钻井地球物理勘探(3)

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

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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。

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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。

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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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