普通测井技术.ppt

11:19:18,1,普通电法测井技术,11:19:18,2,目录绪 论第一章 自然电位测井第二章 普通电阻率测井第三章 侧向测井第四章 微电阻率测井第五章 感应测井第六章 声波测井,11:19:18,3,绪 论,11:19:18,4,一、测井的概念,测井（地球物理测井）是在勘探和开发石油、天然气、煤、金属矿等地下矿藏的过程中，利用各种仪器测量井下地层的各种物理参数和井眼的技术状况，解决地质和工程问题的一种手段。测井是应用地球物理学的一个分支。测井是直接获取地层信息的方法之一，主要通过在井下放置一定的测量仪器，同时地面放置对应的操作、记录和分析设备。沿井孔测量地层剖面上各地层的相应的物理参数的变化情况，而后对参数进行综合分析得到地层的各种地质特征。,11:19:18,5,二、测井的发展简史,世界上第一次测井是由法国人斯仑贝谢兄弟与道尔一起，在1927年9月5日实现的。我国第一次测井是由著名地球物理学家翁文波，于1939年12月20日在四川巴县石油沟油矿1号井实现的。1、模拟记录阶段从测井诞生到60年代末，用灵敏度高的检流计测量回路电流得到探测系统测量端间的电位差变化，反映地层物理参数随深度的变化，记录在照相纸或胶片上，模拟记录的特点是采集的数据量小，传输速率低。使用的主要测井方法有声速（纵波）测井、感应测井和普通电阻率测井、井径测井、自然电位测井和自然伽马测井等。,11:19:18,6,二、测井的发展简史,2、数字测井阶段随着测井方法的增多，大信息量测井信息的高速采集，某些测井方法的快速现场处理，为了提高了测量精度，增加可靠性，且便于将测井资料输入计算机进行处理，自60年代来，测井仪器从模拟记录过渡到数字记录。与之相应的测井方法是有深、中、浅电阻率测井，一般是双感应球形聚焦测井或双侧向微球聚焦测井，三孔隙度测井，即声速测井、中子孔隙度测井、补偿密度测井；再加上井径测井、自然伽马测井和自然电位测井等。但数字测井仪相当复杂、开关旋钮很多，操作繁琐。,11:19:18,7,二、测井的发展简史,3、数控测井阶段在测井过程中对仪器的某些参数实现“实时”控制和调节（双侧向测井对屏蔽电流的“实时”调节等），70年代末发展了数控测井仪。数控测井仪实质上是一台以计算机为中心的遥控遥测系统，各种下井仪器作为计算机的外设，通过电缆通讯系统实现数据的交换和计算机对下井仪的控制。仪器检测、测量数据、处理和显示、曲线回放等都通过软件实现。测量时，在井下将各种仪器信号变换为数字信号，通过不同的编码解码技术将信号沿电缆送至地面，输入计算机，这样有利于下井仪的设计和更新，也有利于整个数控测井系统的扩展。,11:19:18,8,二、测井的发展简史,4、成像测井阶段随着勘探和开发更复杂更隐蔽的油气藏的发展，对测井也提出了更高的要求，薄层、薄互层、裂缝性储层、低孔隙低渗透储层、复杂岩性的评价；高含水油田的开发中剩余油饱和度及其分布的确定；固井质量、套管损坏等工程测井问题及地层压力、非均质和各向异性等问题需要测井从方法理论到测量技术有更新的的发展，成像测井正是在这样的背景下发展起来的。成像测井提供大量的物理信息，以此为基础给出分辨率高、可靠的二维或三维目的层的物理参数图像，研究各种非均质非线性问题，评价油、气产层和其它勘探开发问题。,11:19:18,9,三、测井工作的两个阶段,1、现场测取资料阶段 即将仪器运往井场，将测井仪器安装，下到待测井段，上提仪器测量各种参数，得到满足一定要求的测井曲线。2、资料处理解释阶段将测井数据带回室内，在专用的测井解释工作站上用专用测井解释软件进行处理、解释，得到地层各种地质参数。,11:19:18,10,四、测井技术的分类,按照研究地层的物理性质,电法测井：自然电位、电阻率、感应测井、电磁波传播、电成像测井等,放射性测井：自然伽马、自然伽马能谱测井、中子测井、核磁共振测井等,声波测井：波速测井、波幅测井、声波全波 列测井等,其他测井：地层倾角、井温测井、地层测 试器、井径测井等,按照服务项目可分为：油田测井、煤田测井、工程测井、地层评价测井、套管井测井、水文测井,11:19:18,11,五、石油测井求取的主要储集层参数,储集层：具有孔隙、裂缝等储集空间，并且储集空间之间联通的地层成为储集层。根据储集空间可分为碎屑岩储集层和碳酸盐储集层。岩石孔隙度：岩石内孔隙总体积占岩石总体积的百分比。一般用有效孔隙度评价储集层储集能力。含油饱和度：含油体积占孔隙体积的百分比，同样可以定义含水饱和度和含气饱和度。,泥质含量,砂岩含量,储层,孔隙度,含油饱和度,11:19:18,12,五、石油测井求取的主要储集层参数,渗透率：在压力差作用下岩石允许流体通过的性质。用于描述岩石渗透性优劣的参数。单位为m2，1m2表示长、宽、高为1cm的岩样两端压力差为一个大气压（atm）允许黏度为110-3PaS的1cm3液体在一秒内通过该岩样的能力。储集层有效厚度：用测井曲线确定储集层的顶、底界面深度后，两个界面的深度差为储集层的厚度。扣除储集层中的夹层厚度，得到储集层的有效厚度。,测井曲线计算渗透率,夹层,11:19:18,13,六、测井在石油勘探中的主要应用,识别井孔剖面岩性，解释地层岩石矿物成分并计算其含量。划分储集层，解释储集层所含流体性质（含油性），定量计算储集层参数。结合其他物探方法计算油气储量。进行地层层序分析、沉积学研究、地质构造研究、烃源岩与盖层研究。计算地层压力、地层温度，分析岩石机械特性。在钻井工程、采油工程及完井工程的应用等。,11:19:18,14,七、测井在煤田勘探中的主要应用,确定煤层的埋深、厚度及结构。划分钻孔岩性剖面，提供煤、岩层的物性数据。确定含水层位置及含水层间的补给关系。测量地层产状，研究煤、岩层的变化规律、地质构造及沉积环境。推断解释煤层的碳、灰、水含量，岩层的砂、泥、水含量。提供地温、岩石力学性质等资料。对其他有益矿产（煤层气）提供信息或做出初步评价。,11:19:18,15,第一章 自然电位测井,自然电位测井：是在裸眼井中测量井壁上自然产生的电位变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法。由于这个电位是自然产生的，所以称为自然电位，用SP（natural potential）表示。,11:19:18,16,第一章 自然电位测井,第一节 自然电场的产生地二节 自然电位测井及曲线特征第三节 自然电位测井的影响因素第四节 自然电位曲线的应用,11:19:18,17,第一节 自然电场的产生,一、扩散电动势的产生 离子在渗透压力作用下，高浓度溶液的离子要穿过半透膜，移向较低浓度的溶液，这种现象称为扩散。对Nacl溶液来说，Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，经过一段时间的迁移后，Cw中有多余正离子，Cm中有多余负离子。在两种不同浓度NaCl溶液的接触面上产生自然电场，可以测到电位差。离子继续扩散时，Na+和Cl-的迁移速度趋于相等，最终达到扩散的动态平衡，此时两侧的电动势可用Nernst方程计算：,渗透性半透膜,NaCl溶液,NaCl溶液,11:19:18,18,第一节 自然电场的产生,Nernst方程：其中,11:19:18,19,第一节 自然电场的产生,在NaCl溶液中 可简化为,11:19:18,20,第一节 自然电场的产生,扩散电动势产生的条件1.两种溶液的矿化度不同2.中间具有渗透性隔层3.正负离子的迁移率不同井中砂岩剖面的扩散电动势泥浆滤液和地层水的矿化度不同附着在地层上的泥饼具有渗透性泥浆滤液和地层水的正负离子迁 移率不同。,11:19:18,21,第一节 自然电场的产生,如果泥浆滤液为NaCl溶液，扩散电动势的表达式为：其中 Cw地层水的矿化度，Cmf泥浆滤液矿化度。上式适用于Cw和Cmf为低矿化度或中等矿化度溶液。在矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度成反比关系，因此上式可写为：,扩散电动势系数,11:19:18,22,第一节 自然电场的产生,二、扩散吸附电动势 组成泥岩的粘土矿物，其结晶构造和化学性质只允许阳离子通过泥岩扩散，而吸附带负电的阴离子的作用称为阳离子交换作用。扩散结果 在浓度小的一方富集正电荷带正电，在浓度大的一方富集负电荷，形成扩散吸附电动势Eda：,渗透性泥岩隔膜,NaCl溶液,NaCl溶液,11:19:18,23,第一节 自然电场的产生,二、扩散吸附电动势 扩散吸附电动势Eda计算公式：其中Kda为扩散吸附电动势系数。由扩散电动势系数公式 在NaCl溶液中，当泥岩的阳离子交换能力接近极值，岩石孔隙中只有正离子参加扩散，Cl-迁移率为零。此时Kda为：,11:19:18,24,第一节 自然电场的产生,二、扩散吸附电动势扩散吸附电动势产生的条件：1.两种溶液的矿化度不同；2.两种溶液用渗透性隔层隔离；3.渗透性隔层对不同极性的离子具有不同的吸附性。井中泥岩剖面的扩散吸附电动势 1.泥浆滤液矿化度低于地层水矿化度 2.泥岩具有渗透性 3.泥岩具有吸附阴离子的阳离子交换 能力。,泥浆滤液,地层水,11:19:18,25,第一节 自然电场的产生,当井壁附近地层水和泥浆滤液矿化度都较低时，且CwCmf时泥岩剖面上的扩散吸附电动势为：,在矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度成反比关系，因此上式可写为：,11:19:18,26,第一节 自然电场的产生,三、氧化还原电位地下煤层与其接触的溶液（地层水或钻井液）发生氧化还原反应，从而在其接触面上形成氧化还原电位，最终形成沿井身的自然电位异常。煤层的自然电位的正负和大小取决于有机体的分解、碳化、及氧化过程中发生的氧化还原反应的方向和强度。当煤层处于氧化状态时，可形成自然电位正异常；当煤层处于还原状态时，可形成自然电位的负异常。,11:19:18,27,第一节 自然电场的产生,三、氧化还原电位,氧化状态,还原状态,11:19:18,28,第一节 自然电场的产生,三、氧化还原电位 研究表明，无烟煤和石墨的氧化反应最强烈，自然电位曲线表现为正异常。瘦煤、炼焦煤、肥煤氧化反应强度递减，其自然电位正异常依次减小。气煤和褐煤处于还原状态且强度不大自然电位表现为不大的负异常。由于烟煤中含有的金属硫化物氧化作用很强，因此烟煤的自然电位正异常与其所含的金属硫化物有关。,11:19:18,29,第一节 自然电场的产生,四、过滤电动势 在压力差的作用下，当溶液通过毛细管时，管的两端产生电位差。这是由于毛细管壁吸附负离子，使溶液中正离子相对增多。正离子在压力差的作用下，随同溶液向压力低的一端移动，因此在毛细管两端富集不同极性的离子，形成过滤电动势。在岩石中，颗粒之间形成很细的毛细管孔道，当泥浆柱的压力大于地层的压力时，泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过，形成过滤电动势。,11:19:18,30,第一节 自然电场的产生,过滤电位只有当地层与泥浆柱压力差很悬殊时，而且在泥饼形成以前，才有较大的显示。但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，相差不是很大，而且在测井时已形成泥饼，因此一般井内过滤电位的作用可忽略不计。在砂泥岩剖面的井中的自然电场主要由砂岩井段的扩散电位和泥岩井段扩散吸附电位组成。在煤层中自然电位以氧化还原电位为主。,11:19:18,31,第二节 自然电位测井及曲线特征,一、自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）在砂泥岩剖面井中，当CwCmf时，在砂岩层段井内形成扩散电动势，在井壁上富集负电荷；而在泥岩层段井内形成扩散吸附电动势，在井壁上富集正电荷。在砂泥岩剖面井中自然电场分布如图：进行自然电位测井时将对比电极N放在地面测量电极M电极用电缆送至井下，提升M电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线该曲线称为自然电位曲线（SP曲线）。,11:19:18,32,第二节 自然电位测井及曲线特征,二、自然电位测井曲线的特征 静自然电位：在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自然电位变化最大其电动势E总称为静自然电位SSP：泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层所对应的自然电位曲线，即Eda的幅度。而Ed的幅度称为砂岩线。所以静自然电位SSP是均质、巨厚的砂岩地层的自然电位读数与泥岩基线的幅度差。实际测井时以泥岩基线作自然电位曲线的基线(即零线)，当CwCmf时，砂岩的自然电位异常为负值。把井中巨厚的纯砂岩井段的自然电位幅度近似认为是SSP。静自然电位的变化范围在含淡水岩层的+50mV到含高矿化度盐水岩层的-200mV之间。,11:19:18,33,第二节 自然电位测井及曲线特征,如果中间的渗透层是含水砂岩层，上下围岩均为泥岩，令井内泥浆、砂岩、泥岩各段电阻分别为rm，rsd，rsh，由kirchoff定律得：实际测量的Usp是自然电流在井内泥浆电阻上的电位降，即：对于巨厚地层，砂岩层和泥岩层的截面积比井的截面积大得多，所以rm比rsd、rsh大得多，有SPSSP；而对于一般有限厚地层，Usp SSP。,11:19:18,34,第二节 自然电位测井及曲线特征,淡水泥浆上下围岩为泥岩有限厚度的砂岩的自然电位曲线特征：1.曲线关于地层中点对称，地层中点处异常值最大；2.地层越厚，USP越接近SSP，地层厚度变小，USP下降，且曲线顶部变尖，底部变宽，USPSSP；3.当h4d时，USP的半幅点对应地层的界面，较厚地层可用半幅点法确定地层界面，地层变薄时，不能用半幅点法分层。4.实测曲线与理论曲线特点基本相同，由于测井时受多方面因素的影响，实测曲线不如理论曲线规则。,11:19:18,35,第二节 自然电位测井及曲线特征,使用自然电位曲线时应注意：自然电位曲线没有绝对零点，是以泥岩井段的自然电位曲线幅度作基线；砂泥岩剖面中自然电位曲线幅度USP的读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。在砂泥岩剖面中，以泥岩作为基线，CwCmf时，砂岩层段出现自然电位负异常；CwCmf时，砂岩层段出现自然电位正异常；Cw=Cmf时，没有造成自然电场的电动势产生，则没有自然电位异常出现，Cw与Cmf 差别愈大，造成自然电场的电动势愈大。这是自然电位曲线识别渗透性砂岩层的重要特征。,11:19:18,36,第二节 自然电位测井及曲线特征,11:19:18,37,第三节 自然电位测井的影响因素,一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值(Cw/Cmf)的影响 SP主要决定于自然电场的总电动势SSP，SP与SSP成正比，而SSP的大小决定于岩性和(Cw/Cmf)值。Cw/Cmf决定自然电位的异常状态和异常幅度。,11:19:18,38,第三节 自然电位测井的影响因素,二、岩性的影响 在砂泥岩剖面，自然电位曲线以泥岩为基线，在自然电位曲线上出现异常变化的多为砂岩层。在含水纯砂岩层，自然电位幅度最大，SP SSP；随泥质含量的增加SSP下降，从而导致SP下降；当剖面上部分泥岩井段由于岩性不纯等原因导致阳泥岩离子交换能力减弱时，往往会产生基线偏移，也使 SP下降。,11:19:18,39,第三节 自然电位测井的影响因素,三、温度的影响 Kd和Kda都和绝对温度T成正比，同样条件的岩层由于埋藏深度不同，其温度不同，因此Kd和Kda值有差别，产生的自然电位曲线幅度有差异。在一般情况下往往把某一岩层温度为18时的Kda求出来，当地层温度为 时，有Kd的温度换算公式与Kda的形式相同。,11:19:18,40,第三节 自然电位测井的影响因素,四、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响 井内相接触的溶液所含的盐类不同，液体中所含的离子不同，由于不同离子的离子价及迁移率均有差别，在泥岩井段就直接影响Kda，因而影响了Eda。在纯砂岩中，水中所含盐类的化学成分改变时，Kd和Ed也随之改变，造成自然电场的电动势也随之改变。,11:19:18,41,第三节 自然电位测井的影响因素,五、地层电阻率的影响 地层电阻率Rsd增加和围岩电阻率Rsh增加时，自然电流在地层内的电位降加大，则SP降低。泥浆电阻率Rm下降，则rm下降，SP下降。地层的电阻率越高则SP越低。可以根据自然电位曲线的这一特点区分油水层。,11:19:18,42,第三节 自然电位测井的影响因素,六、地层厚度的影响自然电位幅度SP随目的层地层厚度减小而下降，且曲线变得平缓。这是由于下降，自然电流经过地层的截面积减小，电阻增大，SP与SSP差别加大的缘故。七、井径扩大和泥浆侵入的影响 井径扩大使井的横截面积增大，泥浆电阻rm 降低，自然电流在井内的电位降下降，SP下降。有泥浆侵入时，地层水和泥浆滤液的接触面向地层内推移，所产生的效果相当于井径扩大，使USP降低，侵入越深，USP越低。,11:19:18,43,第四节 自然电位曲线的应用,一、划分渗透性岩层在砂泥岩剖面中，当RwCmf)时，在自然电位曲线上，以泥岩为基线，出现负异常的井段可认为是渗透性岩层，其中纯砂岩井段出现最大的负异常；含泥质的砂岩层，负异常幅度较低，而且随泥质含量的增多，异常幅度下降；此外，含水砂岩的SP还决定于砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质，一般含水砂岩的 水SP比含油砂岩的油SP要高。,11:19:18,44,第四节 自然电位曲线的应用,一、划分渗透性岩层在识别出渗透层后，可用“半幅点”法确定渗透层的上下界面位置。地层上下围岩岩性相同时，找出从泥岩基线到异常幅度的中点P，过P作一条平行于井轴的直线与自然电位曲线相交于a，b两点，Ha，Hb分别为渗透层顶、底界面深度，地层厚度为h=Hb-Ha。对于h4d的厚渗透层可以这样估计，地层厚度越厚，精度越高。薄的渗透层如用半幅点法估计岩层厚度会产生较大的误差，故不能用半幅点法。,11:19:18,45,第四节 自然电位曲线的应用,二、估计泥质含量 泥质含量和其存在状态对砂岩产生的扩散吸附电动势有直接影响，因此可以利用自然电位曲线估计泥质含量。在一个地区欲使用这种方法，必须先进行大量的试验工作，通过试验建立SP与泥质含量Vsh之间的定量关系，然后才能利用自然电位曲线估计出岩层的泥质含量Vsh。,11:19:18,46,第四节 自然电位曲线的应用,二、估计泥质含量1.图版法（1）采集不同泥质含量的砂岩岩样，确定其泥质含量；（2）确定含泥质岩样的自然电位幅度；（3）对砂岩的自然电位幅度进行校正；（4）绘制自然电位幅度与泥质含量的关系曲线图。2.利用经验公式估算：PSP含泥质砂岩的静自然电位；SSP本地区含水纯砂岩的静自然电位。,11:19:18,47,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw地层水电阻率是利用测井曲线求取地层孔隙度、含油饱和度的重要参数。用自然电位确定地层水电阻率的依据是：上式只适用于低矿化度的地层水和泥浆滤液，较厚饱含水纯净砂岩层。对于高矿化度的地层水和泥浆滤液引用等效电阻率，下式成立。上式中Rmfe和Rwe分别为泥浆滤液和地层水的等效电阻率。上式适用于任何矿化度情况。,11:19:18,48,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw1.确定含水层的静自然电位SSP当含水砂岩层的厚度相当大，无侵入，且RtRmRs时，可直接读出该水层的USP作为SSP；当层厚不大时，必须对该层的USP进行厚度、电阻率和侵入情况的校正，把USP换算成静自然电位SSP，此过程可应用校正图版来进行。图版的纵坐标是USP/SSP的值，横坐标是地层厚度和井径的比值，每块图版上的曲线号是Rt/Rm 或Rxo/Rm的值。根据有无侵入和Rs/Rm比值选用不同的图版。,11:19:18,49,第四节 自然电位曲线的应用,11:19:18,50,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe（1）确定地层温度t。已知解释目的层深度后用“估计地层温度图版”或已知地温梯度公式来确定地层温度。（2）确定地层温度下的泥浆电阻率Rm t。在测井曲线图头上查出18时的泥浆电阻率Rm18的值，然后利用溶液“电阻率与其浓度和温度的关系图版”求出地层温度下的泥浆电阻率Rm t。（课本15页图1-12）图版的纵轴为温度t，横轴为NaCl溶液的电阻率。曲线号码为溶液的矿化度。,11:19:18,51,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe,11:19:18,52,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe（3）确定泥浆滤液电阻率Rmf。由R mt和泥浆密度用“估计R mf和Rmc图版”（图1-13）确定Rmf 的值，或用近似公式Rmf=0.75Rmt。,11:19:18,53,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe,11:19:18,54,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe（4）确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。泥浆所含的化学成分只有NaCl，且当温度为24时，当Rmf 0.1m，则Rmfe=Rmf；如果Rmf 0.1m，可用校正图版进行校正。,11:19:18,55,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw2.确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe（4）确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。,11:19:18,56,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw3.确定地层水电阻率Rw首先根据已知地层的温度t、Rmfe和SSP的值，应用SP-1图版求出地层水的等效电阻率Rwe，再应用SP-2图版求出Rw。利用自然电位资料求地层电阻率，只限于地层有一定渗透率，地层水内主要化学成分是NaCl，泥浆电阻率不高，过滤电位可忽略时才能使用，无侵入时能得到较好的近似值。当自然电位基线偏移，地层水电阻率变化大，地层水中含有非NaCl盐类，有明显的过滤电位存在时，不宜使用此方法。,11:19:18,57,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw3.确定地层水电阻率Rw,11:19:18,58,第四节 自然电位曲线的应用,三、确定地层水电阻率Rw,11:19:18,59,第四节 自然电位曲线的应用,四、判断水淹层水淹层：含有注入水的储层。SP曲线能够反映水淹层的条件及现象：当注入水与原地层水的及钻井液的矿化度不同时，与水淹层相邻的泥岩层出现基线偏移。偏移量的大小与水淹的程度有关。如图所示储层底界面的泥岩基线出现相对于顶界面泥岩基线发生偏移，即由于水淹造成。,11:19:18,60,第四节 自然电位曲线的应用,四、判断水淹层水淹层造成泥岩现基线偏移的理论分析：,11:19:18,61,第四节 自然电位曲线的应用,四、判断水淹层水淹层造成泥岩现基线偏移的理论分析：,水淹层在自然电位曲线上显示特点较多，由于各地区的储集层特点不同，故水淹层在自然电位曲线上的特点不尽相同，所以要根据本地区的曲线变化规律判断水淹层。,11:19:18,62,电阻率测井：是一类通过测量地层电阻率来研究井剖面地层性质的测井方法。包括梯度电极系测井、电位电极系测井、侧向测井和感应测井等。,第二章 普通电阻率测井,11:19:18,63,电阻的表达式电阻率的表达式：电阻率仅于介质的物理状态、结构、成分有关，与介质的几何状态无关，其单位为欧姆米（m）。,第二章 普通电阻率测井,11:19:18,64,“四极法”测定岩石的电阻率：将岩样切成圆柱状，长度为，横截面积为。岩样两端放两块金属板、，作为岩样的供电电极，在岩样上任取两点(其长度为 l)，放置两个金属环、，作为测量电极，通过测量流过岩样的电流和、之间的电位差UMN和电流强度I，得到岩样之间的电阻r。,第二章 普通电阻率测井,11:19:18,65,当岩样形状和测量电极位置一定时K为常数称为测量装置系数，取决于岩心的的几何形状及测量装置。只要测出UMN和I，即可计算出岩样电阻率R。,第二章 普通电阻率测井,11:19:18,66,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,一、岩石电阻率与岩性的关系离子导电的岩石主要靠连通孔隙中所含的溶液的正负离子导电。电子导电的岩石靠组成岩石颗粒本身的自由电子导电。金属矿物、无烟煤、石墨，以电子导电为主，电阻率极低。离子导电的岩石，地层水中所溶解的盐类离子，在外加电场的作用下形成电流，岩石电阻率的大小主要取决于岩石孔隙的大小、孔隙结构及孔隙中所含溶液的性质、浓度和含量等。含水沉积岩（如砂岩、页岩等）主要以离子导电为主，其造岩矿物的自由电子相对于离子导电来说是次要的，其电阻率比较低。烟煤、褐煤等炭化程度较低的煤以离子导电为主，电阻率常高于围岩。,11:19:18,67,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,11:19:18,68,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,二、岩石电阻率与地层水性质的关系 岩石骨架组成沉积岩石的造岩矿物的固体颗粒部分叫做岩石骨架。岩石骨架主要靠很少的自由电子导电，其导电能力很差，因此沉积岩石的导电能力主要取决于所含地层水的电阻率。1.地层水电阻率与地层水所含盐类化学成份的关系在温度、浓度相同的条件下，溶液内所含盐类不同，其电阻率不同。地层水中常含有NaCl，KCl，CaCO3，Na2SO4，MgSO4等盐类，且各种成份含量不同。,11:19:18,69,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,二、岩石电阻率与地层水性质的关系1.地层水电阻率与地层水所含盐类化学成份的关系求取地层水电阻率 R w 的方法如下：1）当地层水内只有NaCl，或除 NaCl 外只含有微量的非 NaCl 盐类，则可将地层水视为纯 NaCl 溶液，利用“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”求出地层水的电阻率。,11:19:18,70,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,11:19:18,71,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,二、岩石电阻率与地层水性质的关系1.地层水电阻率与地层水所含盐类化学成份的关系求取地层水电阻率 R w 的方法如下：2）当地层水中所含的非NaCl盐类的含量不可忽略时，应先用“不同离子的换算系数关系图版”，求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数，得出该地层水中等效的NaCl 溶液矿化度，再利用“NaCl 溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”确定 Rw。,11:19:18,72,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,11:19:18,73,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,二、岩石电阻率与地层水性质的关系2.地层水电阻率与矿化度和温度的关系当溶液浓度增高时，溶液中离子数增多，溶液的导电性加强，溶液电阻率降低；当溶液温度升高时，离子迁移率增大，溶液的导电能力加强，也使溶液电阻率降低；此外，有些盐类由于温度升高，溶解度增加，使溶液电阻率降低。通过“NaCl 溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”可以求出已知矿化度的地层水在不同温度下的电阻率。地层水的温度取决于地层水的埋藏深度，当已知地层深度时，可用“估计地层温度图版”确定温度。,11:19:18,74,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,三、岩石电阻率与孔隙度的关系 沉积岩的导电能力主要取决于孔隙度和地层水电阻率Rw。岩石孔隙度越大或地层水的电阻率越低，岩石导电能力越强，电阻率就越低；反之，则岩石导电能力差，岩石电阻率高。当砂岩的颗粒之间有胶结物存在时，因为胶结物电阻率一般比较高，对电流起阻碍作用，使电流经过的路径更曲折，相当于导体的长度增加，而导体的横截面积变小，胶结砂岩的电阻率增高，因而胶结砂岩的导电能力比未胶结砂岩差。,11:19:18,75,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,三、岩石电阻率与孔隙度的关系,11:19:18,76,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,三、岩石电阻率与孔隙度的关系实验证明，对于给定的岩样，孔隙中完全含水时的岩石电阻率Ro与地层水电阻率Rw有正比关系，即Ro/Rw为一常数。这个比值只与岩石的孔隙度和胶结情况、孔隙形状有关，而与饱和在岩样中的地层水电阻率无关。通常称比值Ro/Rw为岩石的地层因素或相对电阻，用F表示，即其中：R0 孔隙中充满地层水时的岩石电阻率；Rw 地层水电阻率。,11:19:18,77,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,三、岩石电阻率与孔隙度的关系 F与的关系是从实验中得出的。取n 块孔隙度不同的同类岩石岩样，使各岩样饱和水，分别测出各岩样的电阻率，然后在以F为纵坐标、为横坐标的双对数坐标纸上，得到上述实验数据曲线。由此可归纳出下列关系式：,11:19:18,78,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,三、岩石电阻率与孔隙度的关系a 比例系数，不同岩性值不同，变化范围在0.61.5；m 胶结指数，随岩石胶结程度而变化，一般为2,变化 范围1.53；岩石孔隙度。在应用该公式时，可根据各地区、各地层的实验统计结果确定a、m值。若无条件确定a、m时，可根据岩性在F关系图版中选计算公式，或由岩性选择F 关系曲线求出。,11:19:18,79,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,四、含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系 含油饱和度So：含油孔隙体积占孔隙体积的百分比。含水饱和度Sw：含水孔隙体积占孔隙体积的百分比。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，孔隙的中央充满石油，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高，在这种情况下，当岩性固定时，有：,11:19:18,80,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,四、含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系对于给定的岩样，Rw和都一定时，So越高，Rt越大，反之，Rt 越小。但自然界中Rw和都是变化的，并对Rt有影响。为消除此影响，引入“电阻增大系数I”，即含油岩石电阻Rt与该岩石完全含水时的电阻率Ro之比：,11:19:18,81,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,四、含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系在同样的岩石中，I只与So有关，而与Rw和及孔隙形状无关。RtSo的关系也可由实验得出。选择本地区有代表性的岩样，先测出完全含水时的Ro，然后向完全含水岩样中逐步压入石油，改变岩样的So，并测出对应的Rt，在双对数坐标纸上，以I为纵坐标，Sw为横坐标，作出关系曲线。对不同岩性的岩石，有：,11:19:18,82,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,11:19:18,83,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,四、含油岩石电阻率与含油气饱和度的关系式中：b：系数，b 1 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。合称为阿尔奇（Archie）公式，它们是应用电阻率测井资料解释具有粒间孔隙的含水岩石和含油岩石的两个基本解释公式。,11:19:18,84,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,阿尔奇（Archie）公式的应用1.确定地层孔隙度已知纯水层水电阻率及地层水电阻率和岩性，由地层因素和孔隙度的关系即可计算地层孔隙度：,11:19:18,85,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,阿尔奇（Archie）公式的应用2.确定地层水电阻率和视地层水电阻率已知含水岩层电阻率、地层岩性及孔隙度，应用地层因素和孔隙度的关系即可计算地层水电阻率，当地层含油气时应用地层因素表达式计算视地层水电阻率Rwa。,11:19:18,86,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,阿尔奇（Archie）公式的应用2.确定地层水电阻率和视地层水电阻率视地层水电阻率Rwa：地层孔隙内含多相流体时，孔隙流体的电阻率。,11:19:18,87,第一节 岩石电阻率与岩性、孔隙度、含有饱和度的关系,阿尔奇（Archie）公式的应用2.确定孔隙流体性质已知地层岩性、地层水电阻率、地层电阻率、地层孔隙度，应用阿尔奇公式即可计算地层的含水饱和度和含油饱和度：,11:19:18,88,第二节 普通电阻率测井原理,埋藏在地下的岩石的电阻率，是一个既不能直接观察又不能直接测量的物理量，只有当电流通过它的时候才能间接地测出来。因此，在测量电阻率时，必须向岩层通入一定的电流，然后研究岩石电阻率不同对电场分布的影响，从而进一步找出电位与电阻率之间的关系。普通电阻率测井研究的是稳定的电流场，电场强度E、电位U和电流密度的关系：,11:19:18,89,第二节 普通电阻率测井原理,一、均匀介质中的电阻率测量 在电阻率为R均匀各向同性的介质中，放入一个点电源A，电流强度为I，电场分布如图所示。,11:19:18,90,第二节 普通电阻率测井原理,一、均匀介质中的电阻率测量 在均匀介质中点电源场中任意点的电流密度值为：r为点电源A到测量点的距离。点电源场内任意点上电场强度E的表达式为：,11:19:18,91,第二节 普通电阻率测井原理,一、均匀介质中的电阻率测量 场内任意点的电位U为：则介质电阻率表达式为：,11:19:18,92,第二节 普通电阻率测井原理,普通电阻率测量原理：电极系：能够在钻孔中实施供电和测量的装置。,电位电极系 梯度电极系,11:19:18,93,第二节 普通电阻率测井原理,普通电阻率测量原理：假设钻孔所在的地层是均匀无穷分布的地层，其电阻率为Rt，忽略井的影响。将电极系放入井内通过供电电极A、B向井中供电，其电流强度为I，测量电极M、N处的电位为：,11:19:18,94,第二节 普通电阻率测井原理,普通电阻率测量原理：,电位电极系,在电位电极系测量电路中,电位电极系系数,11:19:18,95,第二节 普通电阻率测井原理,普通电阻率测量原理：,梯度电极系,在梯度电极系测量电路中,梯度电极系系数,11:19:18,96,第二节 普通电阻率测井原理,普通电阻率测量原理：电位电极系和梯度电极系电阻率公式的通式为公式中K值随电极系不同而不同。电极系确定则K值为常数。沿井筒提升电极系，测量U随井深的变化曲线，经横向比例刻度后即为岩层电阻率测井曲线，在均匀介质中所测得电阻率曲线应为一条直线。,11:19:18,97,第二节 普通电阻率测井原理,二、非均匀介质中的电阻率测井在实际井孔剖面上是有限厚度的不同电阻率的岩层，在渗透层其顶部和底部都为非渗透的地层，称为目的层的上下围岩，其电阻率为Rs。,由于泥浆侵入在渗透层径向形成泥浆、泥饼、泥浆侵入带（冲洗带、过渡带）、原状地层其电阻率分别为Rm、Rmc、Ri（冲洗带电阻率用Rxo表示）、Rt。,11:19:18,98,第二节 普通电阻率测井原理,二、非均匀介质中的电阻率测井视电阻率Ra：在井剖面的情况下，测量的电位差除了受地层真电阻率Rt影响外，还要受Ri、Rmc、Rs、Rm，井径d，侵入带直径D，以及地层厚度h和电极系结构等因素的影响，因此不能用均匀介质中的电阻率计算公式简单地求解地层的真电阻率。但是在井中实际测量的电位差，仍然可以代入公式计算电阻率，在这种复杂情况下求出的电阻率称为地层的视电阻率，用Ra表示。,11:19:18,99,第二节 普通电阻率测井原理,二、非均匀介质中的电阻率测井一般来说，地层的视电阻率不同于地层的真电阻率，但是选择适当的电极系和测量条件，可以使测量的视电阻率主要反映地层电阻率的变化。因而可以利用在井内测量的视电阻率曲线，来研究钻井剖面地层电阻率的相对变化。可以直接用来划分井孔岩性剖面。在计算地质参数时，则需要将岩层的视电阻率经过井眼、围岩、侵入影响校正求出地层真电阻率后再进行计算。,11:19:18,100,第二节 普通电阻率测井原理,三、电极系1.电极系的分类电极系：是由供电电极A、B和测量电极M、N按一定的相对位置、距离组成的测量系统。电极系一般三个电极在井下，一个电极在地面。成对电极：下井的三个电极中两个在同一线路(供电线路或测量线路)中，或叫同名电极，如A和B、M和N。不成对电极：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。,11:19:18,101,第二节