电阻率测井_1

1、地球物理测井地球物理测井主讲人：申主讲人：申 波波长江大学地球物理与石油资源学院长江大学地球物理与石油资源学院A长江大学地物学院教学课件长江大学地物学院教学课件 电法测井是地球物理测井中三大测井方法之一电法测井是地球物理测井中三大测井方法之一。它根。它根据岩层电学性质的差别，测量地层的电阻率、电导率或介据岩层电学性质的差别，测量地层的电阻率、电导率或介电常数等电常数等电学参数电学参数，用来，用来研究地质剖面，判断岩性，划分研究地质剖面，判断岩性，划分油气水层，研究储集层的含油性、渗透性和孔隙性油气水层，研究储集层的含油性、渗透性和孔隙性以及其以及其它性质。它性质。u定义：定义：利用岩石的导电性

2、（电阻率或电导率）研究地层利用岩石的导电性（电阻率或电导率）研究地层的一类测井方法称为电阻率测井。的一类测井方法称为电阻率测井。第一节第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含油饱和度的关系岩石电阻率与岩性、孔隙度、含油饱和度的关系 所有的电阻率测井都是建立在所有的电阻率测井都是建立在各种岩石具有各种岩石具有不同的导电性不同的导电性这一基础上的。一种物质的导电性这一基础上的。一种物质的导电性是指这种物质传导电荷的能力，常用是指这种物质传导电荷的能力，常用电阻率电阻率这一这一物理量来表示。导电能力差的物质电阻率高，导物理量来表示。导电能力差的物质电阻率高，导电好的物质则电阻率低。电好的物质则电阻率低。

3、原状地层原状地层侵侵入入带带泥饼泥饼冲洗带冲洗带渗透层附近介质分布图渗透层附近介质分布图过渡带过渡带泥浆侵入：泥浆侵入： 在钻井过程中，一般井孔在钻井过程中，一般井孔中中泥浆柱压力大于地层压力，泥浆柱压力大于地层压力，此压力差在渗透性地层处使泥此压力差在渗透性地层处使泥浆滤液向地层中渗入，并置换浆滤液向地层中渗入，并置换了原渗透层孔隙中的流体，这了原渗透层孔隙中的流体，这就是就是泥浆侵入现象泥浆侵入现象。 由于泥浆侵入，井附近介由于泥浆侵入，井附近介质电阻率将发生变化。质电阻率将发生变化。在靠近在靠近井壁处岩层孔隙中的流体几乎井壁处岩层孔隙中的流体几乎全部被泥浆滤液所代替，这部全部被泥浆滤液所

4、代替，这部分叫分叫冲洗带冲洗带；在冲洗带的外部；在冲洗带的外部是一个孔隙中部分充满了泥浆是一个孔隙中部分充满了泥浆滤液的滤液的过渡带过渡带，冲洗带和过渡冲洗带和过渡带总称侵入带；带总称侵入带；再向外是未被再向外是未被侵入的侵入的原状地层原状地层。 泥饼冲洗带过渡带地层泥泥浆浆RmfRmcRxoRiRt泥浆侵入带RmRm-泥浆电阻率泥浆电阻率 (mud)(mud)RmfRmf-泥浆滤液电阻率泥浆滤液电阻率(mud fluid)(mud fluid)RmcRmc-泥饼电阻率泥饼电阻率 (mud cakes)(mud cakes)RwRw-地层水电阻率地层水电阻率 (water)(water)Rxo

5、Rxo-冲洗带电阻率冲洗带电阻率RiRi-侵入带电阻率侵入带电阻率 (invasion)(invasion)RtRt-原状地层电阻率原状地层电阻率 (true)(true)hmchmc-泥饼厚度泥饼厚度d-d-井的直径井的直径di di-侵入带直径侵入带直径井眼周围孔隙地层电阻率的径向变化井眼周围孔隙地层电阻率的径向变化冲洗带：冲洗带：过渡带：过渡带：冲洗带后边，离井眼越远，孔隙中被泥浆滤液取冲洗带后边，离井眼越远，孔隙中被泥浆滤液取代的地层流体越来越少，形成一个过渡带，电阻率用代的地层流体越来越少，形成一个过渡带，电阻率用Ri。原状地层：侵入带以外的地层原状地层：侵入带以外的地层, ,电阻率

6、用电阻率用RtRt。高侵（增阻侵入）高侵（增阻侵入）：侵入带电阻率大于原状地层电阻率的侵入状态：侵入带电阻率大于原状地层电阻率的侵入状态 低侵（减阻侵入）低侵（减阻侵入） ：侵入带电阻率小于原状地层电阻率的侵入状态：侵入带电阻率小于原状地层电阻率的侵入状态 侵入剖面电阻率的高、低侵特征与储层所含侵入剖面电阻率的高、低侵特征与储层所含流体性质流体性质有关，还与有关，还与泥浆滤液电阻率泥浆滤液电阻率Rmf有关。有关。u饱和度饱和度参数1SwgogohwgohSSSSSSSSS含水饱和度含气饱和度含油饱和度含烃饱和度可动油饱和度束缚水饱和度残余油气饱和度冲洗带含水饱和度SomovSSSSwihrxo

7、hrxo1S岩石电阻率（岩石电阻率（R R）：）：表示岩石导电能力的物理量表示岩石导电能力的物理量，由物理学由物理学可知对于均匀材料的导体，其电阻可知对于均匀材料的导体，其电阻r r：式中：式中：r r为电阻，为电阻， ； S S为导体横截面积，为导体横截面积，mm2 2。 L L为导体的长度，为导体的长度，mm； R R为岩样的电阻率，为岩样的电阻率，m； SLRrLSrR一、岩石电阻率一、岩石电阻率A、B：供电电极；M、N：测量电极；：测量电极；电流电流I；电压；电压UMN。四极法测量岩样电阻率原理图四极法测量岩样电阻率原理图IUKLSIURMNMNK K比例系数，比例系数，S/L S/L

8、 ，取决于岩样形状和测量电极位置的一个常数。，取决于岩样形状和测量电极位置的一个常数。一、岩石电阻率一、岩石电阻率一、岩石电阻率一、岩石电阻率岩石的组成岩石的组成一、岩石电阻率一、岩石电阻率 含油气纯岩石体积模型含油气纯岩石体积模型岩石电阻率的主要影响因素：岩石电阻率的主要影响因素：1 1、岩石的组织结构类型；、岩石的组织结构类型；2 2、岩石孔隙度的大小；、岩石孔隙度的大小；3 3、岩石孔隙中地层水的性质；、岩石孔隙中地层水的性质；4 4、岩石孔隙中油气的体积；、岩石孔隙中油气的体积；二、岩石电阻率与岩性的关系二、岩石电阻率与岩性的关系常见岩石、矿物电阻率常见岩石、矿物电阻率二、岩石电阻率与

9、岩性的关系二、岩石电阻率与岩性的关系自由电子自由电子 火成岩火成岩：致密坚硬，不含地层水，依靠造岩矿物中极少致密坚硬，不含地层水，依靠造岩矿物中极少量的自由电子导电，电阻率很高。量的自由电子导电，电阻率很高。( (电子导电类型岩石）电子导电类型岩石） 沉积岩沉积岩：岩石颗粒之间有一定孔隙，其中充满了地层水。岩石颗粒之间有一定孔隙，其中充满了地层水。在外加电场作用下，水中溶解盐类离子的定向移动形成电在外加电场作用下，水中溶解盐类离子的定向移动形成电流。流。( (离子导电类型岩石）离子导电类型岩石）二、岩石电阻率与岩性的关系二、岩石电阻率与岩性的关系碎屑岩电阻率主要影响因素：碎屑岩电阻率主要影响因

10、素：泥质含量及胶结程度；泥质含量及胶结程度；一般来说，纯砂岩一般来说，纯砂岩RR泥质砂岩泥质砂岩 纯泥岩。纯泥岩。粘土多由铝氧八面体或硅氧四面体组成，由于Mg2+ Al3+，粘土表面出现了过剩的负电荷。为了保持电中性，从而吸附阳离子以附着在粘土表面的阳离子。替换二、岩石电阻率与岩性的关系二、岩石电阻率与岩性的关系通常补偿阳离子是通常补偿阳离子是NaNa+ +。同种粘土矿物同种粘土矿物阳离子交换能力阳离子交换能力(CEC)(CEC)为一常数。为一常数。常见粘土矿物中，常见粘土矿物中，蒙脱石的蒙脱石的CECCEC伊利石伊利石CECCEC高高岭石岭石CECCEC；颗粒越小，；颗粒越小，CECCEC越

11、大。越大。二、岩石电阻率与岩性的关系二、岩石电阻率与岩性的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系 地层水电阻率主要决定于地层水的下列因素：地层水电阻率主要决定于地层水的下列因素： 溶解盐成分；溶解盐成分； 浓度；地层水温度。浓度；地层水温度。含油岩石油水分布示意图含油岩石油水分布示意图 地层水性质地层水性质 1.1.地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系溶液浓度溶液浓度 (mg/L)(mg/L)1818CC时的溶液电阻率（时的溶液电阻率（m）NaClNaClKClKClMgClMgCl2 2101053653657357343

12、143110010054.654.658.258.245.045.0100010005.755.756.116.114.994.991818CC时时NaClNaCl、KClKCl、MgClMgCl2 2溶液在不同浓度条件下的电阻溶液在不同浓度条件下的电阻率率在温度、浓度相同的条件下，溶液内所含盐类不同，在温度、浓度相同的条件下，溶液内所含盐类不同，其电阻率也不同。其电阻率也不同。三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系 求取地层水电阻率求取地层水电阻率R Rww： （1 1）当地层水中）当地层水中只有只有NaClNaCl（或非（或非NaClNaCl盐类可忽略时）盐类可忽

13、略时），通常将地层水看作纯通常将地层水看作纯NaClNaCl溶液来研究它的电学性质。溶液来研究它的电学性质。 最简单、最常用的是利用最简单、最常用的是利用NaClNaCl溶液电阻率与浓度和温溶液电阻率与浓度和温度关系图版度关系图版得到地层水电阻率得到地层水电阻率R Rww。三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系1.1.地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系 NaClNaCl溶液电阻率与浓度和温度关系图版溶液电阻率与浓度和温度关系图版NaClNaCl溶液，溶液，60000ppm60000ppm，3030，R Rww= =？0.10.

14、1 mm （2 2）地层水中非）地层水中非NaClNaCl盐类的含量不可忽略时：盐类的含量不可忽略时： A A、先用先用“离子换算系数图版离子换算系数图版”求出地层水中所含各求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数；种盐类离子的换算系数； B B、盐类离子浓度乘以相应换算系数得到地层水等效、盐类离子浓度乘以相应换算系数得到地层水等效NaClNaCl溶液矿化度；溶液矿化度； C C、再利用、再利用“NaClNaCl溶液电阻率与浓度和温度关系图溶液电阻率与浓度和温度关系图版版”确定确定R Rww。三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系1.1.地层水电阻率与地层水所含盐类成分

15、的关系地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系NaNa+ +Cl+Cl- -：1900ppm1900ppm CaCa2+ 2+ ： 460ppm460ppm SO SO4 42-2- ：1400ppm1400ppm等效等效NaClNaCl溶液矿化度：溶液矿化度： 190019001 1+ +4604601.21.2+ +140014000.70.7=3432=3432ppmppm离子换算系数图版离子换算系数图版1.20.7三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系1.1.地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系地层水电阻率与地层水所含盐类成分的关系 NaClNaCl溶液电阻率

16、与浓度和温度关系图版溶液电阻率与浓度和温度关系图版R Rww=0.17 =0.17 mm三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系 2.2.地层水电阻率地层水电阻率RwRw与溶液浓度和温度的关系与溶液浓度和温度的关系溶液浓度，溶液中离子数，溶液溶液浓度，溶液中离子数，溶液的导电性，溶液电阻率。的导电性，溶液电阻率。溶液温度，离子迁移率，溶液的导电溶液温度，离子迁移率，溶液的导电能力，溶液电阻率能力，溶液电阻率地层水电阻率地层水电阻率三、岩石电阻率与地层水性质的关系三、岩石电阻率与地层水性质的关系四、岩石电阻率与孔隙度关系四、岩石电阻率与孔隙度关系 总孔隙度：岩石中总孔隙体

17、积与岩石体积之比。总孔隙度：岩石中总孔隙体积与岩石体积之比。 有效孔隙度：岩石中连通孔隙体积与岩石体积的有效孔隙度：岩石中连通孔隙体积与岩石体积的之比。之比。 无效孔隙度：被岩石颗粒或微毛细管包围的孤立无效孔隙度：被岩石颗粒或微毛细管包围的孤立孔隙与岩石体积之比。孔隙与岩石体积之比。te2假设：假设：1、岩石为纯地层岩石（岩石骨架不含导电矿物、岩石为纯地层岩石（岩石骨架不含导电矿物和泥质）。和泥质）。2、岩石孔隙中饱含地层水。、岩石孔隙中饱含地层水。R0 孔隙中充满地层水时的岩石电阻率。孔隙中充满地层水时的岩石电阻率。Rw 孔隙中所含地层水的电阻率。孔隙中所含地层水的电阻率。F地层因素。地层因

18、素。地层因数地层因数F只与孔隙度只与孔隙度( )和胶结情况孔隙形状有关，和胶结情况孔隙形状有关，而与地层水电阻率无关。而与地层水电阻率无关。四、岩石电阻率与孔隙度关系四、岩石电阻率与孔隙度关系 利用得到的利用得到的F和和 ，在，在双对数坐标系下双对数坐标系下得到得到F=f( )关关系表达式。系表达式。实验确定实验确定F F与与 关系的方法关系的方法 取取n个同类岩石的岩样，其孔隙度分别为个同类岩石的岩样，其孔隙度分别为 ， ， 将各岩样饱和水，并测出各岩样的电阻率将各岩样饱和水，并测出各岩样的电阻率 , , ，得：，得：nFFF.2112n02RnR0wnnwwRRFRRFRRF0022011

19、,.,01R四、岩石电阻率与孔隙度关系四、岩石电阻率与孔隙度关系mwaRRF0a a 岩性系数，不同岩性有不同岩性系数，不同岩性有不同的数值，一般为的数值，一般为1 1，变化范围在，变化范围在0.60.61.51.5。mm 胶结指数，随岩石胶结程度胶结指数，随岩石胶结程度而变化，一般为而变化，一般为2,2,变化范围变化范围1.51.53 3。 F F与与 关系关系: :（Archie公式公式1）四、岩石电阻率与孔隙度关系四、岩石电阻率与孔隙度关系u 一般说，一般说， a a大，大， mm就小；就小；a a小，小， mm就大。就大。 由于由于a a、mm与与岩石性质、胶结情况、孔隙结构岩石性质、

20、胶结情况、孔隙结构等有密等有密切关系。因此，应根据本地区的岩性来合理选择切关系。因此，应根据本地区的岩性来合理选择a a与与mm值。值。四、岩石电阻率与孔隙度关系四、岩石电阻率与孔隙度关系l含水饱和度含水饱和度S Sww：含水孔隙体积占孔隙体积的百分数。：含水孔隙体积占孔隙体积的百分数。l含油饱和度含油饱和度S So o：含油孔隙体积占孔隙体积的百分数。：含油孔隙体积占孔隙体积的百分数。l含气饱和度含气饱和度S Sg g：含气孔隙体积占孔隙体积的百分数。：含气孔隙体积占孔隙体积的百分数。岩石孔隙中仅含有油水时：岩石孔隙中仅含有油水时： S So o+S+Sww=1=1岩石孔隙中仅含有气水时：岩

21、石孔隙中仅含有气水时： S Sg g+S+Sww=1=1岩石孔隙中含有油气水时：岩石孔隙中含有油气水时： S So o+S+Sww=1=1 （或（或S Sh h+S+Sww=1=1）五、岩石电阻率与含油气饱和度关系五、岩石电阻率与含油气饱和度关系 当岩性一定时，当岩性一定时，当岩石当岩石孔隙中含有水和油时，岩孔隙中含有水和油时，岩石电阻率可表示为：石电阻率可表示为：(, )towRf S R 对于给定的岩样，对于给定的岩样，Rw和和 都一定时，都一定时，So越高，越高，Rt越大，越大，反之，反之，Rt 越小。越小。五、岩石电阻率与含油气饱和度关系五、岩石电阻率与含油气饱和度关系同样岩石中同样岩

22、石中，“电阻增大系数电阻增大系数I”I”只与含油饱和度只与含油饱和度S So o有关，而与有关，而与地层水电阻率地层水电阻率R Rww和和岩石孔隙度岩石孔隙度 无关，无关，这为研究这为研究岩石电阻率岩石电阻率(RT)(RT)与含油饱和度与含油饱和度(So)(So)的定量关的定量关系提供了可能。系提供了可能。/toIR R引入引入“电阻增大系数电阻增大系数I I”，即含油岩石电阻率，即含油岩石电阻率R Rt t与该与该岩石完全含水时的电阻率岩石完全含水时的电阻率R Ro o之比之比: : 五、岩石电阻率与含油气饱和度关系五、岩石电阻率与含油气饱和度关系选择不同孔隙度的岩样，先测出每块岩样完全含水

23、选择不同孔隙度的岩样，先测出每块岩样完全含水时的时的R Ro o，然后向完全含水岩样中逐步压入石油，改变，然后向完全含水岩样中逐步压入石油，改变岩样的岩样的S So o，并测出对应的，并测出对应的R Rt t。在双对数坐标纸上，在双对数坐标纸上，以以I I为纵坐标，为纵坐标，S Sw w( (即即1-S1-So o) )为横为横坐标，坐标，作出作出I-I-S Sw w的关系曲线。的关系曲线。五、岩石电阻率与含油气饱和度关系五、岩石电阻率与含油气饱和度关系/toIR R电阻增大系数电阻增大系数I I通过拟合得到岩石电阻通过拟合得到岩石电阻增大系数增大系数I I与含水饱和度与含水饱和度S Sww的

24、关系：的关系：(1)tnnowoRbbIRSS b b 比例系数，比例系数，b=1b=1；n n 饱和度指数，饱和度指数，n=2n=2。b b，与岩性有关，与岩性有关;n;n除了与岩除了与岩性相关外，还与孔隙结构、性相关外，还与孔隙结构、润湿性等有关，润湿性等有关，n n表示油水表示油水在孔隙中的分布状况对含油在孔隙中的分布状况对含油岩石电阻率的影响。岩石电阻率的影响。 （Archie公式公式2）五、岩石电阻率与含油气饱和度关系五、岩石电阻率与含油气饱和度关系著名的阿尔奇公式著名的阿尔奇公式mWaRRF0nWtSbRRI0阿尔奇公式阿尔奇公式（Archie)nwmwtSabRR 阿尔奇公式的重

25、要意义阿尔奇公式的重要意义 在阿尔奇公式发表之前，由于在阿尔奇公式发表之前，由于缺少一个能将地层的缺少一个能将地层的电阻率和地层中的含油气状态联系在一起的定量公式电阻率和地层中的含油气状态联系在一起的定量公式，所以电阻率测井资料只被用于对地层进行定性划分。所以电阻率测井资料只被用于对地层进行定性划分。 在阿尔奇公式发表以后，情况发生了根本性的变化。在阿尔奇公式发表以后，情况发生了根本性的变化。u首先，阿尔奇公式在形式上的简洁性给予了测井解释首先，阿尔奇公式在形式上的简洁性给予了测井解释工作者以很大的方便。工作者以很大的方便。u其次，电阻率测井是一种耗费远远小于岩心测试的地其次，电阻率测井是一种

26、耗费远远小于岩心测试的地球物理方法，具有简单和轻便的特点。球物理方法，具有简单和轻便的特点。u最后，利用最后，利用Archie公式可以直接从观测到的电阻率数公式可以直接从观测到的电阻率数据中求出岩石的含水饱和度。据中求出岩石的含水饱和度。在外观上在外观上, ,阿尔奇公式具有下列特点阿尔奇公式具有下列特点: : (1) (1)形式简单形式简单 (2)(2)参数少参数少在内涵上在内涵上, ,阿尔奇公式的特点：阿尔奇公式的特点： (1)(1)把岩石的电阻率表示成为了孔隙度、含水饱和度及孔隙流把岩石的电阻率表示成为了孔隙度、含水饱和度及孔隙流体电阻率的函数。体电阻率的函数。 (2)(2)在孔隙度、胶结

27、指数和饱和度指数为已知的前提下，含水在孔隙度、胶结指数和饱和度指数为已知的前提下，含水饱和度与岩层电阻率之间的关系是唯一的。饱和度与岩层电阻率之间的关系是唯一的。 阿尔奇公式是联系测井或实验室岩心观测数据和阿尔奇公式是联系测井或实验室岩心观测数据和地层参数的一座桥梁。地层参数的一座桥梁。 阿尔奇公式的重要意义阿尔奇公式的重要意义1 1、阿尔奇所用的岩石样品具有高孔隙度和高渗透率、阿尔奇所用的岩石样品具有高孔隙度和高渗透率, ,对对于具有低孔隙度的岩石，阿尔奇公式将不再有效于具有低孔隙度的岩石，阿尔奇公式将不再有效; ;2 2、在实际条件下，储层岩石承受着一定的压力，有一、在实际条件下，储层岩石承受着一定的压力，有一定的温度，具备有湿润性质。而阿尔奇所依据的实验没定的温度，具备有