第1章0 电法测井-岩石电阻率及其影响因素.ppt

,肖亮,2008.3,,地球物理测井,第1章电法测井,,电法测井是根据岩石电学性质（主要是电阻率和电化学活动性）的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的方法。电法测井是最古老的测井方法，在测井技术发展的历史上，最初的二十五年中，电法测井一直占有绝对的主导地位，直到五十年代中期，才逐渐有各种非电法测井与其相配合。同时，几十年来，在生产实践和科学研究过程中，电法测井技术本身也发生了很大变化，出现了许多不同形式的电法测井，例如，普通电阻率测井、自然电位测井、侧向测井、感应测井、微电极测井、介电测井、激发极化测井以及近年来兴起的成像测井系列微电阻率扫描成像测井、阵列感应成像测井、方位侧向成像测井等等，这些方法的物理基础都是岩石的电阻率或电化学活动性。,,第一章电法测井,电法测井的主要任务是根据测井曲线识别岩性、划分岩层的厚度和定量地确定岩层的电阻率。在石油勘探中，研究岩层的导电能力具有特殊意义。因为石油是一种导电性极差，即电阻率极高的物质，而在天然状态下的水却是一种导电性较强，即电阻率较低的物质。因此，在相同岩性的储集层中，含油岩层将比含水岩层的电阻率高，直到目前为止，岩层电阻率的高低仍然使判断岩层含油性的重要标志。,,1.1岩石电阻率及其影响因素概念,一、岩石的电阻率各种岩石在外加电场作用下其导电能力各不相同，导电能力的强弱可用物理量电阻率表示。,,在实验室内常用“四极法”测定岩石的电阻率。对于一个给定的圆柱状岩样，若长度L和横截面积S已知，只要能测出其电阻r，则可由上式计算出电阻率R。,,一、岩石电阻率,,,自然界的岩、矿石，根据它们的导电性质，可分为电子导电性和离子导电性两大类。电子导电性是组成岩、矿石的基本物质颗粒中的自由电子在电场作用下，所作的定向运动，例如大部分的金属矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿以及石墨等，这类岩矿石的电阻率一般比较低；离子导电性的岩石，则主要靠岩石孔隙中水溶液的离子导电，如砂岩、碳酸岩孔隙中的流体等。在石油勘探中，我们的主要研究对象沉积岩就属于离子导电性的岩石。,,一、岩石电阻率,,二、岩石电阻率的主要影响因素,①岩矿石的岩性；②岩石孔隙中地层水性质；③岩石的孔隙度以及孔隙结构；④孔隙中流体性质及其含量，即孔隙中的含水饱和度⑤岩石中泥质成分即含量也能增强岩石的导电性。,,1、岩石电阻率与岩性的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,,,1、岩石电阻率与岩性的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,石油测井的主要探测对象是沉积岩。不同沉积岩之间电阻率的差别，以及同种岩石电阻率的变化，是由于多种因素的影响造成的。其中主要的因素是岩石孔隙度的大小、孔隙的结构、孔隙中所含流体的电阻率，以及岩石所处的温度等。岩石是由矿物和孔隙中流体以及胶结物组成，沉积岩的主要造岩矿物电阻率都在106欧姆米以上，因此，大多数沉积岩，当其不含导电流体时，由造岩矿物组成的岩石骨架几乎是不导电的。而许多沉积岩之所以能导电，则是因为它们在地下不同程度的具有一定的孔隙，在其中充填了一定数量的盐水溶液造成的。这些存在于岩石中的盐水溶液，由于盐类离解形成了正离子如Na，Ca2和Mg2等和负离子如C1-，SO2-等，离子在电场作用下发生运动，就构成了沉积岩中电流流动的媒介物。于是，电流通过孔隙水流过岩石，岩石也因此而具有一定的导电性。,,2、岩石电阻率与地层水性质的关系组成沉积岩石的固体颗粒部分称为岩石骨架，这部分导电能力很差，几乎不导电，因此沉积岩石的导电能力主要取决于地层水的电阻率。地层水电阻率与地层水性质有密切关系。主要包括三个方面⑴地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系⑵地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系⑶地层水电阻率与温度的关系,二、岩石电阻率的主要影响因素,,⑴地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系在温度、浓度相同条件下，溶液内所含盐类不同，其电阻率也不同。地层水中常含有NaCl、KCl、CaCO3、Na2SO4、MgSO4等盐分，且各种成分含量不同。求取地层水电阻率RW可按下列方式进行A、当地层水内只含有NaCl，或除NaCl外只含有微量的非NaCl盐类，则可将地层水视为NaCl溶液，用“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”求出地层水电阻率。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,二、岩石电阻率的主要影响因素,,B、当地层水中所含的非NaCI盐类的含量不可忽略时，应当先用“不同离子的换算系数”图版求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数，然后分别乘上各离子的矿化度，最后算出各离子上述乘积的总和，即是该地层水的等效NaCl溶液矿化度。此时将含非NaCl盐类的地层水看作是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶液矿化度在图版求出该地层水电阻率。这种情况下关键是首先使用“不同离子的换算系数图版”确定非NaCl离子的换算系数。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,例1某地层水样分析结果为Ca2460ppm，SO42-1400ppm，NaCl-19000ppm。求该水样的电阻率。解首先确定水样的总矿化度，然后求取地层水电阻率。①求水样的总矿化度总矿化度460ppm1400ppm19000ppm20860ppm②求离子换算系数在1-1-3图版的横坐标轴上找到水样总矿化度20860ppm点，过该点作一条平行于纵轴的直线与曲线相交，在Ca2离子曲线的交点处读出其纵坐标值0.81就是Ca2的换算系数，同样在SO42-离子曲线的交点处读出换算系数为0.45。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,③求等效氯化钠溶液矿化度各种离子的矿化度与它的换算系数的乘积之和就是该水样的等效氯化钠溶液矿化度。等效氯化钠溶液矿化度4600.8114000.451900020000ppm④求地层水电阻率若地层水的温度已知，即可在“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”中找出标有20000ppm的斜线与已知温度的交点，交点的横坐标读数就是所求地层水电阻率Rw。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,⑵地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系一般将地层水视为NaCl溶液，随着溶液的矿化度增高，溶液内离子数目增加，其导电能力加强，因此电阻率变低。溶液的矿化度与其电阻率之间的关系可以由“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”看出。在同一温度下，溶液的电阻率随矿化度的增高而下降。并且已知溶液矿化度时可以求出该溶液在任何温度下的电阻率值。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,⑶地层水电阻率与温度的关系地层水电阻率与温度的关系也非常密切，一般地层水温度越高，其电阻率越低，反之亦然。这是因为随温度升高溶液中的离子迁移速度随之加大，在外加电场的作用下溶液的导电能力加强，溶液电阻率变低。地层水的温度决定于地层的埋藏深度。通常测井时，常在井口测泥浆的电阻率和温度，在需要知道地层温度下泥浆电阻率Rmt时，则可以利用本图版求出Rmt。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,另外也可用阿普斯（Arps）公式将t1温度下的Rt1换成t2温度下的Rt2。,二、岩石电阻率的主要影响因素,例2已知24℃时，NaCI溶液的电阻率为1.2Ωm，求温度为71℃时该溶液的电阻率值。解首先在图版上投点A1.2，24，A点所落斜线的号码即为该溶液的矿化度值。然后沿A点所落斜线下滑至t71℃的横线得交点B，B点的横坐标读数即温度为71℃时的溶液电阻率值Rw0.56Ωm。同样也可以通过阿普斯（Arps）公式进行计算。,,,3、岩石电阻率与孔隙度的关系岩石的导电能力主要取决于岩石的孔隙度和地层水电阻率。在地层水电阻率一定时，岩石孔隙度越大，饱含的地层水数量越多，岩石的导电能力增强，于是岩石电阻率降低；孔隙度小，则岩石导电能力差，岩石电阻率高。但是，有时即使岩石孔隙度相同，所含地层水的电阻率也一样，其电阻率值也可能存在着差别。这常常是由于孔隙结构复杂程度以及胶结状况不同造成的，通常胶结情况和孔隙结构决定于岩性。因此，含水砂岩电阻率主要取决于地层水电阻率、孔隙度以及岩性等。若用R0表示含水砂岩电阻率，则。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,为了研究R0与φ之间的关系，对给定的含水砂岩岩样进行如下测试。对给定的岩样φ，改变岩样中孔隙内所含水的电阻率值Rwl，Rw2，，Rwn，对应得到的岩石电阻率为R01，R02，，R0n，经数据整理发现，岩石电阻率不但随所含水的电阻率的变化而变化，且两者之间有近似于正比的关系，即对同一岩样，两者比值为一常数，且只与岩样的孔隙度和岩性有关，而与饱含在岩样孔隙中的地层水无关。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,壳牌石油公司休斯敦办事处的G.E.阿尔奇通过试验首先发现了这个规律，于1942年发表了一篇关于测井资料定量解释的论文，即著名的阿尔奇公式，从此奠定了测井解释的理论基础。在整理试验资料时，他首先定义了一个新的参数地层因素或相对电阻率，用F表示式中Ro孔隙中100％含水时的地层电阻率；Rw地层水电阻率。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,F与φ的关系是从实验中得来的。取同类岩石的n块岩样，其孔隙度分别为φl，φ2，，φn，使各岩样饱含水，并测出各岩样的电阻率分别为R01，R02，，R0n，可得出，，，且F1≠F2≠≠Fn在以F为纵坐标，φ为横坐标的双对数坐标纸上，得到上述实验数据曲线Ff（φ）。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,由此可归纳出下列关系式由此得出阿尔奇公式的通式为式中a比例系数，与岩性有关，变化范围在0.6～1.5；m胶结系数，随岩石胶结程度不同而变化，一般为2左右，变化范围1.5～3；φ岩石孔隙度。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,,总之，对于含水砂岩来说，岩石的孔隙度越高，所含地层水电阻率越低，胶结程度越差，岩石电阻率越低，反之亦然。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,4、岩石电阻率与含油饱和度的关系一般岩石孔隙中不是含水就是含油气，空的是很少见的，故有SwSo1在亲水岩石孔隙中含有水和油时，油水在孔隙中的分布特点是水包围在岩石颗粒的表面，孔隙的中央充填着石油，周围是地层水。石油的电阻率很高，可看作是不导电的，所以含油岩石电阻率Rt，比该岩石完全含水时的电阻率R0高。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,含油岩石的电阻率Rt的大小取决于含油饱和度So、地层水电阻率Rw、孔隙度φ以及岩性。即所以在给定岩样时，若孔隙度和地层水电阻率一定，则岩石电阻率随着含油饱和度的增高而增大。然而在自然界中，地层水电阻率和孔隙度都是变量，而且对Rt有影响。为了岩石岩石电阻率与含油饱和度之间的定量关系，需要消除二者的影响，为此，阿尔奇在研究该问题时，首先引入了“电阻增大系数I”的概念，即含油岩石的电阻率Rt与该岩石完全含水时的电阻率R0之比。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,在同样岩石中，电阻增大系数I仅与岩石中含油饱和度S0有关，而与地层水电阻率Rw、岩石孔隙度φ以及孔隙形状等因素无关。这给研究岩石电阻率和含油饱和度之间的定量关系奠定了基础。岩石电阻率和含油饱和度的定量关系可由实验得到。选择本地区有代表性的岩样，先测出其完全含水时的电阻率R0，然后向完全含水岩样中逐步压入石油，改变岩样的含油饱和度So，同时测出对应的电阻率Rt，这样就可以得出一组So、Rt数据。在双对数坐标纸上，以I为纵坐标，Sw为横坐标，作出IfSw关系曲线。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,图所示是我国某油田的IfSw关系曲线实例。通过统计计算可以得到I和Sw的定量关系式,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,对不同岩性的岩石，进行上述实验，结果表明得到的曲线变化规律类似。因此可以得到通式式中b系数，仅与岩性有关；n饱和度指数，n≈2。b，n只与岩性有关，表示油水在孔隙中的分布状况对含油岩石电阻率的影响。不同岩石的b、n值不同，可应用实验的方法得到，一般b接近于1，n接近于2。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,,合称为Archie公式，它们是应用电阻率测井资料解释具有颗粒孔隙的含水岩石和含油气岩石的两个基本解释公式。,,二、岩石电阻率的主要影响因素,,5、岩石中的泥质含量对电阻率的影响通常，泥质含量单位体积岩石中所含泥质的体积越高，岩石的电阻率越低。但是，泥质导电性同上述电解导电性不同，它并不是依靠在溶液中自由运动的离子来传送电流，而是在外电场作用下，泥质颗粒表面吸附的离子沿表面移动通常是正离子移动来传送电流的。因此，泥质的导电过程即是离子依次交换它们位置的过程。泥质含量越高，则泥质颗粒数量多，表面吸附的离子数也多，在外电场的作用下，就会有大量的离子动移而形成较强的电流，岩石的电阻率随之降低。因此，泥质对岩石电阻率的影响主要取决于泥质含量，另外也取决于泥质的类型及其分布状况。,二、岩石电阻率的主要影响因素,,通过以上对岩石电阻率的分析，可以看出影响岩石电阻率的因素是非常复杂的。但是，一定条件下的岩石，其电阻率应是一个恒定的数值，而且有一定的规律可循。比如在一个地区，同一个时代、同一种岩性的岩石，其电阻率一般是相近的。因此，只要掌握了各种岩石的电阻率特征，便可根据由测井测得的电阻率值来划分钻井的地质剖面，解决有关地质问题。,二、岩石电阻率的主要影响因素,