伽马（GR）较低，电阻率较高，中子较小，密度较小。 对应的，水层的电阻率相对油气层电阻率偏低。

==自然伽玛测井==

自然伽马测井是沿井身测量岩层的天然伽马射线强度的方法。通过测井结果就有可能划分出所钻地层的地质剖面、确定砂泥岩剖面中砂岩泥质含量和定性地判断岩层的渗透性。

1、自然伽玛测井原理

岩石中的自然放射性元素主要是铀(238U)、钍(232Th)及其衰变产物和钾的同位素(40K)。岩石中的自然放射性取决于U 、Th、K的含量。不同岩石放射元素的种类和含量是不同的。火成岩的放射性较强，变质岩次之，沉积岩最弱。钾、钍这两种物质的沉积主要跟岩石的吸附作用(颗粒越细，吸附的放射性物质越多)有关，而铀的沉积与氧化环境、还原环境及有机质的富集与否密切相关。沉积岩中又以泥岩(粘上)的放射性较强，砂岩、石灰岩、白云岩的放射性较弱，且随泥质含量的增加，而放射性增强。因此，利用自然伽马测井有可能区分岩性。特别是从剖面中识别非泥质地层，并估计储集层的泥质含量。

当自然伽马射线穿过钻井液和仪器外壳进入探测器。经过闪烁计数器，将伽马射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器。地面仪器把每分钟电脉冲数转变成与其成正比例的电位差进行记录，并下仪器沿井身移动，就连续记录出井剖面上自然伽马强度曲线，称为GR。

2、影响因素

1) 测井速度：测速大，测井曲线形状发生畸变；

2) 统计起伏：衰变和射线探测的随机性；

3) 井眼条件的影响：井径、泥浆密度、套管、水泥环等。

3、自然伽玛测井的作用

1) 划分岩性

根据不同的岩性然伽射线强度不同可以划分岩性。在砂泥岩剖面，纯砂岩GR最低，粘土最高，泥质砂岩较低，泥质粉砂岩和砂质泥岩较高。即自然伽马随泥质含量的增加而升高。在碳酸盐岩地层中，纯石灰岩和纯白云岩最低，泥岩和页岩最高，泥灰岩较高，泥质石灰岩，泥质白云岩界于它们之间，也是随泥质增加曲线数值增高。膏盐剖面中，石膏层的数值最低，泥岩最高，砂岩在二者之间。

2) 进行地层对比

(1) 一般与孔隙流体无关。储层含油、含水或含气对曲线影响不大，或根本没什么影响，用自然电位和电阻率进行对比，同一储层由于含流体性质不同差别很大。含水时自然电位异常幅度大，电阻率低。含油气时异常幅度小，电阻率高。在套管井也可以进行地层比。
    (2) 很容易识别风化壳、薄的页岩等，曲线特征明显。
    (3) 在膏盐剖面及盐水钻井液条件下，自然电位和电阻率曲线变化较小，就显示出了自然伽马曲线进行对比的优越性。
    (4) 砂泥岩剖面：低GR的为砂岩储集层，在厚层状态下可以用半幅点分层；碳酸盐岩剖面:低GR说明含泥质少的纯岩石，结合高孔隙度、低电阻率可划分出储集层。

3) 确定泥质含量

在地层岩石中，火山岩和变质岩本身含有放射性矿物，可以发射伽马射线；沉积岩则不含有放射性矿物，其放射性主要由泥质吸附放射性物质引起的。因此可以通过放射性的大小来判断泥质含量的高低。

==自然电位测井==

1、自然电位形成原因

由于泥浆与地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，在井壁附近两种不同矿化度的溶液发生电化学反应，产生电动势，形成自然电场，主要有扩散电动势和扩散吸附电动势。

一般地层水为NaCl溶液，当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势，即高深度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移，这种过程叫离子扩散。在扩散过程中，各种离子的迁移速度不同，如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子)，这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)，形成一个静电场，电场的形成反过来影响离子的迁移速度，最后达到一个动态平衡，如此在接触面附近的电动势保持一定值，这个电动势叫扩散电动势记为Ed。

若把渗透性薄膜变成泥岩薄膜，同样离子将要扩散，但泥岩对负离子有吸附作用，可以吸附一部分氯离子，扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠孩子而带正电，浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电，这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda.

此外还有过滤电动势，这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的，只有在压力差较大时才考虑过虑电动势的影响。

2、自然电位曲线

在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上，电极M用电缆放在井下，提升N电极，沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自然电位曲线(SP)。

由自然电场分布特征可以看到，在砂岩和泥岩交界处，自然电位曲线有明显变化。在相当厚的纯属砂岩和纯属泥岩交界面附近的自然电位变化最大，它是产生自然电场的总电动势记为E。

通常把E称为静自然电位，记为SSP，Ed的幅度为砂岩线，Eda的幅度为泥岩线。实际测井中以泥岩线作为自然电位测井曲线的基线(零线)—泥岩基线。偏离泥岩基线为异常幅度。

等效电路：一般自然电流要经过泥浆、砂岩、泥岩，当砂岩层为有限厚时它的自然电位为自然电流，在泫经泥浆等效电阻上的电位降，即自然电位曲线SP。

3、SP曲线特点

1) 曲线对称地层中点；

2) 厚地层SP=SSP曲线半幅度点正对地层界面；

3) 厚度减小SP减小，地层中间取得幅度最大值。

4) 实际曲线与理论曲线类似，但没有理论曲线规则且没有"绝对零点"，在砂泥岩剖面井中一般地层水浓度较高，因此在砂岩层段出现"负异常'。

4、SP曲线影响因素

1) 溶液成分的影响；

2) 岩性的影响，比如泥岩和砂岩是不一样的；

3) 温度的影响；

4) 地层电阻率的影响；

5) 地层厚度的影响，厚度增加SP增加；

6) 井眼的影响，井径扩大截面积增加，泥浆电阻变小，SP变小。

5、自然电位曲线应用

1) 划分渗透层：砂泥岩剖面井段的特点，泥岩基线，砂岩异常幅度；

2) 估算泥值含量；

3) 确定地层水电阻率。

4) 判断水淹层位。

==电阻率测井==

1、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。

2、电极系

在电极系的三个电极中，有两个在同一线路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。

3、视电阻率曲线的特征

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。

1) 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。

2) 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。

4、视电阻率曲线影响因素

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。

5、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，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。

1) 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。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1—3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。

2) 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。

==声波测井==

1、什么是声波

发声体的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。声波借助各种介质向四面八方传播。声波是一种纵波，是弹性介质中传播着的压力振动。但在固体中传播时，也可以同时有纵波及横波。声波是一种机械波，是机械振动在媒介中的传播过程。

2、声波测井

声波井是研究地层声学性质的各种测井方法的总称，主要用来测量地层各种波的传播速度（纵波、横波和斯通利波）和幅度。常用的声波测井方法有补偿声波测井、长源距声波、阵列声波测井、偶极子阵列声波测井、超声波成像测井等。

声波测井首先要在井内建立一个人工声场，这就需要一个声波发射器，它向井内发射有一定声功率、有一定方向和频率特性的声脉冲。其次，声波在井内的传播与井内流体和井壁附近地层的性质有关。最后，在离声波发射器足够远的地方放置声波接收器。

井内泥浆是一种液体，由于它只能发生体积形变，不能发生剪切形变，所以它只能传播纵波，不能传播横波。则置于井内泥浆中的声波测井换能器发射的或接收的都是纵波。当岩石受到声源激发时，它不但能发生体积形变，而且能发生剪切形变，故可同时产生纵波和横波。

(来源：oilcore 一点石油)