巖石電阻率以及其影響因素

1、關(guān)于巖石電阻率及其影響因素第一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 各種巖石在外加電場作用下其導(dǎo)電能力各不相同，導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可用物理量電阻率表示。 1.巖石電阻率概念巖石電阻率及其影響因素 由普通物理可知，用均勻材料制成的規(guī)則形狀的導(dǎo)體，其電阻r與導(dǎo)體截面積S成反比，與導(dǎo)體的長度成正比，表達(dá)式為： 巖石電阻率只與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何形狀無關(guān)，單位.m，在數(shù)值上相當(dāng)于截面積為1m2，長度單位為1m的單位體積巖石的電阻值。第二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月巖樣電阻率測量原理圖1.巖石電阻率概念 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用“四極法”測定巖石的電阻率。對(duì)于一個(gè)給定的圓柱狀巖樣，若

2、長度L和橫截面積S已知，只要能測出其電阻r，則可由上式計(jì)算出電阻率R。第三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月巖石電阻率及其影響因素本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.巖石電阻率概念2.巖石電阻率影響因素第四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 自然界的巖、礦石，根據(jù)它們的導(dǎo)電性質(zhì)，可分為電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性兩大類。 2.巖石電阻率影響因素 電子導(dǎo)電性是組成巖、礦石的基本物質(zhì)顆粒中的自由電子在電場作用下所作的定向運(yùn)動(dòng)，例如大部分的金屬礦物黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦以及石墨等，這類巖礦石的電阻率一般比較低； 離子導(dǎo)電性的巖石，則主要靠巖石孔隙中水溶液的離子導(dǎo)電，如砂巖、碳酸鹽巖孔隙中的流體等。 在石油勘探

3、中，我們的主要研究對(duì)象沉積巖就屬于離子導(dǎo)電性的巖石。第五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 巖礦石的巖性； 巖石孔隙中地層水性質(zhì)； 巖石的孔隙度以及孔隙結(jié)構(gòu)； 孔隙中流體性質(zhì)及其含量，即孔隙中的含水飽和度; 巖石中泥質(zhì)成分(泥質(zhì)含量影響巖石的導(dǎo)電性)。巖石電阻率的主要影響因素有：可分為5大影響因素2.巖石電阻率影響因素第六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1) 巖石電阻率與巖性的關(guān)系 常見巖性的電阻率特征值得重視!2.巖石電阻率影響因素 金屬礦物的電阻率極低，造巖礦物及石油的電阻率極高；火成巖電阻率高，而沉積巖電阻率較低，原因：巖性及導(dǎo)電機(jī)理決定。第七張，PPT共三十四頁，

4、創(chuàng)作于2022年6月 石油測井的主要探測對(duì)象是沉積巖。不同沉積巖之間以及同種巖石電阻率的差異變化，是由多種因素影響造成的,其中主要的因素是：巖石孔隙度的大小、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙中所含流體電阻率，以及巖石所處溫度等。 巖石是由礦物和孔隙中流體以及膠結(jié)物組成，沉積巖的主要造巖礦物電阻率都在106歐姆米以上，因此，大多數(shù)沉積巖，當(dāng)其不含導(dǎo)電流體時(shí)，由造巖礦物組成的巖石骨架幾乎是不導(dǎo)電的。許多沉積巖之所以能導(dǎo)電，則是因?yàn)樗鼈冊诘叵虏煌潭鹊木哂幸欢ǖ目紫?，在其中充填了一定?shù)量的鹽水溶液造成的。這些存在于巖石中的鹽溶液，由于鹽類離解形成了正離子(如Na+，Ca2+和Mg2+等)和負(fù)離子(如C1-，SO2-等

5、)，離子在電場作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就構(gòu)成了沉積巖中電流流動(dòng)的媒介物。于是，電流通過孔隙水流過巖石，巖石因此具有了一定的導(dǎo)電性。(1) 巖石電阻率與巖性的關(guān)系2.巖石電阻率影響因素第八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 組成沉積巖石的固體顆粒部分稱為巖石骨架，這部分導(dǎo)電能力很差，幾乎不導(dǎo)電，因此沉積巖石的導(dǎo)電能力主要取決于地層水的電阻率。地層水電阻率與地層水性質(zhì)有密切關(guān)系。 主要包括三個(gè)方面： 地層水電阻率Rw與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系; 地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系; 地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系。 (2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 下面詳細(xì)講解2.巖石電阻率影響因素第九張，P

6、PT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系 在溫度、濃度相同條件下，溶液內(nèi)所含鹽類不同，其電阻率也不同。 地層水中常含有NaCl、KCl、CaCO3、Na2SO4、MgSO4等鹽分，且各種成分含量不同。求取地層水電阻率Rw可按下列方式進(jìn)行： A、當(dāng)?shù)貙铀畠?nèi)只含有NaCl，或除NaCl外只含有微量的非NaCl鹽類，則可將地層水視為NaCl溶液，用“NaCl溶液電阻率與其濃度、溫度的關(guān)系圖版”求出地層水電阻率。 (2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月NaCl溶液電阻率與其濃度、溫度的關(guān)系圖版(2

7、)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 B、當(dāng)?shù)貙铀兴姆荖aCl鹽類的含量不可忽略時(shí)，應(yīng)當(dāng)先用“不同離子的換算系數(shù)”圖版（下頁）求出地層水中所含各種鹽類離子的換算系數(shù)，然后分別乘上各離子的礦化度，算出各離子上述乘積的總和，即是該地層水的等效NaCl溶液礦化度。 此時(shí)將含非NaCl鹽類的地層水看做是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶液礦化度在圖版求出該地層水電阻率。 這種情況下關(guān)鍵是首先使用“不同離子的換算系數(shù)圖版”確定非NaCl離子的換算系數(shù)。 (2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率與地層水

8、所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系不同離子的換算系圖版第十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月例1 某地層水樣分析結(jié)果為：Ca2+ 460ppm，SO42- 1400ppm，Na+Cl- 19000ppm。求該水樣的電阻率。解：首先確定水樣的總礦化度，然后求取地層水電阻率。 求水樣的總礦化度 總礦化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm 求離子換算系數(shù)(圖版) 在圖版橫坐標(biāo)軸上找到水樣總礦化度20860ppm點(diǎn)，過該點(diǎn)作一條平行于縱軸的直線與

9、曲線相交，在Ca2+離子曲線交點(diǎn)處讀出其縱坐標(biāo)值0.81就是Ca2+的換算系數(shù)，同樣在SO42-離子曲線交點(diǎn)處讀出換算系數(shù)為0.45。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 求等效氯化鈉溶液礦化度 各種離子的礦化度與它的換算系數(shù)乘積之和就是該水樣的等效氯化鈉溶液礦化度。 等效氯化鈉溶液礦化度： 4600.81+14000.45+19000=20000ppm 求地層水電阻率 若地層水的溫度已知，即可在NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關(guān)系圖版” 中找出標(biāo)有20000ppm的斜線與已知溫度的交點(diǎn)，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀

10、數(shù)就是所求地層水電阻率Rw。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般將地層水視為NaCl溶液，隨著溶液的礦化度增高，溶液內(nèi)離子數(shù)目增加，其導(dǎo)電能力加強(qiáng)，因此電阻率變低。溶液的礦化度與其電阻率之間的關(guān)系可以由“NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關(guān)系圖版” 看出。在同一溫度下(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系第十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 地層水電阻率與溫度的關(guān)系也非常密切，一般地層水溫度越高，其電阻率越低，反之亦然。這是因?yàn)殡S溫度升高溶液中的離子遷移速

11、度隨之加大，在外加電場的作用下溶液的導(dǎo)電能力加強(qiáng)，溶液電阻率變低。 地層水的溫度決定于地層的埋藏深度。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系 通常測井時(shí)，在井口測量泥漿的電阻率和溫度，在需要知道地層溫度下泥漿電阻率Rmt時(shí)，則可以利用本圖版求出Rmt。第十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 另外也可用阿普斯（Arps）公式將t1溫度下的R t1換成t2溫度下的R t2。例2 已知24時(shí)，NaCI溶液的電阻率為1.2m，求溫度為71時(shí)該溶液的電阻率值。 解：首先在圖版上投點(diǎn)A(1.2，24)，A點(diǎn)所落斜線的號(hào)碼即為該溶液的礦化度值。 然后沿A點(diǎn)所落斜線下滑至t

12、=71的橫線得交點(diǎn)B，B點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀數(shù)即溫度為71時(shí)的溶液電阻率值Rw=0.56m。同樣也可以通過阿普斯（Arps）公式進(jìn)行計(jì)算。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系 地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系第十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 巖石的導(dǎo)電能力主要取決于巖石的孔隙度和地層水電阻率。在地層水電阻率一定時(shí)，巖石孔隙度越大，飽含的地層水?dāng)?shù)量越多，巖石的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，于是巖石電阻率降低；孔隙度小，則巖石導(dǎo)電能力差，巖石電阻率高。 但是，有時(shí)即使巖石孔隙度相同，所含地層水的電阻率也一樣，其電阻率值也可能存在著差別。這常常是由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及膠結(jié)狀況不同造成的，通常膠結(jié)情況和孔隙結(jié)構(gòu)決

13、定于巖性。因此，含水砂巖電阻率主要取決于地層水電阻率、孔隙度以及巖性等。若用R0表示含水砂巖電阻率，則有（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了研究R0與之間的關(guān)系，對(duì)給定含水砂巖巖樣進(jìn)行如下測試： 對(duì)給定的巖樣()，改變巖樣中孔隙內(nèi)所含水的電阻率值Rwl，Rw2，Rwn，得到對(duì)應(yīng)的巖石電阻率為R01，R02，R0n，經(jīng)數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn)，巖石電阻率不但隨所含水的電阻率變化而變化，且兩者之間有近似于正比的關(guān)系，即 對(duì)同一巖樣，兩者比值為一常數(shù)，且只與巖樣的孔隙度和巖性有關(guān)，而與飽含在巖樣孔隙中的地層水無關(guān)。 （3）巖石電阻率與孔隙度

14、的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 殼牌石油公司休斯頓辦事處的G.E.阿爾奇通過試驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)了這個(gè)規(guī)律，于1942年發(fā)表了一篇關(guān)于測井資料定量解釋的論文，即著名的阿爾奇公式，從此奠定了測井解釋的理論基礎(chǔ)。 在整理試驗(yàn)資料時(shí)，他首先定義了一個(gè)新的參數(shù)地層因素(或相對(duì)電阻率)，用F表示 式中: Ro孔隙中100含水時(shí)的地層電阻率； Rw地層水電阻率。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 F與的關(guān)系是從實(shí)驗(yàn)中得來的。取同類巖石的n塊巖樣，其孔隙度分別為l，2，n，使各巖樣飽含水，并測出各巖

15、樣的電阻率分別為R01，R02，R0n，可得出 且F1F2Fn 在以F為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，得到上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線F=f（）。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 由此可歸納出下列關(guān)系式由此得出阿爾奇公式的通式為 式中：a比例系數(shù)，與巖性有關(guān)，變化范圍在0.61.5； m膠結(jié)系數(shù)，隨巖石膠結(jié)程度不同而變化，一般為2左右，變化范圍1.53； 巖石孔隙度。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 總之，對(duì)于含水砂巖來說，巖石的孔隙度越高，所含地層水電阻率越

16、低，膠結(jié)程度越差，巖石電阻率越低，反之亦然。 （3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般來說，巖石孔隙中不是含水就是含油、氣（或油氣），巖石孔隙什么都不含是很少見的。故有 Sw + So = 1 在親水巖石孔隙中含有水和油時(shí)，油水在孔隙中的分布特點(diǎn)是：水包圍在巖石顆粒的表面，孔隙的中央充填著石油，周圍是地層水。石油的電阻率很高，可看作是不導(dǎo)電的，所以含油巖石電阻率Rt，比該巖石完全含水時(shí)的電阻率R0高。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 含油巖石的電阻率

17、Rt的大小取決于含油飽和度So、地層水電阻率Rw、孔隙度以及巖性。即 所以在給定巖樣時(shí)，若孔隙度和地層水電阻率一定，則巖石電阻率隨著含油飽和度的增高而增大。 然而在自然界中，地層水電阻率和孔隙度都是變量，且對(duì)Rt有影響。為了確定巖石電阻率與含油飽和度之間的定量關(guān)系，需要消除二者的影響。為此，阿爾奇在研究該問題時(shí)，首先引入了“ I”的概念，即含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全含水時(shí)的電阻率R0之比， （4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 在同樣巖石中，電阻增大系數(shù)I僅與巖石中含油飽和度S0有關(guān)，而與地層水電阻率Rw、巖石孔隙度

18、以及孔隙形狀等因素?zé)o關(guān)。這給研究巖石電阻率和含油飽和度之間的定量關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。 巖石電阻率和含油飽和度的定量關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)得到。 選擇本地區(qū)有代表性的巖樣，先測出其完全含水時(shí)的電阻率R0，然后向完全含水巖樣中逐步壓入石油，改變巖樣的含油飽和度So，同時(shí)測出對(duì)應(yīng)的電阻率Rt，這樣就可以得出一組So、Rt數(shù)據(jù)。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以I為縱坐標(biāo)，Sw為橫坐標(biāo)，作出I=f(Sw)關(guān)系曲線。 （4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 左圖是我國某油田的I=f(Sw)關(guān)系曲線實(shí)例。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算可以得到I和Sw的定量關(guān)系式：（4）巖石電阻率與

19、含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)不同巖性的巖石，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明得到的曲線變化規(guī)律類似。因此可以得到通式式中 b 系數(shù)，僅與巖性有關(guān)； n 飽和度指數(shù)，n2。 b，n只與巖性有關(guān)，表示油水在孔隙中的分布狀況對(duì)含油巖石電阻率的影響。不同巖石的b、n值不同，可應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的方法得到，一般b接近于1，n接近于2。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第二十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 上式合稱為Archie公式，它們是應(yīng)用電阻率測井資料解釋具有顆?？紫兜暮畮r石和含油氣巖石的兩個(gè)基本解釋公式。 （4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系 2.巖石電阻率影響因素第三十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年