岩石的导电特性

地球物理测井,资源与环境学院桑琴2007年7月,第一章电法测井,地球物理测井岩石的导电特性,电法测井包括测量岩层导电、介电和电化学特性的所有测井方法。这类方法通过测量岩层的导电、介电和电化学特性，来划分井下油气储层和确定油气层的含油气饱和度。,地球物理测井岩石的导电特性,一、岩石的电阻率和电导率,岩石的导电特性是指岩石在电场中传导电流的能力，用岩石的电阻率R和电导率来量度。岩石的电阻率和电导率与岩石的岩性、物性、含油气性以及所含水的性质相关，这是电阻率测井能够确定岩性、划分油气水层和计算含油气饱和度的基础。,Rm（欧姆米）,mS/m（毫西门子/米）,地球物理测井岩石的导电特性,1、欧姆定律r=RL/SR=rS/L=1/R地层的电阻率只与地层的性质有关，而与其几何形状及尺寸无关，所以测量岩石的R而不是电阻。,导电能力差的，电阻率高，电导率低；导电能力好的，电阻率低，电导率高；,地球物理测井岩石的导电特性,2、岩石电阻率与岩性的关系由P5的表1-1可知，岩石的电阻率间的关系：（1）R火成岩R沉积岩(2)在沉积岩中:R灰岩R砂岩R泥岩(3)矿物类：除金属和石墨外，其他矿物类电阻率都比较高，石油和天然气几乎是不导电的；（4）岩性不同、含油气水不同的岩石，其电阻率也是不同的。,二、岩石的导电机理,地球物理测井岩石的导电特性,岩石,固体骨架（Vma）,孔隙中的流体（f）,电子导电（当金属矿物组成岩石骨架时）,（靠自由电子导电的岩石称为电子型导电的岩石）,水中的正负离子,外加电场,岩石具有连通孔隙（其中含有地层水）通常情况下沉积岩中不含导电的矿物，大都靠孔隙中的盐类离子导电,水中的正负离子,离子导电,2、粘土中的离子导电机理孔隙岩石中含有粘土矿物时，孔隙中离子导电情况变得更加复杂。,由粘土（呈片状颗粒，比表面积大）（多层铝氧八面体由于替换导致或硅氧四面体）而成Mg+2Al+3粘土表面为了保持电中性出现了过剩的负电荷吸附附在粘土表面的阳离子形成偶电层,地球物理测井岩石的导电特性,粘土,补偿阳离子,（CEC）阳离子交换能力：单位体积所含的补偿阳离子量。单位：毫克当量/100克库仑力：F=（q1q2）/（4*r2）（：介电常数）（因水的最大，水的F泥质砂岩的R纯泥岩的R,地球物理测井岩石的导电特性,通常补偿阳离子是Na+。同种粘土矿物的CEC为一常数。常见粘土矿物中，蒙脱石的CEC伊利石CEC高岭石CEC；颗粒越小，CEC越大。CEC的大小与粘土矿物类型以及颗粒分散度有关。,地球物理测井岩石的导电特性,三、影响岩石电阻率的因素:火成岩:以电子导电为主（岩性致密，不含地层水）沉积岩：以离子导电为主(主要靠孔隙中地层水的盐类离子导电),地球物理测井岩石的导电特性,1立方米的岩石,骨架不导电,孔隙中含有油气水,在该岩石的两端加压DvI=q/tI正比于（1/R）,地球物理测井岩石的导电特性,岩石电阻率R,离子数目,离子速度,离子运动路径,地层水含盐量Cw,地层水含量Cw,粘土含量、分布,孔隙度,含水饱和度Sw,温度t,盐类,油水分布,孔隙结构,地球物理测井岩石的导电特性,粘土含量、孔隙结构是岩石的岩性因素；地层水中的盐类、含量和它的温度是水性因素，可综合反映地层水电阻率Rw；孔隙度是物性因素；含水饱和度和油水分布是含油气性因素。因此，岩石电阻率与岩石的岩性、水性、物性和含油气性有关。,地球物理测井岩石的导电特性,本小节应掌握的内容：1、岩石导电机理2、常见岩石的电阻率及其大小关系3、影响岩石电阻率的主要因素,地球物理测井岩石的导电特性,四、地层因素F与孔隙度的关系,假设：1、岩石为纯地层岩石（岩石骨架不含导电矿物和泥质）2、岩石孔隙中100含地层水,地层因素FR0/Rwa/m,阿尔奇,a岩性系数，0.41.5，与孔隙结构有关m胶结指数，1.32.5，随胶结程度增加而增大一般情况下，a=1,m=2,地层因数F只与孔隙度和孔隙结构有关，而与地层水电阻率无关。,（Archie公式1）,地球物理测井岩石的导电特性,Archie认为，对于饱含矿化度大于20000mg/L的地层水的纯砂岩样品，孔隙中100%含水时的电阻率Ro与地层水电阻率Rw之比值，即地层因素FR0/Rw为一常数，且与岩样的孔隙度、胶结程度和孔隙形状有关，与地层水电阻率无关。在以F为纵坐标、为横坐标的双对数坐标上，F-关系基本为一条直线。（P8图1-5）,地球物理测井岩石的导电特性,10,20,30,50,100,孔隙度%,1,2,3,5,10,20,地层因素F,F=0.675/,F=/,地球物理测井岩石的导电特性,a、m对解释结果有着非常重要的影响，而且a与m是互相制约、密切相关的。一般说，a大，m就小；a小，m就大。由于a与m与岩石性质、胶结情况、孔隙结构等有密切关系，因此，应根据本地区的岩性来合理选择a与m值。,地球物理测井岩石的导电特性,五、电阻增大系数I与含水饱和度Sw的关系,Archie同样用实验发现，对于同样纯砂岩，在地层水电阻率和孔隙度一定时，岩样的含油饱和度So=1-Sw越高，则岩样的电阻率也越高；含油饱和度越低，则岩样的电阻率也越低。为了消除地层水和孔隙度的影响，采用电阻增大系数I，即含油岩石电阻率Rt与该岩石完全含水时的电阻率R0之比I=Rt/R0。,地球物理测井岩石的导电特性,在同样岩石中，电阻增大系数I只与岩石含油饱和度So(或Sw)有关，而与地层水电阻率Rw和岩石孔隙度等因素无关。,I=Rt/Ro=b/Swn=b/(1-So)n,（Archie公式2）,在以I为纵坐标、Sw为横坐标的双对数坐标上，I-Sw关系基本为一条直线。（P11图1-7）,b-与岩性有关的系数，常取1,n-饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取2,地球物理测井岩石的导电特性,10,20,30,50,100,含水饱和度%,1,2,3,5,10,20,电阻增大系数I,I=0.75/Sw2,I=/Sw97,70,地球物理测井岩石的导电特性,已知：一岩层的孔隙度为10%，RW=0.2欧姆米,电阻率为80欧姆米,求该岩层的含水饱和度及含油饱和度,并判断该岩层的流体性质。（a=b=1,m=n=2）,例题：,地球物理测井岩石的导电特性,六、Archie公式及其应用,FR0/Rwa/m,I=Rt/Ro=Rt/FR0=b/Swn=b/(1-So)n,a与岩性有关的岩性系数，0.41.5，与孔隙结构有关m胶结指数，1.32.5，随胶结程度增加而增大，一般情况下，a=1,m=2b-与岩性有关的系数，常取1n-饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取2岩石有效孔隙度，小数R0100%饱含地层水的岩石电阻率，mRw地层水电阻率，m,Rt岩石真电阻率，mSw-岩石含水饱和度，小数Sh(So)-岩石含油气饱和度，小数F-地层因素，它是100%饱含地层水的岩石电阻率R0与所含地层水电阻率Rw的比值，其大小主要取决于地层孔隙度，且与岩石性质、胶结情况和孔隙结构等有关，但与地层水电阻率Rw无关I-电阻增大系数，它是含油气岩石真电阻率Rt与该岩石100%饱含地层水时的电阻率R0的比值，其大小基本决定于Sw（Sh），但与地层的孔隙度和地层水电阻率无关Archie公式可用于绝大多数常见储集层,地球物理测井岩石的导电特性,地球物理测井岩石的导电特性,在目前常用的测井解释关系式中，只有Archie公式最具有综合性质，它是连接孔隙度测井和电阻率测井的桥梁，因而成为测井资料综合定量解释得最基本的关系式。实际应用时，一般：先用孔隙度测井资料计算地层孔隙度，用Archie公式计算地层因素F；根据地层真电阻率Rt和地层水电阻率Rw，由Archie公式计算地层含水饱和度Sw或含油气饱和度Sh。,利用Archie公式求地层水电阻率,FR0/Rwa/m,I=Rt/Ro=b/Swn,RwR0m/a,Ro=RtSwn/b,RwRtSwnm/ab,地球物理测井岩石的导电特性,在解释井段内选出岩性均匀、含泥质少、较厚的标准水层，采用深探测电阻率和孔隙度测井资料，既可用上式计算出地层水电阻率Rw。,地球物理测井岩石的导电特性,七、地层水电阻率与化学成分、浓度及温度的关系,如前所述，沉积岩的导电能力主要取决于岩石孔隙中地层水的导电能力，并且岩石的电阻率与所含地层水的电阻率成正比，要计算含油气岩石的含油气饱和度，就必须知道地层水电阻率Rw。,地层水电阻率Rw是计算地层含水饱和度Sw或含油气饱和度Sh的极为重要的参数。Rw取决于地层水含盐成分、矿化度和温度。随着地层水矿化度和温度的增加，Rw降低。,地球物理测井岩石的导电特性,地层水电阻率Rw的确定方法：1、用水分析资料确定Rw用本井或邻井相同层位的水分析资料确定地层水电阻率是目前确定Rw最有效的方法。2、用自然电位计算适用于地层水中主要含NaCl何从SP曲线能得到好的静自然电位值。3、利用Archie公式以及相应的交会图确定Rw4、由地区统计规律确定Rw,地球物理测井岩石的导电特性,1、地层水电阻率与化学成分间的关系,方法：一般以18C时的NaCl溶液为标准（即取Na+、Cl-离子的加权系数为1），确定出其它各种溶液与NaCl溶液具有相同电导率时各种离子的等效系数Ki，然后按下式计算出等效NaCl总矿化度Pwe：,地球物理测井岩石的导电特性,不同化学成分的溶液，其中盐类的电离度、离子价和离子移动速度是不同的。因此，在相同浓度和温度的情况下，地层水的电阻率也是不同的。,地球物理测井岩石的导电特性,2、地层水电阻率与溶液浓度和温度的关系,如果溶液的浓度增加，溶液中的离子数就增多，溶液的导电能力增强，电阻率降低。如果温度升高，一方面使溶液中盐类的溶解度（电离度）增加，离子数目增多，一方面温度增加使溶液粘度降低，离子迁移率增大，结果使溶液电阻率降低。,NaCl溶液电阻率与浓度和温度之间的定量关系图版