普通电阻率测井资料PPT课件

.,1,普通电阻率测井(Ra)Conventionalapparentresistivitylog,.,2,电法测井是最古老的测井方法，在测井技术发展的历史长河最初二十五年中，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。近几十年来，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。比如：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。,普通电阻率测井(Ra),由于普通电法测井方法简单，使用广泛，到目前为止，在划分钻井地质剖面和判断岩性等工作中仍然起着一定的作用。它的一些基本概念及分析问题的基本观点，在说明一些新方法的原理时，还要经常用到。,.,3,普通电阻率测井(Ra),学习内容,7、普通视电阻率测井曲线的地质应用,1、测量方法,2、基本原理,3、视电阻率,4、电极系,5、普通视电阻率测井曲线特征,6、实测视电阻率曲线及影响因素,电阻率法测井是通过测量钻井剖面上各种岩石和矿物电阻率来区别岩石性质的方法。一种介质电阻率大小，必须是在给它通电的情况下才能检测出来。因此，测量地下岩石的电阻率，最基本的一条就是要在井下供电，让电流流过岩石，然后研究供电电流所造成的电场在其中的分布情况。,所以进行电阻率测井时，都设有供电线路AB和测量线路MN。通过供电线路上的电极A、B供给电流，在井内建立电场，然后测量在测量回路上电极M、N的电位差UMN，所测UMN大小取决于周围介质电阻率。UMN的变化则反映了沿井孔剖面上岩石电阻率的变化。,1、测量方法,普通电阻率测井(Ra),计算岩样电阻率的方法是特殊的，十分简单的。这是因为岩样电阻率是均匀的，岩样的形状也是有规则的圆柱状，这使得岩样内电位的分布是均匀的，任何两点的电位差均符合欧姆定律。但是井内的情况却复杂得多，不但有岩性不同的地层(岩层电阻率是不均匀的)，而且井内有泥浆和泥浆侵入地层的影响，它们的电阻率常常是不同的。这时，井内电场电位的分布很复杂，UMN与R之间的关系也很复杂，不能用上述方法求得。因此，为了确定R和UMN之间的定量关系，我们需要首先研究一种最特殊的情况：均匀介质中介质电阻与电位的关系。,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),均匀介质中介质电阻与电位之间的关系研究：假设钻井所穿过的地层具有相同的岩性，电阻率都是R，且不考虑井筒影响，即相当于井筒中泥浆电阻率也是R，这种理想情况即是所谓的均匀各向同性无限分布的介质情形。假定在电阻率为R的均匀介质放入一个点电源A，对A供强度为I的恒定电流。在空间中任取一点M，它到A的距离为r，以r为半径作一球，求球面上任一点M的电位。,2、基本原理,均匀介质中点电源的电场分布,普通电阻率测井(Ra),显然，在这种介质中，电流将以A为中心呈球形辐射状流出，由电流密度的定义可知，距离点电源A为r的任意点M处的电流密度为,可见，只要测量出这种均匀场中任意点的电位值就可根据该式得出该点介质的电阻率。这就是电阻率测井的理论依据。,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),在均匀介质中，根据R与电位U之间这一简单的关系，我们就可建立起前图所示两种测量地层电阻率装置的UMN与R之间的定量关系式，从而计算地层的电阻率。,如果采用单极供电电路，井下电极系由A、M、N组成。,那么,在测量电路上测量的电位差,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),称为电极系系数，其大小仅与电极之间的距离有关，当电极之间的距离保持不变时，K为常数。可见，利用一定的电极装置（K为已知），通以电流I，测量M、N的电位差UMN后，就可得到均匀介质的电阻率值。,进而得到单极供电电阻率表达式为,其中,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),如果采用双极供电电路，井下电极系由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。故,由于N点离A、B很远，则UN=0,则电阻率表达式为,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),其中,上述研究表明，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。沿井提升电极系测量时，测出一条UMN随井深的变化曲线，经横向比例刻度后，此曲线即成为岩层电阻率随井深的变化曲线，即普通电阻率测井曲线。实际上，在前边假设的均匀介质中，沿井身所测的电阻率曲线是幅度为Rt的一条直线。,2、基本原理,普通电阻率测井(Ra),上述均匀介质模型电阻率的测定情形，在实际钻孔条件下不可能遇到。首先，钻井所穿过的岩层不可能是均匀的无限厚层。一般岩层具有一定的厚度，在其上下有围岩，围岩周围有邻层，这些岩层的电阻率通常各不相同。其次，钻孔内充填有泥浆，电极是放在泥浆中，而泥浆的电阻率一般都与岩层的电阻率不同。另外，对于油气钻井中有意义的地层而言，都不同程度地具有孔隙、可渗透。,3、视电阻率,普通电阻率测井(Ra),因此，在这种情况下进行电阻率测量，电极系周围的介质是一个极其复杂的不均匀体。对于这种不均匀体，目前还很难通过理论上描述电场分布的办法，求解出电位与介质电阻率的定量关系表示式。但是，如果我们仍按照测定均匀介质电阻的同样思路，给井下电极供电并测量电位差，然后利用上述公式，总可以算出一个电阻率数值。当然，这个电阻率值既不可能等于某一岩层的真电阻率，也不是电极周围各部分介质电阻率的平均值，而是在离电极装置一定距离范围内各介质电阻率综合影响的结果。我们称之为视电阻率，记作Ra。所以，通常把普通电阻率测井叫普通视电阻率测井。,3、视电阻率,普通电阻率测井(Ra),视电阻率计算式为,视电阻率Ra虽然因受到许多因素的影响而不等于真电阻率R，但视电阻率Ra却与真电阻率R有一定的关系，可表达为：,式中，Rm，d为泥浆电阻率与井径；Ri，D为泥浆侵入带的电阻率与侵入带直径；L为电极距；h为层厚；Rs为围岩的电阻率；Rt为目的层电阻率。如果我们将电极系沿井身移动，连续记录UMN的变化，即可得到一条反映地层电阻率相对变化的视电阻率曲线。,3、视电阻率,普通电阻率测井(Ra),在进行普通视电阻率测井时，通常需要使用两个供电电极（常用A、B表示）组成供电回路，给井下介质供电；用另外两个电极（常用M、N表示）组成测量回路，测量由供电电极在测量电极间造成的电位差。这四个电极中，通常是把三个放入井中，而另一个电极（或者与供电电极，或者与测量接在同一回路中的电极）放在井口附近泥浆池内或地面接地良好的地方。这三个放入井中的电极统称之为“电极系”。为便于对电极系进行研究，还进一步把其中处在同一个回路中的两个电极叫做成对电极，另一个与地面电极组成回路的电极叫做不成对电极。,4、电极系,普通电阻率测井(Ra),（1）电极系的分类根据电极系中成对电极与不成对电极之间的距离不同，可将电极系分为两类,4、电极系,用不同类型电极系测得的视电阻率曲线的形态差异很大。因此，要正确认识和分析视电阻率测井曲线，必须对电极系有正确的认识。,梯度电极系：梯度电极系就是成对电极靠得很近，而不成对电极离得较远的电极系。电位电极系：电位电极系就是在电极的相互距离中，成对电极相距较远的电极系。,普通电阻率测井(Ra),在电极系的三个电极中，成对电极之间的距离小于不成对电极到与它相邻那个成对电极之间的距离时，叫梯度电极系。如图（图中的最左侧图），即,当成对电极M、N间距离非常小，即趋于零时，又叫理想梯度电极系。对于理想的梯度电极系而言，即,4、电极系,（1）电极系的分类,梯度电极系,从中可看出，这种电极系所测得的视电阻率Ra与测量电极处的电位梯度成正比，故此电极系称为梯度电极系。当然，在实际测井时，成对电极间的距离不可能做得非常小，因为这将造成电位差太小，对测量不利。实际研究表明，只要满足MN0.4AO，仍可近似地把它当作理想电极系看待，即由此测得的视电阻率值与M、N之间的电位梯度，或O点的电场强度成正比。,4、电极系,（1）电极系的分类,梯度电极系,在电极系的三个电极中，成对电极间的距离大于不成对电极到与它相邻那个成对电极之间的距离时，叫电位电极系。如右图中最左侧图，即有,如果成对电极之间的距离，则称为理想的电位电极系。在这种情况下，此时电位电极系似乎只由A、M组成，则有,可见用它测得的视电阻率与测量电极M点处的电位成正比，所以这类电极系叫电位电极系。,4、电极系,（1）电极系的分类,电位电极系,在一个电极系中，保持电极之间的相对位置不变，只把电极的功能改变(即原供电电极改为测量电极；原测量电极改为供电电极)，测量条件不变时，用变化前、后的两个电极系对同一剖面进行视电阻率测井，所测曲线完全相同，这叫电极系互换原理。因此，在实际测井时，可根据需要互换供电和测量电极，对测量结果并不会产生影响。只是为了讨论问题方便，后面我们所谈的梯度电极系，均采用一个供电和两个测量电极的情况。,4、电极系,（2）电极系互换原理,电极系的电极距电极距是人们用来说明这种探测装置长短的，通常用L表示。电极距的大小，实际上反映了能影响视电阻率测值的空间介质范围。因此，可从电极系各电极之间的长度中选择对视电阻率测值有决定影响的长度作为电极距。基于这种考虑(!)，对电位电极系来讲，由于在理想情况下，成对电极中的一个电极处在相当远的位置，对测量结果影响不大，所以选取两相邻电极之间的距离作为电位电极系的电极距。而梯度电极系在理想情况下，成对电极之间的距离靠得很近，所以选取成对电极中点到不成对电极之间的距离为梯度电极系的电极距。,4、电极系,（3）电极系电极距、记录点和探测深度,记录点由于电极系具有一定的长度，因此，如何表示它在井下所处的具体深度呢?在电极系上规定一个点，用这个点在井中所处的深度来代表电极系的深度。并把这时电极系测得的视电阻率值看成是这一点所在深度的电阻率。人们在电极系上确定的这个点叫记录点。梯度电极系的记录点规定在成对电极的中点。电位电极系的记录点规定在相距最近的两个电极的中点。,4、电极系,（3）电极系电极距、记录点和探测深度,电极系探测深度所谓探测深度，是指在垂直于井轴的方向上所能探测到的介质的横向范围。通常认为是对测量结果的贡献占百分之五十以上的那部分介质的范围。根据这一定义，可以计算出均匀介质中梯度电极系的探测深度约为1.4倍电极距，电位电极系的探测深度约为2倍电极距。有了探测深度概念，便可估计视电阻率值与电极系周围介质电阻率的大体关系及分析一定范围内各部分介质对测量结果的影响。,4、电极系,（3）电极系电极距、记录点和探测深度,电极系的探测深度与电极距的长度有关。在电极距相同的情况下，电位电极系的探测深度比梯度电极系大。另外，电极系周围介质的不均匀程度也会使探测深度发生改变。,通常在测井曲线图上，视电阻率曲线道上方图头都标有所用电极系的书写符号。电极系的书写方式是按照电极在井内自上而下的顺序写出电极的名称，并在字母之间写上电极间的相应距离(以米为单位)来表示这种电极系。例如A0.95M0.1N，表示电极距为1米的底部梯度电极系，其记录点为M、N电极的中点。,4、电极系,（4）电极系的表示方法,普通电阻率测井(Ra),思考:M0.40A1.8B，表示?A1.0M0.3N呢?,为了能对实测的视电阻率测井曲线进行正确的推断解释，必须首先研究在已知岩层厚度、岩层电阻率、围岩电阻率以及电极系条件下所获得的Ra测井理论曲线。通过分析这些理论曲线，了解Ra测井曲线的形态特征和变化规律，熟悉和掌握解释Ra测井曲线的基本规则和方法。,5、普通视电阻率测井曲线特征,普通电阻率测井(Ra),（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,对于高阻厚层模型，理论曲线特征：顶部和底部梯度电极系视电阻率曲线形状正好是相反的；顶部梯度曲线上的视电阻率极大值、极小值分别出现在高阻层Rt的顶界面和底界面，而底部梯度曲线上的极大值和极小值分别出现在高阻层的底界面和顶界面。中部视电阻率测量时不受上下围岩的影响，故在地层中部，曲线出现一个直线段其幅度为Rt。,5、普通视电阻率测井曲线特征,普通电阻率测井(Ra),对于高阻中等厚度层模型，其理论曲线特征如下：曲线在高阻层界面附近的特点和厚地层视电阻率曲线界面特征基本相同；地层中部差异较大，随着地层的变薄，地层中部的平直线段部分不再存在，曲线变化陡直，幅度变低。,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,普通电阻率测井(Ra),对于高阻薄层模型，其理论曲线特征如下：在高阻薄层处只有极大值是明显的；在高阻层的下方(成对电极一方)距高阻层底界面一个电极距的深度上出现一个假极大b点。,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,普通电阻率测井(Ra),为了掌握曲线的这种变化规律，下面我们具体分析曲线变化的过程。假设有一高阻层，其电阻率Rt=5.m，厚度h=10AO，上下围岩相同，电阻率Rs=1.m，忽略井孔的影响，用理想底部梯度电极系测井，得到电阻率曲线如图所示。对于理想梯度电极系，其视电阻率公式,式中E0为记录点处的电场强度。,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,普通电阻率测井(Ra),令为在均匀介质中，记录点O处的电流密度。可得根据微分形式的欧姆定律，则有式中j0为记录点O处实际电流密度；R0为记录点O所在介质的真电阻率。上式说明，在测量条件不变的情况下，所测的视电阻率值与记录点处的实际电流密度、记录点所在介质电阻率成正比。,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,利用该式，通过分析测量电极MN处电流密度和电阻率，即jMN和RMN变化的情况，可以对视电阻率曲线的变化特征作出比较确切的解释。另外，在进行这种分析时，需要用到电流被吸引和排斥的概念。即当供电电极处在高电阻率介质中时，由它发出的电流要受到邻近低电阻率介质的吸引，而当供电电极处在低电阻率介质中时，发出的电流要受邻近高电阻率介质的排斥。,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,.,32,(根据上式分析曲线得变化过程)a以下:jMN=jo,RMN=R1,Ra=R1a-b段:高阻排斥jMNjo,且jMN,RMN=R1,RaR1b-c段:A电极流出的电流在界面上法向量连续,Ra只与界面两边电阻率有关.bc=L,Ra=常数c-d段:RMN=R1R2,jMNc=jMNd,RacR1,RadR1d-e段:RMN=R2,jMNjo,RaR2e点及附近:jMN=jo,RMN=R2,Ra=R2,（1）梯度电极系视电阻率理论曲线,e-f段:jMNjo,RMN=R2,RaR2f-g段:I=2R2I/(R1+R2),fg=L,Ra=常数g-h段:RMN=R2R1,jMNg=jMNh,RacR2,RadR2h-i段:jMNAM时，在地层中点取得极大值，且此视电阻率极大值随地层厚度的增加而增加，接近岩层的真电阻率；当hAM（薄层）时，对着高电阻率地层的中点视电阻率取得极小值。,（2）电位电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,.,38,如图，假设单一高阻层Rt=5.m，上下围岩对称Rs=1.m，不考虑井孔的影响，可计算出理想电位电极系视电阻率曲线，其特点如下：,在地层界面处，曲线出现“小平台”，小平台中点正对着地层的界面。随着层厚的降低，“小平台”发生倾斜，当hAM（薄层）时，“小平台”靠地层外侧一点为高值点，出现极大值，通常称其为“假极大”。,（2）电位电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,厚、中、薄层曲线特征分析依然可依据公式Ra=jMNRMN/jo进行。,（2）电位电极系视电阻率理论曲线,5、普通视电阻率测井曲线特征,厚、中、薄层曲线特征,在实际工作中，测量条件、地层状态以及所使用的电极系并非理想情况，曲线特点都与上述理想情况大不相同。首先，井下岩层不可能是单一的；其次，岩层被充满泥浆的钻孔穿过之后，径向电阻率分布很不均匀；另外，使用的电极系也不是理想的。因此所测的Ra曲线由于受各种实际因素影响，变得比较平滑且曲线幅度降低。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,普通电阻率测井(Ra),1井的影响2电极系的影响3.侵入影响4.高阻邻层的屏蔽影响,6、实测视电阻率曲线及影响因素,为了正确使用视电阻率测井曲线，有必要研究各种条件对视电阻率曲线的影响，主要包括井孔、非理想电极系、侵入带以及高阻邻层影响。,影响因素包括4个,普通电阻率测井(Ra),井眼和充满于井眼内的泥浆是进行视电阻率测井必备的条件。没有钻井，就谈不上测井，而井内没有导电的泥浆，普通电阻率测井必需的电场也无从形成。实际上，井对Ra的影响主要是泥浆电阻率Rm比钻井剖面上高阻岩层的电阻率低得多，从而对电极系供电电极形成的电场分流所致。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（1）井的影响,普通电阻率测井(Ra),实际上，井眼对视电阻率曲线的影响表现在两个方面，一是井眼的大小，二是泥浆的导电性。这两方面影响的结果，都会造成实测的视电阻率曲线变得平缓且幅度降低。井径越大，电极系周围低电阻率泥浆所占据的空间范围也相应扩大，视电阻率值的降低会更加显著。而当井径一定，泥浆电阻率值变低时，测得的视电阻率值也会随之降低，井径对视电阻率的影响，取决于井径与电极距之比，这一比值越大，影响也越大。泥浆对视电阻率数值的影响，取决于岩层电阻率与泥浆电阻率之比，这一比值越大，影响也越大。井径和泥浆这两种因素影响的结果，使得视电阻率曲线变得圆滑、平直，视电阻率值与岩层真电阻率相差悬殊，不同岩层电阻率之间的差别模糊，曲线的分层能力降低。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（1）井的影响,下面列举改变泥浆电阻率所测电阻率变化的实例,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（1）井的影响,从图中可见，1号线为相对高阻泥浆下所测视电阻率，幅值明显大于相对低阻泥浆下所测岩层视电阻率2号线。,由于测量技术的要求，普通视电阻率测井实际使用的电极系都不是理想的。也就是说，梯度电极系成对电极间的距离不是无限小，电位电极系成对电极间的距离不是无限大。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（2）电极系的影响,用电位电极系所测的曲线会失去对称性；用梯度电极系所测曲线的极大值变小、曲线变得光滑，且极大值离开高阻层界面向单电极一方偏移MN/2的距离。,电极距L对所测的Ra曲线的影响：（如图为厚度为h=16d高阻层，用三种不同L的底部梯度电极系所测Ra曲线。）尽管地层模型相同，测量条件也不变，但三种不同L的电极系测出的曲线的形状、幅度却相差很大。其原因在于L不同，因此，探测深度不同，泥浆、围岩及地层电阻率对测量结果贡献不同所致。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（2）电极系的影响,当L较小时，由于井的影响较大，所测Ra幅度不高；随L增大，探测深度加大，井贡献相对减小，地层贡献占主要地位，视电阻率值曲线幅度升高；当L增加到一定程度时，反而使Ra降低，这是由于低阻围岩影响突出造成的。,由于渗透层井段常有泥浆侵入形成的侵入带，其径向电阻率分布特点决定于侵入类型：泥浆高侵和泥浆低侵。泥浆侵入对于测量和确定岩层的真电阻率Rt是一种干扰因素，但也可根据侵入类型，粗略地估计渗透层含油、水情况。,6、实测视电阻率曲线及影响因素,（3）侵入影响,前面讨论的Ra曲线都是单一高阻层情况下测出的视电阻率曲线，然而在实际工作中，经常遇到的是在电极系探测范围内有几个高阻薄层存在，测量时由于相邻高阻层之间产生屏蔽影响，使