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1、问题：油田注水开发以后，逐步注入的淡水或污水代替了油气层中被开采的油气，逐步变成部分产水或完全产水的水淹层。但油气层水淹以后电阻率变化不大，因而难以用电阻率区分水淹层与油气层。,人们注意到水的介电常数比常见岩石和油气的介电常数至少要高一个数量级，同时注意到电磁波的传播效应不仅与介质电导率有关，而且与介电常数和电磁波频率有关，电磁波频率愈高，介电常数的影响愈大，因而发展了探测岩石极化性质的介电测井,对注水开发的油田，若某一储层发现注入水，则称该层为水淹层。,介电测井（dielectric logging）,介电测井也称电磁波测井(electromagnetic propagation loggi
2、ng)，用来测量井下地层的介电常数。一般情况，地层水的介电常数为7881，原油的介电常数为22.4，天然气的介电常数为1，岩石骨架介电常数为 4 9。当储层的孔隙度达到一定数值时，含油气层的介电常数与水层的介电常数有明显差异，据此可以划分油、气、水层。,它是通过测量电磁波在地层中的传播时间和衰减系数计算出地层的介电常数和电导率。 即 =（P-A） = 2PA / P为传播相位移，A为幅度传播衰减，为磁导率, 在一般沉积岩中=4107 H/ m，为介电常数，为电导率，为发射频率。 常用的介电测井分两类，Schlumberger公司分别称它们为EPT和DPT测井。EPT测井探测范围较浅(相当于冲洗
3、带)，采刚1.1GHz工作频率；DPT探测深度较大，工作频率为25MHz左右,本章要点,1、基础概念,2、介电测井基本原理,4、介电测井的应用,3、介电测井的影响因素,第一节 基础概念,一：在外电场作用下，各种物质总在不同程度上出现正，负电荷两极分化，偏离平衡，形成极化。 物质在电场中被极化的程度可用介电常数表示。 相对介电常数 交变电磁场中的介电常数复数,复介电常数虚部,/由传导电流引起的损耗。为介质的电导率，为外加电场角频率 d介电损耗，极化时原子、离子、分子发生位移时由摩擦引起的损耗,常见岩石和流体的相对介电常数与传播时间,要测量介电常数，必须研究电磁波的传播特征满足麦氏波动方程：,平面
4、电磁波方程的解：,三：电学基础原理,由波动方程电磁波在介质中传播时，相位变化和幅度衰减与所在介质的介电特性密切相关。,实部,虚部,第二节 介电测井原理,在介电常数不同的两种介质交界面上，电磁波传播遵循反射定律与折射定律,电磁波传播测井仪器(EPT)发射频率1.1GHz。2个发射天线T1、T2，2个接收天线R1、R2刻在极板上的槽。测井时，极板贴井壁。,T1、T2与R1、R2构成双发双收实现井眼影响补偿,发射天线T1、T2贴井壁交替发射电磁波，每次发射延续10ns消除井眼不平影响,接收天线R1、R2接收到直达波、反射波、滑行波,直达波、反射波在泥饼中传播,滑行波主要沿泥饼与地层界面传播,直达波、
5、反射波、滑行波均为正弦波，在接收天线合成一种波。但直达波与反射波在泥饼中传播，其衰减率远大于地层，因此，接收天线收到的主要是滑行波,两个发射天线和两个接收天线装在金属导体的极 板上，借助于推靠器贴在井壁上，用补偿式测量方法，以消除仪器的倾斜影响。二道中频率信号经鉴相器，对远、近接收天线的波形进行比较，得出两者的相位信号（PHS）。经电缆A1、A2和PHS信号送入地面仪器，经地面仪器处理可输出幅度比（A2/A1）、相位移PHS及介电常数实部和电导率。,采用背腔式缝隙天线,天线排列T110R13R210T2(cm,工作频率：200MHz,探测深度：很浅（5in左右),二：影响地层介电常数的因素,孔
6、隙度,孔隙中流体性质（Sw,So),岩性（颗粒大小、排列、结构、胶结物）,相移角,侵入半径的影响,频散效应的影响,介电测井受地层水矿化度的影响较小由于介电测井存在的局限性, 理论上储层孔隙度大于15%时介电测井可以定量识别油水层; 孔隙度在8% 15% 时, 利用介电资料只能定性识别油水层; 孔隙度小于8% 时, 介电测井无法进行流体识别。,岩性不同介电常数不同,孔隙度不同介电常数不同,相移角 介电测井并不能直接测取介质的介电常数, 而是利用测得的电磁波在传播过程中的相移角( 也叫相位移) 和幅度的变化求得 P=(1- sh)Pma + Sw Pw + (1- Sw )Ph +sh Psh (
7、3) 饱和度方程为 Sw =(1- )Pma + (Ph - Ph)/ (Ph - Pw ) （4） So = 1 Sw （5） 式中, P 为相移角测量值; Sw 为储层含水饱和度; V sh 为泥质含量; Pma 、Ph 、Pw 分别为骨架、油气和水的相位角; So 为含油饱和度；Psh为泥质的相移角。 介电常数和相移角基本不受地层岩性影响,相对于淡水很高的介电常数和相移角数值,不同岩石的介电常数和相移角差别变得很小;介电测井适于低矿化度地层水地层,介电常数受地层水矿化度变化影响很小。实验结果证实地层孔隙度大于8 %对油和水就有一定的区分能力,且孔隙度越大对油水层的识别精度越高。所以该地区
8、采用介电测井应是一种有效的区分油水层的测井方法。,对于纯砂岩地层, 首先, 将不同孔隙度条件下相移角与含水饱和度进行交会( 见图1) 。可以看出,相同孔隙度条件下, 相移角与含水饱和度成正比关系, 且在含水饱和度为10. 7% 左右有1 个盲点, 该点孔隙度的变化不影响相移角的数值。另外, 在不同的含水饱和度条件下, 作出的相移角与孔隙度的交会图( 见图2) 可知, 当含水饱和度大于10. 7% 时,孔隙度与相移角为正比关系, 当含水饱和度小于10. 7% 时, 孔隙度与相移角成反比关系。该图版所反映的一个重要信息是无论储层的孔隙度、相移角数值为多少, 具有相同含水饱和度的资料点的斜率是相同的
9、, 也就是说, 可以用资料点的斜率代替含水饱和度。因此, 对于孔隙度较小的储层, 只要相移角资料合理, 就可以求出其斜率。,对于泥质砂岩, 由于泥质含有大量的束缚水, 泥质含量对介电测井的影响是非常明显的, 在资料解释时必须予以考虑。相同的含水饱和度条件下, 不同的泥质含量在有限的孔隙度范围内作相移- 孔隙度交会图( 见图3) 可知, 不同的泥质含量, 含水饱和度资料点的斜率并不变化, 只是曲线的截距发生了明显的变化。因此, 在一个区块, 利用相移角- 孔隙度交会图的斜率反映储层的含油情况是可行的。 依据上述分析, 在相移角- 孔隙度交会图中, 将不同含水饱和度对应的斜率定义为含水指数, 并得
10、到含水指数定量解释方程G = (P - V shP sh - P ma ) / 泥校 式中, G 为含水指数; 泥校为泥质校正的孔隙度。,图1 纯砂岩相移角- 含水饱和度交会图,图2 纯砂岩相移角- 孔隙度交会图,图3 相移角- 孔隙度- 泥质含量交会图,岩性细的储层, 束缚水饱和度增大, 因水的介电常数大, 使测量的介电常数增大； 另一方面, 岩性越细, 储层的泥质含量越大, 也会引起介电常数增大, 处理的含油饱和度会偏小； 储层的岩性粗, 测量的介电常数减小, 处理的油饱和包含水、低压、低渗、岩石比较稳定、坚硬的地层采用回转冲击式钻井工艺, 以空气和水为循环介质； 在超高压、地层变化大、硬
11、岩层较少水文条件复杂的情况下, 一般采用泥浆系统的钻井工艺。,岩性,孔隙中流体性质不同介电常数差别很大,岩石饱和水介电常数随孔隙度增加迅速增加,岩石饱和油介电常数随孔隙度增加而减小,由于介电测井曲线受频散效应的影响, 资料处理时, 储层的底界面含油饱和度会突然增大, 影响解释成果参数和成果图的美观, 应对储层底界面的介电常数进行校正.当储层很薄时, 频散效应会引起测井曲线失真, 特别是厚度小于1m 的薄层, 曲线失真严重。在处理时, 注意薄层饱和度是否合理。必要时, 对薄层解释作厚度校正。,频散效应的影响,同一块岩样在不同频率下测得的介电常熟不同，为频散效应。,对细沙岩样品（孔隙度 =17.4
12、%，渗透率=1.410-3um2)进行全频带测量，做出介电常数实部与频率的关系曲线，可以看出介电常数实部不随频率变化，无频散现象。当岩样100%饱和水时，岩样的介电常数实部随频率而变化。 当频率f400MHz时，实部随f的增大，实部基本不变。,所以，当使用工作频率不同的介电测井时，一定要考虑岩石介电特性的频散影响，否则可能引起错误的结论。,关于薄围岩夹层的影响 通过对计算结果的分析，发现当源频率为几十兆赫时，在围岩和目的层电参数一定的条件下疑要薄围岩夹层的厚度h 0.2 m2/3L，不论使用那一种类型的发射源在相位差和幅度比S 的测井曲线上都能把薄围岩夹层反映出来。 当采用单发双收测量方式时由
13、于薄围岩夹层的存在，相邻目的层之间可相互影响，使电参数与厚度相同的上、下两个目的层段的测井曲线变得不同，曲线的两目的层段幅值的差异较小而S就很明显使上目的层段的幅值变大,相邻的两相同目的层测井曲线的不对称性给测井解释带来不利影响这种不对称性是由于仪器的收发不对称排列 引起的如果采用双发双收的对称排列方式，两个发射器交替发射分别测定两接收器信号的相位差 和幅度比S并进行平均则测井曲线的不对称性就可以消除这与消除井眼不规则性的补偿装置的道理是相似的,侵入半径的影响,当侵入带半径ri由0.5m 变至1.0m 时，幅度比变化不大，相位差有较大变化；当侵入带半径由1.0m变至1.5m 时，幅度比变化较大，相位差却变化不大。这说明幅度比受侵入带的影响比相位差小，幅度比的探测深度比相位差的探测深度大。,第三节 介电测井的应用,（1）识别岩性和油水层,当储层的孔隙度达到一定数值时，含油气层的介电常数与水层的介电常数有明显差别，据此划分油，气，水层。,利用相移角- 有效孔隙度交会图,利用介电常数- 有效孔隙度交会图,（3）计算含水孔隙度,Tpl测井得到的电磁波传播时间 Tpma岩石骨架的无损耗电磁波传播时间 Tpwo水的无损耗电磁波传播时间,EPT测井资料纵向分辨率很高，对低角度裂缝与切割井眼的斜交缝都有明显显示,（2）指示裂缝,（4）计算含水饱和度,
