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1、第第 1 章章 电法法测井井（Electrical Logging）第第1节 普通普通电阻率阻率测井井第第2节 自然自然电位位测井井第第3节 侧向向测井井第第4节 感感应测井井（北京）（北京）本科生课程本科生课程地球物理测井方法地球物理测井方法CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM测量井剖面地层（岩石）的测量井剖面地层（岩石）的电阻率电阻率最早使用、现在仍在部分使用的常规测井方法最早使用、现在仍在部分使用的常规测井方法资料应用：资料应用：区分岩性、区分岩性、地层对比地层对比和和划分油气水层等划分油气水层等第第1節節 普通電阻率測井普通電阻率測井GaoJ-1-12l影响岩石电
2、阻率的因素影响岩石电阻率的因素l普通电阻率测井原理普通电阻率测井原理l梯度电极系和电位电极系测井梯度电极系和电位电极系测井l微微电极极测井井岩石电阻率岩石电阻率 R(.m)岩岩石石电阻阻率率：表表示示岩岩石石导电能能力力的的物物理理量量，数数值上上相相当当于于截截面面积为1m2，长度度为1m的的单位位体体积岩岩样的的电阻阻值，单位位为欧姆欧姆.米米 ( .m) l岩石电阻率与岩石电阻率与岩性、孔隙性、含油性、岩性、孔隙性、含油性、地层水地层水性质有关性质有关l岩石电阻率的大小只与岩石电阻率的大小只与岩岩石本身的性质石本身的性质有关，与它的有关，与它的几何形状及尺寸无关几何形状及尺寸无关 P =
3、 R L/SG. S. Ohm(17871854)GaoJ-1-13常见常见岩石岩石、矿物矿物电阻率电阻率岩石名称岩石名称电阻率阻率( (.m).m)矿物名称物名称电阻率阻率( (.m).m)粘粘土土12 102石石英英1012 1014泥泥岩岩560白云母白云母4 1011页岩岩10 100长石石4 1011疏松砂岩疏松砂岩2 50石石 油油109 1016泥泥质页岩岩5 103方解石方解石5 108 5 1012致密砂岩致密砂岩20 103硬石膏硬石膏104 106含油砂石含油砂石2 103无水石膏无水石膏109贝壳石灰岩壳石灰岩20 200石石墨墨10-5 3 10-4泥灰岩泥灰岩5 5
4、00磁磁铁矿10-4 6 10-3石灰岩石灰岩60 6000黄黄铁矿10-4白云岩白云岩50 6000黄黄铜矿10-3玄武岩玄武岩600 105花花岗岩岩600 105GaoJ-1-141. 岩石电阻率与岩石电阻率与岩性岩性的关系的关系导电类型导电类型离子导电：离子导电：电子导电：电子导电：孔隙水孔隙水中的盐离子导电中的盐离子导电矿物本身的矿物本身的自由电子导电自由电子导电沉积岩沉积岩(砂岩、砾岩、砂岩、砾岩、泥岩泥岩等），导电等），导电能力强，电阻率低，取决于孔隙度、能力强，电阻率低，取决于孔隙度、地层水电阻率、含油饱和度等。地层水电阻率、含油饱和度等。火成岩，少量的自由电子，电阻率高火成岩
5、，少量的自由电子，电阻率高金属矿物自由电子多、导电能力强、电阻率低金属矿物自由电子多、导电能力强、电阻率低泥岩的导电能力强，粘土矿物表面有离子双电层泥岩的导电能力强，粘土矿物表面有离子双电层GaoJ-1-152. (含水纯含水纯)岩石电阻率岩石电阻率(R0)与与孔隙度孔隙度的关系的关系100%含水含水纯纯砂岩结构砂岩结构GaoJ-1-16R0 孔隙中充孔隙中充满100%地地层水水时的的岩石岩石电阻率阻率Rw 孔隙中所含孔隙中所含地地层水的水的电阻率阻率F地地层因素因素 （Formation Resistivity Factor）对一一块岩岩样GaoJ-1-17对同一岩性的对同一岩性的n块岩样，
6、测块岩样，测F和和GaoJ-1-18a 岩性系数岩性系数，不同，不同岩性岩性有不同的数有不同的数值（0.61.5）m 胶胶结指数指数(cementation exponent)，与岩石，与岩石胶胶结情况和孔隙情况和孔隙结构有关（构有关（1.53.0），），2 岩石孔隙度岩石孔隙度 GaoJ-1-193. (含含油气油气纯)岩石岩石电阻率阻率(Rt)与与饱和度和度的关系的关系RtR0GaoJ-1-110Rt 含油气岩石含油气岩石电阻率阻率R0 该岩石完全含水岩石完全含水时的的电阻率阻率先先测量岩量岩样的的R0 ，改，改变岩岩样的含水的含水饱和度和度（Sw)，再，再测出岩出岩样的的电阻率阻率Rt。
7、I 电阻增大系数阻增大系数（电阻率指数阻率指数）( Formation Resistivity Index)GaoJ-1-111b 岩性系数岩性系数，常取，常取b=1.0n 饱和度指数和度指数 (saturation exponent)（1.04.3）（）（1.52.2居多，居多，2）Sw 含水含水饱和度和度GaoJ-1-112Archie公式公式GaoJ-1-113G.E. Archie(19071978)Archie公式建立的实验基础公式建立的实验基础含水饱和度与电阻率指数关系含水饱和度与电阻率指数关系（据（据Archie，1942）地地层因素与孔隙度关系因素与孔隙度关系（据（据Archi
8、e，1942）144. 岩石岩石电阻率与阻率与地地层水性水性质的关系的关系 (含盐类型、浓度（矿化度）、温度含盐类型、浓度（矿化度）、温度)地地层水水电阻率阻率Rwppm=mg/LGaoJ-1-115地地层水性水性质16地地层水水电阻率与水中的阻率与水中的盐类型的关系型的关系 溶液溶液浓度度（g/L）18时的溶液的溶液电阻率（阻率（.m）NaClKClMgCl20.010.101.0053654.65.7557358.26.1143145.04.99GaoJ-1-117不同离子的换算系数图版不同离子的换算系数图版 GaoJ-1-118例题例题 某地层水水样分析结果为：某地层水水样分析结果为：C
9、a2+ : 460ppm；SO42 : 1400ppm；Na+Cl : 19000ppm求该水样等效求该水样等效NaCl的矿化度的矿化度1）求水样的总矿化度：）求水样的总矿化度：总矿化度总矿化度=460+1400+19000=20860ppm2）求换算系数：）求换算系数：Ca2+ : 0.81, SO42 : 0.453）求等效）求等效NaCl溶液矿化度：溶液矿化度：4600.81+14000.45+19000=20000ppm GaoJ-1-119一、岩样电阻率测量原理一、岩样电阻率测量原理1 普通普通电阻率阻率测井原理井原理A、B供供电电极极 M、N测量量电极极 测电压UMN，电流流I K
10、比例系数，比例系数，S/L(形状因子）形状因子） GaoJ-1-120从从实验室室测量得到的启示量得到的启示(1) 要要测量量电阻率，必阻率，必须供供电，即提供，即提供人工人工电场(2) 确定确定电场参数与参数与电阻率阻率之之间的关系的关系（研究（研究电场分布分布规律）律）(3) 测量量电场参数参数，根据，根据电场参数与参数与电阻率的关阻率的关系，得到介系，得到介质的的电阻率阻率GaoJ-1-121二、普通电阻率测井原理二、普通电阻率测井原理供供电电极：极：A、B 测量量电极：极：M、N 有一个固定在地面，其有一个固定在地面，其余三个在井下（余三个在井下（电极系电极系）GaoJ-1-122“成
11、对电极成对电极”“单电极极”欧姆定律的欧姆定律的微分形式微分形式 欧姆定律的微分形式推导欧姆定律的微分形式推导GaoJ-1-1231. 均匀均匀各向各向同性无同性无穷介介质中中R与与U、I的关系的关系 设采用采用A M N电极系（极系（B在地面），因在地面），因为电极极的尺寸比的尺寸比电极之极之间的距离小得多，将其的距离小得多，将其近似近似为点点电极极。电流密度：电流密度： 电场强度：电场强度： 电位：电位： 由于由于 GaoJ-1-124当当r ，U 0 时，c =0，所以：所以：对上式积分得：对上式积分得： 直流电阻率测井的基本原理公式！直流电阻率测井的基本原理公式！常数GaoJ-1-12
12、5测量量电极极M、N的的电位：位： 电位差：电位差： GaoJ-1-126由此得均匀各向同性介质电阻率由此得均匀各向同性介质电阻率：当保持当保持I不不变，UMN随介随介质电阻率而阻率而变化化 或保持或保持UMN不不变，I 随介随介质电阻率而阻率而变化化 GaoJ-1-127电极系系数电极系系数2. 电位叠加原理位叠加原理介质内存在若干个点电源时，某一点的电位介质内存在若干个点电源时，某一点的电位是所有电源单独存在时的是所有电源单独存在时的代数和代数和。对A B M 电极系：极系：N为电势0点，点，则MABI-IGaoJ-1-1283. 电极系互极系互换原理原理如果一个如果一个电极系的极系的结构
13、和尺寸不构和尺寸不变，由，由单极极供供电A M N变成成双极双极供供电M A B，且，且I不不变，则在同一在同一剖面上，剖面上，测得的得的电位差相同，位差相同，电极系系数相同。极系系数相同。GaoJ-1-129MAIABIMN- I4. 非均匀介非均匀介质中中电阻率的阻率的测量（量（视电阻率）阻率）全非均匀介质：全非均匀介质： 泥饼泥饼(Rmc)泥泥浆(Rm)侵入侵入带(Rxo) 原状地原状地层（Rt） 围岩岩(Rs)GaoJ-1-130 围岩岩(Rs) 非均匀介质分布井眼流体井眼流体泥饼泥饼冲洗带冲洗带过渡带过渡带围岩围岩原状地层原状地层侵入带侵入带GaoJ-1-131视电阻率阻率Ra ：将
14、将电极系在极系在实际井眼和地井眼和地层条件下条件下测量的量的电位差位差 UMN、电流流I，按，按 计算的算的电阻阻率，称率，称为视电阻率阻率Ra 。普通。普通电阻率阻率测井按上式井按上式刻度刻度测量量得到的曲得到的曲线称称为视电阻率阻率曲曲线。说明：明：1) 只要只要电极系电极系选择合适，选择合适，Ra 可以反映可以反映 Rt 的变化的变化2) 只有在均匀介质中，只有在均匀介质中，Ra = Rt3) Ra曲线特征曲线特征(大小和形态大小和形态)与井眼、地层、与井眼、地层、电极电极系结构系结构有关有关Ra: apparent ResistivityGaoJ-1-1322 梯度梯度电极系和电极系和
15、电位电位电极系测井电极系测井一、电极系分类和基本参数一、电极系分类和基本参数GaoJ-1-133按按成成对对电电极极与与单单电电极极之之间间的的距距离离和和相相对对位位置置不不同同分分类和命名类和命名。注注意意：从从上上到到下下书书写写电电极极符号和电极之间的距离！符号和电极之间的距离！电位电极系电位电极系梯度电极系梯度电极系（1）定）定义：单电极极到到靠近它的靠近它的成成对电极极间的的距离距离远大于成大于成对电极极间的距离的距离时，称，称为梯度梯度电极系。极系。1. 梯度梯度电极系极系（2）根据成）根据成对电极与极与单电极的极的相相对位置位置分：分：底部梯度：成底部梯度：成对电极在下方极在下
16、方顶部梯度：成部梯度：成对电极在上方极在上方（3）描述）描述电极系参数极系参数 深度深度记录点（点（O）：成：成对电极的中点极的中点 电极距（极距（L）：单电极到深度极到深度记录点的距离点的距离 探探测半径：半径：以以单电极极为球心，球体内包括的介球心，球体内包括的介质对测量量结果果贡献达到献达到50%时，对应的球半径。的球半径。探探测半径半径 r 1.4 L（4）理想梯度）理想梯度电极系：极系：GaoJ-1-1342. 电位电极系电位电极系（1）定）定义：单电极极到靠近它的到靠近它的成成对电极极之之间的距离小于成的距离小于成对电极之极之间的的距离。距离。（2）参数）参数 深度记录点深度记录点
17、（O O）：单电极到相）：单电极到相邻的成对电极的中点。邻的成对电极的中点。 电极距电极距（L L）：单电极到与它相）：单电极到与它相邻的成对电极间的距离邻的成对电极间的距离 探测半径探测半径：我国常用，我国常用，L=0.5m。常称。常称为0.5m电位位。（3）理想）理想电位位电极系极系GaoJ-1-135电位电极系电位电极系电极系分类表电极系分类表GaoJ-1-136二、梯度电极系视电阻率曲线二、梯度电极系视电阻率曲线1. 理想理想梯度梯度电极系极系视电阻率阻率理理论曲曲线h = 10Rt = 5mRs = 1m ，d = 0条件：理想梯度电极系，条件：理想梯度电极系，无井眼存在，地层看成无
18、井眼存在，地层看成纵向阶跃介质，用纵向阶跃介质，用镜像镜像法原理法原理计算得到视电阻计算得到视电阻率曲线。率曲线。GaoJ-1-137镜像法原理：镜像法原理： 电阻率阻率为R1和和R2的均匀各向同性介的均匀各向同性介质，由水，由水平面分开，在平面分开，在R1中放入中放入电极极A(I)电场边界条件：界面上电位连续，界面上电流电场边界条件：界面上电位连续，界面上电流密度法向分量连续密度法向分量连续GaoJ-1-138GaoJ-1-139GaoJ-1-1402. 理想梯度电极系理想梯度电极系视电阻率视电阻率理论曲线理论曲线定性定性分析分析（1）视电阻率公式阻率公式简化化MANoL底部梯度电极系Gao
19、J-1-141“梯度电极系名称的由来！”令：令： Joj均匀介均匀介质中中记录点点处的的电流密度流密度 Jo记录点点处的的真真实电流密度流密度Ro 记录点点处的介的介质真真电阻率阻率 GaoJ-1-142（2）Ra曲曲线分析（定性、分析（定性、提升提升分析）分析）GaoJ-1-143a a 曲线不对称曲线不对称（3）曲）曲线特征特征高阻层高阻层底界面底界面出现出现极大值极大值高阻层顶界面出现高阻层顶界面出现极小值极小值高阻层高阻层顶界面顶界面出现出现极大值极大值高阻层底界面出现高阻层底界面出现极小值极小值底底部梯度部梯度顶顶部梯度部梯度确确定定地地层层界界面面GaoJ-1-144b 高阻高阻层
20、内有内有厚度厚度为L的低阻区的低阻区顶部在底界面上顶部在底界面上底部在顶界面下底部在顶界面下c 高阻高阻层Ra的代表的代表值平均平均值*h/L5:h/L5:极大极大值（3）曲线特征）曲线特征GaoJ-1-145三、电位电极系视电阻率理论曲线三、电位电极系视电阻率理论曲线1 . 理想理想电位位电极系极系视电阻率公式阻率公式简化化GaoJ-1-146“电位电极系名称的由来！”MANoL正装电位电极系h1=8L h2=2L h3=0.2L (1)对称于地称于地层中点，中点， Ra的极的极值在地在地层中部中部(2)地地层界面界面在曲在曲线上上没有没有明明显的特征的特征(3)代表代表值是是Ramax(4
21、)hRt Ra RxoRt Ra 1Rm0.1Rt；2Rm0.01Rt （R1=R3=Rm；R2=10Rm；d井径）井径）井、电极系、围岩层厚、泥浆侵入井、电极系、围岩层厚、泥浆侵入等等GaoJ-1-149高阻邻层可使目的层的视电阻率上升或者下降，称高阻邻层的屏蔽影响；前者称为增阻屏蔽，后者称为减阻屏蔽。a. 单电极在高阻邻层之下， O点电流增大，使视电阻率增高，增阻屏蔽；b. 单电极在高阻邻层之上，O点电流减少，使视电阻率减小，减阻屏蔽。（5）高阻邻层的屏蔽影响）高阻邻层的屏蔽影响GaoJ-1-150GaoJ-1-151视电阻率模拟曲线实测视电阻率曲线由由于于实实际际电电阻阻率率测测井井时时
22、遇遇到到的的地地层层为为非非均均匀匀介介质质，井井的的影影响响不不能能忽忽略略，使使用用的的电电极极系系不不满满足足理理想想条条件件，与与计计算算理理论论曲曲线线的的假假设设条条件件不不同同，因因此此，实实测测的的视视电电阻阻率率曲曲线线与与理理论论曲曲线线只只是是基基本本特特点点相相同同，实实测测曲曲线线比比较平滑。较平滑。 实测视电阻率曲线的一般特征GaoJ-1-1521. .划分岩性剖面划分岩性剖面用视电阻率曲线特征点划分目的层的界面时，可以采用顶部和底部梯度电极系所测两条曲线的极大值所在深度分别确定高阻层的顶、底界面。即:式中， 高阻层顶界面深度； 顶部梯度电极系曲线上视电阻率极大值深
23、度； 高阻层底界面深度； 底部梯度电极系曲线上视电阻率极大值深度。高阻层的地层厚度高阻层的地层厚度：GaoJ-1-153五、视电阻率曲线的应用五、视电阻率曲线的应用3. 求地求地层含油含油饱和度和度横向测井曲线实例横向测井曲线实例2. 求取岩求取岩层的真的真电阻率阻率Ra = f (Rt,Rm,Ri,Rs,d,h,L)GaoJ-1-154Rt/Rm3 微微电极极测井井Rmc=(1 3)Rm， hmc=0.52.5cm Rxo=(35)Rmc，hxo=1050cm 渗透层有侵入渗透层有侵入非渗透层没有侵入非渗透层没有侵入: :没有泥饼和冲洗带没有泥饼和冲洗带 区别区别区分渗透层和非渗透层区分渗透
24、层和非渗透层1. 方法的提出方法的提出划分储层中的非渗透薄夹层划分储层中的非渗透薄夹层要解决的问题要解决的问题GaoJ-1-155用两个用两个L不同、且不同、且L很小很小的的电极系极系一个反映一个反映Rmc，一个反映一个反映Rxo 选选 A 0.025 M1 0.025 M2A0.025M10.025M2 (微梯度微梯度电极系电极系,探探测半径测半径=1.4L=5.25cm,反映反映Rmc )A0.05M2(微电位微电位电极系电极系,探测半径探测半径=2L=10cm,反映反映Rxo)构成：构成：解决办法：解决办法：GaoJ-1-1562. 测量原理测量原理（2）视电阻率：阻率： U= = UM
25、1M2 UM2 K电极系系数，需用极系系数，需用实验的方法得到的方法得到（1）电极系极系贴井壁井壁测量量GaoJ-1-157（3） 微电极测井曲线微电极测井曲线曲线：以相同的基线、相同的横向比例尺重叠绘制曲线：以相同的基线、相同的横向比例尺重叠绘制（视电阻率曲线）（视电阻率曲线）GaoJ-1-1583. 主要用途主要用途（1）划分岩性和）划分岩性和储集集层(曲曲线不重合不重合)储层储层泥岩泥岩（2）确定岩）确定岩层界面：界面：分歧点分歧点GaoJ-1-159（3）扣除）扣除夹层（非渗透（非渗透层）致密夹层致密夹层泥质夹层泥质夹层思考：思考：正差异？正差异？负差异？负差异？GaoJ-1-160G
26、aoJ-1-161克拉玛依油田发现井克拉玛依油田发现井 克克1井井(1955.10)横向测井技术在我国老油田的发现中起到了重要作用横向测井技术在我国老油田的发现中起到了重要作用GaoJ-1-162大庆油田发现井大庆油田发现井 松基松基3井井(1959.9)横向测井技术在我国老油田的发现中起到了重要作用！横向测井技术在我国老油田的发现中起到了重要作用！胜利胜坨油田发现井胜利胜坨油田发现井 胜坨胜坨1井井(1964.9)GaoJ-1-163玉门老君庙油田玉门老君庙油田I-25井电测井曲线井电测井曲线（1948年）年）64GaoJ-1-1本节作业本节作业 (A)1. 简述述电极系互极系互换原理的内容
27、并原理的内容并证明明 2. 定性分析理想定性分析理想顶部梯度部梯度电极系极系的理的理论曲曲线3. 已已知知I、III为层厚厚和和电阻阻率率完完全全相相同同的的地地层，II为低阻低阻夹层，且，且h=2m，分，分别采用采用N 0.5 M 2.25 AA 2.25 M 0.5 NA 0.95 M 0.1 N三三种种电极极系系进行行测量量，画画出出Ra曲曲线示示意意图，并并解解释原因。原因。 GaoJ-1-165本节作业本节作业 (B)4. 根据根据Archie公式回答：油层的电阻率有统一的标准吗？为什么？公式回答：油层的电阻率有统一的标准吗？为什么？5. 有有一一上上部部含含油油下下部部含含水水的的
28、厚厚砂砂岩岩储储层层，由由孔孔隙隙度度测测井井资资料料证证实实各各部部分分的的孔孔隙隙度度是是相相同同的的；由由电电阻阻率率测测井井资资料料得得知知，上上部部含含油油岩岩石石电电阻阻率率Rt=50 .m，下下部部含含水水岩岩石石电电阻阻率率Rt=0.5 .m，并并且且已已知知地地层层水水电电阻阻率率Rw=0.02 .m，a=0.81、b=1、m=n=2。求求该该砂砂岩岩储储层层的的孔孔隙度隙度 =？上部含油层的含油饱和度？上部含油层的含油饱和度So=？6. 某某油油田田有有一一弱弱胶胶结结砂砂岩岩含含水水层层(地地层层温温度度700C)，由由电电法法测测井井资资料料得得知知Rt=6.8 .m，由由孔孔隙隙度度测测井井得得知知该该层层的的孔孔隙隙度度 =24，求求该该水水层层内内所所含含地地层层水水Rw及及矿矿化化度度（取取a=0.7，m=1.9）；若若该该水水层层上上方方附附近近有有一一个个岩岩性性相相同同的的油油层层，油油层层的的Rt=30 .m， =30，求求该该油油层层的含油饱和度的含油饱和度So（取（取n=2，b=1）。）。GaoJ-1-166
