第2章 普通電阻率測井(2課時)

礦場地球物理西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院高輝2009.9礦場地球物理(GeophysicsWellLogging)145§第2章普通電阻率測井

(conventionalresistivitylogging)

前言2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系2.2普通電阻率測井原理2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2.4視電阻率曲線應(yīng)用2.5標(biāo)準(zhǔn)測井普通電阻率測井245前言

巖石的電阻率與巖性、儲層物性、含油性有密切的關(guān)系,因此研究巖石電阻率的差異區(qū)分巖性、劃分油水層、進(jìn)行剖面對比是普通電阻率測井的主要任務(wù)。普通電阻率測井M、N之間的電阻：

R只與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)與幾個形狀無關(guān)。345§第2章普通電阻率測井

(conventionalresistivitylogging)前言2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系2.2普通電阻率測井原理2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2.4視電阻率曲線應(yīng)用2.5標(biāo)準(zhǔn)測井普通電阻率測井445一、巖石電阻率與巖性的關(guān)系不同的巖石電阻率不同

火成巖：致密堅(jiān)硬，不含地層水，依靠造巖礦物中極少量的自由電子導(dǎo)電，電阻率很高。沉積巖：巖石顆粒之間有孔隙，其中充滿了地層水，水中所含鹽類呈離子狀態(tài)，在外加電場作用下，這類巖石主要靠離子導(dǎo)電，導(dǎo)電能力強(qiáng)，電阻率低。目前所發(fā)現(xiàn)的油氣田大部分埋藏在沉積巖石內(nèi)，故石油勘探著重研究沉積巖石。沉積巖石電阻率的大小主要決定于組成巖石的顆粒大小、組織結(jié)構(gòu)和巖石孔隙中所含流體的性質(zhì)。普通電阻率測井2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系545二、巖石電阻率與地層水的關(guān)系（1）與地層水所含鹽類化學(xué)成分有關(guān)溫度、濃度相同條件下，溶液中所含鹽類不同，其電阻率不同。普通電阻率測井2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系

組成沉積巖的固體顆粒部分稱為巖石骨架，這部分主要靠很少的自由電子導(dǎo)電，導(dǎo)電能力差。沉積巖的導(dǎo)電能力主要取決于地層水的電阻率（2）地層水電阻率和礦化度有關(guān)礦化度增高，溶液內(nèi)離子數(shù)目增多，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻率降低。（3）電阻率與溫度有關(guān)礦化度為常量時，溶液電阻率隨著溫度的升高而下降。因?yàn)闇囟壬?，溶液中離子遷移速率增大，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻率下降。645三、巖石電阻率與孔隙度關(guān)系巖石電阻率與孔隙度大小有關(guān)一般孔隙度越大,含流體越多,巖石的導(dǎo)電能力越強(qiáng),電阻率越小。實(shí)驗(yàn)表明:孔隙中完全充滿水的巖石電阻率Ro與所含水的電阻率Rw的比值只與孔隙度、巖性有關(guān).即當(dāng)孔隙度、巖性一定時：這個常數(shù)只與孔隙度、膠結(jié)情況和孔隙形狀有關(guān)而與地層水的電阻率無關(guān).定義此常數(shù)為巖石的地層因素(相對電阻率)用F表示：a:與巖性有關(guān)的比例系數(shù)(0.6-1.5)m:膠結(jié)指數(shù)(1.5-3)普通電阻率測井2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系745四、巖石電阻率和含油飽和度關(guān)系當(dāng)親水巖石孔隙中含水和油時,油水在孔隙中的分布特點(diǎn)(如圖):水包圍在巖石顆粒的表面,孔隙中央部分充填石油，石油電阻率很高，因此含油巖石的電阻率比巖石含水時的電阻率高。含油巖石電阻率Rt取決于含油飽和度、地層水電阻率和孔隙度，在給定的巖樣中，地層水電阻率和孔隙度一定時，含油飽和度越高,巖石的電阻率越高，實(shí)際中地層水電阻率和孔隙度都是變量，會對電阻率產(chǎn)生影響，為消除此影響，定義電阻增大系數(shù)I。

I：同樣巖石中，只與巖石的含油飽和度有關(guān)系數(shù)b和飽和度指數(shù)n只與巖性有關(guān),它們表示油水在孔隙中的分布狀況對巖石電阻率的影響.一般b接近于1,n接近于2普通電阻率測井2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系845§第2章普通電阻率測井

(conventionalresistivitylogging)前言2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系2.2普通電阻率測井原理2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2.4視電阻率曲線應(yīng)用2.5標(biāo)準(zhǔn)測井普通電阻率測井945均勻無限各向同性介質(zhì)中電場的分布普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理均勻無限各向同性介質(zhì)是一種理想的情況，但是通過它的討論，可以得到一些有用的基本關(guān)系式也可以做為運(yùn)用基本方程解決問題的簡單例子。假設(shè)供電電極A位于坐標(biāo)原點(diǎn)。因?yàn)榻橘|(zhì)的電性均勻，所以從A流出的電流線在各個方向上一樣，即對于原點(diǎn)是對稱的。均勻介質(zhì)中點(diǎn)電源的電場分布一、均勻介質(zhì)中的電阻率測井普通電阻率測井研究的是穩(wěn)定電流1045球面上的電流密度：由歐姆定律的微分形式得：而電場強(qiáng)度則均勻介質(zhì)中任一點(diǎn)的電位為：均勻介質(zhì)中點(diǎn)電源的電場分布普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理

只要測量出人工電場中任意點(diǎn)的電位值，就可根據(jù)該式得到該點(diǎn)處介質(zhì)的電阻率，這是電阻率測井的理論基礎(chǔ)。1145普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理K為電位電極系系數(shù)1245對于右圖情形：

均勻介質(zhì)的電阻率與測量電極的結(jié)構(gòu)、供電電流及測量的電位差有關(guān)，當(dāng)電極系結(jié)構(gòu)和供電電流大小一定時，均勻介質(zhì)的電阻率與測量的電位差成正比。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理K為梯度電極系系數(shù)1345普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理普通電阻率測井曲線電位電極系和梯度電極系的電阻率通式：沿井身剖面提升電極系測量時，測出一條電位差隨井深的變化曲線，經(jīng)橫向比例刻度后，該曲線為巖層電阻率隨井深的變化曲線，即普通電阻率測井曲線。1445二、非均勻介質(zhì)中的電阻率測井

理論分析：無限厚均勻介質(zhì)各向同性，且沒有井和泥漿影響的電阻率。

實(shí)際測井：導(dǎo)電介質(zhì)大多數(shù)是非勻的，且有井的存在，井內(nèi)有泥漿，泥漿污染了井壁附近的地層，地層具有有限厚度，使井周圍介質(zhì)的電阻率分布復(fù)雜化。在非均勻介質(zhì)中，電極系所測的電阻率與井內(nèi)泥漿、滲透層的侵入帶，上下圍巖的電阻率都有關(guān)系，各部分介質(zhì)對測量結(jié)果的貢獻(xiàn)大小很難用簡單的方法計(jì)算出來，測量的巖層電阻率是各種影響的綜合反映，這個電阻率稱為視電阻率。視電阻率公式與前面的公式一樣：普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理1545三、電極系電極相對位置不同，會形成不同的電場，也就組成了不同的電極系。根據(jù)成對電極和不成對電極的距離不同，可把電極系分為電位電極系和梯度電極系(成對電極即是同一線路中的電極，如供電線路的兩個供電電極就是成對電極)。1、電位電極系

不成對電極到靠近它的那個成對電極之間的距離，小于成對電極間距離的電極系稱為電位電極系。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理1645電位電極系的電極距：單電極(不成對電極)到靠近它那個成對電極間的距離，即：L＝AM。電位電極系的深度記錄點(diǎn)：AM的中點(diǎn)O，它表示電極系在井內(nèi)的深度位置。在某一深度位置上測得的Ra，可看作記錄點(diǎn)處的Ra。當(dāng)MN→∞時，可認(rèn)為N電極對測量無影響，只有A，M對測量是有意義的，這種電極系稱為理想的電位電極系。從式中可看出視電阻率與測量點(diǎn)M的電位成正比，故此該電極系稱為電位電極系。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理17452、梯度電極系

不成對電極到靠近它的成對電極之間的距離，大于成對電極間的距離的電極系稱為梯度電極系。不成對電極到成對電極中點(diǎn)的距離稱為稱為梯度電極系的電極距，即L＝AO，O是MN的中點(diǎn)，稱為梯度電極系的中點(diǎn)，稱為梯度電極系的深度記錄點(diǎn)。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理1845MN→0時的電極系稱為理想梯度電極系?？梢?，視電阻率Ra與記錄點(diǎn)O處沿井軸方向的電位梯度成正比，故電極系稱為梯度電極系。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理19453、電極系的相關(guān)定義

根據(jù)成對電極與不成對電極的相對位置不同可把電極系分成兩類：

成對電極在不成對電極下方的叫正裝電極系。由于正裝梯度電極系測出的Ra曲線在高阻層底界面出現(xiàn)極大值，也叫做底部梯度電極系。

成對電極在不成對電極上方叫倒裝電極系，也叫頂部梯度電極系。根據(jù)供電電極在井下的個數(shù)又可將電極系分成兩類，一個電極供電的叫單極供電電極系。井下有兩個供電電極的稱雙極供電電極系。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理2045綜上所述，根據(jù)梯度或電位、正裝或倒裝、單極供電或雙極供電可把電極系分為八種不同的電極系：普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理2145電極系的書寫表示方法按照電極系在井中自上而下的順序?qū)懗鲭姌O的名稱和電極之間的距離(以m為單位)。例如，M2.25A0.5B表示雙極供電正裝(底部)梯度電極系，電極距L＝MO＝2.5m，深度記錄點(diǎn)在A、B的中點(diǎn)。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理22454、電極系互換原理

把電極系中的電極和地面電極功能互換(原供電電極改為測量電極，原測量電極改為供電電極)，而各極的相對位置不變，則所得到的視電阻率值不變，測得的曲線形狀也不變，這叫做電極系互換原理。根據(jù)互換原理，表中的梯度電極系實(shí)質(zhì)上只有兩種類型，電位電極系只有一種類型。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理23455、電極系的探測深度在均勻介質(zhì)中，以供電電極為中心，以某一半徑為球面，若球面內(nèi)包括的介質(zhì)對電極系測量結(jié)果的貢獻(xiàn)為50％時，則此半徑就是該電極系的探測深度(或探測半徑)。一般電位電極系的探測半徑為2倍的電極距AM；梯度的探測半徑為測半徑為1.4倍的電極距AO。普通電阻率測井2.2普通電阻率測井原理2445§第2章普通電阻率測井

(conventionalresistivitylogging)前言2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系2.2普通電阻率測井原理2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2.4視電阻率曲線應(yīng)用2.5標(biāo)準(zhǔn)測井普通電阻率測井25452.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素普通電阻率測井一、梯度電極系曲線特點(diǎn)1、頂部和底部梯度電極系視電阻率曲線形狀相反；2、頂部梯度曲線上的視電阻率極大值、極小值分別出現(xiàn)在高阻層R2的頂界面和底界面，底部梯度曲線則相反，可用于劃分高阻層界面;3、因?yàn)楦咦鑼雍芎瘢虚g平行段視電阻率Ra曲線值為地層電阻率.

假設(shè)上下兩個水平分界面地層模型中，高阻層的電阻率為R2、厚度h=10AO，上下圍巖電阻率分別為R3、R1，圍巖厚度充分大，沒有井的影響。2645普通電阻率測井

中等厚度高阻層：底部梯度電極系理論曲線在高阻層界面附近特點(diǎn)與厚地層視電阻率曲線基本相同。中部差異較大，隨著地層變薄，地層中部的直線段部分不再存在，曲線變化陡直，幅度變低。

高阻薄層（h<AO）的底部梯度理論曲線：在高阻層處只有極大值明顯，另外在高阻層下方距高阻層底界面一個電極距的深度上出現(xiàn)一個假極大b點(diǎn)。2745二、電位電極系曲線特點(diǎn)采用同樣方式可以分析電位電極系曲線及其特點(diǎn)：1、曲線對稱于地層中部;2、視電阻率Ra曲線對地層中部取極值,當(dāng)?shù)貙虞^厚h>AM時，地層中點(diǎn)得到Ra極大值，并且隨著地層厚度增加視電阻率極大值接近于地層的真實(shí)電阻率，當(dāng)h<AM時，對著高阻層的中點(diǎn)取得極小值。3、在地層界面處，曲線出現(xiàn)“小平臺”其中點(diǎn)正對著地層界面。隨著h減小“小平臺”發(fā)生傾斜，當(dāng)h<AM時，“小平臺”靠地層外側(cè)一點(diǎn)被夸大為高值，稱為“假極大”。普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2845三、視電阻率曲線的影響因素1、電極系的影響電極系A(chǔ)O不同，探測深度不同，泥漿電阻率和圍巖電阻率對測量結(jié)果貢獻(xiàn)不同。電極距小時井的影響較大，視電阻率幅度不高；隨著電極距增大，探測深度增大，地層的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位，井的貢獻(xiàn)相對減小，視電阻率曲線幅度升高；電極距增大到一定程度后，再增加電極距，視電阻率曲線幅度反而降低，因?yàn)榈妥鑷鷰r的影響增大。普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素29452、井的影響普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素

井內(nèi)泥漿電阻率比剖面上高阻巖層的電阻率低得多，對電極系供電電極造成的電場分布起分流作用。一、井存在時，所測視電阻率曲線比理論曲線變得幅度低、界面附近變化平緩；井徑越大，包圍在電極系周圍的低阻泥漿越多，對測量的貢獻(xiàn)越大，視電阻率曲線幅度越低。二、井內(nèi)泥漿電阻率變化對測量結(jié)果的影響。泥漿電阻率減小，視電阻率曲線極大值急劇減小，曲線變得平緩。為真實(shí)反映井孔剖面上地層電阻率的變化，要求Rm大于5倍的地層水電阻率。30453、圍巖和層厚的影響2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素普通電阻率測井

電極選定后，電極距就固定了。滲透層厚度不同，視電阻率曲線幅度不同。

厚度減薄，電阻率值變小，因?yàn)榇藭r圍巖對測量結(jié)果的影響增大。

實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)注意高阻薄層視電阻率被低估。31454、侵入影響普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素高侵：含水層段，由于泥漿濾液電阻率大于地層水電阻率所致。

視電阻率曲線幅度比無侵入時所測結(jié)果高。低侵：油層井段，泥漿濾液電阻率小于孔隙中所含液體電阻率所致。視電阻率曲線幅度比無侵入時所測結(jié)果低。該結(jié)論可用于判斷油水層。32455、高阻鄰層的屏蔽影響普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素

當(dāng)夾層厚度he<<AO時，兩個高阻層很難用曲線劃分開。隨著he增加，兩個層可以從曲線上明顯分作兩層，但下方高阻層的電阻率降低了。因?yàn)殡姌O系測量下邊高阻層時，單電極A已穿過了上方高阻層，由于該層的屏蔽影響，記錄點(diǎn)的電流密度要比單一地層時小，所測視電阻率比單一地層時所測曲線幅度低。當(dāng)he稍大于AO時，在記錄點(diǎn)下部高阻層測量時，單電極靠上方高阻層的底界面，受該層屏蔽影響電流密度增加，測量結(jié)果增高，稱為增阻屏蔽影響。電極距不同，單電極A距高阻、低阻層的距離不同，測量結(jié)果不同。33456、地層傾斜或井斜的影響普通電阻率測井2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素

隨著地層傾角增加，曲線的極大值向地層中心移動使曲線趨近于對稱；曲線的極大值隨地層傾角的增加而減小，曲線變得平緩，極小值模糊不清，當(dāng)β>60°時梯度曲線基本特點(diǎn)消失。3445§第2章普通電阻率測井

(conventionalresistivitylogging)前言2.1巖石電阻率與巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系2.2普通電阻率測井原理2.3視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素2.4視電阻率曲線應(yīng)用2.5標(biāo)準(zhǔn)測井普通電阻率測井35452.4視電阻率曲線應(yīng)用普通電阻率測井2.4視電阻率曲線應(yīng)用一、巖層的視電阻率讀數(shù)高阻厚層：高阻層中部對應(yīng)視電阻率曲線上，出現(xiàn)一個直線段，其幅度為Ra=Rt，實(shí)測曲線讀數(shù)時，應(yīng)取中部視電阻率曲線的幾何平均值。3645中等厚度的高阻層：距頂（或底）界面一個電極距處作一條與井軸垂直的直線，找一條與井軸平行的直線，使面積A=B，該平行線在橫軸上的值即為真電阻率。高阻薄層：在視電阻率曲線上只有一個較窄的尖峰，只有取極大值作為高阻薄層的視電阻率代表，認(rèn)為只有它是最接近巖層的真電阻率。普通電阻率測井2.4視電阻率曲線應(yīng)用37451、劃分巖性剖面二、視電阻率曲線的應(yīng)用

利用電阻率差異尋找高阻層，參考自然電位曲線，把負(fù)異常井段劃分出來就是滲透層段，用頂部和底部梯度電極系所測兩條曲線的極大值所在深度分別確定高阻層的頂、底界面。2、求巖層的真電阻率3、求巖層孔隙度4、求油層的So值5、進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測井(地層對比)首先在Ra曲線上找出厚度很大的含水純地層，取其Ra值，將它作為巖層含水100%時的電阻率R0，再通過水樣化驗(yàn)或其它資料求得Rw，然后利用阿爾奇公式求得φ。由孔隙度測井（Δt、ρ、中子）→F→Rw→Ro→