第1章--矿场地球物理

测井方法与综合解释张锋地球资源与信息学院联系方式：0546-8390251（小灵通）13345069101（手）E-mail：[e-mail]办公室：综合楼226房间•地球物理测井：是在勘探、开发石油、天然气等过程中，利用各种仪器测量井下地层的各种物理参数和井眼的技术状况，以解决技术和工程问题。绪论•地层评价是指用测井资料划分岩性和储集层、评价储集层的岩性（矿物成分和泥质含量）、储油物性（孔隙度和渗透率）、含油性（含油气饱和度和含水饱和度）、产能和生产动态（开发过程中油、气、水的产能变化、储集层变化）等。一、地层评价储层非渗透层井眼侵入带冲洗带过渡带原状地层•1、划分储集层（1）定义：石油和天然气储藏在地下具有连通的孔隙、裂缝或孔洞的岩石中，这些具有连通孔隙、既能储存油、水、气，又能让油、水、气在岩石孔隙中流动的岩层，称为储集层。•（2）能够储存石油和天然气的岩石必须具备两个条件：一是具有储存油气的孔隙、孔洞和裂缝(隙)等空间场所；二是孔隙、孔洞和裂缝(隙)之间必须相互连通，在一定压差下能够形成油气流动的通道。（3）储集层的分类①从岩性方面划分：碎屑岩储集层为陆源碎屑岩，主要包括砂岩、粉砂岩、砂砾岩和砾岩。粒间孔隙为主碳酸盐岩储集层包括石灰岩、白云岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩等储集层次生孔隙为主，包括裂缝、溶洞等•②从孔隙类型划分为孔隙性储集层和裂缝性储集层•孔隙性储集层：粒起决定作用的间孔隙对岩石储集性质的储集层，岩性以碎屑岩为主，砂岩储集层为代表，还有生物灰岩等其他碳酸盐岩，孔隙分布均匀，横向变化较小，孔隙度较高，低者10%左右，高者10%左右，一般15%～25%。•裂缝性储集层：以裂缝发育而使岩石具有储集性质的储集层，岩性以碳酸盐岩为主，还包括火山岩、变质岩及泥岩裂缝储集层，孔隙结构复杂，孔隙类型多，分布不均匀，横向变化大。2、岩性评价•储集层的岩性评价是确定储集层岩石所属的岩石类别，计算岩石主要矿物成分的含量和泥质含量等。•（1）岩石类别•包括碎屑岩、碳酸盐岩和其他岩石，主要有砂岩、石灰岩、白云岩、硬石膏、盐岩，灰质砂岩和灰质白云岩等。•（2）泥质含量和矿物含量•泥质含量是岩石中颗粒很细的细粉砂和湿黏土的体积占岩石体积的百分数；•岩石中除了泥质以外的其他造岩矿物构成的岩石固体部分，称为岩石骨架；岩石矿物成分及其含量是确定岩石骨架的矿物成分及其体积占岩石体积的百分数。•3、储油物性评价•孔隙性和渗透性•岩石具有由各种孔隙、孔洞、裂缝(隙)形成的流体储存空间的性质称为孔隙性；而它在一定压差下允许流体在岩石中渗流的性质称为渗透性。•（1）孔隙度φ•指储集层的孔隙空间占岩石体积的百分数，孔隙度是反映储集层储集能力相对大小的参数。•总孔隙度•有效孔隙度•缝洞孔隙度•（2）渗透率K•在有一定压差存在时，储层有让流体在其孔道中通过的能力，岩石的这种性质称为渗透性，其好坏用渗透率来表示。•绝对渗透率•有效渗透率•相对渗透率4、含油性评价•储集层的含油性是指岩石孔隙中是否含油气以及含油气的多少。•地质上对含油的描述分为饱含油、含油、微含油、油斑和油迹。•饱和度（S）•岩石孔隙中所含的某种流体体积占岩石体积的百分数。•含水饱和度；含油气饱和度•可动水饱和度；可动油饱和度•剩余油饱和度；残余油饱和度•5、储层有效厚度•储集层厚度是指储层顶、底界面之间的厚度。•扣除了不合标准的泥岩夹层、致密夹层。二、测井的应用①判断岩性、划分储层，确定其厚度和深度；②计算储层的物理参数(孔隙度Φ和渗透率K)；③计算储层的含水饱和度，判断含油性；④确定地层本身的一些物理参数，如密度；⑤开发过程中提供动态监测；⑥检查固井质量，计算地层压力等。三、主要的测井方法1、电法测井又分自然电位测井、普通电阻率测井、侧向（聚焦电阻率）测井、感应测井、介电测井、电磁波测井、地层微电阻率扫描测井、阵列感应测井、方位侧向测井、地层倾角测井、过套管电阻率测井等（频率：从直流0-1.1GHz）。2、声波测井分声速测井、声幅测井、长源距声波全波列测井、水泥胶结评价测井、偶极（多极子）声波测井、反射式声波井壁成像测井、井下声波电视、噪声测井等，频率由高向低发展，20KHz~1.5KHz。•3、放射性测井•分为伽马测井、中子测井以及核磁测井。其中1）伽马测井包括自然伽马测井、自然伽马能谱测井、密度测井、岩性密度测井、同位素示踪测井等。2）中子测井包括超热中子测井、热中子测井、中子寿命测井、中子伽马测井、C/O比测井、中子活化测井等。4、其它测井（1）生产测井：主要分为三大类：生产动态测井、工程测井、产层评价测井；（2）随钻测井；（3）气测井；（4）成像测井技术；（5）水平井测井技术。第一章自然电位测井一、自然电位的产生产生的原因是不同浓度的盐溶液相接触时的扩散和吸附作用；盐溶液在岩石孔隙中的渗滤作用；金属矿物的氧化还原作用等。1、扩散电动势的产生（1）扩散现象用一渗透性膜隔开的不同浓度的NaCl溶液在相互接触时，高浓度溶液中的离子在渗透压的作用下，总要向低浓度溶液扩散，这种现象称为扩散现象。（2）扩散电动势产生的机理Cl-Na+CW1CW2氯离子的迁移率大于钠离子的迁移率。溶液接触面形成了扩散电场。在扩散电场作用下，Cl-受到电场的排斥作用而迁移速度减小，而Na+迁移速度增大，同时在渗透压的作用下两种离子继续扩散，最终达到一种动态的平衡，产生一个稳定的电动势，即扩散电动势Ed。（3）扩散电动势的表示mWdCCvnZunZvnunFRTElg3.2--++-++-⋅=对于氯化钠溶液，mWdCCvuvuFRTElg3.2+-⋅=（4）砂泥岩剖面纯砂岩的扩散电动势地层水和泥浆滤液接触，其矿化度（浓度）分别为和，产生扩散电动势：WCmfCmfwddCCKElg⋅=①适用条件：低矿化度和中等矿化度溶液自由接触面附近②矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度有线性关系，则扩散电动势可表示为：WmfddRRKElg⋅=•2、扩散-吸附电动势•（1）产生机理：利用泥岩隔膜把两种不同浓度的氯化钠溶液分开，在泥岩隔膜处所形成的电动势。•①泥岩隔膜的离子双电层•岩石颗粒表明带有固定的负电荷，它同水溶液接触时，必然吸引极性水分子和Na+•一部分Na+紧贴岩石颗粒表面，指做热运动，而不能移动，构成吸附层；另一部分阳离子则在吸附层之外形成扩散层，在扩散层Na+可以正常移动；这就是离子双电层。•②扩散—吸附电动势的产生•在扩散过程中，离子扩散包括两部分：一部分是远水中的离子的扩散，应同砂岩一样；另一部分则是双电层中的Na+的扩散。•两者共同作用相当于参与扩散的阳离子数增多，从效应上看，表现为Na+的迁移速度超过了Cl-。•在浓度小的一方富集了Na+，出现相对过剩的正电荷，而在高浓度一方，富集了Cl-，出现了过剩的负电荷——因此扩散的结果与砂岩恰相反。•正是由于泥岩吸附的Na+的参与（扩散层），这种扩散作用称为扩散—吸附作用，而形成的电动势则称为扩散—吸附电动势WmdamWdaRRKCCKEdalglg⋅=⋅=•（2）砂泥岩剖面上的扩散—吸附电动势•在砂泥岩剖面的泥岩井段，设地层水和泥浆滤液的矿化度分别为和，对于淡水泥浆，，则井壁处有扩散—吸附电动势的产生。WCmfCmfWCCWmfdamfWdadaRRKCCKElglg⋅=⋅=二、自然电位测井•1、砂泥岩剖面井内的扩散电动势和扩散-吸附电动势的分布图（1）等效电路根据自然电场分布，井内等效电路如下EdaEdEda•（2）总电动势•（3）自然电流•自然电场产生井内的自然电流为WmfdadRRKE-EElg==总msdshrrr++=总EI•（4）测量结果（理论上）mrIUsp⋅=Δ•2、测井原理（1）静自然电位SSP•从自然电位产生机理来看，扩散电位和扩散吸附电位是自然电流产生的一个决定性因素，因此测井上定义静自然电位SSP：WmfdaRRKlgE-E===dESSP总•（2）自然电位幅度定义为自然电流I在流经泥浆等效电阻上的电位降。SPUΔmsdshmsdshrrrSSPIrrrISSP++=⇒++⋅=)(msdshmmrrrrSSPrIUsp++⋅=⋅=Δ•（3）测井原理：将测量电极N放在地面，M电极用电缆送至井下，提升M电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线成为自然电位曲线（即为SP曲线）。•在纯的、非常厚的含水砂岩层，地层的截面积比井大得多，即有：shmrr和sdmrr•在纯的、巨厚含水砂岩地层，测量结果可以看作是静自然电位SSP；•对于薄层，；•含油气地层也有：。SSPrrSSPrIUspmmm=⋅≈⋅=ΔUspΔSSPUsprsdΔ↑⇒SSPUspΔ•因而，在砂泥岩剖面，实际上测量得到的SP电位实际上都小于静自然电位，故而SSP应在井段内的测量结果最大值处读取。•3、SP曲线及其特点•(1)SP曲线要素•泥岩基线—实测SP曲线没有绝对的零点，而是以井段中较厚的泥岩层的SP幅度为基线，称为泥岩基线；•异常—在砂岩层处SP曲线相对于泥岩基线发生偏转，对应的曲线峰称为异常。曲线相对于泥岩基线可以向正方向偏转，称为正异常；也可以向负方向偏转，称为负异常。•半幅点—幅度变化的中点，对应厚地层一般对应于地层的界面。•由井内自然电场分别可知，SP在砂泥岩界面幅度变化最大。•(2)曲线特点•a.当地层岩性均匀，且上下围岩性质相同时，曲线对称于地层中点，且在地层中点处出现极大值；•b.厚地层（h4d），自然电位幅度值近似等于静自然电位，曲线半幅点深度正对应于地层的界面；•c.随地层厚度减小，对应于地层界面处的幅度升高（向峰值方向移动），地层的极大值减小，此时由半幅点确定的地层厚度要大于实际地层厚度。•(3)曲线读数•作泥岩基线，选井段内厚泥岩层的SP作为基线（沿井轴平行）；•量出地层峰值与基线的距离；•根据测井曲线图头的带极性的横向比例尺，将距离转化成SP的幅度值（毫伏）•（4）渗透性异常•在砂泥岩剖面钻井中，一般为淡水泥浆钻进，即，砂岩渗透层井段出现明显的负异常；•在盐水泥浆井中，有，则渗透层井段出现正异常，是识别渗透层的重要特征。mfWCCmfWCC•三、自然电位测井的影响因素WmfdaRRKlgE-E===dESSP总msdshrrrSSPI++=•在砂泥岩剖面中，自然电位曲线的幅度及特点主要取决于SSP和I。•SSP主要决定于岩性、地层温度、地层水、泥浆中的离子成分以及泥浆滤液和地层水电阻率的比值；•自然电流主要决定于流经路径中介质的电阻率、地层厚度及井径的大小。•1、的影响•砂岩剖面纯砂岩井段的电动势为：•泥岩井段的电动势为：mfWCC/CmfCwlgKdEd⋅=WmfdamfWdadaRRKCCKElglg⋅=⋅=•2、岩性的影响•以泥岩为基线，自然电位曲线异常出现在砂质渗透性岩层中；若目的层为较厚的纯砂岩时，在自然电位曲线上出现最大的负异常。•K值受泥质含量的影响，Vsh增大，曲线异常幅度降低。•3、温度的影响•4、溶液含盐性质的影响•5、地层电阻率和含油性的影响•6、地层厚度的影响•7、扩径和侵入的影响•四、应用•1、划分渗透性岩层（1）划分方法：以大段泥岩层部分的自然电位曲线为基线，出现负异常的井段都可以认为是渗透性地层。••具体特点：•①纯砂岩井段出现最大的负异常；•②含泥质的砂岩负异常幅度变低，且随泥质含量的增多而异常幅度下降；•③含水砂岩的自然电位幅度比含油砂岩的自然电位幅度要高。•（2）确定渗透层界面的方法——“半幅点法”•确定基线；•找出基线与自然电位幅度极大值之间的二等分点P；•过P点作平行于井轴的直线与自然电位曲线相交于a、b点，即为渗透性顶、底界面的深度位置。•2、估算泥质含量•3、确定地层水电阻率•4、判断水淹层•（1）水淹层：在油层开发中，见到了注入水的油层，称为水淹层。•储集层哪部分被水淹决定与岩层各部分的渗透性，一般规律是渗透性好的部分容易被水淹，因此大多数水淹层具有局部水淹的特点。•（2）判断•在SP曲线上，水淹层上下泥岩基线发生偏移，一般为淡水注入，上部水淹，则上基