第1章巖石電阻率與其影響因素

第1章巖石電阻率與其影響因素第一頁，共33頁。第1章電法測井

電法測井的主要任務(wù)是根據(jù)測井曲線識別巖性、劃分巖層的厚度和定量地確定巖層的電阻率。在石油勘探中，研究巖層的導(dǎo)電能力具有特殊意義。因為石油是一種導(dǎo)電性極差，即電阻率極高的物質(zhì)，而在天然狀態(tài)下的水卻是一種導(dǎo)電性較強(qiáng)，即電阻率較低的物質(zhì)。因此，在相同巖性的儲集層中，含油巖層將比含水巖層的電阻率高，直到目前為止，巖層電阻率的高低仍然使判斷巖層含油性的重要標(biāo)志。第二頁，共33頁。1.1巖石電阻率及其影響因素概念一、巖石的電阻率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。

在實驗室內(nèi)常用“四極法”測定巖石的電阻率。對于一個給定的圓柱狀巖樣，若長度L和橫截面積S已知，只要能測出其電阻r，則可由上式計算出電阻率R。第三頁，共33頁。一、巖石電阻率第四頁，共33頁。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。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，所作的定向運動，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、碳酸巖孔隙中的流體等。在石油勘探中，我們的主要研究對象—沉積巖就屬于離子導(dǎo)電性的巖石。一、巖石電阻率第五頁，共33頁。二、巖石電阻率的主要影響因素

①巖礦石的巖性；②巖石孔隙中地層水性質(zhì)；③巖石的孔隙度以及孔隙結(jié)構(gòu)；④孔隙中流體性質(zhì)及其含量，即孔隙中的含水飽和度⑤巖石中泥質(zhì)成分即含量也能增強(qiáng)巖石的導(dǎo)電性。第六頁，共33頁。1、巖石電阻率與巖性的關(guān)系

二、巖石電阻率的主要影響因素

第七頁，共33頁。1、巖石電阻率與巖性的關(guān)系

二、巖石電阻率的主要影響因素

石油測井的主要探測對象是沉積巖。不同沉積巖之間電阻率的差別，以及同種巖石電阻率的變化，是由于多種因素的影響造成的。其中主要的因素是：巖石孔隙度的大小、孔隙的結(jié)構(gòu)、孔隙中所含流體的電阻率，以及巖石所處的溫度等。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，由造巖礦物組成的巖石骨架幾乎是不導(dǎo)電的。而許多沉積巖之所以能導(dǎo)電，則是因為它們在地下不同程度的具有一定的孔隙，在其中充填了一定數(shù)量的鹽水溶液造成的。這些存在于巖石中的鹽水溶液，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)，離子在電場作用下發(fā)生運動，就構(gòu)成了沉積巖中電流流動的媒介物。于是，電流通過孔隙水流過巖石，巖石也因此而具有一定的導(dǎo)電性。第八頁，共33頁。2、巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系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。主要包括三個方面：⑴地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系⑵地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系⑶地層水電阻率與溫度的關(guān)系二、巖石電阻率的主要影響因素

第九頁，共33頁。⑴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和溫度的關(guān)系圖版”求出地層水電阻率。二、巖石電阻率的主要影響因素

第十頁，共33頁。二、巖石電阻率的主要影響因素

第十一頁，共33頁。B、當(dāng)?shù)貙铀兴姆荖aCI鹽類的含量不可忽略時，應(yīng)當(dāng)先用“不同離子的換算系數(shù)”圖版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，最后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。此時將含非NaCl鹽類的地層水看作是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)。

二、巖石電阻率的主要影響因素

第十二頁，共33頁。

二、巖石電阻率的主要影響因素

第十三頁，共33頁。

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。①求水樣的總礦化度總礦化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm②求離子換算系數(shù)在1-1-3圖版的橫坐標(biāo)軸上找到水樣總礦化度20860ppm點，過該點作一條平行于縱軸的直線與曲線相交，在Ca2+離子曲線的交點處讀出其縱坐標(biāo)值0.81就是Ca2+的換算系數(shù)，同樣在SO42-離子曲線的交點處讀出換算系數(shù)為0.45。二、巖石電阻率的主要影響因素

第十四頁，共33頁。

③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)的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：460×0.81+1400×0.45+19000=20000ppm④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，交點的橫坐標(biāo)讀數(shù)就是所求地層水電阻率Rw。二、巖石電阻率的主要影響因素

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⑵地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系一般將地層水視為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，溶液的電阻率隨礦化度的增高而下降。并且已知溶液礦化度時可以求出該溶液在任何溫度下的電阻率值。二、巖石電阻率的主要影響因素

第十六頁，共33頁。

⑶地層水電阻率與溫度的關(guān)系

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。這是因為隨溫度升高溶液中的離子遷移速度隨之加大，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。通常測井時，常在井口測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，則可以利用本圖版求出Rmt。二、巖石電阻率的主要影響因素

第十七頁，共33頁。

另外也可用阿普斯（Arps）公式將t1溫度下的Rt1換成t2溫度下的Rt2。二、巖石電阻率的主要影響因素

例2已知24℃時，NaCI溶液的電阻率為1.2Ω·m，求溫度為71℃時該溶液的電阻率值。解首先在圖版上投點A(1.2，24)，A點所落斜線的號碼即為該溶液的礦化度值。然后沿A點所落斜線下滑至t=71℃的橫線得交點B，B點的橫坐標(biāo)讀數(shù)即溫度為71℃時的溶液電阻率值Rw=0.56Ω·m。同樣也可以通過阿普斯（Arps）公式進(jìn)行計算。第十八頁，共33頁。

3、巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系

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，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。二、巖石電阻率的主要影響因素

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為了研究R0與φ之間的關(guān)系，對給定的含水砂巖巖樣進(jìn)行如下測試。對給定的巖樣(φ)，改變巖樣中孔隙內(nèi)所含水的電阻率值Rwl，Rw2，…，Rwn，對應(yīng)得到的巖石電阻率為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的變化而變化，且兩者之間有近似于正比的關(guān)系，即

對同一巖樣，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)。二、巖石電阻率的主要影響因素

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殼牌石油公司休斯敦辦事處的G.E.阿爾奇通過試驗首先發(fā)現(xiàn)了這個規(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)。在整理試驗資料時，他首先定義了一個新的參數(shù)—地層因素(或相對電阻率)，用F表示式中Ro—孔隙中100％含水時的地層電阻率；Rw—地層水電阻率。二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十一頁，共33頁。

F與φ的關(guān)系是從實驗中得來的。取同類巖石的n塊巖樣，其孔隙度分別為φl，φ2，…，φn，使各巖樣飽含水，并測出各巖樣的電阻率分別為R01，R02，…，R0n，可得出

，，…，

且F1≠F2≠…≠Fn在以F為縱坐標(biāo)，φ為橫坐標(biāo)的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，得到上述實驗數(shù)據(jù)曲線F=f（φ）。二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十二頁，共33頁。

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0.6～1.5；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1.5～3；

φ—巖石孔隙度。二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十三頁，共33頁。

總之，對于含水砂巖來說，巖石的孔隙度越高，所含地層水電阻率越低，膠結(jié)程度越差，巖石電阻率越低，反之亦然。

二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十四頁，共33頁。

4、巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系一般巖石孔隙中不是含水就是含油氣，空的是很少見的，故有Sw+So=1在親水巖石孔隙中含有水和油時，油水在孔隙中的分布特點是：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的電阻率R0高。二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十五頁，共33頁。

含油巖石的電阻率Rt的大小取決于含油飽和度So、地層水電阻率Rw、孔隙度φ以及巖性。即所以在給定巖樣時，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，而且對Rt有影響。為了巖石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，首先引入了“電阻增大系數(shù)I”的概念，即含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全含水時的電阻率R0之比。

二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十六頁，共33頁。

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φ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)系可由實驗得到。選擇本地區(qū)有代表性的巖樣，先測出其完全含水時的電阻率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，同時測出對應(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。二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十七頁，共33頁。

圖所示是我國某油田的I=f(Sw)關(guān)系曲線實例。通過統(tǒng)計計算可以得到I和Sw的定量關(guān)系式：二、巖石電阻率的主要影響因素

第二十八頁，共33頁。

對不同巖性的巖石，進(jìn)行上述實驗，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)，n≈2。b，n只與巖性有關(guān)，表示油水在孔隙中的分布狀況對含油巖石電阻率的影響。不同巖石的b、n值不同，可應(yīng)用實驗的方法得到，一般b接近于1，n接近于2。二、巖石電阻率的主要影響因