七章二节电阻率测井

第七章电法测井第二节普通电阻率法测井

（Resisitivitylogs)

电阻率法测井：是根据自然界中各种不同岩石和矿物的导电能力不同这一点来区别钻井剖面上岩石性质的一种方法。物理基础：岩石电阻率与岩性、物性、含油性的关系数据采集：采用稳定电流场测量井下介质的电阻率一、普通电阻率测井1、电阻率的测量原理电极系：放置在井中的三个电极形成的一个相对位置不变的体系。测井时，把电极系放入井中，而另一个电极（B或N）留在地面。当电极系由井底向井口移动时，有供电电极A，B供给电流I，有测量电极M，N测量电位差，电位差的变化就反映了井内不同地层电阻率的变化。均匀介质中岩石电阻率的求取假定井眼所穿过的地层是均匀各向同性的无限大介质，即岩性相同，且电阻率都是R。以点电源A（电流强度为I）为球心,空间任取一点P，它到A的距离为r，以r为半径作一球，求球面上任一点P的电位。球面上的电流密度为：由欧姆定律的微分形式，得

而电场强度对E积分得当时，，固C=0。均匀介质中任一点的电位：两点结论：①若将点电源放在P点，则它在A点产生的电位也是电场的这种性质称为电位的互换原理。对于非均匀介质，这个原理也是适用的。②如果在均匀介质中放置n个点电源，其电流强度分别为，，….，它们距P点的距离分别为，，….，那么所有点电源在P点所产生的电位是各个点电源单独在P点产生的电位的代数和，即：

电场的这种性质称为电位的叠加原理。在均匀介质中，电阻率R与电位U之间存在着简单的关系，由此即可求出R，普通电阻率测井正是利用这一原理求取地层电阻率的。①如果电极系由A,M,N组成，则有则，

（1）式中K——电极系系数，其大小只与三个电极之间的距离有关ANM

②若电极系由A，B，M组成，则电极A的电流I和电极B的电流-I对M点的电位均有贡献。N点离A,B点很远，

因此，（2）K—电极系系数，它的大小与电极系中三个电极之间的距离有关。由此可见，均匀介质中的电阻率与测量电极系的结构、供电电流以及测量电位差有关，当电极系结构和供电电流大小一定时，均匀介质的电阻率与测量电位差成正比。

2.视电阻率

以上的分析，都是假定电极系处在均匀介质中，但实际测井遇到的情况要复杂得多。如井内有泥浆（Rm）、地层厚度(H)有限、储集层上下有围岩(Rs)，泥浆侵入使井眼周围横向方向形成不同的环带(Rmc,Rxo,R过，Rt)，要考虑这些所有情况进行理论计算是不可能的，但为了将普通电阻率测井用于生产，我们将实际的电极系在实际井眼和地层条件下测量的电位差按式（1）、（2）计算的电阻率称为视电阻率（apparentresisitivity),记为Ra,即

式中，K——电极系系数

Ra是在综合条件影响下测出的岩层电阻率，它与岩层真电阻率Rt有直接的关系。

泥浆侵入使井眼周围横向（径向）方向形成不同的环带泥浆侵入：钻井过程中，由于泥浆柱的压力大于地层压力，压力差就会使泥浆滤液向地层中渗入，并置换了原渗透层孔隙中的流体。侵入带内泥浆滤液的分布是不均匀的，靠近井壁的部分，泥浆滤液把孔隙中原有的液体全部赶跑，占据了整个孔隙空间，这部分叫泥浆冲洗带，靠近冲洗带地层孔隙中是泥浆滤液和地层流体的混合物，该部分称为过渡带。而地层中未被泥浆干扰的地层称为原状地层。

3.电极系在电极系的三个电极中，有两个在同一线路(供电线路或测量线路)中，叫成对电极或同名电极，另外一个和地面电极在同一线路（测量线路或供电线路）中，叫不成对电极或单电极。根据电极间的相对位置的不同，可以分为梯度电极系和电位电极系。

（1）电位电极系：不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离小于成对电极间距离的电极系。电位电极系中成对电极之间的距离（或）较大，即或。电位电极系又分为正装电位电极系和倒装电位电极系两种：正装电位：成对电极在不成对电极之下的电位电极系。倒装电位：成对电极在不成对电极之上的电位电极系。

电位电极系的电极距为单电极（不成对电极）到靠近它最近那个成对电极之间的距离，即L=。L的中点O称为深度记录点，表示电极在井内的深度位置，在某一深度位置上测得的Ra可看作记录点处的Ra。当成对电极系中的一个电极放到无限远处时，即，可认为N电极对测量无影响，只有A、M对测量是有意义的，这种电位电极系称为理想电位电极系。对理想电位电极系有：当，，有从上式可以看出，此种电极系测出的是电阻率和测量电位M的电位成正比，故此电极系称为电位电极系。另外，根据供电电极的多少，电位电极系又分为单极供电电位电极系和双极供电电位电极系。

（2）梯度电极系：不成对电极到靠近它的那个成对电极之间的距离大于成对电极间距离的电极系。梯度电极系又分为正装梯度电极系和倒装梯度电极系正装梯度（底部梯度）：成对电极在不成对电极之下。倒装梯度（顶部梯度）：成对电极在不成对电极之上。当成对电极间的距离无限小（在极限情况下等于0）时的梯度电极系叫理想梯度电极系。对理想梯度电极系，当

时，，，即：从式中可看出视电阻率和深度记录点O的电位梯度成正比，故此电极系称为梯度电极系。另外，根据供电电极的多少，梯度电极系又分为单极供电梯度电极系和双极供电梯度电极系。

综上所述，根据梯度或电位、正装或倒装、单极供电或双极供电，可以把电极系分为8种不同的电极系，见下表

电极系的表示方法：通常按照电极在井中的次序，由上到下写出代表电极的字母，字母间写出相应电极间的距离，（以米为单位）表示电极系的类。如：A0.4M0.1N表示电极距为0.45m的底部梯度电极系，电极A、M之间的距离为0.4m，M、N之间的距离为0.1m。（4）电极系互换原理把电极系中的电极和地面电极功能互换（原供电电极改为测量电极，原测量电极改为供电电极），而各电极间的相对位置不变，则所得到的视电阻率值不变，这称为电极系互换原理。根据互换原理，表7-4中的梯度电极系实质上只有两种类型，电位电极系只有一种类型。（5）电极系探测深度通常以探测半径r来表示，在均匀介质中，以供电电极为中心，以某一半径划一假想球面，若假想球面内包含的介质对电极系测量结果的贡献占整个测量结果的50%，则此半径r就是该电极系的探测深度或探测半径。一般梯度电极系的探测范围是1.4倍电极距L，而电位电极系的r=2L。由此可知，L越大探测深度也越大。三、视电阻率曲线特点及影响因素1、电位电极系视电阻率理论曲线特征

（1）当上下围岩电阻率相等时，电位电极系的视电阻率曲线关于地层中心对称；（2）当地层厚度大于电极距时，对应高电阻率地层中心，视电阻率曲线显示极大值；地层厚度越大，极大值越接近于地层真电阻率；当地层厚度小于电极距时，对应高阻层中心，曲线出现极小值。（3）在地层界面处，曲线上出现“小平台”，其中点正对着地层的界面，随层厚降低，“小平台”发生倾斜；当H<AM时，“小平台”靠地层外侧一点为高值点，出现假极大值。（4）在选择电极系时，电极距L不能太大，一般选L<hmin；由于井的影响，L又不能太小。一般选取L＝0.5m，对于h<0.5m的地层，不能用电位电极系视电阻率曲线去分辨。在实际应用中，“小平台”和“假极大”均难以分辨。

2.梯度电极系视电阻率理论曲线特征

设R1=R3=Rs=1，R2=5，且不考虑井的影响，可以得到理想梯度电极系是电阻率曲线。可以看到，顶部和底部梯度电极系Ra曲线形状刚好相反定性说明梯度电极系在厚、中、薄地层Ra变化规律的方法：由于忽略了井的影响，并使用理想梯度电极系，则Ra为式中为E0记录点O处的场强。令

为均匀介质的电流密度，记录点O处的实际电流密度为。根据微分形式的欧姆定律有：其中为记录点O所在介质的真电阻率。在测量条件不变时(j0j不变），在某一深度上的Ra值与O点所在介质的电阻率Ro成正比，与O点处的电流密度jo成正比。举例用上式解释底部梯度电极系视电阻率曲线。（1）高组厚层（测量条件不变，即I及AO不变）设R1=R3=Rs=1，R2=Rt=5①a点以下Ra=Rs=1②ab段Ra逐渐增大③

bc段Ra不变④cd段Ra达到最大值⑤de段Ra逐渐减小⑥ef段Ra不变⑦fg段Ra逐渐减小⑧gh段Ra不变⑨hi段Ra降至最低⑩ij段Ra逐渐增大⑾j段以上Ra不变（2）中等厚度高组地层同高组厚层Ra曲线形状基本特征相同。随地层厚度减小，曲线变得陡直，幅度降低。(3)高组薄层（h<AO)

在高组层下方距高组层底界面一个电极距处出现“假极大”b点，随电极系上升Ra下降出现bc段，这是由于高组层很薄，A电极进入高组层底界面时，马上受到上部围岩的“吸引”，使j0降低，cd段是在A电极已进入上部围岩中得到的。当O穿过高组层底界面时，Ra有一个跳跃，取得视电阻率极大值。总结：梯度电极系视电阻率曲线特征（1）曲线与地层中点不对称，对着高阻层，底部梯度电极曲线在地层底界面出现极大值，顶界面出现极小值；顶部梯度电极曲线在高阻层顶界面出现极大值，底界面出现极小值，而且两者的曲线形状正好倒转。（2）地层厚度很大时，在地层中点附近，有一段视电阻率曲线和深度轴平行的直线，其值等于地层的真电阻率曲线（用来确定地层的真电阻率）。（3）对于h>L的中厚度岩层，其视电阻率曲线与厚地层的视电阻率曲线形状相似，但随着厚度的减小，地层中部视电阻率曲线的平直段变小直到消失。（4）当用底部梯度电极系时，在薄的高阻层下方出现一个假极大值，它距高阻层底界面为一个电极距。3.实测视电阻率曲线及影响因素

（1）井的影响

①实测视电阻率曲线比理论曲线幅度低，界面附近变得平缓；②泥浆电阻率变化对测量结果的影响：

RmRa③井径大小对测量结果的影响

dRa为保证视电阻率曲线的测量质量，一般要求Rm>5Rw以上。（2）电极系的影响

从理论曲线分析中可知，电极系类型不同，所测视电阻率曲线形状不同。即使同一类型的电极系在同样的测量条件下，电极系的尺寸不同，所测的视电阻率曲线的形状及幅度也不一样。当AO较小时，由于井的影响较大，Ra不高。随着AO的加大，探测深度加大，地层贡献占主导地位，Ra升高。当电极距增大到一定程度，在增大AO，Ra降低，这是由于低阻围岩影响的结果。（3）围岩-层厚的影响目标层厚度变薄视电阻率值变小即

hRa主要由于低阻围岩影响所致（4）侵入影响增阻侵入（泥浆高侵）：减阻侵入（泥浆低侵）：水层——增阻侵入：Rm>Rxo>Rw

油层（油水同层）——减阻侵入：Rm<Rxo<Rt（5）高阻邻层的屏蔽影响①当夹层厚度大于或等于电极距长度时（h夹层>=AO），（a）、（b)增阻屏蔽，原因高阻层使O点所在处实际电流密度增大。②当夹层厚度小于电极距长度时（h夹层<AO）（c)减阻侵入，原因高阻层使O点所在处实际电流密度减小。总结：a)位于单电极方向的高阻层，可对另一高阻层产生屏蔽影响，但后者对前者的读数基本上不产生影响。b)当两个高阻层之间的距离小于电极距时，可产生减阻屏蔽。c)当两个高阻层之间的距离大于电极距时，可产生增阻屏蔽。

（6）地层倾角的影响①随β曲线的极大值向地层中心移动，趋向以地层中心对称；②曲线极大值随β而，且曲线变得平缓，极小值变得模糊；③当β>60º

时，梯度曲线的特点基本上不存在。4.视电阻率曲线的应用（1）岩层的视电阻率读数对于不同岩层采取不同的取值方法，应选取最接近岩层正电阻率的Ra①高阻厚层实测曲线上读地层中部较直线段的Ra平均值②高组薄层Ra曲线上只有一个尖峰，尽管此极大值小于地层真电阻率Rt，但它是曲线上最接近Rt的一个值③高阻中厚层去掉屏蔽区，取面积平均值法屏蔽区（盲区）：在底部（顶部）梯度电极系视电阻率曲线上，在高组层内距顶（底）界面一个电极距的范围内，视电阻率值很低，这个范围称为屏蔽区或盲区。（2）划分岩性剖面划分岩层时，要利用曲线的突出特点。在实测的梯度曲线上，极小值已失去划分岩层的价值，而极大值却仍很突出。通常采用顶、底部梯度曲线上的极大值，分别确定高阻岩层的顶界面和底界面的深度。顶界面深度(顶部梯度曲线上Ra极大值的深度）底界面深度(底部梯度曲线上Ra极大值的深度）地层厚度h=Z底-Z顶一般常用的电极距AO=1m的两种不同类型的梯度曲线上的极大值划分高阻岩层，且不需MN/2的校正。

四、标准测井标准测井：在全油区的各口井中，采用相同的几种测井组合，用相同的深度比例（1：500）或横向比例，对全井段进行测井。内容：视电阻率测井（Rt）、自然电位测井（SP）、井径测井（CAL）/自然伽玛测井（GR）应用：

在一个油田内部或一个区域内，研究岩性变化、构造形态、大油组划分等工作。标准电极系选取原则：

①能够清楚划分地质剖面的岩性；

②能够尽量接近地层的真电阻率。思考题：（第一次作业）1.何谓电位电极系？何谓梯度电极系？2.电极系的探测深度及其主要决定于什么？3.写出N0.8M3.4A表示的电极系种类、电极距。4.何谓含水饱和度、含油饱和度、含气饱和度？五、微电极测井手段的提出（设计的目的)：微电极测井是在普通电阻率测井的基础上发展起来的一种测井方法。普通电阻率测井能从剖面上划分出高阻层，但它不能区分这个高阻层是致密层还是渗透层；另外，在含油气地区经常会遇到砂泥岩的薄交互层，而由于普通电极系的电极距较长，尽管能增加探测深度，但难以划分薄层（这是一对矛盾）。因此，为解决上述实际问题，在普通电极系的基础上，采用了贴井壁电极距很小的微电极测井。物理基础：岩石电阻率与岩石的岩性、孔隙度、含油饱和度的关系。1.微电极测井的原理

微电极系的电极距比普通电极系的电极距小得多，为了减小井的影响，测井时使电极紧贴在井壁上，减小泥浆对结果的影响。实验证明：微梯度的探测深度约为40mm，泥饼电阻率微电位的探测深度约为100mm，冲洗带电阻率2.微电极测井曲线微电极系测量结果除受泥饼、侵入带和原状地层的影响外，还与极板的形状和大小有关。测量结果用视电阻率Ra表示，表达式为：

式中K——微电极系系数，K值与电极距和极板的形状、大小有关，由于极板和电极严重磨损都会使K值发生变化，因此应经常校验K值。一般是在微电极校验池中测量得到；

——微梯度测井时，微电位测井时，