地球物理测井方法与解释

《地球物理测井方法与解释》期末考试试卷考试形式：闭卷考试考试时间：120分钟班号学号姓名得分题号一二三四五总分得分一、填空题（30分）１、井内产生自然电位的原因主要两种，由于和不同而产生的；由于和不同而产生的，自然电位曲线由和两部分组成。２、岩石有两种导电机理，即、。３、普通电阻率测井电极系有、两种。４、利用深浅三侧向方法可以判断油水层。油层，深三侧向值三侧向值。５、按质点振动方式不同，声波可分为和两种。按弹性划分，物体可分为、，描述固体介质静态弹性参数有、、等四个。６、放射性物质能放出、、三种射线。放射性度量单位有、、三种。７、中子与地层的相互作用分、、三个阶段。二、名词解释（18分）1、测井：2、电极系互换原理：3、放射性涨落：4、周波跳跃：5、含氢指数：6、零源距：三、问答题（42分）1、说明七侧向电极系的结构，并说明工作原理？（10分）2、以单发双收声系为例，说明声速测井的原理？（8分）3、写出三种孔隙度测井方法计算孔隙度公式表达式，并说明公式中各参数的含义？（8分）4、简述补偿密度测井的原理？（8分）5、试推导各向同性均匀地层中三电极系测量地层电阻率的计算公式，并计算四、计算题（10分）已知某含油气层为纯砂岩，电阻率为20Ω.m，地层水电阻率为0.1Ω.m，孔隙度为20%，a=0.67,m=2,b=0.75,n=2,求该层的含油饱和度。《课程名称》期末考试试卷标准答案考试形式：闭卷考试考试时间：120分钟二、填空题（30分）５、井内产生自然电位的原因主要两种，由于和不同而产生的扩散吸附电位；由于泥浆柱压力和地层压力不同而产生的过滤电位，自然电位曲线由泥岩基线和砂岩线两部分组成。６、岩石有两种导电机理，即离子导电性、电子导电性。７、普通电阻率测井电极系有电位电极系、梯度电极系两种。８、利用深浅三侧向曲线重叠方法可以判断油水层。油层，深三侧向值大于浅三侧向值。５、按质点振动方式不同，声波可分为纵波和横波两种。按弹性划分，物体可分为弹性体、塑性体，描述固体介质静态弹性参数有泊松比、杨氏弹性模量、切变模量等四个。６、放射性物质能放出α、β、γ三种射线。放射性度量单位有强度、浓度、剂量三种。７、中子与地层的相互作用分非弹性散射、弹性散射、辐射俘获三个阶段。二、名词解释（18分）1、测井：地球物理测井是应用地球物理学的一个重要分支，即以物理学、数学、地质学为理论基础，采用先进的电子、传感器、计算机和数据处理等技术，借助专门的探测仪器设备，沿钻井剖面观测岩层的物理性质，以了解下地质情况一门应用技术学科。2、电极系互换原理：将普通电阻率测井电机系中的供电电极和测量电极互换，不影响普通电阻率测井最终结果。3、放射性涨落：由于地层中放射性元素的衰变是随机的且是彼此独立的原因，在放射源和测量条件不变并在相等的时间间隔内进行多次γ射线强度测量时，每次记录的结果不同，其值总是在以平均值n为中心的某个范围内变化的现象叫放射性涨落。因而自然伽马测井曲线上具有许多“小锯齿”的独特形态。4、周波跳跃：声波速度测井仪在正常情况下，两个接收探头都为同一脉冲的首波触发。但是，在某些情况下，例如在含气的疏松地层或地层破碎带中，首波能量衰减很大，有时只能触发路径较短的第一接收探头R1，不能触发第二接收探头R2。这样，第二接收探头R2被续至波触发，造成了所测的时差ΔT增大，表现为时差曲线急剧偏转，突然增大的异常。这种现象称为“周波跳跃”。5、含氢指数：在中子测井中把淡水的含氢量定义为一个单位，用它来衡量所有地层中其他物质的含氢量。1立方厘米的任何物质中的氢核数与同体积的淡水中的氢核数的比值，称为该物质的含氢指数，用H表示。6、零源距：采用长源距接收记录超热中子时，孔隙度大的计数率低，孔隙度小的计数率高；采用短源距接收记录超热中子则有相反的情况，即孔隙度大，计数率高，孔隙度小，计数率低。当计数率的灵敏度为零时的源距叫零源距。三、问答题（42分）1、说明七侧向电极系的结构，并说明工作原理？（10分）答：1）使电流纵向聚焦中心电极A0称作主电极，类似普通电极系的供电电极。主电极的上下对称放置屏蔽电极A1和A2，A1和A2用导线相连。三个电极流出的电流极性相同，A0流出主电流I0,A1和A2流出屏蔽电流，各为I0/2。因电流同性相斥，主电流被纵向聚焦成薄板状流向地层，从而减小了井眼及围岩的影响，提高了纵向分辨能力。（2）在主电流附近井眼内造成绝缘层在主电极与屏蔽电极之间放置两对监督电极M1与M1′或’M2与M2′，用导线分别将M1和M2、M1′和M2′相连。用监督电极间的电位差△UMM'11及△UMM'22,调节屏蔽电流的大小，使△UMM'11=0,即M1M1′M2M2′四个电极的电位相同。因等电位点之间不可能有电流流动，使M1与M1′之间和M2与M2′之间形成两个绝缘层，主电流和屏蔽电流都不能穿过它们，而只能在其附近流向地层，井眼和围岩的影响大大减小。（3）在远处或近处设置电流回路电极控制主电流发散深七侧向的回路电极B在屏蔽电极A1的上方，相距约15m，这使主电流呈薄板状深入地层相当远以后才发散，能探测到地层原状电阻率Rt。而浅七侧向的回路电极B1和B2分别设在屏蔽电极A1和A2两侧，相距约0.5m，使主电流在井眼附近就开始发散，只能探测侵入带电阻率Rxo。其视电阻率公式为：00IUKRAa（3-5）图3-8七侧向电极系和电流分布（a）深七侧向；（b）浅七侧向图6-4声波速度测井原理图式中K为电极系系数，可通过理论计算或由实验求得。2、以单发双收声系为例，说明声速测井的原理？（8分）答：单发射双接收声速测井仪由一个发射器、两个接收器、隔声体和电子线路组成，发射器把电脉冲转换成声波射向地层，声束的方向开角（入射角）大于60o，保证在任何地层都可以产生滑行波。两个接收器把接收到的声波转换成电信号，经过电子线路传输到地面仪记录。两个接收器的间距L的大小，决定了仪器对地层的分辨能力，间距越小分辨能力越强，一般要求间距小于最薄地层厚度。但间距太小，不利于反映地层的真实声波速度，所以，目前常用的间距为0.5米。隔声体是为了防止仪器表面的直达波的干扰，把仪器外壳上刻上很多空槽，使声波在仪器表面传播时，在相邻槽孔间发生多次反射和波的转换，不断损耗能量。同时刻槽的结延长了波的旅程，因此也延长了声波在仪器外壳上的旅行时间，从而消除了仪器表面直达波对测量值的影响。对于泥浆波（包括直达波和反射波）的干扰，可以根据泥浆波传播速度慢的特点，通过采用大源距（发射器到两个接收器中点的距离）的方法，保证滑行波作为首至波到达仪器。一般采用源距为1米。测井时，设在t0时刻由发射器发出一个声脉冲，首波到达第一个接收器的时间为t1，到达第二个接收器的时间为t2，如图6-4，那么，到达两个接收器的时差Δt为)(11212VCEVDFVCDttt（6-9）当井径没有明显变化且仪器居中，则可以认为CE=DF，因此221VVCDt（6-10）时差Δt的大小只与地层声速V2有关，直接反映了两个接收器间地层声速的高低。在井中由下而上连续测量便得到一条随深度变化的声波时差曲线。曲线幅度单位是微秒/米，它的变化反映了岩石性质的变化。对于厚度大的地层，可用曲线的半幅点进行分层，记录点位于两个接收探头的中点。3、写出三种孔隙度测井方法计算孔隙度公式表达式，并说明公式中各参数的含义？（8分）答：（1）声波孔隙度：VVVmaf11（6-11）式中V——岩石的声波速度，m/s；φ——岩石的孔隙度，%；Vt、Vma——岩石孔隙中流体及岩石骨架的声波速度，m/s；实际测量的声波时差Δt正是声波速度V的倒数，故上式可以写成：Δt=φΔt+（1-φ）Δtma（6-12）即φ=ttttmafma（6-13）式中Δtf、tma分别表示孔隙流体和岩石骨架的声波时差。（2）密度孔隙度：若有孔隙度为φ，骨架密度、孔隙流体密度和岩层体积密度分别为ρma、ρf、ρb的纯岩石，则其体积密度和孔隙度φ关系是1bmaf（8-16）所以mabmaf（8-17）不同岩性的岩石，其骨架密度ρma不同，砂岩一般为2.65、石灰岩为2.71、白云岩为2.87。（3）中子孔隙度：孔隙度=（地层计数率-骨架计数率）/(水的计数率-骨架计数率)4、简述补偿密度测井的原理？（8分）答：图8-10是常用的一种密度测井仪示意图，它包括有一个伽马源，两个接收伽马射线的探测器，即长源距探测器和短源距探测器。它们安装在滑板上，测井时被推靠到井壁上。在下井仪器的上方装有辅助电子线路。通常用Csl37作伽玛源，它发射的伽玛射线具有中等能量(0.661MeV)，用它照射物质只能产生康普顿散射和光电效应。由于地层的密度不同，则对伽玛光子的散射和吸收的能力不同，探测器接收到的伽玛光子的计数率也就不同。在密度测井中，伽玛源到探测器之间的距离称之为源距。在密度大的地层中，计数率随源距的增长下降的快；而在密度小的地层中，计数率随源距的增长下降得慢。这样不同密度的地层中，计数率与源距的关系曲线有一个交点，相应的源距称为零源距。源距为零源距时，不同密度的地层中有相同的计数率，仪器对地层密度的灵敏度为零。小于零源距的源距叫负源距，大于零源距的源距称为正源距。密度测井均采用正源距。我们已知通过距离为L的伽玛光子的计数率为0LNNe(8-12)若只存在康普顿散射，则即为康普顿散射吸收系数，所以0eAbZNLANNe(8-13)由于沉积岩的Z/A≈0.5，故20eAbZNLNNe(8-14)式（8-14）两边取对数，则得：00lnlnln2eAbbNNNLNKL(8-15)其中/2eAKN为常数。可见探测器记录的计数率N在半对数座标系上与ρb和L呈线性关系。当井壁上有泥饼存在，且泥饼的密度与地层的密度不同时，泥饼对测量值有一定的影响，图8-10密度测井仪示意图为了补偿泥饼的影响，密度测井采用两个探测器(长源距和短源距)，得到两个计数率Nls和Nss，利用长源距计数率Nls得到一个视地层密度ρb′再由Nls和Nss得到一个泥饼影响校正值△ρ，则地层密度ρb=ρb′+△ρ，密度测井同时输出ρb和△ρ两条曲线。6、试推导各向同性均匀地层中三电极系测量地层电阻率的计算公式，并计算电极系A0.4M0.2N和A3.75M0.5N的仪器常数K（10分）答：（一）5分：假定在电阻率为R的无限均匀的导电介质（简称均匀介质）中，有一点电源A，其电流强度为I，向四周发出电流，其电场分布如图2-6所示。以A为球心，r为半径作一球面，球面积为4πr2，通过球面的总电流强度为I，球面上任意一点P的电流密度j为：24rRjt（2-8）式中r——电源点A到任意测量点P的距离；j——球面上任意一点P的电流密度。将（2-8）式代入（2-9）式，可得到均匀介质中点电源场内任意一点的电场强度E的表达式24rIRE（2-9）由电位与电场强度之间的关系drdUE（2-10）得24rIRdrdU（2-11）对（2-11）式积分得：CrRIU14式中C——常数，根据物理学上电位的定义，电场无穷远边界条件确定C=0，则rRIU14（2-12）由（2-12）式可以求出任意一点的电位，知道某点的电位后即可求出该点的电阻率IUrR4（2-13）普通电阻率测井就是利用这一原理去测量地层电阻率的。测量时将供电电极和测量电极组成的电极系A、M、N或M、A、B放入井眼内，把另一电极B或N放在地面泥浆池中，作为接地回路电极。电极系通过电缆与地面上的电源和记录仪相连。假设井眼所穿过的地层岩性相同，泥浆电阻率与地层的电阻率都为Rt，即假定测量环境为均匀无穷分布的介质。供电电极流出的电流呈放射状均匀分布，其等位面是以供电电极为球心的任意球面。测量电极M、N之间的电位差为△UMNANAMMNIRANAMIRUUUttNMMN4)11(4于是得：IUKIUMNANAMRMNMNt4（2-