石油工程测井3第1章电法测井12普通电阻率测井

1、主讲教师：吴 丰 单 位 ：资源与环境学院,石油工程测井,二零一二年十一月,一、地球物理测井,二、地层的地球物理特性,三、用途,电化学性,导电性,介电性,声学特性,核、磁、热特性,岩层的电化学特性：自然电位测井（SP）,岩层的介电特性：电磁波传播测井（ETP）,电法测井的分类,岩层的导电特性：电阻率测井,岩石电阻率测井基础,1,电阻率测井的分类,2,普通电阻率测井,3,双侧向电阻率测井,4,主 要 内 容,微球形聚焦测井,5,感应测井,6,成像测井,7,随钻测井（LWD）,8,套管井电阻率测井,9,地层倾角测井或电磁波传播测井,10,1.1 电阻及电阻率的概念,电阻(r)是物质反抗电流流动的能

2、力。若物体两端的电压为V，通过的电流为I，则电阻定义为电压与电流的比值。,其单位为：欧姆（）,1.岩石电阻率测井基础（P9）,1.1 电阻及电阻率的概念,电导率（）是电阻率的倒数。即= 1/R,对于电阻为r均匀材料的柱状导体，若其横截面积为S，长度为L，则物体的电阻率（R）定义为：,其单位为：欧姆米（.m）,其单位为：每米毫西门子(mS/m),看书，P9见表1-1及文字 （3分钟）,了解三大岩类； 了解常见岩石、矿物及流体电阻率； 有什么特点？ 电阻率测井？,常见矿物、岩石电阻率数值表,三大岩类：沉积岩、岩浆岩（火成岩）、变质岩。,不同岩性、不同矿物、不同流体具有不同的电阻率。,R火成岩 R沉

3、积岩,R油气 R水,沉积岩，R灰云岩 R砂岩 R泥岩,一 般 情 况 下,R金属、R无烟煤 小,1、岩性：岩石结构、岩石矿物成分、粘土含量,1.2 影响岩石电阻率的因素,4、含油气性：岩石含水饱和度,3、水性：岩石孔隙空间中地层水的岩类成分、离子浓度、温度；,2、物性：岩石孔隙度,不同岩石电阻率各不相同，岩石电阻率取决于下列因素:,1、岩石电阻率与岩性的关系,孔隙度：岩石本身的孔隙体积和岩石体积之比值。它是一个无量纲的量，它可以用小数或百分数表示。 孔隙度划分为总孔隙度和有效孔隙度。,1.总孔隙度：岩石中总孔隙体积与岩石体积之比， 用t表示。 2.有效孔隙度：岩石中连通孔隙体积与岩石体积之比，

4、用 e表示。,2、岩石电阻率与物性的关系,当地层孔隙中不含油气时，岩石孔隙度的大小决定了孔隙地层中水的含量。当地层水矿化度一定时，孔隙度越大，地层水含量越多，岩石电阻率越低，反之，孔隙度越小，岩石电阻率越高。,2、岩石电阻率与物性的关系,3、岩石电阻率与水性(地层水电阻率)的关系,岩石骨架：组成沉积岩的造岩矿物的导电能力很差,沉积岩的导电能力取决于孔隙中地层水的电阻率。,实验证明，岩石电阻率与地层水电阻率成正比。,石油和天然气具有很高的电阻率，可视为不导电的物质。在油、气运移过程中，油、气进入岩石孔隙挤走了同体积的地层水，使岩石中的离子数减少，电阻率增加，进入孔隙中的油、气越多，岩石电阻率越高

5、。,4、岩石电阻率与含油气性的关系,流 体： R石油 R地层水地 层： R油层 R水层,1.3 电阻率测井概念,电阻率测井根据自然界中各种不同岩石、矿物及孔隙流体间电阻率的差异这一特点，来研究钻井剖面上岩石性质、流体性质的一种方法。（或P8定义）,1.4 Archie公式 _岩石电阻率和孔隙度、饱和流体的关系,G. E. Archie最早通过大量的岩芯试验研究了这种关系。,假设： 岩石为纯岩石（岩石骨架不含导电矿物和泥质，或Vsh5）； 岩石孔隙中100含水。,F：地层因素；R0 ：100%含水岩石的电阻率； m：地层胶结指数； Rw ：地层水的电阻率； a：岩性系数 ；：岩石的孔隙度,地层因

6、素F：100%含水纯岩石的电阻率与地层水电阻率之比值。,I：电阻率增大系数；Rt：岩石的电阻率； n：饱和度指数；Sw：含水饱和度； b：相关系数,电阻率增大系数：含油气时岩石的电阻率与100含水时岩石的电阻率比值，即,（P10）奠定了测井技术的基础。其意义如同Newton三大运动定律。,裸眼井： 充满泥浆的井眼 泥饼 冲洗带 过渡带 原状地层,套管井： 套管 水泥环 地层,1.5 井眼地层的划分,侵入带,由于泥浆侵入，井眼附近介质电阻率将发生变化。井眼最外层为泥饼，在靠近井壁处岩层孔隙中的流体几乎全部被泥浆滤液所代替，这部分叫冲洗带；在冲洗带的外部是一个孔隙中部分充满了泥浆滤液的过渡带，冲洗

7、带和过渡带总称侵入带；再向外是未被侵入的原状地层。,泥浆侵入概念,在钻井过程中，一般井孔中泥浆柱压力大于地层压力，此压力差在渗透性地层处使泥浆滤液向地层中渗入，并置换了原渗透层孔隙中的流体，这就是泥浆侵入现象。,在测量地层真电阻率时，测量电流必须穿过冲洗带和过渡带。测量结果或多或少要受到泥浆和侵入参数的影响。在对这些影响作必要的修正时，就得知道地层中各个部分的电阻率。设计一套具有不同探测深度的电阻率测井仪便可以达到这一目的。,例如，双侧向测井仪测量地层深部和中部的电阻率，微电阻率测井仪测量地层浅部的电阻率。一般来说，为了求得地层真电阻率，同时使用深、中、浅三种电阻率测量仪器可获得最佳结果。所以

8、，双侧向测井仪通常和微电阻率测井仪组合在一起下井。,Rm-泥浆电阻率 (mud) Rmf-泥浆滤液电阻率(mud fluid) Rmc-泥饼电阻率 (mud cakes) Rw-地层水电阻率 (water) Rxo-冲洗带电阻率 Ri-侵入带电阻率 (invasion) Rt-原状地层电阻率 (true) hmc-泥饼厚度 d-井的直径 di-侵入带直径,增阻 侵入,RiRt,怎样理解P11，Para3？,用高低侵来判别流体性质（油气、水）,使用条件：淡水泥浆井（CmfRw）,高侵：水层 低侵：油气层,高侵（增阻侵入）：侵入带电阻率大于原状地层电阻率的侵入状态 低侵（减阻侵入）：侵入带电阻率小

9、于原状地层电阻率的侵入状态,d,泥岩,泥岩,泥岩,泥岩,水层,油层,d,di,di,冲洗带,侵入带Ri,泥饼,di,Rt,Ri,Rxo,Rm,Rmc,Rt,Ri,Rxo,Rmc,Rm,增阻泥浆侵入,减阻泥浆侵入,过渡带,井眼穿过地层后，有两种方法用来测量地层的电阻率。 一种是传导电流法，该方法使用直流电，需要井眼有导电泥浆。传导电流法测量的是电阻率。 另一种是感应法，使用交流电，井内可以含有任何流体（空气、天然气或任何种类的导电或不导电泥浆）。感应法测量的是电导率，它与电阻率互为倒数。,2.电阻率测井的分类,3.普通视电阻率测井,视电阻率(Ra)：Apparent formation resi

10、stivity，测井仪器探测到的电阻率，受泥饼，侵入带等的影响，不等于真实的地层电阻率，只是其近似值，称为视电阻率。,普通视电阻率测井：是把一根普通的电极系放入井内，测量井筒周围地层电阻率随井深变化的曲线。,井下介质电阻率的测定,B,A供电电极 B供电回路电极 M、N测量电极,电极系,所谓电极系，就是测量时放入井中的一组电极。通常由三个电极组成。, A、B、M； M、N、A,（用途相同的两个叫成对电极，其余的一个叫不成对电极。）,成对电极：A、B或M、N,梯度电极系：成对电极之间的距离小于不成对电极到它相邻那个成对电极电极之间的距离的电极系。,电位电极系：成对电极之间的距离大于不成对电极到与它

11、相邻的那个成对电极间的距离的电极系。,顶部(倒装) 电极系：成对电极在不成对电极的上方,底部（正装）电极系：成对电极在不成对电极的下方,电位电极系,梯度电极系,2.5米顶部梯度电极系,0.5米顶部电位电极系,记录点：,电极系的记录点、电极距和探测深度,1,为了确定电极系在井中某位置测得的电阻率的深度，需在电极系上选择一点作为电阻率的深度，这一点称为记录点，用O表示。,电位电极：记录点选在A、M的中点,梯度电极：记录点选在成对电极的中点,位于距离最小的两个电极的中间,电极距,2,为了表示电极系的长度，定义了电极系的电极距，用符号L表示。,电位电极：AM（不成对电极到靠近它的那个成对电极）,电极系

12、的记录点、电极距和探测深度（续）,O,L=2.5,L=0.5,O,探测深度/探测半径/探测范围：,3,以某一半径划一球面，如果球面内包括的介质对电极系测量结果的贡献占总结果的50，此半径称为,普通视电阻率测量原理,A、B、M、N四个电极中的三个形成一个相对位置不变的体系电极系,测量时，3个电极放入井中，1个(B或N)留在地面。提升过程中，地面仪器记录沿井身的电位差变化曲线。该电位差经刻度后，就得到视电阻率Ra。,回路电极,供电电极,测量电极,视电阻率Ra及其公式推导,I供电电流 UMN 测量电极M、N之间的电位差 Ra地层视电阻率 K电极系系数，与电极系的尺寸、类型有关,电位电极系,普通视电阻

13、率测量原理,探测半径,2AM,梯度电极系,不成对电极到记录点的距离L=AO,电极距,探测半径,AO,双极供电 L=MO,MO,AB的中点,梯度电极系视电阻率曲线特征,1.高阻层对应有高视电阻率值；低阻层对应有低电阻率值。,2.曲线对地层中部不对称，底部梯度电极系的视电阻率曲线在高阻层的底界面有Ra极大值；在顶界面有Ra极小值。顶部梯度电极系相反。,3.当h3L时，在地层中部有平直段，RaRt。,电位电极系视电阻率曲线特征,1.高阻层对应有高的视电阻率值；低阻层对应有低的电阻率值。,2.上下围岩电阻率相等时，Ra视电阻率曲线对称于地层中部，地层中部有Ra极大值，很厚时接近于地层真电阻率。,3.曲

14、线的半幅点上下外推一个电极距是地层的层界面，可利用这一结论分层。,视电阻率曲线的应用,解：根据阿尔奇公式 可得,3.3 微电极测井,微电极测井是在普通电阻率测井的基础上发展起来的一种测井方法。普通电阻率测井能从剖面上划分出高阻层，但它不能区分这个高阻层是致密层还是渗透层；另外，在含油气地区经常会遇到砂泥岩的薄交互层，而由于普通电极系的电极距较长，尽管能增加探测深度，但难以划分薄层（这是一对矛盾）。因此，为解决上述实际问题，在普通电极系的基础上，采用了贴井壁电极距很小的微电极测井。贴井壁测量的目的是减小泥浆对它的影响,3.3.1 微电极测井原理（看书P13，注意图1-7）,3.3.2 微电极测井

15、特征及应用（看书P14. 注意图1-9）,微电极测井仪一次下井可同时得到微梯度和微电极两条视电阻率曲线，并以相同纵横比例重叠绘制在一起（图1-9）。,贴靠井壁, 在非渗透层没有幅度差。,微电极视电阻率曲线特征：, 通常在渗透层段微电位(冲洗带)大于微梯度（泥饼），存在幅度差显示正差异。幅度差的大小决定于泥饼电阻率和冲洗带电阻率的相对大小。幅度差：微电位与微梯度测井值的差异,微电极视电阻率曲线应用：,划分岩性、渗透层。,分层，可划分薄层（0.2m薄互层，0.1m泥质条带，钙质条带）,看书P14. 图1-9,自然电位,微电极,本节重点,1、掌握高侵、低侵、视电阻率等基本概念。 2、熟悉电极系及相关概念，什么叫探测深度。 3、掌握视电阻率曲线的影响因素及其应用。 4、掌握微电极测井曲线特征及其应用。,冲洗带、过渡带、侵入带、原状地层,1、名词解释,冲洗带、过渡带、侵入带、原状地层、