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1、 地地 球球 物物 理理 测测 井井资源与环境学院资源与环境学院 桑桑 琴琴 2007 2007年年7 7月月第一章第一章 电法测井电法测井1地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 电电法法测测井井包包括括测测量量岩岩层层导导电电、介介电电和和电电化化学学特特性性的的所所有有测测井井方方法法。这这类类方方法法通通过过测测量量岩岩层层的的导导电电、介介电电和和电电化化学学特特性性，来来划划分分井井下油气储层和确定油气层的含油气饱和度。下油气储层和确定油气层的含油气饱和度。2地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性一、岩石的电阻率和电导率一、岩石的电阻率和电导率 岩石的导
2、电特性是指岩石在电场中传导电流的能力，用岩岩石的导电特性是指岩石在电场中传导电流的能力，用岩石的石的电阻率电阻率R和和电导率电导率来量度。来量度。 岩石的岩石的电阻率电阻率和和电导率电导率与岩石的与岩石的岩性、物性、含油气性岩性、物性、含油气性以以及及所含水的性质所含水的性质相关，这是电阻率测井能够确定岩性、划分油相关，这是电阻率测井能够确定岩性、划分油气水层和计算含油气饱和度的基础。气水层和计算含油气饱和度的基础。Rm（欧姆（欧姆米）米）mS/m（毫西门子（毫西门子/米）米）3地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性1、欧姆定律欧姆定律 r=R L / S R=r S / L =
3、1 / =1 / R 地层的电阻率只与地层的性质有关，而与其几何地层的电阻率只与地层的性质有关，而与其几何地层的电阻率只与地层的性质有关，而与其几何地层的电阻率只与地层的性质有关，而与其几何形状及尺寸无关形状及尺寸无关形状及尺寸无关形状及尺寸无关，所以测量岩石的所以测量岩石的R而不是电阻而不是电阻。导电能力差的，电阻率高，电导率低；导电能力差的，电阻率高，电导率低；导电能力好的，电阻率低，电导率高；导电能力好的，电阻率低，电导率高；4地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性2、岩石电阻率与岩性的关系岩石电阻率与岩性的关系 由由P5的表的表1-1 可知，岩石的电阻率间的关系：可知，岩
4、石的电阻率间的关系：（1） R R火成岩火成岩火成岩火成岩 R R 沉积岩沉积岩沉积岩沉积岩 (2) 在沉积岩中在沉积岩中: R R 灰岩灰岩灰岩灰岩 R R 砂岩砂岩砂岩砂岩 R R 泥岩泥岩泥岩泥岩 (3) 矿物类：矿物类：除金属和石墨除金属和石墨除金属和石墨除金属和石墨外，其他矿物类电外，其他矿物类电 阻率都比较高，阻率都比较高，石油石油石油石油和天然气几乎和天然气几乎是不导电的；是不导电的； （4）岩性不同、含油气水不同的岩石，其电阻率岩性不同、含油气水不同的岩石，其电阻率 也是不同的也是不同的。5二、二、 岩石的导电机理岩石的导电机理1 1、岩石导电机理、岩石导电机理 电子导电电子导
5、电电子导电电子导电导电类型导电类型 离子导电离子导电离子导电离子导电（在外加电场的情况下）（在外加电场的情况下）地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性岩石岩石固体骨架（固体骨架（Vma）孔隙中的流体（孔隙中的流体（f）6电子导电电子导电 （当金属矿物组成岩石骨架时（当金属矿物组成岩石骨架时）（靠自由电子靠自由电子导电的岩石称为导电的岩石称为电子型导电的岩电子型导电的岩石）石）自由电子自由电子7 岩石具有连通孔隙岩石具有连通孔隙（其中含有地层水）（其中含有地层水）通常情况下沉积岩通常情况下沉积岩通常情况下沉积岩通常情况下沉积岩中不含导电的矿物，中不含导电的矿物，中不含导电的矿物，中
6、不含导电的矿物，大都靠孔隙中的大都靠孔隙中的大都靠孔隙中的大都靠孔隙中的盐盐盐盐类离子类离子类离子类离子导电导电导电导电82 2、粘土中的离子导电机理粘土中的离子导电机理粘土中的离子导电机理粘土中的离子导电机理 孔隙岩石中含有粘土矿物时，孔隙中离子导电情况孔隙岩石中含有粘土矿物时，孔隙中离子导电情况变得更加复杂。变得更加复杂。 由粘土（呈片状颗粒，比表面积大）粘土（呈片状颗粒，比表面积大） （多层铝氧八面体（多层铝氧八面体 由于由于 替换替换 导致导致或硅氧四面体）而成或硅氧四面体）而成 MgMgMgMg+2 +2 +2 +2 Al Al+3 +3 粘土表面粘土表面 为了保持电中性为了保持电中
7、性出现了过剩的负电荷出现了过剩的负电荷 吸附附在粘土表面的吸附附在粘土表面的阳离子阳离子 形成偶电层形成偶电层地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性9粘土粘土补偿阳补偿阳离子离子（CECCECCECCEC）阳离子交换能力）阳离子交换能力）阳离子交换能力）阳离子交换能力：单位体积所含的补偿阳离子量。：单位体积所含的补偿阳离子量。 单位：单位： 毫克当量毫克当量 / 100 / 100克克 库仑力：库仑力：F= F= （q1 q2q1 q2）/ / （4 4 * * r r 2 2 ）（）（ ：介电常数）：介电常数）（因水的因水的 最大，水的最大，水的F FF F平衡平衡），因此，干
8、粘土放在水中，），因此，干粘土放在水中， 因水的因水的F FF R R R 泥质砂岩的泥质砂岩的泥质砂岩的泥质砂岩的R R R R 纯泥岩的纯泥岩的纯泥岩的纯泥岩的R R R R10地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性通常补偿阳离子是通常补偿阳离子是NaNa+ +。同种粘土矿物的同种粘土矿物的CECCEC为一为一常数常数。常见粘土矿物中，常见粘土矿物中，蒙脱石的蒙脱石的CECCEC伊利石伊利石CECCEC高岭高岭石石CECCEC；颗粒越小，；颗粒越小，CECCEC越大越大。CECCEC的大小与的大小与粘土矿物类型粘土矿物类型以及以及颗粒分散度颗粒分散度有关。有关。11地球物理测
9、井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性三、影响岩石电阻率的因素三、影响岩石电阻率的因素: : 火成岩火成岩: : 以以电子导电电子导电为主（岩性致密，不含地层水）为主（岩性致密，不含地层水） 沉积岩：以沉积岩：以离子导电离子导电为主为主( (主要靠孔隙中地层水的主要靠孔隙中地层水的 盐类离子导电盐类离子导电) )12地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性1 1立方米的岩石立方米的岩石, ,骨骨架不导电架不导电, ,孔隙中含孔隙中含有油气水有油气水在该岩石的两端在该岩石的两端加压加压Dv I=Dv I= q / tq / tI I 正比于（正比于（1 /R1 /R）13地球物理
10、测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性岩石岩石电阻电阻率率R R离子数目离子数目离子速度离子速度离子运动路径离子运动路径地层水含盐量地层水含盐量CwCw地层水含量地层水含量CwCw粘土含量粘土含量 、分布、分布孔隙度孔隙度含水饱和度含水饱和度Sw温度温度t盐类盐类油水分布油水分布孔隙结构孔隙结构14地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 粘粘土土含含量量、孔孔隙隙结结构构是是岩岩石石的的岩岩性性因因素素；地地层层水水中中的的盐盐类类、含含量量和和它它的的温温度度是是水水性性因因素素，可可综综合合反反映映地地层层水水电电阻阻率率Rw；孔孔隙隙度度是是物物性性因因素素；含含水水
11、饱饱和和度度和和油油水水分分布布是是含含油油气气性性因因素素。因因此此，岩岩石石电电阻阻率率与与岩岩石石的的岩岩性性、水性、物性和含油气性水性、物性和含油气性有关。有关。15地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性本小节应掌握的内容本小节应掌握的内容：1、岩石导电机理、岩石导电机理2、常见岩石的电阻率及其大小关系、常见岩石的电阻率及其大小关系3、影响岩石电阻率的主要因素、影响岩石电阻率的主要因素16地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性四、地层因素四、地层因素F F与孔隙度与孔隙度的关系的关系假设：假设：1、岩石为纯地层岩石（岩石骨架不含导电矿物和泥质）、岩石为纯地层
12、岩石（岩石骨架不含导电矿物和泥质）2、岩石孔隙中、岩石孔隙中100含地层水含地层水地层因素地层因素 FR0/Rwa/m阿尔奇阿尔奇aa岩性系数岩性系数，0.40.41.51.5，与孔隙结构有关，与孔隙结构有关mm胶结指数胶结指数，1.31.32.52.5，随胶结程度增加而增大，随胶结程度增加而增大一般情况下，一般情况下，a=1,m=2a=1,m=2地层因数地层因数F F只与孔隙度和孔隙结构有关，而与地层水电阻率无关。只与孔隙度和孔隙结构有关，而与地层水电阻率无关。（Archie公式公式1）17地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 ArchieArchie认认 为为 ， 对对 于
13、于 饱饱 含含 矿矿 化化 度度 大大 于于20000mg/L20000mg/L的的地地层层水水的的纯纯砂砂岩岩样样品品，孔孔隙隙中中100%100%含含水水时时的的电电阻阻率率RoRo与与地地层层水水电电阻阻率率RwRw之之比比值值，即即地地层层因因素素FR0/RwR0/Rw为为一一常常数数，且且与与岩岩样样的的孔孔隙隙度度、胶胶结结程程度度和和孔孔隙隙形形状状有有关关，与与地地层层水水电电阻阻率率无无关关。在在以以F F为为纵纵坐坐标标、为为横横坐坐标标的的双双对对数数坐坐标标上上， F- F- 关关系系基基本本为为一一条条直直线线。（P8P8图图1-51-5）18地球物理测井地球物理测井
14、岩石的导电特性岩石的导电特性10203050100孔隙度孔隙度% %12351020地地层层因因素素FF=F=0.6750.675/F=F=/19地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 a a、m m对对解解释释结结果果有有着着非非常常重重要要的的影影响响，而而且且a a与与m m是是互互相相制制约约、密密切切相相关关的的。一一般般说说， a a大大， m m就就小小；a a小小， m m就就大大。由由于于a a与与m m与与岩岩石石性性质质、胶胶结结情情况况、孔孔隙隙结结构构等等有有密密切切关关系系，因因此，应根据本地区的岩性来合理选择此，应根据本地区的岩性来合理选择a a与与
15、m m值。值。20地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性五、电阻增大系数五、电阻增大系数I I与含水饱和度与含水饱和度SwSw的关系的关系 ArchieArchie同同样样用用实实验验发发现现，对对于于同同样样纯纯砂砂岩岩，在在地地层层水水电电阻阻率率和和孔孔隙隙度度一一定定时时，岩岩样样的的含含油油饱饱和和度度So=1-SwSo=1-Sw越越高高，则则岩岩样样的的电电阻阻率率也也越越高高；含含油油饱饱和和度越低，则岩样的电阻率也越低。度越低，则岩样的电阻率也越低。 为为了了消消除除地地层层水水和和孔孔隙隙度度的的影影响响，采采用用电电阻阻增增大大系系数数I，即即含含油油岩岩石石
16、电电阻阻率率Rt与与该该岩岩石石完完全全含含水水时的电阻率时的电阻率R0之比之比I= Rt/ R0。21地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 在在同同样样岩岩石石中中，电电阻阻增增大大系系数数I只只与与岩岩石石含含油油饱饱和和度度So(或或Sw)有有关关，而而与与地地层层水水电电阻阻率率Rw和和岩岩石石孔隙度等因素无关。孔隙度等因素无关。I=Rt/Ro=b/Swn=b/(1-So)n（Archie公式公式2） 在在以以I I为为纵纵坐坐标标、 SwSw为为横横坐坐标标的的双双对对数数坐坐标标上上， I I- -SwSw关系基本为一条直线。（关系基本为一条直线。（P11P11图图
17、1-71-7）b-b-与岩性有关的系数，常取与岩性有关的系数，常取1 1 n-n-饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取2 222地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性10203050100含水饱和度含水饱和度% %12351020电电阻阻增增大大系系数数II=I=0.750.75/Sw/Sw2 2I=I=/Sw/Sw97977023地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性已知：一岩层的孔隙度为已知：一岩层的孔隙度为10%10%，RW =0.2RW =0.2欧姆米欧姆米, ,电阻率电阻率为为8080欧姆米欧姆米
18、, ,求该岩层的含水饱和度及含油饱和度求该岩层的含水饱和度及含油饱和度, ,并并判断该岩层的流体性质。（判断该岩层的流体性质。（a=b=1, m=n=2）例题：例题：24地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性六、六、 Archie Archie公式及其应用公式及其应用FR0/Rwa/a/mI=Rt/Ro=Rt/FR0=b/Swn=b/(1-So)naa与岩性有关的岩性系数，与岩性有关的岩性系数，0.40.41.51.5，与孔隙结构有关，与孔隙结构有关mm胶结指数，胶结指数，1.31.32.52.5，随胶结程度增加而增大，一般情况下，随胶结程度增加而增大，一般情况下，a=1,m=2
19、a=1,m=2b-b-与岩性有关的系数，常取与岩性有关的系数，常取1 1n-n-饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关，常取2 2岩石有效孔隙度，小数岩石有效孔隙度，小数R0100%R0100%饱含地层水的岩石电阻率，饱含地层水的岩石电阻率，mmRw地层水电阻率地层水电阻率，mm25RtRt岩石真电阻率，岩石真电阻率，mmSw-Sw-岩石含水饱和度，小数岩石含水饱和度，小数Sh(So)-Sh(So)-岩石含油气饱和度，小数岩石含油气饱和度，小数F-F-地层因素，它是地层因素，它是100%100%饱含地层水的岩石电阻率饱含地层水的岩石电阻率R0
20、与所含地层水与所含地层水电阻率电阻率Rw的比值，其大小主要取决于地层孔隙度，且与岩石性质、的比值，其大小主要取决于地层孔隙度，且与岩石性质、胶结情况和孔隙结构等有关，但与地层水电阻率胶结情况和孔隙结构等有关，但与地层水电阻率Rw无关无关I-I-电阻增大系数，它是含油气岩石真电阻率电阻增大系数，它是含油气岩石真电阻率Rt与该岩石与该岩石100%100%饱含饱含地层水时的电阻率地层水时的电阻率R0的比值，其大小基本决定于的比值，其大小基本决定于Sw（Sh） ，但与，但与地层的孔隙度和地层水电阻率无关地层的孔隙度和地层水电阻率无关 Archie Archie公式可用于绝大多数常见储集层公式可用于绝大
21、多数常见储集层地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性26地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 在目前常用的测井解释关系式中，只有在目前常用的测井解释关系式中，只有ArchieArchie公式最公式最具有综合性质，它是连接具有综合性质，它是连接孔隙度测井孔隙度测井和和电阻率测井电阻率测井的桥梁，的桥梁，因而成为测井资料综合定量解释得最基本的关系式。实际因而成为测井资料综合定量解释得最基本的关系式。实际应用时，一般：应用时，一般：先用孔隙度测井资料计算地层孔隙度先用孔隙度测井资料计算地层孔隙度，用，用ArchieArchie公式公式计算地层因素计算地层因素F F；根据
22、地层真电阻率根据地层真电阻率Rt和地层水电阻率和地层水电阻率RwRw，由，由ArchieArchie公式公式计算地层含水饱和度计算地层含水饱和度Sw或含油气饱和度或含油气饱和度Sh 。27利用利用ArchieArchie公式求地层水电阻率公式求地层水电阻率FR0/Rwa/a/mI=Rt/Ro=b/SwnRwR R0 0m m/a/aRo=RtSwn/bR Rw wR Rt tS Sw wn nm m/ab/ab地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 在在解解释释井井段段内内选选出出岩岩性性均均匀匀、含含泥泥质质少少、较较厚厚的的标标准准水水层层，采采用用深深探探测测电电阻阻率率和
23、和孔孔隙隙度度测测井井资资料料，既既可可用用上上式计算出地层水电阻率式计算出地层水电阻率RwRw。28地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性七、地层水电阻率与化学成分、浓度及温度的关系七、地层水电阻率与化学成分、浓度及温度的关系 如如前前所所述述，沉沉积积岩岩的的导导电电能能力力主主要要取取决决于于岩岩石石孔孔隙隙中中地地层层水水的的导导电电能能力力，并并且且岩岩石石的的电电阻阻率率与与所所含含地地层层水水的的电电阻阻率率成成正正比比，要要计计算算含含油油气气岩岩石石的的含含油气饱和度，就必须知道地层水电阻率油气饱和度，就必须知道地层水电阻率RwRw。 地层水电阻率地层水电阻率R
24、wRw是计算地层含水饱和度是计算地层含水饱和度SwSw或含或含油气饱和度油气饱和度ShSh的极为重要的参数。的极为重要的参数。RwRw取决于地层水取决于地层水含盐成分、矿化度和温度。随着地层水矿化度和温含盐成分、矿化度和温度。随着地层水矿化度和温度的增加，度的增加，RwRw降低。降低。29地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性地层水电阻率地层水电阻率Rw的确定方法：的确定方法：1、用水分析资料确定用水分析资料确定Rw用本井或邻井相同层位用本井或邻井相同层位的水分析资料确定地层水电阻率是目前确定的水分析资料确定地层水电阻率是目前确定Rw最有效最有效的方法。的方法。2、用自然电位计算
25、用自然电位计算适用于地层水中主要含适用于地层水中主要含NaCl何从何从SP曲线能得到好的静自然电位值。曲线能得到好的静自然电位值。3、利用利用Archie公式以及相应的交会图确定公式以及相应的交会图确定Rw4、由地区统计规律确定由地区统计规律确定Rw30地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性1、地层水电阻率与化学成分间的关系地层水电阻率与化学成分间的关系方方法法：一一般般以以18C18C时时的的NaClNaCl溶溶液液为为标标准准（即即取取NaNa+ +、ClCl- -离离子子的的加加权权系系数数为为1 1），确确定定出出其其它它各各种种溶溶液液与与NaClNaCl溶溶液液具具有
26、有相相同同电电导导率率时时各各种种离离子子的的等等效效系系数数K Ki i，然然后后按按下下式式计计算算出出等等效效NaClNaCl总总矿矿化化度度PwePwe： 31地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性不同化学成分的溶液，其中盐类的电离度、离子价和离子移不同化学成分的溶液，其中盐类的电离度、离子价和离子移动速度是不同的。因此，在相同浓度和温度的情况下，地层动速度是不同的。因此，在相同浓度和温度的情况下，地层水的电阻率也是不同的。水的电阻率也是不同的。32地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性2、地层水电阻率与溶液浓度和温度的关系地层水电阻率与溶液浓度和温度的关系
27、 如如果果溶溶液液的的浓浓度度增增加加，溶溶液液中中的的离离子子数数就就增增多多，溶溶液液的的导导电电能能力力增增强强，电电阻阻率率降降低低。如如果果温温度度升升高高，一一方方面面使使溶溶液液中中盐盐类类的的溶溶解解度度（电电离离度度）增增加加，离离子子数数目目增增多多，一一方方面面温温度度增增加加使使溶溶液液粘粘度度降降低低，离离子迁移率增大，结果使溶液电阻率降低。子迁移率增大，结果使溶液电阻率降低。NaClNaCl溶液电阻率与浓度和温度之间的定量关系图版溶液电阻率与浓度和温度之间的定量关系图版 如图如图1-91-933地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性八、不同岩性岩层的电
28、阻率八、不同岩性岩层的电阻率1 1、砂泥岩地层砂泥岩地层：R R砂砂RR泥质砂岩泥质砂岩RR泥岩泥岩2 2、碳酸岩盐地层碳酸岩盐地层：孔隙性的灰岩与砂岩类似孔隙性的灰岩与砂岩类似, ,含次生孔含次生孔 隙的岩石隙的岩石R R与孔隙的结构、孔隙明显与孔隙的结构、孔隙明显 有关外，还与含油气、泥质含量和地有关外，还与含油气、泥质含量和地 层水的电阻率都有关。层水的电阻率都有关。3 3、膏盐地层膏盐地层：因为很致密，通常无孔隙存在，所以它的因为很致密，通常无孔隙存在，所以它的 R R很高。很高。34地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性本小节应掌握的内容本小节应掌握的内容：1、 Archie 公式公式（ ）2 2、地层水电阻率的确定、地层水电阻率的确定3 3、等效矿化度的计算及相关图版的使用、等效矿化度的计算及相关图版的使用35
