自由能
[拼音]：diqiu wuli cejing
[英文]：geophysical well logging
運用物理學的原理和方法，使用專門的儀器裝置，沿鑽井（鑽孔）剖面測量岩石的物性引數，瞭解井下地質情況，從而發現油（氣）層、煤層、金屬、非金屬、放射性等礦藏，和地熱、地下水等資源。這是油（氣）田勘探與開發中一種極為重要的方法，也是煤田、水文勘測以及勘探其他礦藏不可缺少的手段。
岩石和礦物有不同的物理特性，如導電特性、聲波特性、放射性等。這些特性統稱為岩石和礦物的物理性質。在地球物理勘探中相應地建立了許多種測井方法，如電法測井、聲波測井、放射性測井和氣測井等。
地球物理測井的應用範圍如下：確定井剖面的岩石性質，評價油（氣）、水層，發現煤、金屬、放射性等礦藏，並確定其埋藏深度及有效厚度；測量計算儲量所需要的各種地質引數，如巖性成分、孔隙度、飽和度、滲透率煤田儲量計算引數等；確定地層傾角、岩層走向和方位，以及鑽孔傾角和方位角，研究沉積環境等；檢查井下技術情況，如檢查固井質量和套管破裂情況等；發現和研究地下水源（淡地層水）。
簡史
地球物理測井方法於1927年由法國人施蘭貝爾熱兄弟（C.Schlumberger & M.Schlumberger）創始。1939年翁文波在中國開始地球物理測井工作，測井儀器由劉永年設計製造，使用的測井方法有自然電位測井法和視電阻率測井法。這些測井方法主要用來鑑別巖性、劃分油（氣）、水層、煤層，尋找金屬礦藏以及地層對比等。
50年代初期，出現了聲波測井、感應測井、側向測井、自然伽馬測井（放射性測井）等，並開始採用單一巖性的測井解釋模型和簡單的數理統計方法，對岩層作物理引數計算以進行半定量或定量解釋。但這些測井和解釋方法對於碳酸鹽巖、泥質砂岩以及其他複雜巖性的油（氣）層評價仍然十分困難。60年代後期，相繼出現了巖性──孔隙度測井系列（中子測井、密度測井、聲波測井等）、電測井系列（深、淺側向測井，深、中感應測井，微側向測井），及地層傾角測井，對單一巖性與複雜巖性地層進行巖性、物性、含油（氣）性等作定量解釋，同時開展了以地層傾角測井為核心的地質分析。70年代末期出現了數控測井儀，應用電子計算機處理和解釋測井資訊，實現了測井系列化、數字化。
分類
一般按所探測的岩石物理性質或探測目的可分為電法測井、聲波測井、放射性測井、地層傾角測井、氣測井、地層測試測井、鑽氣測井等。
電法測井
根據油（氣）層、煤層或其他探測目標與周圍介質在電性上的差異，採用下井裝置沿鑽孔剖面記錄岩層的電阻率、電導率、介電常數及自然電位的變化。電法測井包括以下幾種：
（1）電阻率測井使用簡單的下井裝置(電極系)探測岩層電阻率，以研究岩層的電性特徵。由於影響因素較多，其測量結果稱為視電阻率。電阻率測井按其電極系的組合及排列方式不同，又分為梯度電極系測井及電位電極系測井。
（2）微電極測井在電阻率測井的基礎上發展了微電極測井。它用於測量靠近井壁附近很小一部分泥餅和沖洗帶地層的電阻率，能較準確地指示泥餅的存在及劃分滲透性地層，能區分儲集層中的薄夾層(非滲透層)以及準確地確定地層厚度。
（3）側向測井是一種聚焦電阻率測井方法，主要用於高電阻、薄地層及鹽水泥漿測井。根據同性電相斥的原理，在供電電極（又稱主電極）的上方和下方裝有聚焦電極，用聚焦電流控制主電流路徑，使它只沿側向（垂直井軸方向）流入地層。由於側向測井電極繫結構不同(如雙側向電極系的淺側向電極系和深側向電極系)，聚焦電流對主電流的遮蔽作用大小不同，因而它們具有不同的徑向探測深度。
（4）感應測井是一種探測地層電導率的測井方法。該方法根據電磁感應原理，測量地層中渦流的次生電磁場在接收線圈中產生的感應電動勢，以確定地層的電導率。它是淡水泥漿井和油基泥漿井有效的一種測井方法。同時它特別適用於低電阻率岩層的探測，包括離子導電的含高礦化度地層水的油（氣）、水層和電子導電的金屬礦層。
（5）介電測井是探測岩石介電常數的一種測井方法。由於水的介電常數遠遠大於油（氣）和造岩礦物的介電常數，所以它可用於判斷油田開發中出現的水淹層，並提供估計油層殘餘油飽和度及含水量多少的可能性。
（6）自然電位測井沿鑽孔剖面測量移動電極與地面地極之間的自然電場。自然電位通常是由於地層水和泥漿濾液之間的離子擴散作用及岩層對離子的吸附作用而產生的。因此，自然電位曲線可用來指示滲透層，確定地層介面、地層水礦化度以及泥質含量。在油(氣)井中，它與電阻率測井組合，可以劃分油（氣）、水層並進行地層對比等。
聲波測井
利用岩石的聲波傳播特性研究鑽孔剖面岩層地質特徵和井下工程情況。聲波測井按其探測目的不同，可分為聲速測井和聲幅測井兩類。常用的聲波測井方法有：聲速測井（縱波速度和橫波速度）、聲幅測井、聲波變密度測井（或稱微地震測井）、聲波電視測井等。
（1）聲速測井記錄聲波沿井壁各地層滑行時經過某一長度所需要的時間，主要用於確定巖性、孔隙度和指示氣層。它與密度測井進行綜合解釋，可以確定地層聲阻抗和灰層的灰分，同時還可以合成垂直地震剖面。
（2）聲幅測井測量聲波初至波前半周幅度的衰減。分為裸眼聲幅測井及固井聲幅測井。裸眼聲幅測井主要用來尋找鑽孔剖面上的裂縫帶；固井聲幅測井主要用於檢查固井質量及確定水泥返回高度。
（3）聲波變密度測井是一種全波波形測井。在套管井中，它能檢查套管與水泥環和水泥環與地層膠結程度的好壞，也是檢查固井質量的有效方法之一。在裸眼中，它用於確定岩石的橫波速度，計算岩石彈性引數（泊松比、楊氏模量、切變模量等），對於評價煤層的岩石強度特別有用。
（4）聲波電視測井利用超聲波的傳播與反射，來反映井壁物體形象的測井方法。主要用途是：拍攝井下套管的照片，以檢查套管射孔後的質量及套管的工程問題；在裸眼井內拍攝井下碳酸鹽岩層和煤層的井壁照片，以確定岩層裂縫及溶洞的形狀。
放射性測井
測量井剖面岩石的天然放射性射線強度，或測量經過放射性源照射後，岩石所產生的次生放射性射線強度，用以發現放射性礦藏，確定岩石成分，計算岩石物性引數，判斷氣層等（見核子地球物理勘探）。
地層傾角測井
測量地層的傾角與方位角，能夠確定真實的地層傾角和方位的變化。可用於研究構造變化，確定斷層、不整合、交錯層、砂壩、岩礁，以及研究地質沉積環境等。此外，地層傾角測井還可以探測井壁附近地層裂縫帶，確定裂縫走向和方位，通常又稱為裂縫識別測井。
地層測試測井
使用電纜式地層測試器，在裸眼井進行地層流體取樣（油、氣、水），測定地層流體恢復壓力。通過計算獲得原始地層壓力及有效滲透率。它可用於探井中途測試，是一種直接找油、找氣的探測方法。
氣測井
測定鑽開岩層後進入泥漿中的烴類氣體(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等)和非烴類氣體的含量及其化學組分，用以發現探井中油（氣）層，提供測試層位。它是石油勘探中一種直接找油、找氣的測井方法。
隨鑽測井
將電阻率、自然伽馬、井斜等感測器裝在鑽挺內，邊鑽進邊測量，脈衝訊號通過泥漿傳輸到地面記錄系統，可以消除泥漿對油（氣）層侵入的影響，能反映油（氣）層的負電阻率，提高地層評價精度。井斜資訊能及時確定井眼斜角和方位角，控制鑽井質量。這種方法目前已在世界海洋鑽井工作中使用。
生產測井
測量套管井內流體的流量、含水率、壓力、溫度等引數。它是在射孔作業以後進行的油井生產動態測井。此外，在水文地質勘探中也有廣泛用途。生產測井可以分為流量測井、含水率測井、壓力測井及溫度測井等。
資料處理和解釋
各種測井儀所記錄的測井資訊，分為數字磁帶記錄和連續的模擬曲線照像記錄兩類。後者屬於老的記錄方式，當需要使用計算機處理時，必須通過數字化儀對連續的模擬曲線進行取樣，並將資料記錄在數字磁帶上。
資料處理
測井資料處理的物件是記錄在磁帶上的由測井儀器所獲得經過取樣的各種物理資訊。在磁帶上記錄的有地層電阻率、電導率、岩石體積密度、聲波時差、自然電位以及人工放射性和自然放射性射線強度等。
測井資料的處理是通過由不同功能的環節組成的流程來實現。通常包括以下幾個主要環節：
（1）野外磁帶的檢查與預處理野外磁帶的檢查，是用程式將磁帶上記錄的資料打印出來，以檢查各種資料檔案的鑑別號、深度值、取樣間距、取樣資料是否合理、準確。
預處理的目的是，將野外磁帶處理成便於計算機使用的室內磁帶。其內容是改變記錄格式，對野外磁帶資料進行轉換、刻度、校正及歸類排列，從而得到取樣間距一致、深度對齊、資料正確的室內磁帶。
（2）處理應用各種測井分析程式對室內磁帶上的測井資料進行自動處理解釋，獲得鑽孔中目的層的有效孔隙度、含水飽和度、原始油氣體積、可動油氣體積、滲透率、次生孔隙度指數、岩石礦物成分等十幾個地質引數，並以資料或連續曲線圖的方式顯示出來。處理中，還可以採用交會圖技術，檢查原始測井資料質量，選擇解釋模型及解釋引數等。
解釋
根據處理後所得到的資料或地質引數曲線，對鑽孔的目的層作出定性、定量評價。對石油勘探與開發則包括判斷巖性、判斷油、氣、水層、計算油氣儲量等；對煤田勘探則主要是劃分煤層、並對煤層的品位作出評價。圖1和圖2是油田中碳酸鹽巖剖面和砂－泥岩剖面計算機處理解釋成果圖的例項。圖中:岩石體積成分為顯示地層有效孔隙度(Фe)、粘土含量(Vc)和岩石骨架礦物含量(Vm)測井解釋曲線;流體體積成分為顯示地層有效孔隙體積(
)、沖洗帶地層含水孔隙體積 (
)和原狀地層含水孔隙體積(V·ФW =ФSW)測井解釋曲線；油氣分析為顯示原狀地層含水飽和度(SW)、沖洗帶地層殘餘油氣體積(Vhr=Ф ·Shr)和沖洗帶地層殘餘油氣質量(mhr=Ф·Shr·ρh)測井解釋曲線；地層特徵就是顯示地層次生孔隙度指數(SPI)、平均岩石骨架顆粒密度(
)和滲透率指數(KI)測井解釋曲線。在地層體積成分與流體成分之間顯示一條井徑差值曲線。
參考書目
石油化學工業部石油勘探開發規劃研究院勘探室:《測井解釋原理與方法》，石油化學工業出版社，北京，1977。