1-2、普通电阻率测井

地球物理测井资源与环境学院桑琴2012年9月第一章电法测井地球物理测井——普通电阻率测井普通电阻率测井，是把一根普通的电极系放入井内，测量井筒周围地层电阻率随井深变化的曲线，用以研究井所穿过的地质剖面和油气水层的测井方法。梯度电极系电位电极系地球物理测井——普通电阻率测井一、基本原理RprA(I)1、均匀无限介质电场中电位与介质电阻率的关系假设：均匀无限介质电阻率为R点电极A并供以强度为I的电流电流将以A点为中心呈辐射状向各方向均匀流出，电流线以A为中心指向四周地球物理测井——岩石的导电特性由电流密度的定义可知，离点电源A为r距离的任意一点P的电流密度为：j＝Ir0/4πr2（1－6）电流密度j是一个向量，r0是单位矢量，数值为1，其方向是射线r的方向。根据微分形式的欧姆定律，p点的电场强度E为：E＝Rj＝RIr0/4πr2（1－7）对于恒定的电流场，电场强度等于电位梯度的负值，即E＝－gradV（1－8）gradV＝（dV/dr）*r0称为电位梯度，表示电位在变化最大的方向上每单位长度的增量地球物理测井——岩石的导电特性E＝－（dV/dr）*r0（1－10）将（1－10））式代入（1－7），可得－dV/dr＝RI/4πr2V＝RI/4πr+C由于r∞时，电位V=0，故积分常数c＝0，因此V＝RI/4πr（1－13）上式表明，在均匀无限介质中，任意一点的电位V与介质的电阻率R及供电电流I成正比，与该点至电源点之间的距离r成反比。地球物理测井——岩石的导电特性2、均匀无限介质电阻率的测量由（1－13）式可知，要测量均匀无限介质的电阻率，只须在介质中放入点电源，测出场中一点的电位V，在已知供电电流I和测点与电源点的距离r的情况下，就可以计算出介质的电阻率R。假定被测定的地层很厚，没有泥浆侵入，井筒中的泥浆电阻率等于地层的电阻率，则井下介质就其导电性，可视为无限均匀介质。地球物理测井——岩石的导电特性电源检流计oMNA电极矩井下介质电阻率的测定BA——供电电极B——供电回路电极M、N——测量电极供电回路测量电路地球物理测井——岩石的导电特性由V＝RI/4πr可知，在点电源A所形成的电场中，M、N点的电位为：VM=RI/4π·AMVN=RI/4π·ANM、N两个测量电极之间的电位差为：ΔVMN＝VM－VN＝ＲＩ／4π（１／ＡＭ－１／ＡＮ）＝ＲＩ／4π（ＭＮ／ＡＭ·ＡＮ）Ｒ＝（4π·ＡＭ·ＡＮ／ＭＮ）·ΔVMN／Ｉ地球物理测井——岩石的导电特性令Ｋ＝4π·ＡＭ·ＡＮ／ＭＮK是与各电极之间距离有关的系数，称为电极系系数。A、M、N组成电极系电极之间的距离是固定的，因此电极系系数K是一个常数。RaH地球物理测井——岩石的导电特性3、井下非均质介质情况（1）泥浆侵入储层的情况侵入：当P泥P地时，井眼周围的储层受到不同程度的泥浆滤液和固体微粒的侵入。且侵入将改变原来储集层的渗透性、电、声、放射性等物理特性，尤其是渗透率K和电阻率特性R。在钻井过程中为了防止井喷，往往使泥浆柱的压力大于地层孔隙流体压力。地球物理测井——岩石的导电特性原状地层侵入带冲洗带泥饼井中泥浆地球物理测井——岩石的导电特性Rm------泥浆电阻率(mud)Rmf-----泥浆滤液电阻率(mudfluid)Rmc-----泥饼电阻率(mudcakes)Rw------地层水电阻率(water)Rxo-----冲洗带电阻率Ri------侵入带电阻率(invasion)Rt------原状地层电阻率(true)hmc-----泥饼厚度d-------井的直径di------侵入带直径相应参数：地球物理测井——岩石的导电特性（2）井眼周围孔隙地层电阻率的径向变化冲洗带：岩层中有绝大部分的流体被泥浆滤液所代替的环带。冲洗带电阻率用RXO。过渡带：冲洗带后边，离井眼越远，孔隙中被泥浆滤液取代的地层流体越来越少，形成一个过渡带。侵入带=冲洗带+过渡带原状地层：侵入带以外的地层地球物理测井——岩石的导电特性高侵（增阻侵入）：侵入带电阻率大于原状地层电阻率的侵入状态低侵（减阻侵入）：侵入带电阻率小于原状地层电阻率的侵入状态侵入剖面电阻率的高、低侵特征与储层所含流体性质有关，还与泥浆滤液电阻率Rmf有关。地球物理测井——岩石的导电特性F＝Ro/RmfI=Rxo/Ro=Rxo/FRmf=1/Sw2冲洗带：F＝R0/RwI=Rt/Ro=Rt/FRW=1/Sw2原状地层：Rt＝FRW/Sw2RXO＝FRmf/Sxo2两式相除，根据经验公式Sxo＝Sw1/5RXO/Rt＝Rmf（1－S0）8/5/Rw（P20表1-3）地球物理测井——岩石的导电特性d泥岩泥岩泥岩泥岩水层油层ddidi冲洗带侵入带泥饼diRtRiRxoRmRmcRtRiRxoRmcRm增阻泥浆侵入减阻泥浆侵入地球物理测井——岩石的导电特性显然，当Rxo＞Rt时，储层为高侵Rxo＜Rt时，储层为低侵储层的高低侵状态，除与含油气饱和度So有关外，还与泥浆滤液电阻率与地层水电阻率的比有关（Rmf/Rw）。只有在Rmf/Rw＝2-3时，用高低侵特征划分油水层才有效（水层为高侵，油层为低侵）。地球物理测井——岩石的导电特性4、井下非均质介质电阻率的测量和视电阻率实际测井时，电极系放入充满泥浆的井中，井周围是各种不同厚度、不同电阻率的地层，对于渗透性地层还有泥浆侵入。总之，电极系周围的介质是各种不同电阻率的非均匀介质。怎么办？目前，在非均匀介质中，仍采用均匀介质中的测量装置和电阻率计算公式（1-17）Ｒa＝（4π·ＡＭ·ＡＮ／ＭＮ）·ΔVMN／ＩRa—视电阻率，在综合条件影响下测得的岩层的电阻率地球物理测井——岩石的导电特性在所有的影响因素中，地层真电阻率Rt对Ra的影响是最大的，因此，实际测井时，只要电极系选择恰当，利用视电阻率随井深变化的曲线可以直接划分地层剖面。地球物理测井——岩石的导电特性电源检流计oMNA电极矩井下介质电阻率的测定BA——供电电极B——供电回路电极M、N——测量电极二、电极系所谓电极系，就是测量时放入井中的一组电极。通常由三个电极组成。①A、B、M；②M、N、A（用途相同的两个叫成对电极，其余的一个叫不成对电极。）成对电极：A、B或M、N地球物理测井——岩石的导电特性梯度电极系—指成对电极的距离小于不成对电极到与它相邻那个成对电极之间距离的电极系电位电极系—指成对电极的距离大于不成对电极到与它相邻那个成对电极之间距离的电极系1、电极系的分类见书P23图1-16地球物理测井——岩石的导电特性梯度电极系顶部梯度电极系—成对电极在不成对电极的下方（井口方向）底部梯度电极系—成对电极在不成对电极的下方（井底方向）ANMMNA底部梯度电极系顶部梯度电极系不成对电极地球物理测井——岩石的导电特性2、电极系的记录点、电极矩和探测深度记录点—为确定电极系在井中某深度上测得的视电阻率的深度，在电极系上选择了一点，作为视电阻率的深度，该点称为记录点。用符号“O”表示。梯度电极系—“O”为成对电极的中点电位电极系—“O”为A、M电极的中点ANMoANMo地球物理测井——岩石的导电特性电极距：表示电极系的长度。用“L”表示电位电极系的电极矩：为非成对电极到相邻那个成对电极间的距离(AM)梯度电极系的电极距：为非成对电极到记录点之间的距离（AO）oAMNLNMoAL地球物理测井——岩石的导电特性探测半径：是指在均匀介质中，以供电电极为中心，某一半径划一球面，如果该球面内包括的介质对电极系测量结果的贡献占总结果的50%，则此半径为该电极的探测半径或探测深度。电位电极系的探测半径为2AM梯度电极系的探测半径为AO地球物理测井——岩石的导电特性三、视电阻率曲线特征1、梯度电极系视电阻率Ra曲线特征①高阻厚层（h＞L）高阻层对应高的视电阻率值，低值层对应低的视电阻率值；曲线对地层中部不对称，底部梯度电极系Ra曲线在高阻层的底界面有极大值，在顶界面有极小值；顶部梯度电极系Ra曲线与此相反—这是利用梯度曲线分层划界的依据地层厚度h＞3L时，在地层中部有视电阻率平直段，Ra值接近Rt值。随着层厚变薄，平直段消失。地球物理测井——岩石的导电特性②高阻薄层（h＜L）对于底部梯度电极系，在高阻层下方离底界面一个电极矩处，有一个Ra的假极大值；对于顶部梯度电极系，在高阻层上方离顶界面一个电极矩处，有一个Ra的假极大值；它们不指示该深度上有高阻层。如图1-18a，该层的Ra取极大值。地球物理测井——岩石的导电特性2、电位电极系视电阻率Ra曲线特征①高阻厚层（h＞L）高阻层对应高的视电阻率值，低值层对应低的视电阻率值；上下围岩电阻率相等时，Ra曲线对地层中部对称，地层中部有Ra极大值，很厚时接近地层真电阻率Rt，该层读数取极大值；曲线的半幅点上下外推一个电极矩L是地层界面，因此可用该结论分层。地球物理测井——岩石的导电特性②高阻薄层（h＜L）上下围岩电阻率相等时，Ra曲线对地层中部对称；与厚层相反，高阻层对应Ra曲线有低值，在高阻层上下半个电极矩处出现两个视电阻率极大值，它不反映对应深度有高阻层存在。地球物理测井——岩石的导电特性3、视电阻率Ra曲线的影响因素在进行普通电阻率测井时，对测井值的主要影响因素有：井的影响—井眼直径、泥浆的导电性非单一岩层的影响非均匀岩层的影响倾斜岩层的影响地球物理测井——岩石的导电特性四、普通视电阻率Ra曲线的应用划分层界面（用梯度曲线的极大值和极小值确定高阻岩层的层界面）求地层的Ra及其地层的真电阻率（梯度电极系:H3L读岩层的平直段;LH3L用面积平均法读值;HL读岩层的极大值电位电极系:HL,读极大值）划分岩性剖面（例如砂岩高阻、泥岩低阻）求含油层的RO，进而求含油饱和度（利用Archie公式）地球物理测井——岩石的导电特性五、微电极测井及其应用微电极测井特点：电极矩小，探测范围小，贴井壁测量，主要探测泥饼的存在，确定渗透层，可划分砂泥岩薄交互层和层中的泥质或钙质条带。一、微电极的测量原理贴井壁测量的目的是减小泥浆对它的影响电极系：A0.025M10.025M2构成A0.05M2微电位A0.025M10.025M2微梯度此两不同的电极系同时测量,纵横比例相同的情况下重叠记录（记录两条测井曲线）地球物理测井——岩石的导电特性微电极测井原理图地球物理测井——岩石的导电特性由于两条曲线重叠记录，曲线的特点：在非渗透层：微电位近似等与微梯度，曲线无幅度差渗透层：Ra位Ra梯度有较大的幅度差（正差异）(因微电位的探测半径微梯度，微电位反映Rxo，微梯度反映Rmc，一般情况下，RxoRmc)Ra(欧姆米）H深度地球物理测井——岩石的导电特性二微电极曲线的应用1、划分渗透层(利用微电极曲线有无幅度差这一特点将渗透层和非渗透层分开.2、确定层界面，划分薄的交互层。(曲线分开或重合处为层界面)3、确定含油砂岩的有效厚度在评价有致密薄夹层的含油砂岩,用微电极曲线扣除致密夹层的厚度可求得油层的有效厚度=H-h地球物理测井——岩石的导电特性4、确定冲洗带的电阻率RXO和hmcRXO是测井解释中一个重要过渡参数，通过它可求出SXO，可以了解油气层的可动油气的情况，目前多用图版法来确定其值。地球物理测井——岩石的导电特性本节重点1、掌握高侵、低侵、视电阻率等基本概念2、熟悉电极系及相关概念，什么叫探测深度3、掌握视电阻率曲线的影响因素及其应用4、掌握微电极测井曲线特征及其应用冲洗带、侵入带、原状地层1、名词解释电极系、电位电极系、梯度电极系、记录点、探测半径、地层因素、电阻率增大倍数、2、简答题（1）影响岩石电阻率的因素有那些？（2）阿尔齐公式的使用条件是什么？解释各参数的意义？（3）厚层的底部梯度曲线有何特征？（4）为何泥质砂岩的R小于纯砂岩的R？（5）地层水的电阻率的影响因素有那些？如何影响？课后作业（6）顶部梯度曲线有何用途？（7）微电极曲线有何用？（8）如何利用径向电阻率的变化识别流体性质？应用的条件是什么？3、定性画出给定岩性剖面、电极系N1M3A、岩层为厚层、淡水泥浆井的测井曲线含水砂岩泥岩含油气砂岩泥岩课后