地球物理測井方法原理
實驗指導書
編寫人：
編寫單位：中國石油大學（北京）測井研究中心
中國石油大學（北京）
二00八年一月
目錄第一次實驗:
實驗一模型井中普通電阻率曲線量
實驗二普通電阻率測井中遮蔽影響的定
第二次實驗:
實驗三自然電位測井中擴散吸附電動勢的模擬測量
第三次實驗:
實驗四感應測井復合線圈設計實驗
第四次實驗:
實驗五滑行波觀察及聲波時差測量
第五次實驗:
實驗六自然伽馬能譜的測量
實驗七放射性漲落誤差測量
實驗一模型井中普通電阻率曲線測量
一、實驗目的
本實驗通過室內模型井的實驗測量，學習、了解普通電阻率測井原理、測井方法。
通過模型井中普通電阻率測量，定性了解不同電極係數測量普通電阻率曲線的差異，加深對電法課程的學習、理解。
二、實驗原理
普通電阻率測井，是把電極係數入井內，測量井下一定範圍內地層的電阻率，用自動記錄測井儀連續記錄地層電阻率隨井深的變化，所記錄的測井曲線稱為電阻率線，用以研究鑽井所鑽過的地層剖面和劃分油、氣、水層。
其測量原理是：將電級系放入模型中井，由a、b電極供電m、n電極測量（可採用雙供電電極系式或單供電電極系，詳見圖1-1，測定岩層電阻率的原理線路）。在供電電流恆定的情況下，普通電阻率ra與m、n之間的電位差成正比，即：
式中： k=a／l——電極常數
測量時可用以下單位表示：δv——毫伏(mv)，i——毫安（ma)，a——平方公尺（m2)，l——公尺(m)，則巖電阻率的單位是歐姆一公尺(ω-m)，k的單位是公尺(m)
實驗證明，用同乙個電極系，採用雙電極供電或單電極供電，其測量結果完全一樣，稱為互換電極系。因此在測井過程中，採用任何一種電極系排列都可以。
在實際的測井中，採用一定尺寸和型別的電極，所測得的某一種不均勻介質的視電阻率，是一種假想均勻各向同性介質的電阻率。其視電阻率的大小與電極系附近地層的電阻率及其厚度、傾斜、井徑、泥漿電阻率以及侵入帶電阻率等因素有關。
介質不均勻，測得的視電阻率與岩層真電阻率的差別愈大；只有在均勻介質中，視電阻率才與真電阻率相同。
圖1-1測定岩層電阻率原理線路
(a)——雙供電電極系；(b)——單供電電極；
m、n——測量電極； g——測量儀器；
ma——測量電流儀表； e——供電電流；
r——調節電阻
三、實驗內容
1．首先選定電極系的型別，尺寸進行模型井中視電阻率曲線的測定；
2．對測得的曲線形狀，差別進行對比分析；
3．變換測量電極系的尺寸規格，觀察曲線形狀的變化。
四、實驗設定
在測井中，井中介質的分布有一特點，即以井軸為中心，對稱地分布在周圍。根據這一特點，我們可通過井軸作一平面，將介質對稱地分成兩半，這對於研究電場的分布規律不會產生任何影響。模型井就是根據這一原理設計的。
在模型井中，用具有一定礦化度的水溶液模擬井眼中的泥漿——導電介質，用石蠟製成不同厚度的，作為模擬地層的高電阻率層。製做的石蠟地層厚度分別為5cm、8cm、10cm、20cm，分別模擬高電阻率地層的薄層、中厚層、厚層。石蠟地層在其一半的端平面中間開有一半圓槽口——模擬井眼，電極系測量時，從槽口內通過。
模型井內布有接地電極，在實驗中作b電極或無限遠電極。
1．模型井實驗裝置
(1)搖手
作為牽引電極系沿井軸方向往返均勻運動，同時帶動深度訊號發生器同步運轉，一是可根據設定的深度比例計算所測模擬層的厚度、測量井段的距離，二是深度訊號提供給實驗中記錄儀器—x—y函式記錄儀的x軸乙個函式訊號——深度訊號。
(2)深度訊號發生器(如圖1-2所示)；
有比例電位器dwl，深度訊號產生電位器(精密多圈鏍旋電位器)dw2，外加5v直流電壓，組成深度訊號源生器。
圈1—2深度訊號發生器原理線路
改變電位器dwl的阻值，可改變流過dwl的電流，電流的增減，使得深度訊號輸出幅度成比例的增大或減小。因此，dwl可調節記錄儀記錄曲線的深度比例。比如，採用深度比例為1：
10，即記錄儀的記錄筆沿x軸移動lcm，那麼，電極繫在模型井的井軸方向移動10cm。
圖示1-2電路中的深度訊號輸出端接入到x—y函式記錄儀的x軸的正、負端子。dw2的滑動端上安有滑動輪，由搖手帶動同步旋鈕轉。使dw2滑動端的位置與深度保持同步——並成線性關係。
改變dw2的滑動端的位置，即可改變輸出給x—y函式記錄儀x道記錄訊號的大小，由此控制記錄筆x方向移動。
(3)供電電源
為了防止極化電位對測量造成的影響，本實驗採用文氏電橋振盪器生成低頻的正弦波訊號，並串接一較大電阻，在測量電阻遠小於恆流電阻的情況下，供電電流近似於恆流源，分別供電至a，b，測量電極兩端的電壓就與測量的電阻成正比，其測量電壓送入精密整流電路，得到直流訊號送記錄儀。
(4) x——y函式記錄儀
x——y函式記錄儀是一種通用的自動記錄儀，它可在座標軸上自動繪製兩個電量的函式關係，即y=f(x)，在本實驗中，將測井訊號△vmn由函式記錄儀的y軸輸入端子輸入，深度信聲號由函式記錄儀的x軸輸入端子輸入。這樣，函式記錄儀可自動繪製出隨深度變化的，在模型井測得的視電阻率曲線。
本實驗採用國內新型的l—20自動x—y函式記錄儀。該儀器的詳細技術說明及儀器操作規程見附錄部分。
五、實驗步驟
1．調整的電極系盡寸，按測量線路的連線方法，將所有的測量儀器等一一連線好。經教師檢查確認無誤後，可開啟測量儀器的電源開關。
2．x——y函式記錄儀經一段時間預熱後，即刻接通測量開關。「y軸」量程開始先旋轉到量程檔。然後，根據記錄曲線幅度的大小，逐檔調節，直至清晰適宜為止。
「x軸」量程開關調節到適當位置，調節深度比例發生器dwl電位器，並移動電極系，使之達到成比例的深度訊號。開始要調節設定記錄筆零位置。然後，將記錄開關扳至「記錄」位置上，記錄筆落下，即可進行下在常測量。
3．見圖l-3，設定四種不同的電極系測的視電阻率曲線。
一種電極系測完後，先將記錄筆開關扳到「抬筆」位置。然後，將電源控制開關扳至「關」位置，等待下一種電極系，視電阻率曲線的測量。重複前面的操作，直至測完。
圖1-3 各類電極系ra曲線測量位置圖
六、實驗要求
1．對測得的視電阻率曲線進行對比分析；
2．在模型井中，電極系的不同對測量的視電阻率曲線有何影響，分析影響因素：
3．模型井水溶液的礦化度不同，對測量結果有無影響。
圖1-4 電極係數分類圖1-5 電極系的另一種分類
圖1-6 理想梯度電極系電阻率曲線形狀
ρ2—高電阻地層電阻率，ρ1、ρ3—低電阻圍岩電阻率；h—高電阻地層厚度；ρx—視電阻率；l—電極距
（a）—底部梯度電極系b）—頂部梯率電極系；
實驗二普通電阻率測井中遮蔽影響的測定
一、實驗目的
定性的了解高阻層對目的層的遮蔽影響。
二、實驗原理
單電極一方的的高祖鄰層可使目的層ra公升高或降低，前者稱為高阻遮蔽，後者稱為減阻遮蔽。因為單電極靠近高阻鄰層時，它迫使電流向記錄點方向流動，使ra公升高，離高阻層愈近影響愈大；而當單電極在高阻鄰層之上時，高阻鄰層又使流向記錄點的電流減少，使ra降低。而在成對電極一方的高阻層，因它在電極系探測範圍之外，原則上沒有什麼影響，但如果太靠近，則會使ra降低。
a增阻遮蔽b增阻遮蔽c減阻遮蔽
三、實驗內容
本實驗要求測三條視電阻率曲線，以觀察地層遮蔽影響。實驗時改變高阻層與目的層的距離，觀察高阻層對目的層的遮蔽影響的曲線特點。夾層厚度(即水層厚度)可通過調節兩個石蠟層之間的距離來改變。
夾層厚度可分別選擇50cm、15cm、4cm。
四、實驗裝置及實驗儀器、裝置的連線
實驗裝置及實驗儀器、裝置的連線與「模型井中普通電阻率曲線測量」實驗相同，實驗儀器、裝置的連線要在教師的指導下進行。
五、實驗步驟
1．連線實驗線路，檢查確認無誤後，開啟直流穩壓電源開關，x—y函式記錄儀開關。
關閉供電電流，可記錄基線位置，可通過x軸調零旋鈕走「基線」即零線。調x軸的調零旋鈕，對準某乙個「深度」線，便可進行測量工作。一條曲線測完後，關閉穩壓電源開關，調x軸的調零旋鈕，沿「基線」走一段，並閉「記錄」旋鈕，再開始下一條曲線的測量。
每條曲線的始末均應記錄「基線」和「刻度線」，三條曲線的測量可參考下面圖示安排在記錄紙上的位置。目的層與遮蔽層的厚度分別為10cm、6cm。
圖1-7 定量測定遮蔽影響的ra曲線圖
六、實驗結果分析
通過實驗測量，明確實驗的原理。將測得的三條曲線進行對比，分析曲線之間的差異、影響的原因。分析由於遮蔽影響，目的層的數值ra有何變化，在實際的測井曲線上如何進行判斷和解釋。
實驗三自然電位測井中擴散吸附電動勢的模擬測量
一、 實驗名稱
自然電位測井中擴散吸附電動勢的模擬測量
二、 實驗目的
1、 理解自然電位測井的原理；
2、 模擬擴散吸附電動勢產生過程，測量不同溶液濃度時的擴散吸附電動勢。
三、 實驗原理
由於泥漿與地層水的礦化度不同, 鑽井後,在井壁附近兩種不同礦化度的溶液發生電化學反應,產生電動勢,形成自然電場。電動勢主要有擴散電動勢和擴散吸附電動勢。
一般地層水為nacl溶液,當不同濃度的溶液在一起時存在使濃度達到平衡的自然趨勢,即高濃度溶液中的離子要向低濃度溶液一方遷移,這種過程叫離子擴散。在擴散過程中,各種離子的遷移速度不同,如氯離子遷移速度大於鈉離子(後者多帶水分子),這樣在低濃度溶液一方富集氯離子(負電荷)高濃度溶液富集鈉離子(正電荷),形成乙個靜電場,電場的形成反過來影響離子的遷移速度,最後達到乙個動態平衡,如此在接觸面附近的電動勢保持一定值,這個電動勢叫擴散電動勢，記為ed。
擴散電動勢ed大小與溫度和濃度差有關
其中，kd為與溫度和溶液成分有關的常數。
若把滲透性薄膜變成泥岩薄膜，如圖1所示，這時，同樣離子將要擴散。有水存在時，在外電場的作用下，原來被泥岩顆粒吸附的正離子（平衡離子）也會移動。在泥岩的孔隙中，孔隙壁帶負電，而溶液則由於平衡離子的存在而帶正電。
在濃度差的作用下，離子將要擴散，因為泥岩能夠有選擇性地讓陽離子通過，所以濃度小方富集正電荷，濃度大方富集負電荷。這樣即形成擴散吸附電動勢，記為eda 。
《地球物理測井》上機實驗指導書
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