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。

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