七章二節(jié)電阻率測(cè)井

第七章電法測(cè)井第二節(jié)普通電阻率法測(cè)井

（Resisitivitylogs)

電阻率法測(cè)井：是根據(jù)自然界中各種不同巖石和礦物的導(dǎo)電能力不同這一點(diǎn)來區(qū)別鉆井剖面上巖石性質(zhì)的一種方法。物理基礎(chǔ)：巖石電阻率與巖性、物性、含油性的關(guān)系數(shù)據(jù)采集：采用穩(wěn)定電流場(chǎng)測(cè)量井下介質(zhì)的電阻率一、普通電阻率測(cè)井1、電阻率的測(cè)量原理電極系：放置在井中的三個(gè)電極形成的一個(gè)相對(duì)位置不變的體系。測(cè)井時(shí)，把電極系放入井中，而另一個(gè)電極（B或N）留在地面。當(dāng)電極系由井底向井口移動(dòng)時(shí)，有供電電極A，B供給電流I，有測(cè)量電極M，N測(cè)量電位差，電位差的變化就反映了井內(nèi)不同地層電阻率的變化。均勻介質(zhì)中巖石電阻率的求取假定井眼所穿過的地層是均勻各向同性的無限大介質(zhì)，即巖性相同，且電阻率都是R。以點(diǎn)電源A（電流強(qiáng)度為I）為球心,空間任取一點(diǎn)P，它到A的距離為r，以r為半徑作一球，求球面上任一點(diǎn)P的電位。球面上的電流密度為：由歐姆定律的微分形式，得

而電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)E積分得當(dāng)時(shí)，，固C=0。均勻介質(zhì)中任一點(diǎn)的電位：兩點(diǎn)結(jié)論：①若將點(diǎn)電源放在P點(diǎn)，則它在A點(diǎn)產(chǎn)生的電位也是電場(chǎng)的這種性質(zhì)稱為電位的互換原理。對(duì)于非均勻介質(zhì)，這個(gè)原理也是適用的。②如果在均勻介質(zhì)中放置n個(gè)點(diǎn)電源，其電流強(qiáng)度分別為，，….，它們距P點(diǎn)的距離分別為，，….，那么所有點(diǎn)電源在P點(diǎn)所產(chǎn)生的電位是各個(gè)點(diǎn)電源單獨(dú)在P點(diǎn)產(chǎn)生的電位的代數(shù)和，即：

電場(chǎng)的這種性質(zhì)稱為電位的疊加原理。在均勻介質(zhì)中，電阻率R與電位U之間存在著簡(jiǎn)單的關(guān)系，由此即可求出R，普通電阻率測(cè)井正是利用這一原理求取地層電阻率的。①如果電極系由A,M,N組成，則有則，

（1）式中K——電極系系數(shù)，其大小只與三個(gè)電極之間的距離有關(guān)ANM

②若電極系由A，B，M組成，則電極A的電流I和電極B的電流-I對(duì)M點(diǎn)的電位均有貢獻(xiàn)。N點(diǎn)離A,B點(diǎn)很遠(yuǎn)，

因此，（2）K—電極系系數(shù)，它的大小與電極系中三個(gè)電極之間的距離有關(guān)。由此可見，均勻介質(zhì)中的電阻率與測(cè)量電極系的結(jié)構(gòu)、供電電流以及測(cè)量電位差有關(guān)，當(dāng)電極系結(jié)構(gòu)和供電電流大小一定時(shí)，均勻介質(zhì)的電阻率與測(cè)量電位差成正比。

2.視電阻率

以上的分析，都是假定電極系處在均勻介質(zhì)中，但實(shí)際測(cè)井遇到的情況要復(fù)雜得多。如井內(nèi)有泥漿（Rm）、地層厚度(H)有限、儲(chǔ)集層上下有圍巖(Rs)，泥漿侵入使井眼周圍橫向方向形成不同的環(huán)帶(Rmc,Rxo,R過，Rt)，要考慮這些所有情況進(jìn)行理論計(jì)算是不可能的，但為了將普通電阻率測(cè)井用于生產(chǎn)，我們將實(shí)際的電極系在實(shí)際井眼和地層條件下測(cè)量的電位差按式（1）、（2）計(jì)算的電阻率稱為視電阻率（apparentresisitivity),記為Ra,即

式中，K——電極系系數(shù)

Ra是在綜合條件影響下測(cè)出的巖層電阻率，它與巖層真電阻率Rt有直接的關(guān)系。

泥漿侵入使井眼周圍橫向（徑向）方向形成不同的環(huán)帶泥漿侵入：鉆井過程中，由于泥漿柱的壓力大于地層壓力，壓力差就會(huì)使泥漿濾液向地層中滲入，并置換了原滲透層孔隙中的流體。侵入帶內(nèi)泥漿濾液的分布是不均勻的，靠近井壁的部分，泥漿濾液把孔隙中原有的液體全部趕跑，占據(jù)了整個(gè)孔隙空間，這部分叫泥漿沖洗帶，靠近沖洗帶地層孔隙中是泥漿濾液和地層流體的混合物，該部分稱為過渡帶。而地層中未被泥漿干擾的地層稱為原狀地層。

3.電極系在電極系的三個(gè)電極中，有兩個(gè)在同一線路(供電線路或測(cè)量線路)中，叫成對(duì)電極或同名電極，另外一個(gè)和地面電極在同一線路（測(cè)量線路或供電線路）中，叫不成對(duì)電極或單電極。根據(jù)電極間的相對(duì)位置的不同，可以分為梯度電極系和電位電極系。

（1）電位電極系：不成對(duì)電極到靠近它的那個(gè)成對(duì)電極之間的距離小于成對(duì)電極間距離的電極系。電位電極系中成對(duì)電極之間的距離（或）較大，即或。電位電極系又分為正裝電位電極系和倒裝電位電極系兩種：正裝電位：成對(duì)電極在不成對(duì)電極之下的電位電極系。倒裝電位：成對(duì)電極在不成對(duì)電極之上的電位電極系。

電位電極系的電極距為單電極（不成對(duì)電極）到靠近它最近那個(gè)成對(duì)電極之間的距離，即L=。L的中點(diǎn)O稱為深度記錄點(diǎn)，表示電極在井內(nèi)的深度位置，在某一深度位置上測(cè)得的Ra可看作記錄點(diǎn)處的Ra。當(dāng)成對(duì)電極系中的一個(gè)電極放到無限遠(yuǎn)處時(shí)，即，可認(rèn)為N電極對(duì)測(cè)量無影響，只有A、M對(duì)測(cè)量是有意義的，這種電位電極系稱為理想電位電極系。對(duì)理想電位電極系有：當(dāng)，，有從上式可以看出，此種電極系測(cè)出的是電阻率和測(cè)量電位M的電位成正比，故此電極系稱為電位電極系。另外，根據(jù)供電電極的多少，電位電極系又分為單極供電電位電極系和雙極供電電位電極系。

（2）梯度電極系：不成對(duì)電極到靠近它的那個(gè)成對(duì)電極之間的距離大于成對(duì)電極間距離的電極系。梯度電極系又分為正裝梯度電極系和倒裝梯度電極系正裝梯度（底部梯度）：成對(duì)電極在不成對(duì)電極之下。倒裝梯度（頂部梯度）：成對(duì)電極在不成對(duì)電極之上。當(dāng)成對(duì)電極間的距離無限小（在極限情況下等于0）時(shí)的梯度電極系叫理想梯度電極系。對(duì)理想梯度電極系，當(dāng)

時(shí)，，，即：從式中可看出視電阻率和深度記錄點(diǎn)O的電位梯度成正比，故此電極系稱為梯度電極系。另外，根據(jù)供電電極的多少，梯度電極系又分為單極供電梯度電極系和雙極供電梯度電極系。

綜上所述，根據(jù)梯度或電位、正裝或倒裝、單極供電或雙極供電，可以把電極系分為8種不同的電極系，見下表

電極系的表示方法：通常按照電極在井中的次序，由上到下寫出代表電極的字母，字母間寫出相應(yīng)電極間的距離，（以米為單位）表示電極系的類。如：A0.4M0.1N表示電極距為0.45m的底部梯度電極系，電極A、M之間的距離為0.4m，M、N之間的距離為0.1m。（4）電極系互換原理把電極系中的電極和地面電極功能互換（原供電電極改為測(cè)量電極，原測(cè)量電極改為供電電極），而各電極間的相對(duì)位置不變，則所得到的視電阻率值不變，這稱為電極系互換原理。根據(jù)互換原理，表7-4中的梯度電極系實(shí)質(zhì)上只有兩種類型，電位電極系只有一種類型。（5）電極系探測(cè)深度通常以探測(cè)半徑r來表示，在均勻介質(zhì)中，以供電電極為中心，以某一半徑劃一假想球面，若假想球面內(nèi)包含的介質(zhì)對(duì)電極系測(cè)量結(jié)果的貢獻(xiàn)占整個(gè)測(cè)量結(jié)果的50%，則此半徑r就是該電極系的探測(cè)深度或探測(cè)半徑。一般梯度電極系的探測(cè)范圍是1.4倍電極距L，而電位電極系的r=2L。由此可知，L越大探測(cè)深度也越大。三、視電阻率曲線特點(diǎn)及影響因素1、電位電極系視電阻率理論曲線特征

（1）當(dāng)上下圍巖電阻率相等時(shí)，電位電極系的視電阻率曲線關(guān)于地層中心對(duì)稱；（2）當(dāng)?shù)貙雍穸却笥陔姌O距時(shí)，對(duì)應(yīng)高電阻率地層中心，視電阻率曲線顯示極大值；地層厚度越大，極大值越接近于地層真電阻率；當(dāng)?shù)貙雍穸刃∮陔姌O距時(shí)，對(duì)應(yīng)高阻層中心，曲線出現(xiàn)極小值。（3）在地層界面處，曲線上出現(xiàn)“小平臺(tái)”，其中點(diǎn)正對(duì)著地層的界面，隨層厚降低，“小平臺(tái)”發(fā)生傾斜；當(dāng)H<AM時(shí)，“小平臺(tái)”靠地層外側(cè)一點(diǎn)為高值點(diǎn)，出現(xiàn)假極大值。（4）在選擇電極系時(shí)，電極距L不能太大，一般選L<hmin；由于井的影響，L又不能太小。一般選取L＝0.5m，對(duì)于h<0.5m的地層，不能用電位電極系視電阻率曲線去分辨。在實(shí)際應(yīng)用中，“小平臺(tái)”和“假極大”均難以分辨。

2.梯度電極系視電阻率理論曲線特征

設(shè)R1=R3=Rs=1，R2=5，且不考慮井的影響，可以得到理想梯度電極系是電阻率曲線?？梢钥吹?，頂部和底部梯度電極系Ra曲線形狀剛好相反定性說明梯度電極系在厚、中、薄地層Ra變化規(guī)律的方法：由于忽略了井的影響，并使用理想梯度電極系，則Ra為式中為E0記錄點(diǎn)O處的場(chǎng)強(qiáng)。令

為均勻介質(zhì)的電流密度，記錄點(diǎn)O處的實(shí)際電流密度為。根據(jù)微分形式的歐姆定律有：其中為記錄點(diǎn)O所在介質(zhì)的真電阻率。在測(cè)量條件不變時(shí)(j0j不變），在某一深度上的Ra值與O點(diǎn)所在介質(zhì)的電阻率Ro成正比，與O點(diǎn)處的電流密度jo成正比。舉例用上式解釋底部梯度電極系視電阻率曲線。（1）高組厚層（測(cè)量條件不變，即I及AO不變）設(shè)R1=R3=Rs=1，R2=Rt=5①a點(diǎn)以下Ra=Rs=1②ab段Ra逐漸增大③

bc段Ra不變④cd段Ra達(dá)到最大值⑤de段Ra逐漸減小⑥ef段Ra不變⑦fg段Ra逐漸減?、鄃h段Ra不變⑨hi段Ra降至最低⑩ij段Ra逐漸增大⑾j段以上Ra不變（2）中等厚度高組地層同高組厚層Ra曲線形狀基本特征相同。隨地層厚度減小，曲線變得陡直，幅度降低。(3)高組薄層（h<AO)

在高組層下方距高組層底界面一個(gè)電極距處出現(xiàn)“假極大”b點(diǎn)，隨電極系上升Ra下降出現(xiàn)bc段，這是由于高組層很薄，A電極進(jìn)入高組層底界面時(shí)，馬上受到上部圍巖的“吸引”，使j0降低，cd段是在A電極已進(jìn)入上部圍巖中得到的。當(dāng)O穿過高組層底界面時(shí)，Ra有一個(gè)跳躍，取得視電阻率極大值。總結(jié)：梯度電極系視電阻率曲線特征（1）曲線與地層中點(diǎn)不對(duì)稱，對(duì)著高阻層，底部梯度電極曲線在地層底界面出現(xiàn)極大值，頂界面出現(xiàn)極小值；頂部梯度電極曲線在高阻層頂界面出現(xiàn)極大值，底界面出現(xiàn)極小值，而且兩者的曲線形狀正好倒轉(zhuǎn)。（2）地層厚度很大時(shí)，在地層中點(diǎn)附近，有一段視電阻率曲線和深度軸平行的直線，其值等于地層的真電阻率曲線（用來確定地層的真電阻率）。（3）對(duì)于h>L的中厚度巖層，其視電阻率曲線與厚地層的視電阻率曲線形狀相似，但隨著厚度的減小，地層中部視電阻率曲線的平直段變小直到消失。（4）當(dāng)用底部梯度電極系時(shí)，在薄的高阻層下方出現(xiàn)一個(gè)假極大值，它距高阻層底界面為一個(gè)電極距。3.實(shí)測(cè)視電阻率曲線及影響因素

（1）井的影響

①實(shí)測(cè)視電阻率曲線比理論曲線幅度低，界面附近變得平緩；②泥漿電阻率變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：

RmRa③井徑大小對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

dRa為保證視電阻率曲線的測(cè)量質(zhì)量，一般要求Rm>5Rw以上。（2）電極系的影響

從理論曲線分析中可知，電極系類型不同，所測(cè)視電阻率曲線形狀不同。即使同一類型的電極系在同樣的測(cè)量條件下，電極系的尺寸不同，所測(cè)的視電阻率曲線的形狀及幅度也不一樣。當(dāng)AO較小時(shí)，由于井的影響較大，Ra不高。隨著AO的加大，探測(cè)深度加大，地層貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位，Ra升高。當(dāng)電極距增大到一定程度，在增大AO，Ra降低，這是由于低阻圍巖影響的結(jié)果。（3）圍巖-層厚的影響目標(biāo)層厚度變薄視電阻率值變小即

hRa主要由于低阻圍巖影響所致（4）侵入影響增阻侵入（泥漿高侵）：減阻侵入（泥漿低侵）：水層——增阻侵入：Rm>Rxo>Rw

油層（油水同層）——減阻侵入：Rm<Rxo<Rt（5）高阻鄰層的屏蔽影響①當(dāng)夾層厚度大于或等于電極距長(zhǎng)度時(shí)（h夾層>=AO），（a）、（b)增阻屏蔽，原因高阻層使O點(diǎn)所在處實(shí)際電流密度增大。②當(dāng)夾層厚度小于電極距長(zhǎng)度時(shí)（h夾層<AO）（c)減阻侵入，原因高阻層使O點(diǎn)所在處實(shí)際電流密度減小?？偨Y(jié)：a)位于單電極方向的高阻層，可對(duì)另一高阻層產(chǎn)生屏蔽影響，但后者對(duì)前者的讀數(shù)基本上不產(chǎn)生影響。b)當(dāng)兩個(gè)高阻層之間的距離小于電極距時(shí)，可產(chǎn)生減阻屏蔽。c)當(dāng)兩個(gè)高阻層之間的距離大于電極距時(shí)，可產(chǎn)生增阻屏蔽。

（6）地層傾角的影響①隨β曲線的極大值向地層中心移動(dòng)，趨向以地層中心對(duì)稱；②曲線極大值隨β而，且曲線變得平緩，極小值變得模糊；③當(dāng)β>60o

時(shí)，梯度曲線的特點(diǎn)基本上不存在。4.視電阻率曲線的應(yīng)用（1）巖層的視電阻率讀數(shù)對(duì)于不同巖層采取不同的取值方法，應(yīng)選取最接近巖層正電阻率的Ra①高阻厚層實(shí)測(cè)曲線上讀地層中部較直線段的Ra平均值②高組薄層Ra曲線上只有一個(gè)尖峰，盡管此極大值小于地層真電阻率Rt，但它是曲線上最接近Rt的一個(gè)值③高阻中厚層去掉屏蔽區(qū)，取面積平均值法屏蔽區(qū)（盲區(qū)）：在底部（頂部）梯度電極系視電阻率曲線上，在高組層內(nèi)距頂（底）界面一個(gè)電極距的范圍內(nèi)，視電阻率值很低，這個(gè)范圍稱為屏蔽區(qū)或盲區(qū)。（2）劃分巖性剖面劃分巖層時(shí)，要利用曲線的突出特點(diǎn)。在實(shí)測(cè)的梯度曲線上，極小值已失去劃分巖層的價(jià)值，而極大值卻仍很突出。通常采用頂、底部梯度曲線上的極大值，分別確定高阻巖層的頂界面和底界面的深度。頂界面深度(頂部梯度曲線上Ra極大值的深度）底界面深度(底部梯度曲線上Ra極大值的深度）地層厚度h=Z底-Z頂一般常用的電極距AO=1m的兩種不同類型的梯度曲線上的極大值劃分高阻巖層，且不需MN/2的校正。

四、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井：在全油區(qū)的各口井中，采用相同的幾種測(cè)井組合，用相同的深度比例（1：500）或橫向比例，對(duì)全井段進(jìn)行測(cè)井。內(nèi)容：視電阻率測(cè)井（Rt）、自然電位測(cè)井（SP）、井徑測(cè)井（CAL）/自然伽瑪測(cè)井（GR）應(yīng)用：

在一個(gè)油田內(nèi)部或一個(gè)區(qū)域內(nèi)，研究巖性變化、構(gòu)造形態(tài)、大油組劃分等工作。標(biāo)準(zhǔn)電極系選取原則：

①能夠清楚劃分地質(zhì)剖面的巖性；

②能夠盡量接近地層的真電阻率。思考題：（第一次作業(yè)）1.何謂電位電極系？何謂梯度電極系？2.電極系的探測(cè)深度及其主要決定于什么？3.寫出N0.8M3.4A表示的電極系種類、電極距。4.何謂含水飽和度、含油飽和度、含氣飽和度？五、微電極測(cè)井手段的提出（設(shè)計(jì)的目的)：微電極測(cè)井是在普通電阻率測(cè)井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種測(cè)井方法。普通電阻率測(cè)井能從剖面上劃分出高阻層，但它不能區(qū)分這個(gè)高阻層是致密層還是滲透層；另外，在含油氣地區(qū)經(jīng)常會(huì)遇到砂泥巖的薄交互層，而由于普通電極系的電極距較長(zhǎng)，盡管能增加探測(cè)深度，但難以劃分薄層（這是一對(duì)矛盾）。因此，為解決上述實(shí)際問題，在普通電極系的基礎(chǔ)上，采用了貼井壁電極距很小的微電極測(cè)井。物理基礎(chǔ)：巖石電阻率與巖石的巖性、孔隙度、含油飽和度的關(guān)系。1.微電極測(cè)井的原理

微電極系的電極距比普通電極系的電極距小得多，為了減小井的影響，測(cè)井時(shí)使電極緊貼在井壁上，減小泥漿對(duì)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)證明：微梯度的探測(cè)深度約為40mm，泥餅電阻率微電位的探測(cè)深度約為100mm，沖洗帶電阻率2.微電極測(cè)井曲線微電極系測(cè)量結(jié)果除受泥餅、侵入帶和原狀地層的影響外，還與極板的形狀和大小有關(guān)。測(cè)量結(jié)果用視電阻率Ra表示，表達(dá)式為：

式中K——微電極系系數(shù)，K值與電極距和極板的形狀、大小有關(guān)，由于極板和電極嚴(yán)重磨損都會(huì)使K值發(fā)生變化，因此應(yīng)經(jīng)常校驗(yàn)K值。一般是在微電極校驗(yàn)池中測(cè)量得到；

——微梯度測(cè)井時(shí)，微電位測(cè)井時(shí)，