岩石电阻率及其影响因素

岩石电阻率及其影响因素Therockresistivityandinfluencefactors岩石电阻率及其影响因素本节学习内容1.1岩石电阻率概念1.2岩石电阻率影响因素各种岩石在外加电场作用下其导电能力各不相同，导电能力的强弱可用物理量—电阻率表示。SLRrLSrR1.岩石电阻率概念岩石电阻率及其影响因素由普通物理可知，用均匀材料制成的规则形状的导体，其电阻r与导体截面积S成反比，与导体的长度成正比，表达式为：岩石电阻率只与导体的材料性质有关，而与导体的几何形状无关，单位Ω.m，在数值上相当于截面积为1m2，长度单位为1m的单位体积岩石的电阻值。IUrMNMNSlRIUMNIUKIUlSRMNMN岩样电阻率测量原理图1.岩石电阻率概念在实验室内常用“四极法”测定岩石的电阻率。对于一个给定的圆柱状岩样，若长度L和横截面积S已知，只要能测出其电阻r，则可由上式计算出电阻率R。岩石电阻率及其影响因素本节学习内容1.岩石电阻率概念2.岩石电阻率影响因素自然界的岩、矿石，根据它们的导电性质，可分为电子导电性和离子导电性两大类。2.岩石电阻率影响因素电子导电性是组成岩、矿石的基本物质颗粒中的自由电子在电场作用下所作的定向运动，例如大部分的金属矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿以及石墨等，这类岩矿石的电阻率一般比较低；离子导电性的岩石，则主要靠岩石孔隙中水溶液的离子导电，如砂岩、碳酸盐岩孔隙中的流体等。在石油勘探中，我们的主要研究对象—沉积岩就属于离子导电性的岩石。①岩矿石的岩性；②岩石孔隙中地层水性质；③岩石的孔隙度以及孔隙结构；④孔隙中流体性质及其含量，即孔隙中的含水饱和度;⑤岩石中泥质成分(泥质含量影响岩石的导电性)。岩石电阻率的主要影响因素有：可分为5大影响因素2.岩石电阻率影响因素(1)岩石电阻率与岩性的关系表1-1-1常见岩石、矿物的电阻率岩石名称电阻率(Ω·m)矿物名称电阻率(Ω·m)粘土1～10石英1012～1010泥岩5～60白云母4×1011页岩10～102长石4×1011泥质页岩5～103方解石5×103～5×1012疏松砂岩2～50硬石膏104～106致密砂岩20～103无水石膏109含油砂岩2～103岩盐104～106贝壳石灰岩20～2×102石墨10-6～3×10-4泥灰岩5～5×102磁铁矿10-4～6×10-3石灰岩60～6×103黄铁矿10-4白云岩50～6×103黄铜矿10-3玄武岩6×102～105石油109～1016花岗岩6×102～105无烟煤10-3～101常见岩性的电阻率特征值得重视!2.岩石电阻率影响因素金属矿物的电阻率极低，造岩矿物及石油的电阻率极高；火成岩电阻率高，而沉积岩电阻率较低，原因：岩性及导电机理决定。石油测井的主要探测对象是沉积岩。不同沉积岩之间以及同种岩石电阻率的差异变化，是由多种因素影响造成的,其中主要的因素是：岩石孔隙度的大小、孔隙结构、孔隙中所含流体电阻率，以及岩石所处温度等。岩石是由矿物和孔隙中流体以及胶结物组成，沉积岩的主要造岩矿物电阻率都在106欧姆·米以上，因此，大多数沉积岩，当其不含导电流体时，由造岩矿物组成的岩石骨架几乎是不导电的。许多沉积岩之所以能导电，则是因为它们在地下不同程度的具有一定的孔隙，在其中充填了一定数量的盐水溶液造成的。这些存在于岩石中的盐溶液，由于盐类离解形成了正离子(如Na+，Ca2+和Mg2+等)和负离子(如C1-，SO2-等)，离子在电场作用下发生运动，就构成了沉积岩中电流流动的媒介物。于是，电流通过孔隙水流过岩石，岩石因此具有了一定的导电性。(1)岩石电阻率与岩性的关系2.岩石电阻率影响因素组成沉积岩石的固体颗粒部分称为岩石骨架，这部分导电能力很差，几乎不导电，因此沉积岩石的导电能力主要取决于地层水的电阻率。地层水电阻率与地层水性质有密切关系。主要包括三个方面：①地层水电阻率Rw与地层水所含盐类化学成分的关系;②地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系;③地层水电阻率Rw与温度的关系。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系下面详细讲解2.岩石电阻率影响因素①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系在温度、浓度相同条件下，溶液内所含盐类不同，其电阻率也不同。地层水中常含有NaCl、KCl、CaCO3、Na2SO4、MgSO4等盐分，且各种成分含量不同。求取地层水电阻率Rw可按下列方式进行：A、当地层水内只含有NaCl，或除NaCl外只含有微量的非NaCl盐类，则可将地层水视为NaCl溶液，用“NaCl溶液电阻率与其浓度、温度的关系图版”求出地层水电阻率。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系2.岩石电阻率影响因素NaCl溶液电阻率与其浓度、温度的关系图版(2)岩石电阻率与地层水性质的关系①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系B、当地层水中所含的非NaCl盐类的含量不可忽略时，应当先用“不同离子的换算系数”图版（下页）求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数，然后分别乘上各离子的矿化度，算出各离子上述乘积的总和，即是该地层水的等效NaCl溶液矿化度。此时将含非NaCl盐类的地层水看做是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶液矿化度在图版求出该地层水电阻率。这种情况下关键是首先使用“不同离子的换算系数图版”确定非NaCl离子的换算系数。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系(2)岩石电阻率与地层水性质的关系①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系不同离子的换算系图版例1某地层水样分析结果为：Ca2+460ppm，SO42-1400ppm，Na++Cl-19000ppm。求该水样的电阻率。解：首先确定水样的总矿化度，然后求取地层水电阻率。[Ⅰ]求水样的总矿化度总矿化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm[Ⅱ]求离子换算系数(图版)在图版横坐标轴上找到水样总矿化度20860ppm点，过该点作一条平行于纵轴的直线与曲线相交，在Ca2+离子曲线交点处读出其纵坐标值0.81就是Ca2+的换算系数，同样在SO42-离子曲线交点处读出换算系数为0.45。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系[Ⅲ]求等效氯化钠溶液矿化度各种离子的矿化度与它的换算系数乘积之和就是该水样的等效氯化钠溶液矿化度。等效氯化钠溶液矿化度：460×0.81+1400×0.45+19000=20000ppm[Ⅳ]求地层水电阻率若地层水的温度已知，即可在NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”中找出标有20000ppm的斜线与已知温度的交点，交点的横坐标读数就是所求地层水电阻率Rw。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系一般将地层水视为NaCl溶液，随着溶液的矿化度增高，溶液内离子数目增加，其导电能力加强，因此电阻率变低。溶液的矿化度与其电阻率之间的关系可以由“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版”看出。在同一温度下……(2)岩石电阻率与地层水性质的关系②地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系地层水电阻率与温度的关系也非常密切，一般地层水温度越高，其电阻率越低，反之亦然。这是因为随温度升高溶液中的离子迁移速度随之加大，在外加电场的作用下溶液的导电能力加强，溶液电阻率变低。地层水的温度决定于地层的埋藏深度。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系③地层水电阻率Rw与温度的关系通常测井时，在井口测量泥浆的电阻率和温度，在需要知道地层温度下泥浆电阻率Rmt时，则可以利用本图版求出Rmt。另外也可用阿普斯（Arps）公式将t1温度下的Rt1换成t2温度下的Rt2。5.2125.21112ttRRtt例2已知24℃时，NaCI溶液的电阻率为1.2Ω·m，求温度为71℃时该溶液的电阻率值。解：首先在图版上投点A(1.2，24)，A点所落斜线的号码即为该溶液的矿化度值。然后沿A点所落斜线下滑至t=71℃的横线得交点B，B点的横坐标读数即温度为71℃时的溶液电阻率值Rw=0.56Ω·m。同样也可以通过阿普斯（Arps）公式进行计算。(2)岩石电阻率与地层水性质的关系③地层水电阻率Rw与温度的关系岩石的导电能力主要取决于岩石的孔隙度和地层水电阻率。在地层水电阻率一定时，岩石孔隙度越大，饱含的地层水数量越多，岩石的导电能力增强，于是岩石电阻率降低；孔隙度小，则岩石导电能力差，岩石电阻率高。但是，有时即使岩石孔隙度相同，所含地层水的电阻率也一样，其电阻率值也可能存在着差别。这常常是由于孔隙结构复杂程度以及胶结状况不同造成的，通常胶结情况和孔隙结构决定于岩性。因此，含水砂岩电阻率主要取决于地层水电阻率、孔隙度以及岩性等。若用R0表示含水砂岩电阻率，则有岩性,,0wRfR（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素为了研究R0与φ之间的关系，对给定含水砂岩岩样进行如下测试：对给定的岩样(φ)，改变岩样中孔隙内所含水的电阻率值Rwl，Rw2，…，Rwn，得到对应的岩石电阻率为R01，R02，…，R0n，经数据整理发现，岩石电阻率不但随所含水的电阻率变化而变化，且两者之间有近似于正比的关系，即对同一岩样，两者比值为一常数，且只与岩样的孔隙度和岩性有关，而与饱含在岩样孔隙中的地层水无关。wnnwwRRRRRR0202101（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素壳牌石油公司休斯顿办事处的G.E.阿尔奇通过试验首先发现了这个规律，于1942年发表了一篇关于测井资料定量解释的论文，即著名的阿尔奇公式，从此奠定了测井解释的理论基础。在整理试验资料时，他首先定义了一个新的参数—地层因素(或相对电阻率)，用F表示式中:Ro—孔隙中100％含水时的地层电阻率；Rw—地层水电阻率。wRRF0（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素F与φ的关系是从实验中得来的。取同类岩石的n块岩样，其孔隙度分别为φl，φ2，…，φn，使各岩样饱含水，并测出各岩样的电阻率分别为R01，R02，…，R0n，可得出且F1≠F2≠…≠Fn在以F为纵坐标，φ为横坐标的双对数坐标纸上，得到上述实验数据曲线F=f（φ）。wRRF011wRRF022wnnRRF0（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素由此可归纳出下列关系式由此得出阿尔奇公式的通式为式中：a—比例系数，与岩性有关，变化范围在0.6～1.5；m—胶结系数，随岩石胶结程度不同而变化，一般为2左右，变化范围1.5～3；φ—岩石孔隙度。maFmwaRRF0（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素总之，对于含水砂岩来说，岩石的孔隙度越高，所含地层水电阻率越低，胶结程度越差，岩石电阻率越低，反之亦然。几种常见岩石的a、m系数数据表岩石名称系数疏松砂岩弱胶结砂岩中等胶结砂岩疏松的贝壳石灰岩及白云岩中等致密的粗晶质石灰岩及白云岩致密细品质的石灰岩及白云岩A10.70.50.550.60.8M1.31.92.21.852.52.3（3）岩石电阻率与孔隙度的关系2.岩石电阻率影响因素一般来说，岩石孔隙中不是含水就是含油、气（或油气），岩石孔隙什么都不含是很少见的。故有Sw+So=1在亲水岩石孔隙中含有水和油时，油水在孔隙中的分布特点是：水包围在岩石颗粒的表面，孔隙的中央充填着石油，周围是地层水。石油的电阻率很高，可看作是不导电的，所以含油岩石电阻率Rt，比该岩石完全含水时的电阻率R0高。（4）岩石电阻率与含油饱和度的关系2.岩石电阻率影响因素含油岩石的电阻率Rt的大小取决于含油饱和度So、地层水电阻率Rw、孔隙度φ以及岩性。即所以在给定岩样时，若孔隙度和地层水电阻率一定，则岩石电阻率随着含油饱和度的增高而增大。然而在自然界中，地层水电阻率和孔隙度都是变量，且对Rt有影响。为了确定岩石电阻率与含油饱和度之间的定量关系，需要消除二者的影响。为此，阿尔奇在研究该问题时，首先引入了“I”的概念，即含油岩石的电阻率Rt与该岩石完全含水时的电