《地球物理测井与解释》实验讲义.docx
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《地球物理测井与解释》实验讲义
地球物理测井与解释实验讲义
邹长春编
中国地质大学（北京）
地球物理与信息技术学院
2008年2月
前言
地球物理测井与解释实验讲义是为本科生《地球物理测井》、《地球物理测井与解释》课程实验教学而编写的实验教材，也适合研究生《测井地质学》课程实验教学和测井实验室开放性实验教学指导。
根据目前测井实验室的实际条件，以及《地球物理测井》、《地球物理测井与解释》课程教学大纲的要求，为本科生编排了4个实验项目，包括测井认识实习、电阻率测井、岩样声波速度测量、测井资料处理与解释。
每次实验2学时，共8学时。
通过实践环节，使学生增强感性认识，加深学生对测井基本概念、方法原理、资料处理与解释等专业知识的理解，提高学生的测井理论基础水平，培养学生分析和解决专业实际问题能力，以适应社会需要。
由于作者水平有限，安排不当之处在所难免，希望大家提出宝贵意见，以便修订时改正。
编者
2008年2月
实验一测井认识实习
一、实验目的
1.认识测井仪器，了解测井仪器系统的组成；
2.认识常规测井曲线图件，学会看懂测井曲线图，掌握常规测井的种类；
3.认识常规测井资料处理成果图件，了解测井能够解决哪些地质问题。
通过测井认识实习，获取感性认识，为进一步学习各种测井方法打下基础。
二、实验装置和资料
1.TYSC-QB轻便数字测井仪；
2.常规测井曲线图和成果图。
三、实验内容
1.观察测井地面仪器、下井仪器、绞车、井口滑轮等各个组成部分；
2.将测井仪器各个部分连接，组成一个完整的测量系统；
3.给仪器供电，进行简单操作，观察仪器工作情况；
4.观察常规测井曲线图，认识各种常规测井曲线；
5.观察常规测井资料处理成果图，认识测井资料处理得到的各种参数。
四、TYSC-QB轻便数字测井仪简介
TYSC-QB轻便数字测井仪是渭南煤矿专用设备厂研制和生产的，是在引进美国蒙特公司数字测井仪技术的基础上经不断改进、创新、完善的第三代国产数字测井仪器。
它具有体积小、重量轻、易于运输、价格便宜等特点，适合野外，特别是山区或地形较为复杂的地区使用，是工程勘探测量中较为理想的设备，可以解决许多较为复杂的地质问题。
仪器主要分为两大部分，地面仪器和井下仪器。
地面仪器包括：
测井控制面板、测井绞车、采集计算机、现场采集打印机。
井下仪器包括：
密度三侧向探管、声波探管、选择伽马探管、井温井液电阻率探管、电测探管。
测井绞车分为：
2000米绞车、1000米绞车、500米绞车和300米绞车四种型号。
配置直径4.75毫米四芯铠装电缆。
1.仪器基本参数
使用电源：
交流220V±10％50Hz
消耗功率：
仪器小于300W绞车小于1100W
探管外径：
45~60mm
一次性采集深度不小于2000M（5cm采样间隔）
采样间隔：
1cm、2cm、5cm、10cm（出厂时设置为5cm）
现场曲线记录：
LQ-1600K打印机、实时打印曲线
记录线宽度：
380mm
曲线最大幅度：
340mm
曲线比例：
1:
500、l:
200、1:
50
曲线深度：
计算机自动对齐
2.工作条件
环境温度：
地面仪0ºC~40ºC井下仪0ºC~75ºC
探管耐压；20MPa
相对湿度：
25ºC时80％
电缆绝缘：
大于10MΩ/200V
测井提升速度：
小于1500米/小时
连续工作时间：
大于8小时
3.测量参数
表1－1
测量参数
测量范围
测量精度
声波时差
555~125us/m
±5us/m
声幅
0~500mV
——
密度
1.1~2.8g/cm3
±0.03g/cm3
井径
60mm~260mm
±10mm
电阻率
1~4kΩ·m
±5％
天然放射性
0~1000API
±10%
自然电位
-2000mV~+2000mV
±5％
井液电阻率
2~200Ω·m
±2％
井温
0℃~75℃
±0.5℃
井斜
0~80°
±0.2°
井斜方位角
0~360°
±5°
0.1米电位电阻率
1~2kΩ·m
±5%
0.1米梯度电阻率
1~200Ω·m
±5％
极化率
0.1~20%
±10％
0.5米梯度电阻率
1~4kΩ·m
±5％
0.5米电位电阻率
1~4Ω·m
±5％
4.主要配套仪器
（1）轻便测井仪器主控箱（内含绞车控制器）
（2）轻便电测仪
（3）密度探管：
45mm×2500mm
（4）声波探管：
50mm×1795mm
（5）井温、井液电阻率探管：
45mm×1297mm
（6）天然三侧向探管：
45mm×1852mm
（7）井径探管：
45mm×181lmm
（8）电极系探管：
45mm×2400mm
（9）放射源：
Cs-137/75毫居里
5.公用仪器
（1）测井绞车：
2000米
（2）采集机
（3）数据处理机
（4）LQ-1600K打印机
（5）天、地轮
（6）测井电缆：
4-H-185A3/16
（7）电缆连接器
（8）井径刻度环
（9）密度刻度模块：
有机玻璃模块（1.27kg/m3）铝模块（2.57kg/m3）
6.测井绞车
测井绞车是测井的提升设备。
井下仪器的升降、供电及信号传输均要通过电缆绞车来完成，测井绞车功能与工作特性直接影响着测井质量。
TCXJ系列测井绞车具有操作简单，各种参数数字显示，直观可靠。
排缆器自动导向排缆。
测量精度高（小于千分之一米）。
电路中设计有：
电流过载、零米和深度预置停车报警等功能。
其主要组成部分有：
四芯铠装电缆、绞车和绞车控制器等。
铠装电缆技术参数：
（4-H-185A3/16）
缆芯：
四根7×0.20mm铜线
拉力强度：
1350Kg（20ºC）
最高工作温度：
149ºC
电缆外径：
Φ4.75mm
电缆耐压：
200V
缆芯电阻：
84.3Ω/Km（20ºC）
外型尺寸及重量（电缆除外）见表1－2。
表1－2
绞车规格
外型尺寸（mm）
卷筒外径（mm）
卷筒重量（Kg）
总重量（Kg）
500米
820×550×660
340
5
85
1000米
1000×720×730
370
15
148
2000米
1220×820×775
500
40
198
五、测井曲线图和成果图
（一）常规测井曲线图
由于测井内容不同或者测井中发生各种情况不同，测井曲线图上的曲线排列也有所不同。
但在正常情况下，测井曲线的排列有一定的顺序。
图1－1是油田常用的一种测井曲线图格式，由四个记录道组成。
第一道用来记录主要反映岩性变化的测井曲线，包括自然电位曲线、自然伽马曲线和井径曲线；第二道用来标记测井深度，称为深度道；第三道用来记录孔隙度测井曲线，包括声波曲线、密度曲线和中子曲线；第四道用来记录电阻率测井曲线，包括深侧向曲线、浅侧向曲线和冲洗带电阻率曲线。
图1－1油田常用的一种测井曲线图
（二）测井资料计算机处理成果图
由于所用的分析程序不同，所以不同的分析程序输出不同的地质参数，成果图上显示的参数曲线也不尽相同。
以单孔隙度测井分析程序（
）的成果图为例，图中包括下列地质参数曲线：
泥质（粘土）含量（
、
）、渗透率（
）、视地层水电阻率（
）、地层含水饱和度（
）、井径差值（
）、视泥浆滤液电阻率（
）、地层总孔隙度（
）、含水孔隙度（
）、冲洗带含水孔隙度（
）。
（1）左边为层号、解释结论和深度标号。
（2）第一曲线道：
地层特性，渗透率（
）。
（3）第二曲线道：
油气分析，视地层水电阻率（
）和含水饱和度（
）。
（4）第三曲线道：
可动油气分析，视泥浆率液电阻率（RMFA），地层总孔隙度（
）、地层含水孔隙度（
）、冲洗带含水孔隙度（
）。
（5）第四曲线道：
岩性分析，泥质含量（
），地层有效孔隙度（
）。
（6）最右侧为井壁取心，井壁取心的岩性和含油性。
第三曲线道中，三条孔隙度曲线重叠可分析含油气性质：
含油气孔隙度为
-
，根据此差值的大小，可判断含油气的多少；差值
-
为可动油气孔隙度，由于泥浆侵入，
在油层会大于
，二者之差为被泥浆挤走的油气体积，也就是可动油气饱和度的大小。
图1－2油田常用的一种测井成果图示例
六、实验报告内容要求
1.实验目的和任务；
2.测井仪器系统的组成；
3.常规测井方法的种类和特点；
4.常规测井曲线、成果曲线的种类和特点；
5.常规测井能够解决哪些地质问题。
实验二电阻率测井
一、实验目的
在学习《地球物理测井》、《地球物理测井与解释》课程基础上，通过电阻率测井实验，进一步掌握电阻率测井的方法原理和测井仪器的操作方法，加深学生对电阻率测井知识的理解，培养学生解决实际问题的能力。
二、实验要求
1、认识实验的重要性，充分做好有关准备工作；
2、遵守学校纪律和各项规章制度，严格按照计划进度和要求认真地进行实验；
3、通过实验，熟悉地球物理测井系统的组成和测井操作流程；
4、通过实验，能够正确采集和记录实际测井资料；
5、保质保量按时完成实验任务；实验结束后及时写出实验报告，要求报告完整和整洁。
三、实验装置
电测仪、电极系，45V乙电池、万用表。
四、实验内容
1．巩固加深对已学习的电阻率测井知识的理解；
2．将测井仪器各个部分连接，组成一个完整的测量系统；
3．给仪器供电，检查仪器的工作情况；
4．利用实验井进行电阻率测井并记录测井数据；
5．撰写实验报告。
五、实验步骤
（一）普通电阻率测井原理
电阻率测井就是沿井身测量井周围地层电阻率的变化，为此需要向井中供应电流，在地层中形成电场，研究地层中电场的变化，求得地层电阻率。
把供电电极A和测量电极M、N组成的电极系放到井下，供电电极的回路电极B（或N）放在井口。
当电极系由井底向上提升时，由A电极供应电流I，M、N电极测量电位差
，它的变化反映了周围地层电阻率的变化。
通过变换，即可求出地层的视电阻率
：
在实际测井时，由于地层厚度有限，上、下均有围岩，对于渗透性地层又会形成侵入带，各部分介质的电阻率不同，实际上是非均匀介质。
因此，用上式得出的电阻率不等于地层的真电阻率，称为视电阻率
。
在一定程度上
反映了地层电阻率的变化。
通常，地层的真电阻率越大，视电阻率越高。
所以，在井内测量的视电阻率反映了井剖面上地层电阻率的相对变化，可以用来研究井剖面的地质情况和划分有用矿产带。
（二）电极系
根据成对电极与不成对电极之间的距离以及相对位置不同可组成不同类型的电极系：
1．梯度电极系
（1）单极供电
①单极供电正装（底部）梯度电极系；
②单极供电倒装（顶部）梯度电极系；
（2）双极供电
①双极供电正装（底部）梯度电极系；
②双极供电倒装（顶部）梯度电极系；
2．电位电极系
（1）单极供电
①单极供电正装电位电极系；
②单极供电倒装电位电极系；
（2）双极供电
①双极供电正装电位电极系；
②双极供电倒装电位电极系；
（三）实验室电阻率测井实验
1．给仪器供电，检查仪器是否能正常工作；
2．利用实验室模拟井进行电阻率测井实验，并记录测井数据。
六、实验报告内容要求
1．实验目的和任务；
2．实验室电阻率测井原理；
3．野外电阻率测井操作方法；
4．测井数据整理、分析；
5．实验总结、存在的问题、取得的收获以及体会。
实验三岩样声波速度测量
一、实验目的
声波速度测井（AcousticVelocityLogging）是通过测量滑行纵波在井壁地层中的传播速度来研究地下岩石声学特性的一种测井方法。
在实验室中通过模拟声波测井的地层条件，可以测量不同温度和压力条件下岩样的声波速度（声波时差），有利于进一步理解和掌握声波测井方法原理。
1．了解CMM-C型高温高压岩心多参数测量系统的仪器组成、功能及基本操作；
2．了解用CMM-C型仪器测量岩样声波速度的基本原理；
3．熟悉岩样声波速度测量实验的基本操作规程。
二、实验原理
CMM-C型仪器能够模拟地层的温度和压力条件，测量岩样的纵波和横波传播时间，进而确定出声波在地下介质中传播的纵、横波速度。
CMM-C型仪器的声波测量系统由纵横波测量探头、高压发生器和数字示波器构成，声波测量原理如图所示。
进行岩样声波测量时，首先要准确测量出岩样的轴向长度L（用游标卡尺即可），然后将岩样放进夹持器中。
夹持器的顶部有一个专门激发声波的发射探头，相应地，其底部有一个声波接收探头用来接收穿过岩样的声波；但发射探头和接收滩头离岩样的顶部均有一小段距离。
声波从发射探头出发到接收探头，所经历的总时间为T，这个时间是通过示波器记录的时间，包括有声波从发射探头到达岩样上表面的时间T0′、声波完全穿过岩样的时间T1以及声波从岩样下表面到达接收探头的时间T0″。
在上述的几个时间参数中，惟有T1反映的是岩样的声学特性，这就要求我们在数据处理阶段，要从所记录的测量时间T中将T0′和T0″减掉，以便最终获得T1，其中T0′和T0″合称为T0。
获得T1以后，就可以计算出声波在岩样中的传播速度，公式如下：
对应于纵、横波在岩样中的传播时间T1，可以获得岩样的纵、横波速度。
三、实验仪器
CMM-C型高温高压岩心多参数测量系统、Φ25岩心样品、DS-5000系列数字存储示波器、游标卡尺。
四、CMM-C型高温高压岩心多参数测量系统介绍
（一）仪器构成
根据各系统的主要功能，仪器主要由以下各部分组成：
1.岩心夹持器系统：
仪器由25mm夹持器组成，夹持器主要组件有不锈钢筒体、橡皮筒、锥套、内探头、形变支架和测量柱塞组成；
2.温度系统；
3.围压系统；
4.孔渗测量系统：
主要由孔渗控制阀和标准室构成，负责岩心孔隙度和气体渗透率测量；
5.液体流动实验系统：
由传感器、流量粘度传感器和计量泵构成，负责岩心液体渗透率、含水饱和度的建立和测量；
6.电阻率测量系统：
由电桥仪和相应的接口电路构成，负责测量测量岩心的电阻、测量流体电阻率和岩心轴向形变；
7.声波测量系统：
由纵横波测量探头、高压发生器和数字示波器构成，负责测量岩心纵横波时差；
8.形变测量系统：
由千分表和位移传感器构成，负责测量岩心的轴向形变，计算岩心总体积变化；
9.操作面板集成：
是上述各系统测量管阀、压力源及电源开关、仪器仪表的汇集处，为岩心测量人员提供实验操作及控制条件。
（二）仪器功能
仪器能模拟地层高温高压下一机联测孔隙度、气体渗透率、岩石形变、液测渗透率、电阻增大系数、含水饱和度、束缚水饱和度、纵横波速度等参数。
所有参数采用电脑自动采集，大大地减小人为因素影响；围压、温度控制，全部采用电脑自动控制，最大限度的减小实验劳动强度，控制稳定可靠、安全。
高温高压纵横波联测探头：
采用高温纵波和横波换能器同时组合在发射和接收探头内，并在探头中心提供流体通道，可以在流动实验过程中测试纵横波时差；采用纵波发射纵波接收，横波发射横波接收，纵横波首波信号强，纵横波同时接收，横波首波易于识别。
声波时差测量仪：
采用双通道250MHZ数字存储示波器作为纵横波信号采集，600伏发射电压，发射能量高，确保低密度岩心声波时差的测量；采集的声波信号可随时存储、回放、比较和再次处理。
（三）面板操作
1.开启系统
系统开启必需遵循如下步骤：
（1）启动计算机；
（2）仪器正面的总电源开关跳板向上，即可开启总电源；
（3）启动CMM控制程序，如果外设设备没有开机，请打开相应设备电源，启动时系统要检查压力温度设备（模数转换器）、电阻仪设备和蠕动泵设备；
（4）打开气瓶，低压调压阀调到0.8~0.9Mpa；
（5）检查温控仪设定温度。
如果本次实验不需加温请向温控仪设定0℃，避免温控仪加热；
（6）最后开启仪器右边的控制电源。
2.关闭系统
系统关闭应遵循如下步骤：
（1）临时关闭系统
即只关闭CMM控制程序，CMM主机的温度围压继续工作。
只需单击CMM控制程序的END键。
临时关闭系统时间不能太长，此时所有阀门将关闭，CMM主机将不受计算机控制和监测。
（2）意外关闭系统
如停电和计算机系统故障引起的系统关闭，停电停机后所有阀门将关闭，夹持器围压将无法卸掉，岩心不能取出，此时请关闭气瓶，待0.8Mpa的低压气卸掉后，围压控制阀将自动打开，夹持器围压也将自动卸掉，方可取出岩心。
（3）正常关闭系统
1）卸掉围压，取出实验岩心，装入一不锈钢块在夹持器内，并装好孔渗柱塞，防止意外加压损坏胶套；
2）关闭所有围压控制阀；
3）单击CMM控制程序主窗体右上角窗体关闭键，结束CMM控制程序；
4）关闭仪器右边的总电源、控制电源、计量泵电源和气瓶。
（四）DS-5000系列数字存储示波器
1.示波器基本配置
（1）TRIGGER
LEVEL：
调节触发电平为1.00V。
（2）MENU
触发方式：
边沿触发；
信号源选择：
EXT/5；
边沿类型：
上升；
触发方式：
普通；
耦合：
直流。
（3）HORIZONTAL
Position：
调节波形水平位移，使首波在显示窗体中心，首波时间显示在右下角；
SCALE：
调节波形水平扫描宽度，一般为1~5µS。
（4）VERTICAL
Position：
调节波形垂直位移，使CH1波在显示窗体上半；
SCALE：
调节波形垂直幅度，根据岩心信号幅度调节，一般为2mv~1V；
CH1：
表示调节横波的信号；
CH2：
表示调节纵波的信号；
OFF：
显示和关闭CH1、CH2、MATH、REF曲线。
（5）ACQUIRE
获取方式：
平均；
平均次数：
2~256；
采样方式：
等效采样。
（6）STORAGE：
波形存储到示波器内；
（7）AUTO：
自动幅度和扫描宽度，建议不要使用；
（8）RUN/STOP：
启动采集/停止采集。
2.ScopeKitforDS5000软件
（1）Operate-Connect:
电脑与示波器联机；
（2）Refresh:
获取示波器数据；
（3）Operate-Panel:
软件控制示波器；
（4）Operate-Discon:
取消电脑与示波器联机。
五、实验步骤
1．弹出围压控制窗体，对夹持器加压，注意加压之前必须对夹持器进行预加压；
2．打开数字示波器电源，并连接其USB数据线，运行ScopeKitforDS5000软件；
3．对夹持器加压完毕后，弹出数据采集配置窗体，复选P波或S波发射，则数字示波器显示屏上显示测量出来的纵、横波；
4．调节数字示波器上显示出来的纵、横波波形，使之清晰稳定；
5．读取纵、横波的首波时间并记录。
六、实验数据处理
1.计算声波探头校准时间T0；
2.计算岩样的声波速度。
七、实验注意事项
1．ScopeKitforDS5000软件与示波器联机后，示波器上的直接操作将不起作用，取消联机就可以在示波器上直接操作；
2．横波测量，必须反复调整发射和接收探头的相对角度，以得到最佳横波首波效果，不同岩心可能有不同的相对角度；
3．声波高压发射器，输出电压高达700V，人体不要接触发射电极，以免造成不必要的伤害；
4．不测量声波时，尽量不要开启声波发射器，以免减小声波探头的寿命。
八、实验报告内容要求
1．实验目的和任务；
2．岩样声波速度测量原理及方法；
3．岩样声波速度测量过程及计算结果；
4．实验总结、存在的问题、取得的收获以及体会。
实验四测井资料解释
一、实验目的
在学习《地球物理测井》、《地球物理测井与解释》课程基础上，通过测井资料解释实验，使学生能够对测井资料作简单的定性分析，掌握测井资料处理与解释工作流程，学会对实际测井资料进行解释，进一步加深学生对测井专业知识的理解，培养学生解决测井专业实际问题的能力。
二、实验装置和资料
1.PC计算机；
2.实际测井数据。
三、实验内容
1.分析砂泥岩储集层测井响应特征；
2.利用测井资料定性识别岩性、划分储集层；
3.分层取值，计算各层的参数；
4.判断油气水层。
四、砂泥岩储集层测井资料解释方法
（一）砂泥岩剖面的地质特点
1.岩性
一般由碎屑岩和粘土岩等组成，常见的岩性有：
砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、页岩等。
2.砂岩地层对测井数值的影响因素
矿物成分、分选性、胶结物、胶结程度及类型、孔隙大小、孔隙中流休性质等。
3.与测井解释有关的地质资料和钻井资料
（1）地质资料：
油田的构造特点及本井的构造位置；地质分层数据及对比的主要标淮层；油田的主要含油层系及油水分布情况。
（2）第一性资料：
钻井过程中的油气显示，岩屑录井，钻井取心，井壁取心，气测资料，试油、试水资料。
（二）划分岩性和渗透层
1.渗透层的特征
自然电位有异常；微电极曲线有差异；井径略小于钻头直径；声波曲线具有较稳定的数值；自然伽马曲线数值较低。
2.划分的原则
厚度在0.4米以上，估计为油层及其邻层，电阻率偏高；地质录井、气测有显示或井壁取心有油气显示的地层；标准水层；新区探井对各个储集层段都应酌情解释。
3.岩层的划分
不同的岩性在测井曲线上有不同的显示。
（1）泥岩：
微电极曲线无差异或有较小的幅度差（双感应、双侧向也如此），数值低，曲线平直；自然电位无异常；视电阻率曲线变化范围小；自然伽马曲线为高值；孔隙度较高；井径通常大于钻头直径。
（2）砂岩：
微电极（双感应、双侧向）有明显差异；自然电位有异常；视电阻率曲线变化范围大；孔隙度为中等且数值较稳定；自然伽马呈低值；井径接近或略小于钻头直径。
（3）致密层：
微电极曲线无差异，多呈刺刀状尖峰；电阻率高值；自然电位无异常或有很小的异常；孔隙度很低。
（4）生物灰岩：
微电极曲线分开，数值高于砂岩；自然电位有较小的异常；电阻率为高阻显示。
（5）油页岩：
微电极正负差异交替出现；自然电位无异常；电阻率较高。
（三）判断油、气、水层
1.砂泥岩剖面各类储集层的测井响应特征
判断油、气、水层是测井解释工作的主要任务。
通过对测井资料的综合分析，同时结合录井显示、井壁取心、钻井取心、气测资料、油气水分布规律和岩性特征的分析，区分油、气、水层。
（1）油层：
电阻率高，特别是深探测电阻率明显增高是油层的基本特点；自然电位较邻近水层小，侵入性质为低侵或无侵；孔隙度与其他邻近储集层相近；具有储集层的其他特征。
（2）水层：
自然电位异常幅度大；深探测电阻率低；明显高侵；另外具有储集层的特征。
（3）油水同层：
浅探测电阻率较高；深探测电阻率较低但仍高于邻近水层；自然电位异常幅度中等，在油层与水层之间；一般为高阻侵入；常出现于油水界面附近。
（4）气层：
具有油层的特征；声波时差明显增大或出现周波跳跃现象；中子测井孔隙度读数较低。
（5）干层：
高阻显示；声波时差（孔隙度）较低；自然电位无异常或有小的异常；微电极曲线呈高峰状且无差异。
岩石的电阻率除油水的性质外还要受到岩性及地层水矿化度的影响，如不考虑这些因素只看电阻率的高低就会造成油水层判断的错误，这两种因素主要影响解释中的两种疑难层，即低阻油层和高阻水层。
埋藏深度较浅的淡水层，因地层水的矿化度低，也会有较高的电阻率和类似于油层的显示，这是因地层水矿化度影响而出现的高阻水层，在解释油气层时要注意区分。
2.判断油、气、水层的方法
判断油、气、水层的常用方法主要
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