测井技术手册

E砂?K11gaw(毫伏)amf

K1称为纯水砂岩的扩散电位系数，其数值与溶液的成分和温度有关。对NaC1溶液，在25℃时，K1=-11.6毫伏，相当于

aw=10的扩散电动势。aw和amf分别是地层水和泥浆amf滤液的电化学活度，与其含盐量和化学成分有关。

与纯水砂岩相邻的泥岩井壁上产生的扩散电动势，是泥岩内的地层水与井壁泥浆滤液相接触的产物。泥岩所含的地层水其成分和浓度一般与相邻砂岩中的地层水是一样的。由于泥岩的孔隙道极小，地层水都被束缚在泥岩的泥质颗粒表面。而泥质颗粒对C1-离子有选择性吸附的作用，C1-离子都被束缚在泥质颗粒表面，不能自由移动，只

++

有Na离子可在地层水中移动。因此，在泥岩井壁上只发生Na 离子的扩散。这时形成的电动势，称为扩散吸附电动势，泥岩一方为负，井内泥浆一方为正。根据实验结果和理论分析，在泥岩井壁上产生的扩散吸附电动势为：

E泥?K21gaw(毫伏) amfK2称为泥岩的扩散吸附电位系数，其数值也决定于溶液的成分和温度。对于NaC1溶液，在25℃时，K2=59.1毫伏，代入上式得

E泥?59.11gaw(毫伏)amf(1?11)

aw一样时，E泥与E砂不但数值差别很大，amf比较公式（1-10）和（1-11）可以看出，当

而且符号也相反，这是因为泥岩只有Na +离子发生扩散作用的缘故。

除去上述由于扩散吸附作用产生的自然电动势之外，还有一种由于地层和泥浆柱压力差引起的过滤电动势。

在压力差作用下，当溶液通过毛细管时，由于毛细管壁吸附负离子，使溶液中正离子相对增多，并且同溶液一起向压力低的一端移动，因此，在毛细管两端富集了不同符号的离子产生了电位差。在压力低的一端带正电，压力高的一端带负电，如图1-20所示。

（2）自然电位测井技术的应用

1）划分渗透性地层，并确定其界面

明显的自然电位异常是渗透层的显著特征，自然电位曲线是划分渗透层的有效工具。一般可按半幅点确定渗透层的界面，但由于影响因素较多，用半幅点确定界面不是很准确。实际工作中，经常以自然电位和微电极曲线的显示划分出渗透层，而以微电级和短电极的视电阻率曲线确定其界面，参考自然曜闰半幅点。 2）分析岩性

因为自然电位是离子在岩石中的扩散吸附作用产生的，而岩石的扩散吸附作用与岩石的性质（岩石成分、组织结构、胶结物的成分及含量等）有很密切的关系，故可根据自然电位曲线的变化分析岩性，特别是分析岩性变化。如地层的岩性变细，泥质含量增加，常常表现为自然电位幅度降低。自然电位曲线可明显地划分出泥岩类（泥

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岩、页岩等）、砂岩、泥质砂岩，并可结合电阻曲线划分出有渗透性的生物灰岩等。因为自然电位曲线与岩性有密切关系，曲线变化又比较简单，比较形象，自然电位曲线也是地层对比的一项重要资料，标准测井都少不了自然电位曲线。 17．声波速度测井技术( acoustic velocity log ) （1）声波测井技术的原理

对于测井工作来说，井下岩石可认为是弹性介质，在外力作用下能产生切变弹性形变和压缩弹性形变，所以它既能传播纵波又能传播横波，不过岩石的纵波速度比横波速度大1.73倍。在气体和液体中，只能产生压缩弹性形变，不能产生切变形变，因此只能传播纵波，不能传播横波。

测井的声波频率为15千周/秒—30千周/秒，介于声波和超声波之间，通常就简称为声波。声波通过岩石，其波的速度，幅度有时甚至频率都会发生变化。目前常用的是声波速度的幅度这二个特性。

对于沉积岩来说，声波的传播速度主要与下列因素有关：

? 岩性。在沉积岩中声波的传播速度与岩石密度有密切的关系，一般速度随密度

的增加而呈线性增大。一些沉积岩的纵波速度参见表4-1。

? 岩石的结构。胶结疏松孔隙度大的岩石，相应地密度较小，一般说来，沉积岩

的密度随其孔隙度的增大而线性地减小，因此各种沉积岩的孔隙度与速度之间大致成线性关系，即随着孔隙度的增加，传播速度呈线性地减小。

? 与地质年代有关。许多实际观测的资料指出，同样深度成分相似的岩石，当地

质年代不同时，声波的传播速度也不同，老地层比新地层具有较高的速度。 ? 与埋藏深度有关。许多测量结果表明，在岩性和地质年代相同的条件下，声波

速度随岩石埋藏深度的增加而增大，这是由于埋藏深的岩石所受的负荷大的缘故。

以上述分析可看出，不同性质的岩石，由于其密度和结构不同，因而声波的传播速度也不相同，因此可以根据声波的传播速度来研究岩石的岩性，岩石的孔隙度等。

岩石对声波幅度的影响：

通常，声波在介质中传播时，由于质点振动要克服相互间的磨擦力，即由于介质的粘滞和阻尼使声波能量转化成热能而衰减，这种现象就是所谓介质吸收声波能量。声波能量被地层吸收情况与声波频率和地层本身的密度有关，对同一地层来说，声波频率赵高，被吸收越厉害（因此声波测井用的频率在超声波中是很低的）；对于一定频率来说，地层越疏松（密度越小）声波被吸收越厉害，衰减越大，幅度越低。

综上所述，在井下，声波幅度（或声波能量）的变化有两种形式：一是声波在地层中传播时，因地层吸收声波能量而使幅度衰减；另一种是声波在不同性质的界面上，由于声阻抗不同声波的能量分布也不同，使声波幅度发生变化。这两种变化形式往往同时存在，究竟那种为主，要根据具体情况加以分析。例如，在裂缝及疏松岩石井段，声波幅度度的衰减，主要是由于地层吸收声波能量所致；在下套管井中各种波的幅度变化主要与套管和地层之间的界面所引起的声波能量分布有关。因此，如果在裸眼井测量井下声波幅度就有可能划分出裂缝带和疏松岩石的井段（这些往往是油气储集的有利地方）；在下套管井中测量各种波的声波幅度可以用来检查固井质量。 （2）影响时差曲线的主要因素

声波时差曲线主要反映地层的岩性、结构及含油气情况，但也受到其他一些因素的影响。

? 井径的影响，当井径没有突变，井眼比较规则时，井径对双接收器的测量

结果没影响，测得的Δt为真时差。但是当井径扩大时，在扩大位置的上

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下界面，时差曲线会出现假的异常。 ? 地层厚度的影响， 地层厚度的大小是相对于声波测井仪的间距来说的，厚

度大于间距的称为厚层，小于间距的称为薄层，它们的声速曲线上的显示是有差别的。 在声速（或时差）曲线上显示为一异常，异常幅度的峰值就是地层的速度（或时差）值。异常幅度的中点正好对应于地层的上下界面，所以可用半幅点划分地层界面。实际测的声波时差曲线往往受围岩时差及井径变化（上下泥岩常形成井径扩大）的影响。

? 源距的影响及选择，声波测井是测量首波到达两接收器的时间差，只有通

过地层的滑行波最先到达两接收器时，才能准确测量地层的时差。为此必须增大源距，使滑行波超前直达波到达接收器。为了合理选择源距，可先找出直达波与滑行波同时到达接收器的情况下所要求的源距长度（称最小源距L最小），然后源距数值选得比L最小大一些就可满足滑行波最先到达接收器的要求。

? “周波跳跃”的影响，特别疏松的地层，地层大量吸收声波能量，产生较

大的衰减，经常发现声波的信号只能触发路径较短的第一接收器的线路，而当首波到达第二接收器时，由于经过更长路径的衰减不能使接收器线路触发，第二接收器的线路只能被后续的信号（续至波）所触发，这时在声波时差曲线上，出现突然的时差增大，这种异常现象称为周波跳跃。

（3） 声波测井技术的应用

1）判断气层，确定油、气、水接触面

水、气的声速不同，由于水的声速大于气的声速，因此在高孔隙度（大于30%）和泥浆侵入不深的条件下，声波测井能够比较好地确定疏松砂岩的气层。气层在声波时差曲线上显示的特点有二：

? 产生周波跳跃现象，常见于特别疏松、孔隙度很大的砂岩气层中。这时含气层

对声波能量有秀大的衰减作用，造成周波跳跃。 ? 声波时差台阶式的增大，气层的声波时差数值明显大于油层，比一般砂岩时差

正常值大30微秒/米以上。岩性较好和岩性纯净的砂岩气层都具有这个特点。

2）划分地层

由于不同地层具有不同的声波传播速度，所以声波时差曲线可应用于划分地层。致密石灰岩、白云岩声速最高，时差最小，孔隙发育的石灰岩和白云岩，声速相对降低，时差增加。砂岩声速一般较低，时差较大，泥岩声速更低，在时差曲线上，时差很大，对钙质富集层，其普通特点是声波时差小。微电极数值高，一般孔隙性灰岩有明显正幅度差。 3）计算岩石孔隙度

岩石密度是控制地层声波速度的重要因素，而岩石密度又和地质孔隙度有密切的关系，因此声波速度可以较好地反映地层孔隙度。

经过大量的实际工作得出下列结论，在固结而压实的纯地层中若有小的粒间孔隙均匀分布，则孔隙度和声波时差存在线性关系（称平均时间公式）。

18．伽马射线测井技术( gamma ray log ) （1）自然伽马测井技术原理

自然伽马测井是测量地层的天然放射性。这种测井方法用于探测放射性矿藏，如钾矿或铀矿。在沉积岩地层中，自然伽马测井一般反映地层的泥质含量。这是因为放射性元素往往聚集在粘土和泥岩中。除了地层中夹杂有火山灰和花岗岩质冲积物等放

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射性物质或地层水中溶有钾盐上，通常纯地层的放射性是很微弱的。

可在下套管井内记录自然伽马曲线，因此它在完井和修井作业中极为有用。在下套管井中不能进行自然电位测井，或在裸眼井中自然电位测井不太满意时，常常以自然伽马测井代替自然电位测井。在这两种情况下，自然伽马测井都可用来划分非泥质地层，并且用来做地层对比。 （2）自然伽马测井曲线的特点

自然伽马测井曲线有下列特点：

? 曲线对称于地层中点。对着地层中心，曲线有一极大值，并且它随地层厚度h

的增加而增大，当h≥3d0时极大值GRmax为常数（d0为井径），与地层厚度无关，而与地层的自然放射性强度成正比。

? 当h<3 d0时，曲线幅度较厚层时为小，地层越薄，曲线幅度就越小。厚度小于

0.5倍井径的地层表现为很不明显的小弯曲，这样的地层在自然伽马曲线上就很难划分出来。

? 当h>3 d0时由曲线的半幅点确定的地层厚度为真厚度，而对于薄地层的分界面

在曲线上所对应的点要比半幅点更接近峰端，地层越薄越接近峰端。

（3）测井条件的影响

? 测井速度的影响，只有当测井速度很小时，测得的曲线形状与理论计算相

似，当测井速度增加时，曲线的开头发生畸变，造成畸变的原因是记录仪器中有积分回路，积分回路的充放电使曲线发生畸变。

? 统计起伏误差，放射性物质衰变过程和放射性射线与物质的相互作用具有

统计特性。这是由于在放射性物质中含有许多不稳定的原子，这些原子不断地发生衰变，而各个原子的衰变是彼此独立的。它们的衰变次序也是偶然的，所以在射线源强度I和测量条件不变时，在相等的时间间隔Δt内所记录的结果不是常数，而是围绕着平均值n在某个范围内变化着，这种现象称为统计起伏现象，当n相当大时，这种衰变服从于统计规律。

（4）自然伽马测井曲线的应用

自然伽马测井在油田勘探中，主要用来划分岩性、确定储集层的泥质含量，对比地层和射孔工作中的跟踪定位等。 1）划分岩性 利用自然伽马测井曲线划分岩性，主要是根据岩层中含泥量的不同。由于各地区岩石成分不一样，因此，在利用自然伽马测井曲线划分岩层之前，首先要将该地区自然伽马测井曲线与井的地质剖面进行比较，从比较中找出规律，然后运用这个规律去指导划分岩性的工作。

2）地层对比 利用自然伽马曲线进行地层对比，具有以下优点：

自然伽马曲线计数率，在一般条件下，与地层孔隙中所含液体性质（油或水）无关；自然伽马曲线计数率与地层水、泥浆的矿化度无关；自然伽马曲线的标准层容易获得，如深海沉积的泥岩，在很大区域内显示出高值。

当进行油气水边界地带的地层对比时，利用自然伽马测井曲线更显其优点。因为在这些地区的不同井内，岩层孔隙中所含的流体性质（油、气、水）是不同的，这使视电阻率、自然电位和中子伽马曲线开头发生变化而造成对比上的困难。自然伽马曲线就没有这些因素的影响。

在膏盐剖面地区，由于视电率和自然电位显示不好，利用自然伽马测井曲线作地层对比更为重要。图5—11是某膏盐地区利用自然伽马曲线作油层对比的实例。 3）自然伽马测井反映泥质含量，在有些国家的一些地区利用自然伽马测井的计数率的相对值和泥质含量之间的相关关系求出岩层的泥质含量。也有些国家利用自然伽

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