第一章 普通电阻率测井_2012.ppt

1、第一章 电阻率测井 Resistivity Logging 第一节 有关基本知识 一、岩石的导电性,典型物质的电阻率表,常见岩石电阻率数值表,引入概念：,1）地层因素F 当岩石含100饱和流体时，孔隙流体的电阻率为Rf ，该岩石的电阻率Rt，虽然Rf的变化引起Rt的变化，但它们的比值Rt/Rf 却总不变(保持一常数F)，该比值称为地层因素F。 100饱和流体时的该岩石电阻率 孔隙流体的电阻率 该比值与孔隙流体的电阻率无关，与岩性、孔隙度以及孔隙结构、胶结物等因素有关；有如下关系式： a（Constant）为比例系数，与岩性有关； m（Constant）为胶结系数，与岩石结构及胶结程度有关； （

2、Porosity）为孔隙度。 当岩石含100饱和地层水时，地层水的电阻率为Rw，该岩石的电阻率Ro，公式变为： 100饱和地层水时的该岩石电阻率 地层水的电阻率,阿尔奇公式(Archies Formula) a、b为比例系数，与岩性有关； Rw 为地层水的电阻率；Sw为含水饱和度； n为饱和度指数； （Porosity）为孔隙度。 F为地层因素，I为电阻率增大系数。,2）含油气岩石的电阻率,由以上公式可以看出： 1) ，Rt； 2)Sw，Rt； 3)Rw， Rt。,地层因素,电阻率增大系数, 100饱和地层水时的该岩石电阻率为Ro，含油时该岩石电阻率为Rt,电流密度 current densi

3、ty 1.电流密度,2.电流密度和电流强度的关系,导体中某点的电流密度，数值上等于(和该点正电荷定向移动方向垂直的)单位面积上的电流强度。 方向：为该点正电荷定向移动的方向。,欧姆定律的微分形式 导体中任一点电流密度的方向(正电荷运动的方向)和该点场强方向相同 有关系式,其中：,为电导率,二、均匀无限介质的点电流源的j、E、U,这里所说的“均匀无限”是指整个地下空间内岩石的电阻率处处相等。“各向同性”是指岩石的电阻率不具有方向性。这显然是一种理想的、实际并不可能存在的情况。然而，许多复杂问题，也常常是从一些简单的问题入手研究并逐步加以深化的。,电流密度写成标量：,根据微分形式的欧姆定律，可以写

4、出M点的电场强度E的表示式为： 式中：R为该均匀无限介质的电阻率。电场强度的方向与电流密度的方向一致。 写成标量： U与E的关系： 由于 时，电位U=0，故积分常数C=0，最后得 因此，有如下形式 ：,三、均匀无限介质电阻率的测定及视电阻率,A M N,B,B,加假设条件,A M N,式中K是装置系数。当AM、AN、MN一定时 R与 VMN/I的比值成正比。 引入视电阻率：当地下为非均匀介质，并且钻孔条件不能忽略时，电极周围的介质是极其复杂的不均匀体。因此不能用以上公式计算钻孔剖面上的岩石的电阻率。但是利用以上公式总还可以计算一个电阻率，为了将该电阻率与岩石的真电阻率加以区别，称该电阻率为视电

5、阻率 (The apparent resistivity)，记为Ra。,测井原理图（普通电阻率测井）,第二节 测井电极系 Logging electrodes (sondes),不成对电极：在井下除成对电极之外的一个电极。如井下电极为A、M、N，则A为不成对电极。,梯度电极系：成对电极的距离远小于不成对电极到任一成对电极距离。以AMN电极为例MNAM,顶部梯度：成对电极位于不成对电极的上方，例如：MNA、MN位于A的上方；,底部梯度：成对电极位于不成对电极的下方，例如：AMN,MN位于A的下方,记录点: 记录在成对电极的中点O处。如MN的中点。,电极距: 成对电极中点O到不成对电极之间的距离L

6、。(如NMA中的,L=AO),理想梯度电极系: 成对电极之间的距离为零的梯度电极系。,成对电极：同一回路的两个电极。如A、B电极,M、N极。,一、梯度电极系 Lateral electrodes (sondes) 1、有关术语,测井电极系:普通电阻率测井一般井下三个电极(如A、M、N)，地面一个电极(如B)。这种测量装置称为测井电极系。 测井电极系可分为梯度电极系，电位电极系。,2、计算公式 以NMA梯度电极系为例。 1）非理想梯度电极系的计算公式 2）理想梯度电极系的计算公式 MN0，AM=AN=L，E=lim( Vmn/MN) 所以有： 上式中4L2、I一定后，视电阻率与O点的电场强度E(

7、电位的梯度)成正比，因此该种电极系称为梯度电极系。 值得注意的是，在实际测量中MN之间的距离不可能为0，但如果MN=0.44AO时，这样的梯度电极系与理想的梯度电极系之间的误差5%，仍可近似看作理想梯度电极系。一般取MN/L=0.20.4。,3、分析公式 (理想梯度电极系) 因为 EJMNRMN，并令 Jo=(I/4L2) 式中Jo=(I/4L2)是一个常数，表示在均匀无限的情况下O点的正常电流密度； JMN是O点的实际电流密度， RMN是O点的实际电阻率。,电位电极系：成对电极的距离远大于不成对电极到井下下中间电极距离。以AMN电极为例：MNAM,记录点: 记录在不成对电极到中间电极的中点O

8、处。 如AM的中点。,电极距: 不成对电极到中间电极的距离。 如：LAM,理想电位电极系: 成对电极之间的距离为的电位电极系。,二、电位电极系 1.有关术语,电位电极系,2、计算公式 以NMA电位电极系为例 1）非理想电位电极系的计算公式 2）理想电位电极系的计算公式 因为 MN，AN，ANMN, 且VN=0, VMNVMVN=VM 所以,AM、I一定后，Ra与M点的电位VM成正比，因此称该电极系为电位电极系。 值得注意的是：在实际测量中MN之间的距离不可能为，但如果MN/AM=19时，这样的电极系与理想电位电极系之间的误差19。,电位电极系,3）分析公式 Jo为正常情况下的电流密度，JMN为

9、从M极到无穷远N极的电流密度平均值，RMN为从M极到无穷远N极的电阻率的平均值。,电位电极系,三、电极系的书写及探测深度 1、电极系的书写 通常是按电极系从上到下排列的顺序写出各电极的代表字母,并在字母间写出电极间的距离(以米为单位)来表示电极系。例如： N0.1M0.95A A0.95M0.1N A0.1M0.95N A1.0O A0.1M,2 、电极系的探测范围及探测半径,探测范围的意义,1、高阻厚层理想梯度电极系理论曲线分析 假设条件 1)岩层水平； 2)钻孔条件忽略； 3)理想顶部梯度(NMA，AOMN)； 4)岩层为厚层。 分析公式 式中Jo=(I/4L2)是一个常数，表示在均匀介质

10、情况下O点的正常电流密度；JMN是O点的实际电流密度； RMN是O点的实际电阻率。,第三节 视电阻率测井理论曲线分析 一、 梯度电极系理论曲线分析,2、理想梯度电极系理论曲线分析特征 1)无论厚层、中厚层，还是薄层，正对高阻岩层，曲线凸起；正对低阻岩层，曲线凹下，因此可以用梯度电极系Ra曲线来判断岩层电阻率的高低。 2)对高阻层来说，使用理想顶部梯度，Ra在岩层顶界面出现极大，底界面出现极小，使用理想底部梯度，Ra在岩层顶界面出现极小，底界面出现极大， 对低阻层来说，使用理想顶部梯度，Ra在岩层顶界面出现极小，底界面出现极大；使用理想底部梯度，Ra在岩层顶界面出现极大，底界面出现极小。,分析公

11、式 式中Jo为正常情况下的电流密度；JMN为从M极到无穷远N极的电流密度平均值；RMN为从M极到无穷远N极的电阻率的平均值。,二、电位电极系理论曲线分析 1、高阻厚层理想电位电极系理论曲线分析,假设条件 1)岩层水平 2)钻孔条件忽略 3)理想电位电极(NMA,MNAM) 4)岩层为厚层,2、理想电位电极系理论曲线分析特征 1)在厚层、中厚层上，正对高阻岩层，曲线凸起，正对低阻岩层，曲线凹下，因此可以用电位电极系Ra曲线来判断岩层电阻率的高低。 2)在薄层上，正对高阻岩层，曲线凹下，正对低阻岩层，曲线凸起，因此利用电位电极Ra曲线来判断岩层电阻率的高低是不利的，所以要求：AM=H(最小目的层的

12、厚度)。 3)电位电极系Ra曲线以岩层中部对称。 4)在厚层中部Ra=地层的电阻率，在中厚层，薄层中部Ra地层的电阻率。,第四节 Ra曲线的影响因素 一、渗透性地层径向电阻率的变化,泥浆(mud)：由化学添加剂和水混合而成，泥浆由泥浆滤液和固体颗粒组成。 泥饼(mud cake)：在钻井过程中为防止井喷，通常泥浆柱的静压力大于地层压 力,此压力差驱使泥浆滤液向渗透性地层渗透，在渗透过程中，泥浆中的 固体颗粒，逐渐在井壁沉积下来形成泥饼。 冲洗带(flushed zone)：在泥浆向渗透性地层渗透过程中，井壁受到泥浆的强 烈冲洗，原来孔隙中的自由流体几乎都被排挤走了，只剩下一部分束缚 水。充满孔

13、隙中的是泥浆滤液和残余地层水的混合物（水层)，或者夹有 少量的残余油气(油层)，井壁附近受到泥浆的强烈冲洗的地带。 过渡带(mixde zone)：冲洗带以后，泥浆滤液逐渐减小，而用来地层的流体逐 渐增大，直到没有泥浆侵入的原状地层，此带称为过渡带。 侵入带(invaded zone)：由冲洗带和过渡带组成。通常侵入带的深度从几十厘 米到几米。 原状地层(uninvaded zone)：无泥浆侵入的地层。 高侵剖面(high invaded)：当地层的流体电阻率较低时(水层)，泥浆侵入后， 侵入带电阻率将升高。 低侵剖面(low invaded)：当地层的流体电阻率较高时(油层)，泥浆侵入后，

14、侵 入带电阻率将降低。,泥饼的电阻率一般比泥浆的电阻率高1.52倍，但是比侵入带的电阻率低很多,注意： 侵入带的存在对计算Rt来说是不利因素，但利用该特点有如下应用： 1）判断油水层 RtRi0 油气层 Rt、Ri分别用深浅探测深度的测井方法获得 RtRi0 渗透层 Rt、Ri分别用微电位、微梯度测井方法获得 RiRmc=0 非渗透层 3）判断油的比重 油的比重大时 残余油饱和度大(油的比重大时，泥浆滤液不完全替代冲 洗带部分的油)； 油的比重小时 残余油饱和度小； 水层时 冲洗带中的水几乎被泥浆滤液替代。,二、井液的影响 井液的影响有几个特点 1)有井液影响时，Ra曲线变圆滑 2)有井液影响

15、时，Ra曲线的突变段和常数段不存在了 3)极大值变小,极小值变大 4)最重要的特点是Ra曲线基本特征基本保留下来,减阻屏蔽：当AO岩层厚度时，高阻层对A电流的强烈排斥作用，电流不易流向下层介质，使O点的电流密度减小，使下层的Ra减小。(注：实线为AO电极系的Ra曲线) 增阻屏蔽：当AO岩层厚度时，高阻层对电流的强烈排斥作用，使电流不易流向上层介质，使O点的电流密度增大，使下层的Ra增大。(注：实线为AO电极系的Ra曲线),三、相邻地层的影响,第五节 微电极测井 Microelectrode Logging (ML) 一、 引入微电极测井的目的 1)区分致密层和渗透层 普通电极系的视电阻率测井曲

16、线能够确定高阻层,但不能区分致密层和渗透层,2)划分薄夹层 划分薄夹层,以便计算油层的有效厚度,使储量计算精确,3)确定冲洗带的电阻率 为了解决以上问题，设计一种电极距小，贴井壁进行测量的特殊装置称为微电极,普通视电阻率测井,作用：划分高阻层,局限性：不能区分油气层与致密层,二、微电极测井原理,A0.025M10.025M2,正幅度差,微电极系测井曲线特点,通常：Rmc=13Rm， Rxo5Rmc,微梯度探测深度浅，主要反映泥饼电阻率,微电位探测深度略深，主要反映冲洗带电阻率,两种微电极曲线在渗透层通常有幅度差,负幅度差,油气层一般正幅度差，高矿化度水层可能负幅度差,1、确定岩层界面 微电极测

17、井曲线划分互层组(砂泥岩互层)非常可靠，可根据曲线的半幅值分层，一般0.2m厚的薄层均可划分出来，条件好的可划分0.1m厚的薄层。 2、划分渗透层 1)幅度差：微梯度和微电位二条曲线一般重叠在一起，可看到二种幅度差。 正幅度差 Ra微电位 Ra微梯度0 无幅度差 Ra微电位 Ra微梯度=0 或很小 负幅度差 Ra微电位 Ra微梯度0,三、 微电极测井曲线的应用,2)划分渗透性地层 在渗透层处 反映冲洗带的电阻率 反映泥饼的电阻率 正幅度差 Ra微电位 Ra微梯度0 在非渗透层处 反映岩层的电阻率 反映岩层的电阻率 无幅度差 Ra微电位 Ra微梯度=0 或很小,第六节 侧向测井,引入： Rt=，

18、Rm=15.m，AO=1.0m，井径d=30cm， 计算Ra=?,以上例子说明A极供电的电流基本上都往井中间流，很少流入地层，这说明井眼和泥浆对电流的流向有很大的影响，为此需要设法使电流流入地层，即在A极两侧增加二个电极，形成屏蔽电流使A极电流流入地层，这就是三侧向测井的基本特点。,1、三侧向测井电极系 1)该电极系由三个直径相同的金属圆筒组成；A0为主电极，A1、A2为屏蔽电极，三个电极之间用绝缘层隔开，电极系的记录点在主电极中点； 2)在测量过程中 a.主电极与屏蔽电极的电流极性相同； b.主电极与屏蔽电极的电位相等； c.主电极的电流强度Io恒定。 3)A1、A2之间短路，并使A0、A1

19、、A2之间电位相等(由自动调节装置控制，该装置自动调节屏蔽电流Ie，保证A0与A1、A2之间电位相等。),一、三侧向测井的基本原理,2、三侧向测井测量的特点： 由于主电极与屏蔽电极的电流极性相同，主电极与屏蔽电极的电位相等，使主电极的电流几乎垂直井轴进入地层，因此 a.大大的减小了井液及上下围岩的影响； b.由于主电极长度Lo=0.15m，具有很大的分层能力； c.三侧向测井的探测深度大。 探测深度=1.5L； d.记录点在AO的中点。,一、三侧向测井的基本原理,经理论计算得到视电阻率的计算公式：,K侧向测井电极系系数,由欧姆定律得知： r=U/I 故将上式改写为：Ra=Kro，即三侧向测井的

20、电阻率与主电极接地电阻成正比,一、三侧向测井的基本原理,3、岩石的电阻率 1）对于厚层可以在岩层中部读取； 2）准确方法（如图所示） 有关系： RaRmJm+RxoJxo+RiJi+RtJt,一、三侧向测井的基本原理,二、浅三侧向 (深浅三侧向测井的区别) (1) 相同之处: a)测量原理一样 b)主电极长度Lo一样 c)记录点都在Ao中点,(2)不同之处: 深的B极在无限远,浅的B极在附近,(3)由于以上二点不同导致 深:电流流入岩层集中 浅:分散 深:电流片厚度变大 浅:小 深:探测深度大 浅:小,普通电阻率测井和三侧向测井的曲线比较,判断油水层 深部：探测深度大，反映原状地层的电阻率。

21、浅部：探测深度小，反映冲洗带的电阻率。 正幅度差 Ra深 Ra浅0，为油层 负幅度差 Ra深 Ra浅0，为水层,三、 七电极侧向测井,测量时，主电极供以恒定的电流Io，A1、A2的电流极性与主电极电流极性相同。同时，自动调节装置通过屏蔽电流Ie的调节，使测量电极M1和M1之间及M2和M2之间的电位差等于零。由于M1和M1及M2和M2的电位相等，则主电极电流Io不能经过M1、M1 中点，也不能经过M2、M2中点，屏蔽电极A1和A2的电流也不能经过，从而使主电极电流Io呈层状并垂直井轴流入岩层。通过下式便可计算出视电阻率： 式中K是七侧向测井的电极系系数。,三、 七电极侧向测井,上述七电极侧向测井

22、电极系又称为深七侧向电极系，它的B极在无限远。如果将B电极分别安置在靠近A1和A2的地方，A1和A2的屏蔽电流会很快的返回B电极。因此主电极流出的电流进入地层后也会很快地发散，使电极系的探测深度减小，这种电极系称为浅七侧向电极系。,四、其他聚焦测井 (一)双侧向测井,双侧向测井视电阻率曲线示意图,（二）微侧向,注： (1) 电极系尺寸为 Ao 0.016 M1 0.012 M2 0.012 A1 (2) 微侧向探测深度小，测量的是冲洗带电阻率 (3) 记录点在Ao中点,微侧向测井电极系由一个点状的主电极Ao和以主电极为圆心的三个同心环状电极组成。最外面的一个圆环电极称为屏蔽电极A1，位于Ao和A1之间的是测量电极M1、M2。微侧向测井的电极系镶在一块绝缘极板上。,测量时，主电极供以恒定的电流Io，A1、A0的电流极性相同，通过屏蔽电流Ie的调节，使测量电极M1，微侧向电极系和M2之间的电位差等于零。使主电极电流Io呈层状并垂直井轴流入岩层。测量M1(M2)与地面N电极之间的电位差，计算视电阻率公式为：,注：1）在此种电极系中,由于Io的回路电极B相距较远,主电流Io在穿过泥饼后才向