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。 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；

1

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

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 （Rt = A′·Rw

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：

▽V = 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 ；

3

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： 5 ．泥浆侵入带

， 称为电极系系数

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

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

侵入带

原状地层

过渡带（环带）

2 ）梯度电极系

顶部梯度电极系、

度部梯度电极系 4

§ 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

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

时，对着地层中心的 R a 值接近地层其电阻率 R 。

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

Ra?K?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；

VI0

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。

5

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 a

2 ．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

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

为电极系长度 L 0 ， 为电极距， q 愈

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 6

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 :

RMSPL?K?

VMI00O

经过 M 0 的等位面近似与井壁相切，因此，测量主由流等位面呈球形，故称为微球形聚热。 本章授课内容重点

VM0O 实际是要消除泥饼影响小。

1 ）各种侧向测井方法的基本原理及电极系结构特点； 2 ）各种侧向测井的主要应用条件；

3 ）从生产实际需要讲解各种侧向测井发展过程。 基本概念 近似几何因子 思考问题

1 ）为什么要发展多种类型的侧向测井方法？

2 ）侧向测井方法中，通过什么途径来改变电极系的探测深度？

第三章 感应测井

感应测井可在井眼不导电的情况下（如油基泥浆井，空气钻井等）测量地层的电导率。这种方法对低阻层反应灵敏，因此更适合区分低阻油、水层和油水过渡带。 § 3 － 1 感应测井的基本理论

感应测井是利用交变电磁场研究岩石导电性的一种方法。 发射线圈 T ，通以 20kHz 交变电流，该电流在周围介质中产生交变电磁场中。 υ 1 在介质中适应出环形电流 i 1 ，同时在接收线圈 R 中，产生感应电动势 E 1 。 环形电流 i 1 ，在介质中亦将引起二次磁场υ 2 ，υ 1 在 R 中引起适应由动势 E 2 。 υ 1 在 R 中引起的电动势为无用信号，而υ 2 在 R 中引起的感应电动势 E 2 与 i 1 有关， i 1 又与地层导电能力有关，因而，通过测量 E 2 的大小，便可测量介质的导电能力。

在均匀无限介质的条件下，通过求解电磁场的基本方程可得出，接收线圈中，总适应电动势的表达式：

E?jw?STSRi2?L3(1?jkL)ejkL

该式展开后，可简化为：

7

E?jw?STSRi2?L3?w?STSRi4?L22?

上式中，虚部是无用信号，实部与σ成正比，是有用信号，二者相位上差 90 °。这就是感应测井的基础。 上式的得出是忽略了三次方以上的高次项的结果，是忽略了趋肤效应影响的一种近似方法。这样就可把有用信号看作是介质各部分所引起的感应由动势线性相加的结果，这种方法就是“几何因子”理论。 几何因子理论要点

①认为发射电磁场与每个单元环电磁场之间互不发生作用（即幅度衰减和相位移动场可忽略） ②认为电磁波瞬间便可通过地层，（而实际地层中电磁波传播速度仅为自由空间的 0.15% ）。 根据几何因子理论，得到的接收线圈中的有用信号为：

dE 2 = kg σ· ds

几何因子 g 的物理意义：在均匀无限介质中，任意一点上截面积为一个单位的单元介质环对总信号的相对供献。 § 3 － 2 感应测井线圈系特性

空间各部分介质对总的感应电动势贡献大小是由每部分介质的电导率与它的几何因子两部分因素决定的，因此，必须研究几何因子的空间分布，才能研究各部分介质对感应电动势的贡献，而几何因子的空间分布与线圈系结构有关，因而必须研究线圈系的特性。 线圈系的分层能力和探测深度是考察感应测井的重要参数。 对线圈系的基本要求：

①总的无用信号为 0 ；

②径向特性：钻孔对测量结果的影响应该最小； ③纵向特性：上下围岩的影响要小，分层能力要强； ④上、下围岩电导率相同时，曲线对应地层中心应该对称。 1 ．双线圈系的纵向探测特性

纵向特性—沿线圈系轴向，不同距离处介质对读数的相对影响。 纵向微处几何因子—单位水平层的几何因子。 纵向积分几何因子—厚度为 h 的水平层的几何因子。 2 ．双线圈系的径向探测特性

径向特性—垂直于井轴不同距离处介质对读数影响的相对大小。 径向微分几何因子—将介质分或无数个以井轴为轴线的单位厚度的圆角，每个圆角的几何因子。 径向积分几何因子—半径为 d/2 无限延伸的圆柱体的几何因子。

3 ．双线圈系存在的问题：

1 ）纵向特性—地层比较薄时，围岩影响大，地层界面不明显； 2 ）径向特性—井的影响大，探测深度浅； 3 ）无用信号远大于有用信号。 4 ．多线圈系特性

采用多线圈系的目的：改善线圈系的纵向和径向探测特性；

方法：增加一些线圈，使它们与原来的线圈构成新的线圈，对这些线圈对的有用信号，主要来自浅部和围岩，用这些信号去抵消主线圈对相应部分的信号，从而提高来自地层深处的信号的比例。

叠加原则：复合线圈系的径向特性和纵向特性是组成该线圈系的各个简单双线圈系的径向特性和纵向特性的线性叠加。

§ 3 － 3 感应测井曲线形状

曲线特征：

1 ．地层界面对应于曲线的半幅度点处；

2 ．上、下围岩电导率不同时，曲线不对称，但界面仍对应于各自的半幅点处； 8

3 ．地层较薄时，按半幅点确定的厚度，稍大于实际厚度； 4 ．视电导（阻）率，接近于地层真电导（阻）率。 § 3 － 4 感应测井曲线的解释

为定量研究地层的储量特性与含油气特性，需对感应测井测得的视电导率（σ a ）进行一系列校正，以便求出真电导率σ。 校正内容：井眼、传播效应、围岩、侵入带 1 ．曲线的分层与读值

分层—厚层，界面对应于半幅点处；

薄层，（ <2m ）界面对应于半幅点以上位置，分层时应配合其它曲线。 读值—对应地层中心处，高电导率地层读极大值，低电导率地层读极小值。 围岩电导率—取距地层中心点 5m 以内围岩的读数作为围岩的视电导率。 2 ．井眼校正

井眼部分的几何因子小于 0.001 ，可以不进行校正。 3 ．均匀介质传播效应校正

几何因子理论忽略了传播效应，因而带有一定误差，即使在均匀介质情况下，也需进行校正。 4 ．厚度与围岩影响校正 5 ．确定地层电阻率

经过井眼、层最校正的曲线还受侵入带的影响； 力求准 R t ，需配合其它测井曲线，即浅探测类的曲线如双感应侧向、短电位等。 本章讲课重点 1 ．感应测井基本原理 2 ．几何因子理论要点 基本概念

几何因子 传播效应 纵向微分、积分几何因子 径向微分、积分几何因子 均匀介质校正 思考问题

1 ．感应测井是在什么样的生产需求下诞生和发展的？ 2 ．感应测井仪器为什么都采用多线圈系？ 3 ．感应测井读数为什么必须进行均匀介质校正？

4 ．综合对比普通电阻率法、侧向测井和感应测井这三种类型的电阻率法测井的特点，以及各自的适应范围。

第四章 自然电位测井

自然电位测井—在井内观测自然电位，并根据自然电位曲线研究钻井剖面的方法。 § 4 － 1 石油钻井中自然电场产生的原因

现象：①自然电位与岩性有关；

②自然电位与泥浆及地层水矿化度有关；

③个别井中，浅层砂岩与深层砂岩自然电位幅度不同，甚至有仅向现象。 1 ．扩散吸附电动势 1 ）扩散电动势

两种不同浓度的盐溶液相接触时，离子将由高浓度溶液向低浓度溶液扩散，形成电场。 两种不溶液之间如果以砂岩为隔板，则浓度高一方正电荷多，而浓度低一方负电荷多。 2 ）吸附电动势

两种溶液之间如果以泥岩为隔板，由于泥岩对负离子有明显的吸附作用，结果浓度高一方带负电，浓度低一方带正电，与砂岩恰好相反。

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在地层水矿化度高于泥浆矿化度的情况下，在砂泥岩交互的剖面上，在井中测量时砂岩层处为负电位而泥岩层处显高电位，二者幅度之差，即为自然电位异常，这种异常幅度随砂岩层中泥质含量的增大而减小。这种电动势是石油钻井中自然电位产生的主要原因。 2 ．过滤电动势

泥浆柱压力通常要大于地层压力，在这种情况下，泥浆滤液将向地层中扩散。滤液中的离子也将随着液体向地层运动。由于泥饼以及地层中的泥质对负离子有选择吸附作用，使得液体渗透的孔道中会形成偶电层，从而使渗透通道压力低的一方正离子过剩，而压力高一端则负离子过剩，这种电场称为过滤电动势。 过滤电动势在石油钻井中不是自然电位产生的主要原因。 3 ．氧化还原电动势

这种电压势是由矿体的部位处于潜水而上、下不同的氧化、还原环境中形成的，是金属矿体和煤层自然电场产生的主要原因。

§ 4 － 2 影响自然电位曲线幅度和形状的因素

自然电位曲线的形状受自然电动势的大小及自然电流的分布的影响。 1 ．影响自然电动势的因素（忽略过滤电动势） 1 ）温度

2 ）岩性—泥质含量

3 ）泥浆和地层水中电解质成分的影响 4 ）地层水与泥浆矿化度比值的影响 2 ．影响自然电流分布的因素 1 ）围岩电阻率 2 ）地层厚度 3 ）井径

§ 4 － 3 自然电位曲线的应用 1 ．划分渗透性地层

砂泥岩剖面上，渗透性砂岩层在自然电位曲线上有明显的异常显示，由于地层水矿化度往往都高于泥浆矿化度，因而砂岩层异常负值。 砂岩层处的负异常随砂岩中泥质含量的增加而减小。 2 ．确定地层水电阻率 利用图板求取 3 ．估计泥质含量

经各种校正，但仍可能有一些影响自然电位幅度的因素存在，它们的作用都是使自然电位的幅度减小，形成泥质含量高的显示，因此，用自然电位法求出的泥质含量只能高不能低，是泥质含量的上限值。 本章内容重点

1 ．什么是扩散吸附电动势，其形成的基本条件是什么？ 2 ．自然电位测井的用途。 基本概念

泥岩基线 自然电动势 自然电流 自然电位 静自然电位（ SSP ） 假静自然电位（ PSP ） 思考问题

1 ．使用自然电位曲线时，应注意哪些问题？

2 ．在砂泥岩剖面上，砂岩层处是否一定出现自然电位负异常？ 3 ．自然电位曲线图上为什么要以泥岩线为基线？

4 ．利用自然电位法确定地层水电阻率的方法依据和求取过程。

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第五章 声波测井

岩石中声速的差别与岩石致密程度，结构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研究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。 § 5 － 1 声波速度测井原理 1 ．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研究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； 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，遵循斯耐尔定委。 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。 2 ．单发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。 3 ．井眼外偿式声波速度测井原理

目的在于克服井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。 4 ．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，克服井壁附近低速带的影响。 源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。 § 5 － 2 声波速度测井的解释与应用 1 ．影响声波速度测井曲线形状的因素 1 ）周期跳跃

引起声皮跳跃的岩性因素： ①裂缝层，破碎带； 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—要保证克服盲区的影响，使折射波首先到达接收器（ 1m 即可，长源距右达 2.5m ）。间距—影响分层能力。 3 ）探测深度

约为三倍波长，即 25 ～ 115cm 左右。 2 ．声波速度测井的应用

1 ）确定岩层孔隙度 利用体积模型，得出：

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??固结不良地层需对Φ值进行压实校正。

?t??tma?tt??tma

含分散泥质需利用自然电位求出的校正系数进行校正。 2 ）划分岩性和地层对比

声波测井曲线不受井眼大小和泥浆矿化度的影响。 3 ）判断气层

§ 5 － 3 声波速度测井在地震勘探中的应用

地震勘探课程中，对这部分内容已有叙述，此处不再提高。 § 5 － 4 固井声波幅度测井

采用单发单收型信器、测量初至波第一个波峰的振幅，据此判断套管一水泥环之间胶结好坏。 § 5 － 5 声波全波测井

记录整个声波波列，提供纵波及其它波（横波、泥浆波、低速波）的信息。

在套管井中，用于研究水泥胶结情况； 在裸眼井中，用于研究裂缝及岩石强度等参数； 全波测井源距较长，以提高各种波的分辨能力。 1 ．全波记录方式

1 ）调解变密度记录 2 ）调宽变密度记录 3 ）全波扫描照像记录 2 ．声波全波测井的应用

1 ）检查水泥胶结质量

可判断第一界面和第二界面的胶结情况 2 ）确定地层强度参数

利用一组弹性模量来确定地层的机械强度。 弹性模量可表示出弹性体在失去弹性或破碎之前所能承受的应用的大小。 作这种计算时，需用到横波速度。 3 ）其它应用

利用横波衰减确定裂缝； 根据纵、横波时差比判断岩性。 § 5 － 6 声波电视测井

利用声波来扫描井壁，在泥浆中，观测井壁，形成井壁的声波图像。 用途：

1 ．确定井壁裂缝位置及方法。

横切井眼的裂缝，在记录上呈正弦曲线形状。 2 ．鉴别岩性及产状。 3 ．套管技术状况检查。 简介：偶极横波测井 1 ．单极源及偶极源。

2 ．挠曲波及其与横波的关系。

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，可根据挠曲波的速度来求取横波速度。 本章内容重点

1 ．单发双收声波速度测井原理 12

2 ．井眼外偿声波测井，长源距声波测井各自的特点是什么？ 3 ．利用声波速度测井求取地层孔隙度中的原理是什么？ 4 ．利用声幅测井检查固井质量的原理。 5 ．声波电视测井原理及判断层面产状的方法。 基本概念

纵波 横波 斯通利波 挠曲波 周期跳跃 固井第一界面 固井第二界面 思考问题

1 ．各种声波速度测井方法的原理，以及发展这些方法的目的都是什么？

2 ．测量地层中横波速度的重要性是什么？比较现有的几种确定横波速度的优缺点是什么？最佳的方法是哪一种？ 3 ．什么是周期跳跃？怎样看待周期跳跃？

4 ．试用体积模型说明利用声速测井确定孔隙度的原理？ 5 ．声波电视测井观察到的井壁图像能够反映什么问题？

第六章 自然伽马测井

自然伽马测井－以研究岩层或矿体天然放射性为基础，进而研究岩层性质和有关地质问题的一种测井方法。

§ 6 － 1 原子核的基本知识和天然放射性 1 ．原子核的基本知识 原子核组成—中子，质子

核系—具有相同质子数 Z 和中子数 N 的一类原子核

A 表示方法 Z?NA（或Z?）

同位素—质子数相同，中子数不同的核素。 2 ．天然放射性

核素分为稳定与不稳定的两种，不稳定核素的原子核能自发地放射某种射线，这种现象称为放射性，不稳定核素也称为放射性核素。

原子核衰变—原子核由于放出射线而发生的转变。 放射性核素放出的射线有三种：α、β、γ。

放射性核素的衰变遵从统计规律，在某一时间的衰变率和当时存在的可以衰变的原子核数 N 成正比。即：

dN式中λ为衰变系数

dt???N

?放射性活度—放射性核素的衰变率（单位时间的衰变数

dNdt），通常通过测定放射性衰变过程中单位时间放

出的射线数，即射线强度来了解放射性活度。半衰期T—原了核数衰减一半所需的时间

T?0.693?，平均寿命

1τ—放射性原子核平均生存的时间τ=3 ．放射性单位

?。

1 ）活度单位－具可勒尔（ Bq ），一具可等于每秒一次核衰变

1Bg = 1S -1

13

活度旧单位为居里（ C i ）

1 Ci = 3.7×1010 Bq

2 ）剂量单位：

吸收剂量：戈端（ Gray ），一戈端表示一千克物质吸收一热耳的辐射能量时的吸收剂量。

1Gy = 1J/ kg

照射剂量：库仑每千克， C/kg ，它是指单位质量的物体（空气），在 x 或 r 辐射后产生电离的电量。 旧单位为仑琴（ R ）

1R = 2.578 × 10 -4 C/kg

3 ）克镭当量：用于衡量γ放射性强弱，凡放出γ射线的物质和 1 克镭在同样条件下所引起的电离作用相等时，这一物质的放射量为 1 克镭当量。

4 ） API 单位：休斯敦美国石油研究所的γ射线刻度井中低放射性层和高放射性层放射性差值的 1/200 ，定义为 1API 。

4 ．岩石的天然放射性

1 ）岩浆岩—放射性物质含量高，全土全油比大。

岩浆岩中放射性核素含量从酸性→中性→基性→超基性逐渐降低。 2 ）沉积岩—

粘土岩—放射性核素含量最高。 砂岩—纯砂岩放射性核素含量低，随泥质增加放射性核素含量增加。 碳酸盐岩、岩盐、石膏、硬石膏放射性含量增较低。 钾盐—放射性高。 3 ）变质岩：放射性核素含量不定，与变质前放射性高低及变质过程有关。 § 6 － 2 自然伽马测井的测量原理

自然伽马测井探测的γ射线主要来源于1 ．射线探测器 1 ）气体电离式探测器 盖革计数管和正比计数管 2 ）闪烁计数器 3 ）半导体探测器

2 ．自然伽马测井仪的刻度 仪器标准化过程称为仪器刻度 刻度的分级：一级—国家统一标准

二级—仪器厂或大的石油公司建立的标准 三级—测井现场刻度 现场刻度方法举例

§ 6 － 3 自然伽马测井曲线特征

原地层（ h>3d ）—自然伽马曲线对称，地层界面对应于曲线半幅度点处，射 线强度（曲线幅度）可达到饱和值；

薄地层（ h ≤ 3d ）—曲线对称，地层界面从半幅度点向峰值方向移动，射 线强度达不到饱和值。 1 ．统计涨落的影响

放射性衰变是一种符合统计规律的随机现象，因此，在相同条件下，同样时间间隔Δ t 内，进行重复测量。每次测得的值 Ni 都是彼此不同的，这种现象称为统计涨落。由于统计涨落现象的存在，其测量精度要用误差来估计，统计涨落具有偶然误差的性质，通常取均方根据差σ为标准误差。

40

K，238u和232Fh 自然伽马测井信号流程：

探测器→放大器→??→放大器→ 别→整形→计数率器→输出。

14

在单次测量情况下，可认为σ＝

N

1用相对误差表示δ＝

N

在仪器中采用计数率电路的情况下，由于计数率电路中含有 RC 积分电路，其时间常数τ对误差亦有影响。

??此时：σ

j?j? τ值大小对曲线形状影响很大，测井时需适当选取τ值。

2 ．计数率电路的影响

为了使需要研究的最薄地层的曲线幅度达到接近地层实际平均值 的要求，仪器通过地层的时间应满足 t >3 τ的要求，由此得出最高测速应为：

§ 6 － 4 井的条件对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井有效探测深度只有 20 余厘米，因此井眼附近介质如泥浆、套管、水泥环等物质的影响不可忽略。 这些介质的影响以吸收γ射线为主。 利用图板进行校正。

§ 6 － 5 自然伽马测井曲线的应用 1 ．判断岩性和划分渗透性地层。 2 ．确定贮煤层的泥质含量。

条件：①不含地层中粘土矿物的放射性强度应该是相同的； ②除粘土矿物之外，岩石中水含有其它放射性矿物。 3 ．地层对比

利用自然伽马测井曲线进行地层对比的优点。

①自然伽马测井曲线读数一般情况下与岩石孔隙中的流体性质无关； ②自然伽马测井曲线一般与泥浆性质无关； ③在自然伽马测井曲线上容易找到对比用的标准层。 4 ．定位射孔时用来确定射孔枪的下进深度。 § 6 － 6 自然伽马能谱测井

自然伽马测井可区分钾、 、钾等元素的含量。 利用地层中铀、 、钾含量可解决下述问题： 1 ．利用自然伽马测井解决地质问题。 2 ．寻找铀和钾盐；

3 ．确定粘土含量和粘土矿物的类型。 本章内容重点

1 ．自然伽马法工作原理，放射性基本知识； 2 ．自然伽马法测量原理及射线探测器； 3 ．自然伽马法的用途。

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基本概念

核素 同位素 放射性同位素 衰变 α、β、γ射线 半衰期 活度 剂量 克镭当量 API 单位 刻度 统计涨落 时间常数τ 思考问题

1 ．岩石天然放射性是什么原因造成的？为什么和泥质有密切关系？ 2 ．自然伽马法探测什么参数？自然伽马能谱法探测什么参数？ 3 ．射线探测器有哪几种类型？都能探测射线的哪种参数？ 4 ．自然伽马曲线有什么特征？如何改善曲线形状？ 5 ．什么是能谱测量？

第七章 密度测井

密度测井是利用岩层对γ射线的吸收性质，研究钻井剖面上岩层密度的变化，进而研究岩层地质特点的测井方法。由于它是以研究散射γ射线为基础的，因而又称为散射测井或伽马—伽马测井。 § 7 － 1 密度测井原理 1 ．伽马射线与物质的相互作用 1 ）光电效应

2 ）康普顿—吴有训效应 3 ）形成电子偶

对于造岩元素（较轻的元素），当γ射线能量在 0.25 ～ 25Mev 之间时，γ射线的吸收，几乎全部由康普顿—吴有训效应所造成。 2 ．电子密度与体积密度

在测井用γ射线源的能量范围（ 0.66 ～ 1.33Mev ）内，γ射线与物质的作用，主要是康普顿—吴有训效应，康—吴效应的几率与单位体积物质中的电子数有关。 对于单—元素组成的物质：

ne?NA?EA??

ZEs分子量

对于分子物质：

ne?N0?岩孔隙充满淡水时，体积密度与电子密度指数响应方程为：

????1?（1??）?2?e???e1?(1??)?e2

由上两式可得出体积密度ρ与电子密度之间的关系，在含淡水石灰岩中进行刻度，可得出

?a?1.0704?e?0.1883

3 ．吸收方程

经地层散射后，γ - γ射线强度 I γγ 可表示为下式：

I???16

CQe??La4?L

此式即为γ射线吸收方程，式中? 为平均吸收系数，与密度等因素有关。 § 7 － 2 影响密度测井的因素 1 ．源距，γ射线源能量及强度的影响。

源距的类型：负源距，此时计数率与密度成正比 零源距，此时计数率与密度无关 正源距，此时计数率与密度成反比 测井通常采用正源距进行。 2 ．探测深度

探测深度与射线初始能量及介质密度有关，一般的 10cm 左右。 3 ．泥饼影响和补偿密度测井 1 ）泥饼影响

泥饼及泥浆夹层的存在将使密度测井产生误差，当泥饼中含量晶石（ BaSO 4 ）时，影响更大。 2 ）补偿密度测井仪

采用长短两种源距同时进行测量，短源距测量值较长源距测量值受泥饼影响更大，用来校正泥饼影响，校正采用脊肋曲线来进行。

§ 7 － 3 密度测井的应用 1 ．石油测井中的应用

密度测井主要用来求取地层孔隙度和识别岩性

??2 ．在煤田勘探中的应用

主要利用密度测井划分、识别煤层。 § 7 － 4 岩性密度测井 1 ．基本原理

岩性密度测井是利用光电效应的γ - γ测井。 2 ．测量原理

?ma??b?ma??f

测量散射γ射线低能段与高能段的能谱，高能段射线强度主要与介质密度有关，低能段受康普顿散射和光电效应双重影响。 记录低能段与高能段计数的比值，可得到光电吸收截面指数ρ e ，ρ e 与岩性有关。 本章内容重点

1 ．γ射线与物质作用的三种效应。 2 ．地层密度与散射γ射线强度间的关系。 3 ．源距与密度测量的关系。 4 ．泥饼影响与脊肋曲线。

5 ．如何根据密度求取地层孔隙度Φ。 6 ．岩性密度测井的物理依据。 基本概念

脊肋曲线 光电吸收指数 岩石体积密度 散射γ射线 堆源距 正源距 负源距 视源距 思考问题

1 ．通过地层密度与散射γ射线强度间的关系，说明密度测井原理。

2 ．通过脊肋曲线说明泥饼和含量晶石泥饼对测量结果有什么影响，如何消除？

3 ．密度测井中，如何求取地层孔隙度Φ？与声波测井求得的Φ值有什么差别？二者之差代表什么意义？

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4 ．岩性密度测井是怎样区分岩性的？

第八章 中子测井

中子测井是利用中子与物质相互作用的各种效应，研究钻井剖面岩层性质的一组方法（包括中子—热中子、中子超热中子、中子—γ、中子寿命、中子活化等）。 § 8 － 1 中子测井的物理基础 1 ．核反应与人工放射性

利用α粒子、质子、中子轰击稳定元素，通过核反应产生放射性核素，产生的放射性核素其衰变规律与天然放射性核素相同。

测井常用人工放射性核素：Co、Zn、2 ．中子与物质相互作用

中子与物质作用可发生不同的反应，发生哪种反应与中子能量与物质成分有关。 1 ）中子按能量的分级：

快中子、中能中子、慢中子（超热中子、热中子）。 2 ）中子与物质（原子核）的相互作用。

①非弹性散射 ②弹性散射 ③放射性俘获 3 ）截面

①有效截面 ②散射截面 ③俘获截面 ④全有效截面 ⑤宏观有效截面 ⑥微观有效截面 4 ）中子吸收过程的表述参数

①平均对数能量缩减ξ ②减速长度 L f ③扩散长度 L d ④热中子平均寿命τ

3 ．中子—中子测井和中子—伽马测井理论

实质是研究中子的空间分布、时间分布与物质性质之间的关系。 1 ）热中子的空间分布

氢是最重要的减速物质，中子方的分布与介质中氢含量有密切的关系。

中子—中子测井与中子—γ测井就是通过中子方的半径的变化来研究介质中含氢量的大小。 2 ）中子—γ射线的空间分布

中子—γ射线的空间分布，基本上取决于热中子的空间分布。 § 8 － 2 中子测井的解释与应用 1 ．中子测井的影响因素

1 ）探测范围：与井的条件及地层中含流体性质、孔隙度大小等因系有关，在 20cm ～ 60cm 之间变化。 2 ）井的影响 18

60

65

131

I等。

测井中常用的核反应： (n, γ ), ( α , n), (d , n) 等。

3 ）侵入带影响 2 ．解释与应用 1 ）确定孔隙度

应用条件：地层中不含带结晶水的矿物，地层孔隙为油、水充满。

N = － Alg Φ +B

2 ）划分岩性剖面 3 ）划分含气层 4 ）划分油水界面 5 ）定位射孔时定深用

§ 8 － 3 中子测井测量原理及刻度 1 ．中子源

连续式中子源（普通中子源）—常用镅－铍源。 脉冲式中子源（中子发生器）。 2 ．中子测井测量原理

热中子探测器：含硼盖革计数管

闪烁计数器（晶体含硼、锂）

超热中子探测器：利用含氢介质减速，再用镉过滤器去掉热中子。 3 ．补偿中子测井仪

采用长、短源距组合进行测量、探测深度大，受井眼（泥饼、井径等）影响小。 4 ．中子测井刻度 在石灰岩标准井中进行。 本章内容重点

1 ．中子与物质的相互作用。 2 ．截面的概念。

3 ．中子—中子，中子—伽马测井原理。 4 ．中子测井的应用。

5 ．中子源、中子的探测、仪器刻度。 基本概念

弹性散射 非弹性散射 放射性俘获 快中子 热中子 超热中子 有效截面 宏观有效截面 平均对数能量缩减 减速长度 扩散长度 思考问题

1 ．强减速物质，强吸收物质在中子测井中具有什么意义？ 2 ．中子测井确定孔隙度时，要进行哪些校正？为什么？ 3 ．如何探测热中子和超热中子。

4 ．同位素中子源（普通中子源）工作原理是什么？选用时要考虑哪些基本参数。 5 ．试利用中子方的分布状态，说明含氢量、含氯量变化对中子测井结果的影响。

第九章 中子寿命测井及其它核测井

中子寿命测井和中子 - 伽玛能谱测井利用脉冲中子源放射出能量为 14MeV 的快中子脉冲，根据中子与物质相互作用的各种效应，研究钻井剖面岩层性质。 § 9 － 1 中子寿命测井 1 ．中子与物质作用的全过程

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利用脉冲中子源放射出能量为 14MeV 的快中子脉冲，快中子与地层中原子核发生非弹性散射和弹性散射逐渐损失能量，最后减至热中子，在地层中扩散，直到被俘获。非弹性散射和俘获的过程均产生伽玛射线。

俘获伽玛射线计数的衰减与热中子数目成比例，故通过测量伽玛射线计数的衰减，可以反映热中子的被俘获的情况，即热中子俘获截面。 2 ．中子管的工作原理

属加速器型中子源，通过 H 3 (d,n)He 4 反应，定向放射出中子流。是环保型中子源。 3. 中子寿命测井的解释和应用 ①求 Sw ②确定油水界面 ③用于射孔定位

1．基本原理 2．解释方法 3．脉冲中子源的原理 § 9 － 2 中子伽马能谱测井

非弹性散射伽玛射线和俘获伽玛射线的能谱

? 通过解谱处理得到岩石中一些元素的含量，一般用元素含量比值更可靠，如 C/O,Si/Ca 等 § 9 － 3 中子活化测井

利用中子源放射出的快中子轰击地层中原子核，中子与一些核发生核反应，将这些和转变成放射性元素，这个过程成为活化；这些放射性核素很不稳定，发生衰变，放出伽玛射线，而且不同元素放出的伽玛射线能量是不同的。通过测量这些伽玛射线，可以研究地层中特定元素的含量。 § 9 － 4 核磁共振测井 ? 原子核的磁矩及拉莫尔旋进

? 施加和撤除强磁场后氢核弛豫，纵向弛豫时间 T1 和横向弛豫时间 T2 。 ? 弛豫时间 T1 和 T2 与氢所处状态的关系， T2 时间谱 核磁共振测量技术简介 1． 核磁共振测井的基本原理 2．核磁共振测井的测量原理 本章内容重点

重点在中子寿命与矿化度的联系、中子伽马能谱特征，以及核磁共振特征。通过讲解要使学生掌握中子寿命、中子伽马能谱、核磁测井原理，理解中子活化测井；了解中子寿命测井的应用和核磁测井的测量原理。 基本概念

热中子俘获截面 非弹性散射伽玛射线能谱 中子活化 核磁共振 纵向弛豫时间 T1 横向弛豫时间 T2

中子寿命测井 中子伽马能谱测井 核磁测井 中子活化测井 思考问题

1 ．强减速物质，强吸收物质在中子寿命测井中具有什么作用？ 2 ．中子寿命测井确定含水饱和度时，要进行哪些校正？为什么？ 3 ．如何探测中子 - 伽玛能谱。

4 ．进行中子活化测井时，如何选择源与探测器的距离和测速。 5 ．核磁测井如何区分自由水和束缚水？

核磁测井的设计目的是什么？

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实 验

钻井地球物理勘探是通过地球物理方法解决钻孔中的地质与工程问题的一套测井技术方法，因此它具有很强的实践性，为培养学生的实践能力，增加学生的感性认识，本课程共安排四个实验课内容，使之与课堂理论教学互相配合，提高学生的测井知识水平。实验课内容： 1 ．实验 1 ：水槽地层模型视电阻率测量。 学时： 2

时间安排： 第一章普通电阻率法讲完之后 实验目的： 1 ．了解视电阻率测井曲线测量原理。 2 ．了解视电阻率测井仪器工作原理。 3 ．认识测井电极系

实验设备： 1 ．模型水槽（含不同厚度的地层模型） 2 ．测井仪器（轻便型 JDC － 1 测井仪） 3 ．缩微电极系

实验课上课方式： 1 ．由实验教师介绍仪器工作原理 2 ．学生操作，每人测一条模型地层视电阻率测井曲线

实验报告要求： 1 ．整理好测井曲线图，标明深度，划分出地层 2 ．简述测井仪器工作原理

2．实验2：感应测井原理与应用 学时： 2

时间安排： 第三章感应测井讲完之后

实验目的： 1 ．认识感应测井仪，了解感应测井仪非原理。 2 ．通过刻度测量了解感应测井仪的纵向特性及径向特性。

实验设备： 1 ．感应测井仪 2 ．感应测井刻度环 3 ．可变电视箱

实验课上课方式： 1 ．实验教师讲解感应测井仪框图及结构 2 ．实验教师讲解刻度方法

3 ．学生分组进行操作，每给将测量结果整理成曲线图

实验报告要求：

1 ．感应测井仪工作原理简述。

2 ．整理出感应测井仪纵向特性及径向特性曲线，分析仪器性能及存问题。 3．实验3：声波测井水槽模型实验 学时： 2

时间安排： 第五章声波测井讲完之后 实验目的：

1 ．通过声波测井仪示教板，了解声波速度测井工作原理，及声波信号处理流程。2 ．认识声波传感器。

实验设备： 1 ．声波测井示教板。 2 ．声波实验水槽。

3 ．声波发射与接收传感器。 4 ．示波器，高、低压直充电源。

实验课上课方式： 1 ．实验教师介绍声波速度测井仪原理。 2 ．学生动手调试示教板参数，观察波形变化。 3 ．通过移动接收与发射传感器，观察声波波形的变化。

实验报告要求： 1 ．绘出声波速度测井信号处理流程图，并作出简要说明。

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4．实验4：自然伽马测井V·て影响 学时： 2

时间安排： 第六章自然伽马测井讲完之后 实验目的： 1 ．了解自然伽马测井曲线测量方法。 2 ．了解自然伽马测井仪电路原理。

实验设备： 1 ． Mount －Ⅲ数探测井仪。 2 ．放射性地层模型。

实验课上课方式： 1 ．由实验教师介绍 Mount －Ⅲ数控测井仪操作方法。 2 ．学生操作，每人测一条模拟的放射性测井曲线。

实验报告要求：

1 ．简述放射性测井仪器原理。

2 ．整理好实测的模型地层放射性测井曲线（包括深度、厚度）并与实际情况对比，观察测量精度。 5 ．实验 5 ：操作数控测井仪 学时： 2

时间安排： 第九章中子寿命测井及其它核测井讲完之后 实验目的： 1 ．了解数控测井仪测量方法。 2 ．掌握一些基本的数控测井仪操作。

实验设备： 1 ． Mount －Ⅲ数探测井仪。 2 ．各种测井仪器。

实验课上课方式： 1 ．由实验教师全面介绍每种测井仪器对应的 Mount －Ⅲ数控测井仪操作方法。 2 ．学生操作，每种测井仪器每人测一条模拟的放射性测井曲线。

实验报告要求：

1 ．简述数控测井仪控制面板原理。

2 ．整理好每种测井仪器测量时数控仪控制面板的操作步骤。

三、教学中应注意的问题

1 ．本课程以测井方法原理为主要内容，教学中应使用通俗易懂的语言，密切联系实际事例，讲清楚测井基本原理和基本概念，培养学生分析解决问题的思路，培养学生利用地球物理方法解决综错复杂地质及工程问题的能力。 2 ．本课程安排了一定数据的实验及课后作业，安排了答疑时间，以促进学生的学习，加深对测井知识理论的理解和掌握。

四、教学时间分配表 章次 绪言 一 二 三 四 五 六 七 八 九 普通电阻率法测井 聚流电极系电阻率法测井 感应测井 自然电位测井 声波测井 自然伽马测井 密度测井 中子测井 中子寿命测井及其它核测井 内容 学时 2 6 6 6 4 8 6 6 6 4 讲课总计： 54 学时 实验课： 10 学时 22

《应用地球物理4：钻井地球物理勘探 大纲》

课程编号：0801223022

课程名称：应用地球物理4：钻井地球物理勘探

课程英文名称：Applied geophysics 4: Geophysical Well logging 总学时：64 学分：3.5

开课单位：地球探测科技学院，地球物理系

授课对象：地球探测科技学院，勘查技术与工程专业本科生 前置课程：普通物理 一、教学目的与要求

《应用地球物理4：钻井地球物理勘探》是应用地球物理系列课程之一，是勘查技术与工程专业的学科基础课程，本教学大纲适用于勘查技术与工程专业的本科教学。

通过本课程教学，使学生掌握电测井、声测井、核测井及研究油井的其它测井方法的基本原理，了解与测井资料解释与处理与测井数据采集有关的基础知识和基本概念，为进一步学习《测井资料解释与数据处理》、《测井数据采集原理与技术》课程打下基础。

通过对本课程的学习，学生应掌握各种主要测井方法的工作原理，了解如何根据地质与工程问题选择测井系列的能力。 二、教学内容 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．测井发展简只（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

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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

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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：

σt = A·σw + Bσm

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：

Rt = A′·Rw

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：

Rt = F·I·Rw

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 /υm

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

I?1(1?S0)n?1式中Sw、S0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Rw，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V1 = V2； 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：

Sw

n 25

自然电位测井—在井内观测自然电位，并根据自然电位曲线研究钻井剖面的方法。 §4－1 石油钻井中自然电场产生的原因 现象：①自然电位与岩性有关；

②自然电位与泥浆及地层水矿化度有关；

③个别井中，浅层砂岩与深层砂岩自然电位幅度不同，甚至有仅向现象。 1．扩散吸附电动势

1）扩散电动势

两种不同浓度的盐溶液相接触时，离子将由高浓度溶液向低浓度溶液扩散，形成电场。 两种不溶液之间如果以砂岩为隔板，则浓度高一方正电荷多，而浓度低一方负电荷多。 2）吸附电动势

两种溶液之间如果以泥岩为隔板，由于泥岩对负离子有明显的吸附作用，结果浓度高一方带负电，浓度低一方带正电，与砂岩恰好相反。

在地层水矿化度高于泥浆矿化度的情况下，在砂泥岩交互的剖面上，在井中测量时砂岩层处为负电位而泥岩层处显高电位，二者幅度之差，即为自然电位异常，这种异常幅度随砂岩层中泥质含量的增大而减小。这种电动势是石油钻井中自然电位产生的主要原因。 2．过滤电动势

泥浆柱压力通常要大于地层压力，在这种情况下，泥浆滤液将向地层中扩散。滤液中的离子也将随着液体向地层运动。由于泥饼以及地层中的泥质对负离子有选择吸附作用，使得液体渗透的孔道中会形成偶电层，从而使渗透通道压力低的一方正离子过剩，而压力高一端则负离子过剩，这种电场称为过滤电动势。

过滤电动势在石油钻井中不是自然电位产生的主要原因。 3．氧化还原电动势

这种电压势是由矿体的部位处于潜水而上、下不同的氧化、还原环境中形成的，是金属矿体和煤层自然电场产生的主要原因。

§4－2 影响自然电位曲线幅度和形状的因素

自然电位曲线的形状受自然电动势的大小及自然电流的分布的影响。 1．影响自然电动势的因素（忽略过滤电动势） 1）温度

2）岩性—泥质含量

3）泥浆和地层水中电解质成分的影响 4）地层水与泥浆矿化度比值的影响 2．影响自然电流分布的因素 1）围岩电阻率 2）地层厚度 3）井径

§4－3 自然电位曲线的应用 1．划分渗透性地层

砂泥岩剖面上，渗透性砂岩层在自然电位曲线上有明显的异常显示，由于地层水矿化度往往都高于泥浆矿化度，因而砂岩层异常负值。

砂岩层处的负异常随砂岩中泥质含量的增加而减小。 2．确定地层水电阻率

利用图板求取 3．估计泥质含量

经各种校正，但仍可能有一些影响自然电位幅度的因素存在，它们的作用都是使自然电位的幅度减小，形成泥质含量高的显示，因此，用自然电位法求出的泥质含量只能高不能低，是泥质含量的上限值。

一、本章内容重点

1．什么是扩散吸附电动势，其形成的基本条件是什么？

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2．自然电位测井的用途。 二、基本概念

泥岩基线 自然电动势 自然电流 自然电位 静自然电位（SSP） 假静自然电位（PSP） 三、思考问题

1．使用自然电位曲线时，应注意哪些问题？

2．在砂泥岩剖面上，砂岩层处是否一定出现自然电位负异常？ 3．自然电位曲线图上为什么要以泥岩线为基线？

4．利用自然电位法确定地层水电阻率的方法依据和求取过程。 第五章 声波测井

岩石中声速的差别与岩石致密程度，结构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研究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。 §5－1 声波速度测井原理

1．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研究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，遵循斯耐尔定委。 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。 2．单发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。 3．井眼外偿式声波速度测井原理

目的在于克服井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。 4．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，克服井壁附近低速带的影响。 源距加大到2.5m左右可满足上述要求。 §5－2 声波速度测井的解释与应用

1．影响声波速度测井曲线形状的因素 1）周期跳跃

引起声皮跳跃的岩性因素： ①裂缝层，破碎带； 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—要保证克服盲区的影响，使折射波首先到达接收器（1m即可，长源距右达2.5m）。 间距—影响分层能力。 3）探测深度

约为三倍波长，即25～115cm左右。

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2．声波速度测井的应用 1）确定岩层孔隙度 利用体积模型，得出：

???t??tma?tt??tma

固结不良地层需对Φ值进行压实校正。

含分散泥质需利用自然电位求出的校正系数进行校正。 2）划分岩性和地层对比

声波测井曲线不受井眼大小和泥浆矿化度的影响。 3）判断气层

§5－3 声波速度测井在地震勘探中的应用

地震勘探课程中，对这部分内容已有叙述，此处不再提高。 §5－4 固井声波幅度测井

采用单发单收型信器、测量初至波第一个波峰的振幅，据此判断套管一水泥环之间胶结好坏。 §5－5 声波全波测井

记录整个声波波列，提供纵波及其它波（横波、泥浆波、低速波）的信息。 在套管井中，用于研究水泥胶结情况；

在裸眼井中，用于研究裂缝及岩石强度等参数； 全波测井源距较长，以提高各种波的分辨能力。 1．全波记录方式 1）调解变密度记录 2）调宽变密度记录 3）全波扫描照像记录 2．声波全波测井的应用 1）检查水泥胶结质量

可判断第一界面和第二界面的胶结情况 2）确定地层强度参数

利用一组弹性模量来确定地层的机械强度。

弹性模量可表示出弹性体在失去弹性或破碎之前所能承受的应用的大小。 作这种计算时，需用到横波速度。 3）其它应用

利用横波衰减确定裂缝；

根据纵、横波时差比判断岩性。 §5－6 声波电视测井

利用声波来扫描井壁，在泥浆中，观测井壁，形成井壁的声波图像。 用途： 1．确定井壁裂缝位置及方法。

横切井眼的裂缝，在记录上呈正弦曲线形状。 2．鉴别岩性及产状。 3．套管技术状况检查。

简介：偶极横波测井

1．单极源及偶极源。

2．挠曲波及其与横波的关系。

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，可根据挠曲波的速度来求取横波速度。 本章小结 一、内容重点

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1．单发双收声波速度测井原理

2．井眼外偿声波测井，长源距声波测井各自的特点是什么？ 3．利用声波速度测井求取地层孔隙度中的原理是什么？ 4．利用声幅测井检查固井质量的原理。

5．声波电视测井原理及判断层面产状的方法。 二、基本概念

纵波 横波 斯通利波 挠曲波 周期跳跃 固井第一界面 固井第二界面 三、思考问题

1．各种声波速度测井方法的原理，以及发展这些方法的目的都是什么？

2．测量地层中横波速度的重要性是什么？比较现有的几种确定横波速度的优缺点是什么？最佳的方法是哪一种？

3．什么是周期跳跃？怎样看待周期跳跃？

4．试用体积模型说明利用声速测井确定孔隙度的原理？ 5．声波电视测井观察到的井壁图像能够反映什么问题？ 第六章 自然伽马测井

自然伽马测井－以研究岩层或矿体天然放射性为基础，进而研究岩层性质和有关地质问题的一种测井方法。

§6－1 原子核的基本知识和天然放射性

1．原子核的基本知识 原子核组成—中子，质子

核系—具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核

A表示方法 Z（或） 同位素—质子数相同，中子数不同的核素。 2．天然放射性

核素分为稳定与不稳定的两种，不稳定核素的原子核能自发地放射某种射线，这种现象称为放射性，不稳定核素也称为放射性核素。

原子核衰变—原子核由于放出射线而发生的转变。 放射性核素放出的射线有三种：α、β、γ。 放射性核素的衰变遵从统计规律，在某一时间的衰变率和当时存在的可以衰变的原子核数N成正比。即：

dNdt???N?NAZ?式中λ为衰变系数

?dN放射性活度—放射性核素的衰变率（单位时间的衰变数dt），通常通过测定放射性衰变过程中单位时间放出的射线数，即射线强度来了解放射性活度。

半衰期T—原了核数衰减一半所需的时间

1T?0.693?，平均寿命τ—放射性原子核平均生存

的时间τ=?。

3．放射性单位

1）活度单位－具可勒尔（Bq），一具可等于每秒一次核衰变

1Bg = 1S-1

活度旧单位为居里（Ci）

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1 Ci = 3.7×1010 Bq

2）剂量单位：

吸收剂量：戈端（Gray），一戈端表示一千克物质吸收一热耳的辐射能量时的吸收剂量。

1Gy = 1J/ kg

照射剂量：库仑每千克，C/kg，它是指单位质量的物体（空气），在x或r辐射后产生电离的电量。

旧单位为仑琴（R）

1R = 2.578×10-4 C/kg 3）克镭当量：用于衡量γ放射性强弱，凡放出γ射线的物质和1克镭在同样条件下所引起的电离作用相等时，这一物质的放射量为1克镭当量。

4）API单位：休斯敦美国石油研究所的γ射线刻度井中低放射性层和高放射性层放射性差值的1/200，定义为1API。

4．岩石的天然放射性

1）岩浆岩—放射性物质含量高，全土全油比大。

岩浆岩中放射性核素含量从酸性→中性→基性→超基性逐渐降低。 2）沉积岩—

粘土岩—放射性核素含量最高。

砂岩—纯砂岩放射性核素含量低，随泥质增加放射性核素含量增加。 碳酸盐岩、岩盐、石膏、硬石膏放射性含量增较低。 钾盐—放射性高。

3）变质岩：放射性核素含量不定，与变质前放射性高低及变质过程有关。 §6－2 自然伽马测井的测量原理

自然伽马测井探测的γ射线主要来源于40K，238u和232Fh自然伽马测井信号流程： 探测器→放大器→??→放大器→ 别→整形→计数率器→输出。 1．射线探测器

1）气体电离式探测器 盖革计数管和正比计数管 2）闪烁计数器 3）半导体探测器

2．自然伽马测井仪的刻度 仪器标准化过程称为仪器刻度 刻度的分级：一级—国家统一标准

二级—仪器厂或大的石油公司建立的标准 三级—测井现场刻度 现场刻度方法举例

§6－3 自然伽马测井曲线特征

原地层（h>3d）—自然伽马曲线对称，地层界面对应于曲线半幅度点处，射 线强度（曲线幅度）可达到饱和值；

薄地层（h≤3d）—曲线对称，地层界面从半幅度点向峰值方向移动，射 线强度达不到饱和值。

1．统计涨落的影响

放射性衰变是一种符合统计规律的随机现象，因此，在相同条件下，同样时间间隔Δt内，进行重复测量。每次测得的值Ni都是彼此不同的，这种现象称为统计涨落。由于统计涨落现象的存在，其测量精度要用误差来估计，统计涨落具有偶然误差的性质，通常取均方根据差σ为标准误差。

在单次测量情况下，可认为σ＝N

1用相对误差表示δ＝

N

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在仪器中采用计数率电路的情况下，由于计数率电路中含有RC积分电路，其时间常数τ对误差亦有影响。

?j? 此时：σ

τ值大小对曲线形状影响很大，测井时需适当选取τ值。 2．计数率电路的影响

??j为了使需要研究的最薄地层的曲线幅度达到接近地层实际平均值j的要求，仪器通过地层的时间应满足t >3τ的要求，由此得出最高测速应为：

V?h3?

§6－4 井的条件对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井有效探测深度只有20余厘米，因此井眼附近介质如泥浆、套管、水泥环等物质的影响不可忽略。这些介质的影响以吸收γ射线为主。

利用图板进行校正。

§6－5 自然伽马测井曲线的应用

1．判断岩性和划分渗透性地层。 2．确定贮煤层的泥质含量。

??VshGRGR目的层泥质?GR?GR纯地层纯地层?100%

条件：①不含地层中粘土矿物的放射性强度应该是相同的；

②除粘土矿物之外，岩石中水含有其它放射性矿物。 3．地层对比

利用自然伽马测井曲线进行地层对比的优点。

①自然伽马测井曲线读数一般情况下与岩石孔隙中的流体性质无关； ②自然伽马测井曲线一般与泥浆性质无关；

③在自然伽马测井曲线上容易找到对比用的标准层。 4．定位射孔时用来确定射孔枪的下进深度。 §6－6 自然伽马能谱测井

自然伽马测井可区分钾、 、钾等元素的含量。 利用地层中铀、 、钾含量可解决下述问题： 1．利用自然伽马测井解决地质问题。 2．寻找铀和钾盐；

3．确定粘土含量和粘土矿物的类型。 本章小结 一、内容重点

1．自然伽马法工作原理，放射性基本知识； 2．自然伽马法测量原理及射线探测器； 3．自然伽马法的用途。 二、基本概念

核素 同位素 放射性同位素 衰变 α、β、γ射线 半衰期 活度 剂量 克镭当量 API单位 刻度 统计涨落 时间常数τ 三、思考问题

1．岩石天然放射性是什么原因造成的？为什么和泥质有密切关系？ 2．自然伽马法探测什么参数？自然伽马能谱法探测什么参数？ 3．射线探测器有哪几种类型？都能探测射线的哪种参数？ 4．自然伽马曲线有什么特征？如何改善曲线形状？

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5．什么是能谱测量？ 第七章 密度测井

密度测井是利用岩层对γ射线的吸收性质，研究钻井剖面上岩层密度的变化，进而研究岩层地质特点的测井方法。由于它是以研究散射γ射线为基础的，因而又称为散射测井或伽马—伽马测井。 §7－1 密度测井原理

1．伽马射线与物质的相互作用 1）光电效应

2）康普顿—吴有训效应 3）形成电子偶

对于造岩元素（较轻的元素），当γ射线能量在0.25～25Mev之间时，γ射线的吸收，几乎全部由康普顿—吴有训效应所造成。

2．电子密度与体积密度

在测井用γ射线源的能量范围（0.66～1.33Mev）内，γ射线与物质的作用，主要是康普顿—吴有训效应，康—吴效应的几率与单位体积物质中的电子数有关。

对于单—元素组成的物质：

ne?NA?EA??对于分子物质：

ne?N0?

ZEs分子量

岩孔隙充满淡水时，体积密度与电子密度指数响应方程为：

????1?（1??）?2?e???e1?(1??)?e2

由上两式可得出体积密度ρ与电子密度?e之间的关系，在含淡水石灰岩中进行刻度，可得出 3．吸收方程

经地层散射后，γ-γ射线强度Iγγ可表示为下式：

I???CQe??La?a?1.0704?e?0.1883

4?L

此式即为γ射线吸收方程，式中?为平均吸收系数，与密度等因素有关。 §7－2 影响密度测井的因素

1．源距，γ射线源能量及强度的影响。

源距的类型：负源距，此时计数率与密度成正比

零源距，此时计数率与密度无关 正源距，此时计数率与密度成反比

测井通常采用正源距进行。 2．探测深度

探测深度与射线初始能量及介质密度有关，一般的10cm左右。 3．泥饼影响和补偿密度测井 1）泥饼影响

泥饼及泥浆夹层的存在将使密度测井产生误差，当泥饼中含量晶石（BaSO4）时，影响更大。 2）补偿密度测井仪

采用长短两种源距同时进行测量，短源距测量值较长源距测量值受泥饼影响更大，用来校正泥

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饼影响，校正采用脊肋曲线来进行。 §7－3 密度测井的应用

1．石油测井中的应用

密度测井主要用来求取地层孔隙度和识别岩性

???ma??b?ma??f

2．在火乙田勘探中的应用

主要利用密度测井划分、识别火乙层。 §7－4 岩性密度测井

1．基本原理

岩性密度测井是利用光电效应的γ-γ测井。 2．测量原理

测量散射γ射线低能段与高能段的能谱，高能段射线强度主要与介质密度有关，低能段受康普顿散射和光电效应双重影响。

记录低能段与高能段计数的比值，可得到光电吸收截面指数ρe，ρe与岩性有关。 本章小结 一、内容重点

1．γ射线与物质作用的三种效应。

2．地层密度与散射γ射线强度间的关系。 3．源距与密度测量的关系。 4．泥饼影响与脊肋曲线。

5．如何根据密度求取地层孔隙度Φ。 6．岩性密度测井的物理依据。 二、基本概念

脊肋曲线 光电吸收指数 岩石体积密度 散射γ射线 堆源距 正源距 负源距 视源距 三、思考问题

1．通过地层密度与散射γ射线强度间的关系，说明密度测井原理。

2．通过脊肋曲线说明泥饼和含量晶石泥饼对测量结果有什么影响，如何消除？

3．密度测井中，如何求取地层孔隙度Φ？与声波测井求得的Φ值有什么差别？二者之差代表什么意义？

4．岩性密度测井是怎样区分岩性的？ 第八章 中子测井

中子测井是利用中子与物质相互作用的各种效应，研究钻井剖面岩层性质的一组方法（包括中子—热中子、中子超热中子、中子—γ、中子寿命、中子活化等）。 §8－1 中子测井的物理基础

1．核反应与人工放射性

利用α粒子、质子、中子轰击稳定元素，通过核反应产生放射性核素，产生的放射性核素其衰变规律与天然放射性核素相同。

测井常用人工放射性核素：60Co、65Zn、131I等。 测井中常用的核反应：(n,γ), (α, n), (d , n)等。 2．中子与物质相互作用

中子与物质作用可发生不同的反应，发生哪种反应与中子能量与物质成分有关。 1）中子按能量的分级：

快中子、中能中子、慢中子（超热中子、热中子）。 2）中子与物质（原子核）的相互作用。

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①非弹性散射 ②弹性散射 ③放射性俘获 3）截面

①有效截面 ②散射截面 ③俘获截面 ④全有效截面 ⑤宏观有效截面 ⑥微观有效截面 4）中子吸收过程的表述参数 ①平均对数能量缩减ξ ②减速长度Lf ③扩散长度Ld

④热中子平均寿命τ

3．中子—中子测井和中子—伽马测井理论

实质是研究中子的空间分布、时间分布与物质性质之间的关系。 1）热中子的空间分布

氢是最重要的减速物质，中子方的分布与介质中氢含量有密切的关系。

中子—中子测井与中子—γ测井就是通过中子方的半径的变化来研究介质中含氢量的大小。 2）中子—γ射线的空间分布

中子—γ射线的空间分布，基本上取决于热中子的空间分布。 §8－2 中子测井的解释与应用

1．中子测井的影响因素

1）探测范围：与井的条件及地层中含流体性质、孔隙度大小等因系有关，在20cm～60cm之间变化。

2）井的影响 3）侵入带影响 2．解释与应用 1）确定孔隙度

应用条件：地层中不含带结晶水的矿物，地层孔隙为油、水充满。

N = －AlgΦ+B

2）划分岩性剖面 3）划分含气层 4）划分油水界面 5）定位射孔时定深用

§8－3 中子测井测量原理及刻度

1．中子源

连续式中子源（普通中子源）—常用镅－铍源。 脉冲式中子源（中子发生器）。 2．中子测井测量原理

热中子探测器：含硼盖革计数管

闪烁计数器（晶体含硼、锂）

超热中子探测器：利用含氢介质减速，再用镉过滤器去掉热中子。 3．补偿中子测井仪

采用长、短源距组合进行测量、探测深度大，受井眼（泥饼、井径等）影响小。 4．中子测井刻度

在石灰岩标准井中进行。 本章小结 一、内容重点

1．中子与物质的相互作用。 2．截面的概念。

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3．中子—中子，中子—伽马测井原理。 4．中子测井的应用。

5．中子源、中子的探测、仪器刻度。 二、基本概念

弹性散射 非弹性散射 放射性俘获 快中子 热中子 超热中子 有效截面 宏观有效截面 平均对数能量缩减 减速长度 扩散长度 三、思考问题

1．强减速物质，强吸收物质在中子测井中具有什么意义？ 2．中子测井确定孔隙度时，要进行哪些校正？为什么？ 3．如何探测热中子和超热中子。

4．同位素中子源（普通中子源）工作原理是什么？选用时要考虑哪些基本参数。 5．试利用中子方的分布状态，说明含氢量、含氯量变化对中子测井结果的影响。 实验课教学：

钻井地球物理勘探是通过地球物理方法解决钻孔中的地质与工程问题的一套测井技术方法，因此它具有很强的实践性，为培养学生的实践能力，增加学生的感性认识，本课程共安排四个实验课内容，使之与课堂理论教学互相配合，提高学生的测井知识水平。 实验课内容：

1．实验1：水槽地层模型视电阻率测量。 学时：2 时间安排：第一章普通电阻率法讲完之后

实验目的：1．了解视电阻率测井曲线测量原理。 2．了解视电阻率测井仪器工作原理。 3．认识测井电极系

实验设备：1．模型水槽（含不同厚度的地层模型） 2．测井仪器（轻便型JDC－1测井仪）

3．缩微电极系

实验课上课方式：1．由实验教师介绍仪器工作原理

2．学生操作，每人测一条模型地层视电阻率测井曲线 实验报告要求：1．整理好测井曲线图，标明深度，划分出地层 2．简述测井仪器工作原理 2．实验2：感应测井实验 学时：2 时间安排：第三章感应测井讲完之后

实验目的：1．认识感应测井仪，了解感应测井仪非原理。

2．通过刻度测量了解感应测井仪的纵向特性及径向特性。 实验设备：1．感应测井仪 2．感应测井刻度环 3．可变电视箱

实验课上课方式：1．实验教师讲解感应测井仪框图及结构

2．实验教师讲解刻度方法

3．学生分组进行操作，每给将测量结果整理成曲线图

实验报告要求：

1．感应测井仪工作原理简述。

2．整理出感应测井仪纵向特性及径向特性曲线，分析仪器性能及存问题。 3．实验3：声波测井实验 学时：2 时间安排：第五章声波测井讲完之后 实验目的：

1．通过声波测井仪示教板，了解声波速度测井工作原理，及声波信号处理流程。 2．认识声波传感器。

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实验设备：1．声波测井示教板。

2．声波实验水槽。

3．声波发射与接收传感器。 4．示波器，高、低压直充电源。

实验课上课方式：1．实验教师介绍声波速度测井仪原理。

2．学生动手调试示教板参数，观察波形变化。

3．通过移动接收与发射传感器，观察声波波形的变化。

实验报告要求： 1．绘出声波速度测井信号处理流程图，并作出简要说明。 4．实验4：自然伽马测井实验 学时：2

时间安排：第六章自然伽马测井讲完之后

实验目的：1．了解自然伽马测井曲线测量方法。

2．了解自然伽马测井仪电路原理。

实验设备：1．Mount－Ⅲ数探测井仪。

2．放射性地层模型。

实验课上课方式：1．由实验教师介绍Mount－Ⅲ数控测井仪操作方法。

2．学生操作，每天测一条模拟的放射性测井曲线。

实验报告要求：

1．简述放射性测井仪器原理。

2．整理好实测的模型地层放射性测井曲线（包括深度、厚度）并与实际情况对比，观察测量精度。

三、教学中应注意的问题：

1．本课程以测井方法原理为主要内容，教学中应使用通俗易懂的语言，密切联系实际事例，讲清楚测井基本原理和基本概念，培养学生分析解决问题的思路，培养学生利用地球物理方法解决综错复杂地质及工程问题的能力。

2．本课程安排了一定数据的实验及课后作业，安排了答疑时间，以促进学生的学习，加深对测井知识理论的理解和掌握。 四、教学时间分配表 章次 内容 学时 绪言 一 二 三 四 五 六 七 普通电阻率法测井 聚流电极系电阻率法测井 感应测井 自然电位测井 声波测井 自然伽马测井 密度测井 4 8 6 6 6 8 6 6 6 八 中子测井 讲课总计：56学时 实验课：8学时

地球物理系测井教研室

二○○二年十月

二○○三年十月第一次修改

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