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 20122012年年9 9月月第一章第一章 电法测井电法测井地球物理测井地球物理测井普通电阻率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。以研究井所穿过的地质剖面和油气水层的测井方法。梯度电极系梯度电极系电位电极系电位电极系地球物理测井地球物理测井普通电阻率测井普通电阻率测井一、基本原理一、基本原理RprA(I)1 1、均
2、匀无限介质电场中电位与、均匀无限介质电场中电位与介质电阻率的关系介质电阻率的关系假设：假设：均匀无限介质电阻率为均匀无限介质电阻率为R R点电极点电极A A并供以强度为并供以强度为I I的电流的电流电流将以电流将以A A点为中心呈辐射状向各方向均点为中心呈辐射状向各方向均匀流出，电流线以匀流出，电流线以A A为中心指向四周为中心指向四周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 由电流密度的定义可知，离点电源由电流密度的定义可知，离点电源A A为为r r距离的任意一点距离的任意一点P P的电流密度为：的电流密度为：j jIrIr0 0/4r/4r2 2 （1 16 6）电流密度电流密
3、度j j是一个向量，是一个向量，r r0 0是单位矢量，数值为是单位矢量，数值为1 1，其方向是射线，其方向是射线r r的方向的方向。根据微分形式的欧姆定律，根据微分形式的欧姆定律，p p点的电场强度点的电场强度E E为：为：E ERjRjRIrRIr0 0/4r/4r2 2 （1 17 7）对于恒定的电流场，电场强度等于电位梯度的负值，即对于恒定的电流场，电场强度等于电位梯度的负值，即 E E gradVgradV （18）gradVgradV（dV/drdV/dr）*r r0 0 称为电位梯度，表示电位在变化最大的方向上每单称为电位梯度，表示电位在变化最大的方向上每单位长度的增量位长度的增
4、量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E E（dV/drdV/dr）*r r0 0 （1 11010）将（将（1 11010）式代入（）式代入（1 17 7），可得），可得 dV/drdV/drRI/4rRI/4r2 2 V VRI/4r+CRI/4r+C由于由于r r 时，电位时，电位V=0V=0，故积分常数，故积分常数c c0 0，因此，因此 V VRI/4RI/4r （1 11313）上式表明上式表明，在均匀无限介质中，任意一点的电位在均匀无限介质中，任意一点的电位V与介质的与介质的电阻率电阻率R及供电电流及供电电流I成正比，与该点至电源点之间的距离成正比，与该点至电源点
5、之间的距离r成反比。成反比。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 2、均匀无限介质电阻率的测量、均匀无限介质电阻率的测量 由（由（1 11313）式可知，要测量均匀无限介质的电阻率，只须）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在介质中放入点电源，测出场中一点的电位V V，在已知供电电流，在已知供电电流I I和测点与电源点的距离和测点与电源点的距离r r的情况下，就可以计算出介质的电阻的情况下，就可以计算出介质的电阻率率R 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
6、层的电阻率，则井下介质就其导电性，可视为无限均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。匀介质。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源电源检流计检流计oM MN NA A电极矩电极矩井下介质电阻率的测定井下介质电阻率的测定BAA供电电极供电电极BB供电回路电极供电回路电极M M、NN测量电极测量电极供电回路供电回路测量电路测量电路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 由由 V VRI/4rRI/4r 可知，在点电源可知，在点电源A A所形成的电场中，所形成的电场中，M M、N N点的电位为：点的电位为：VM=RI/4AMVN=RI/4ANM
7、 M、N N两个测量电极之间的电位差为：两个测量电极之间的电位差为：VVMNMNV VM MV VN N44（）（）44（）（4）VMN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令令4K K是与各电极之间距离有关的系数，称为是与各电极之间距离有关的系数，称为电极系系电极系系数数。A A、M M、N N组成电极系电极之间的距离是固定的，组成电极系电极之间的距离是固定的，因此电极系系数因此电极系系数K K是一个是一个常数常数。RaRaH H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3 3、井下非均质介质情况、井下非均质介质情况（1 1）泥浆侵入储层的情况）泥浆侵入储层的情况侵入
8、：当侵入：当P P泥泥 P P地地时时 ，井眼周围的储层受到不同程度，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，尤其是集层的渗透性、电、声、放射性等物理特性，尤其是渗透率渗透率K K和电阻率特性和电阻率特性R R。在钻井过程中为了防止井喷，往往使泥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。浆柱的压力大于地层孔隙流体压力。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原状地层原状地层 侵入带侵入带 冲洗带冲洗带 泥饼泥饼井中泥浆井中泥浆地球物理测井地球
9、物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性RmRm-泥浆电阻率泥浆电阻率 (mud)(mud)RmfRmf-泥浆滤液电阻率泥浆滤液电阻率(mud fluid)(mud fluid)RmcRmc-泥饼电阻率泥饼电阻率 (mud cakes)(mud cakes)RwRw-地层水电阻率地层水电阻率 (water)(water)RxoRxo-冲洗带电阻率冲洗带电阻率RiRi-侵入带电阻率侵入带电阻率 (invasion)(invasion)RtRt-原状地层电阻率原状地层电阻率 (true)(true)hmchmc-泥饼厚度泥饼厚度d-d-井的直径井的直径di di-侵入带直径侵入带直径相应参数：相应参数
10、：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 2）井眼周围孔隙地层电阻率的径向变化）井眼周围孔隙地层电阻率的径向变化冲洗带：冲洗带：过渡带：过渡带：冲洗带后边，离井眼越远，孔隙中被泥浆冲洗带后边，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。滤液取代的地层流体越来越少，形成一个过渡带。侵入带侵入带=冲洗带冲洗带+过渡带过渡带原状地层：侵入带以外的地层原状地层：侵入带以外的地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高侵（增阻侵入）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：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）
11、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侵入剖面电阻率的高、低侵特征与储层所含流体性流体性质质有关，还与有关，还与泥浆滤液电阻率泥浆滤液电阻率Rmf有关。有关。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FRo/RmfI=Rxo/Ro=Rxo/FRmf=1/Sw2冲洗带：冲洗带：F FR R0 0/R/Rw wI=Rt/Ro=RtI=Rt/Ro=Rt/FR/FRW W=1/Sw=1/Sw2 2原状地层：原状地层：RtFRW/Sw2RXOFRmf/Sxo2两式相除，根据经验公式两式相除，根
12、据经验公式SxoSxoSwSw1/51/5RXO/RtRmf（1S0）8/5/Rw（P20P20表表1-31-3）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d泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩水层水层油层油层ddidi冲洗带冲洗带侵入带侵入带泥饼泥饼diRtRiRxoRmRmcRtRiRxoRmcRm增阻泥浆侵入增阻泥浆侵入减阻泥浆侵入减阻泥浆侵入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显然，当显然，当RxoRxoRtRt时，储层为高侵时，储层为高侵 RxoRxoRtRt时，储层为低侵时，储层为低侵 储层的高低侵状态，除与含油气饱和度储层的高低侵状态，除与含油气饱和度SoS
13、o有关外，有关外，还与泥浆滤液电阻率与地层水电阻率的比有关还与泥浆滤液电阻率与地层水电阻率的比有关（Rmf/RwRmf/Rw）。只有在）。只有在Rmf/RwRmf/Rw2-32-3时，用高低侵特征时，用高低侵特征划分油水层才有效（划分油水层才有效（水层为高侵，油层为低侵水层为高侵，油层为低侵）。）。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4 4、井下非均质介质电阻率的测量和视电阻率、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，对于渗透围是各种不同厚度、不同电阻率的地层，
14、对于渗透性地层还有泥浆侵入。总之，电极系周围的介质是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。各种不同电阻率的非均匀介质。怎么办？怎么办？目前，在非均匀介质中，仍采用均匀介质中的测量目前，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（装置和电阻率计算公式（1-171-17）a（4）VMNRa视电阻率，视电阻率，在综合条件影响下测得的岩层的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地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性 在所有的影响因素中，地层真电阻率在所有的影响因素中，地层真电阻率RtRt对对RaRa的影响是最大的，因此，实际测井时，只要
15、电极的影响是最大的，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。以直接划分地层剖面。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源电源检流计检流计oM MN NA A电极矩电极矩井井下下介介质质电电阻阻率率的的测测定定BAA供电电极供电电极BB供电回路电极供电回路电极M M、NN测量电极测量电极二、电极系二、电极系 所谓电极系，就是所谓电极系，就是测量时放入井中的一组测量时放入井中的一组电极。通常由三个电极电极。通常由三个电极组成。组成。A A、B B、M M；M M、N N、A A（用途相同的两个
16、叫（用途相同的两个叫成对电极成对电极，其余的一，其余的一个叫个叫不成对电极不成对电极。）。）成对电极：成对电极：A A、B B或或M M、N N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梯度电极系梯度电极系指成对电极的距离指成对电极的距离小于小于不成对电极到不成对电极到与它相邻那个成对电极之间距离的电极系与它相邻那个成对电极之间距离的电极系电位电极系电位电极系指成对电极的距离指成对电极的距离大于大于不成对电极到不成对电极到与它相邻那个成对电极之间距离的电极系与它相邻那个成对电极之间距离的电极系1 1、电极系的分类、电极系的分类见书见书P23P23图图1-161-16地球物理测井地球物
17、理测井岩石的导电特性岩石的导电特性梯度电极系梯度电极系顶部梯度电极系顶部梯度电极系成对电极在不成对电成对电极在不成对电极的下方（井口方向）极的下方（井口方向）底部梯度电极系底部梯度电极系成对电极在不成对电成对电极在不成对电 极的下方（井底方向）极的下方（井底方向）ANMMNA底部梯度底部梯度电极系电极系顶部梯度顶部梯度电极系电极系不不成成对对电电极极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 2、电极系的记录点、电极矩和探测深度、电极系的记录点、电极矩和探测深度记录点记录点为确定电极系在井中某深度上测得的视电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
18、视阻率的深度，在电极系上选择了一点，作为视 电阻电阻率的深度，该点称为记录点。用符号率的深度，该点称为记录点。用符号“O”O”表示。表示。梯度电极系梯度电极系“O”为成对电极的中点为成对电极的中点电位电极系电位电极系“O”为为A、M电极的中点电极的中点ANMo oANMo o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极距电极距：表示电极系的长度。用：表示电极系的长度。用“L”L”表示表示电位电极系的电极矩：为非成对电极到相邻那个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成对电极间的距离(AM)(AM)梯度电极系的电极距：为非成对电极到记录点梯度电极系的电极距：为非成
19、对电极到记录点之间的距离（之间的距离（AO）o oAMNLNMo oAL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：是指在均匀介质中，以供电电极为中心，：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极系测量结果的贡献占总结果的50%50%，则此半径为，则此半径为该电极的探测半径或探测深度。该电极的探测半径或探测深度。电位电极系的探测半径为电位电极系的探测半径为2AM梯度电极系的探测半径为梯度电极系的探测半径为AO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三、视电阻率曲
20、线特征三、视电阻率曲线特征1、梯度电极系视电阻率、梯度电极系视电阻率Ra曲线特征曲线特征高阻厚层（高阻厚层（hL）高阻层对应高的视电阻率值，低值层对应低的视电阻率值；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曲线在高阻层的曲线在高阻层的底界面有极大值，在顶界面有极小值；底界面有极大值，在顶界面有极小值；顶部梯度电极系顶部梯度电极系Ra曲线曲线与此相反与此相反这是利用梯度曲线分层划界的依据这是利用梯度曲线分层划界的依据地层厚度地层厚度h3L时，在地层中部有视电阻率平直段，时，在地层中部有视电阻率平直段，Ra值接
21、近值接近Rt值。值。随着层厚变薄，平直段消失。随着层厚变薄，平直段消失。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高阻薄层（高阻薄层（h hL 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，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，有一个有一个RaRa的假极大值；对于顶部梯度电极系，在高阻层上方的假极大值；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，有一个离顶界面一个电极矩处，有一个RaRa的假极大值；它们不指示的假极大值；它们不指示该深度上有高阻层。如图该深度上有高阻层。如图1-18a1-18a，该层的，该层的RaRa取极大值。取极大值。地球物理测
22、井地球物理测井岩石的导电特性岩石的导电特性2、电位电极系视电阻率、电位电极系视电阻率Ra曲线特征曲线特征高阻厚层（高阻厚层（hL）高阻层对应高的视电阻率值，低值层对应低的视电阻率值；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，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极大值，很厚时接近地层真电阻率Rt，该层读数取极大值；，该层读数取极大值；曲线的半幅点上下外推一个电极矩曲线的半幅点上下外推一个电极矩L L是地层界面，因此可用该结是地层界面，因此可用该结论分层。论分层。地球物理测井地球物理
23、测井岩石的导电特性岩石的导电特性高阻薄层（高阻薄层（h hL L）上下围岩电阻率相等时，上下围岩电阻率相等时，RaRa曲线对地层中部对称；曲线对地层中部对称；与厚层相反，高阻层对应与厚层相反，高阻层对应RaRa曲线有低值，在高阻层上下曲线有低值，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。深度有高阻层存在。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3、视电阻率、视电阻率Ra曲线的影响因素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：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
24、影响井的影响井眼直径、泥浆的导电性井眼直径、泥浆的导电性 非单一岩层的影响非单一岩层的影响 非均匀岩层的影响非均匀岩层的影响 倾斜岩层的影响倾斜岩层的影响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、普通视电阻率四、普通视电阻率RaRa曲线的应用曲线的应用n划分层界面（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用梯度曲线的极大值和极小值确定高阻岩层的层界面层界面）n求地层的求地层的RaRa及其地层的真电阻率（及其地层的真电阻率（梯度电极系梯度电极系:H 3L:H 3L 读岩层的平直段读岩层的平直段;L H 3L;L H 3L 用面积平均法读值用面积平均法读值;H L;H L
25、,:H L,读极大值）读极大值）n划分岩性剖面（例如砂岩高阻、泥岩低阻）划分岩性剖面（例如砂岩高阻、泥岩低阻）n求含油层的求含油层的R RO O，进而求含油饱和度（利用，进而求含油饱和度（利用ArchieArchie公式）公式）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、微电极测井及其应用五、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。砂泥岩薄交互层和层中的泥质或钙质条带。一、一、微电极的测量原理
26、微电极的测量原理贴井壁测量的目的是贴井壁测量的目的是减小泥浆对它的影响减小泥浆对它的影响电极系：电极系：A0.025M1 0.025 M2 A0.025M1 0.025 M2 构成构成 A 0.05 M2 A 0.05 M2 微电位微电位 A0.025M1 0.025 M2 A0.025M1 0.025 M2 微梯度微梯度此两不同的电极系同时测量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纵横比例相同的情况下重叠记录（记录两条测井曲线）（记录两条测井曲线）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 微电极测井原理图微电极测井原理图地球物理测井地球物理测井岩石的导电特性岩石的
27、导电特性由于两条曲线重叠记录，曲线的特点：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，曲线无幅度差在非渗透层：微电位近似等与微梯度，曲线无幅度差渗透层：渗透层：RaRa位位RaRa梯度梯度 有较大的幅度差（正差异）有较大的幅度差（正差异）(因微电因微电位的探测半径位的探测半径 微梯度，微电位反映微梯度，微电位反映RxoRxo，微梯度反映，微梯度反映RmcRmc，一般情况，一般情况下，下，RxoRxo Rmc)Ra(Ra(欧姆米）欧姆米）H H深深度度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二二 微电极曲线的应用微电极曲线的应用1 1、划分渗透层划分渗透层 (
28、利用微电极曲线有无利用微电极曲线有无幅幅度差这一特点将渗透层和非渗透层分开度差这一特点将渗透层和非渗透层分开.2 2、确定层界面，划分薄的交互层确定层界面，划分薄的交互层。(曲线分开或重合处为层界面曲线分开或重合处为层界面)3 3、确定含油砂岩的有效厚度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在评价有致密薄夹层的含油砂岩,用微用微电极曲线扣除致密夹层的厚度可求得油电极曲线扣除致密夹层的厚度可求得油层的有效厚度层的有效厚度=H-h=H-h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4 4、确定冲洗带的电阻率、确定冲洗带的电阻率RXO和和hmc R RXOXO是测井解释中一个重
29、要过渡参数，通过它可求出是测井解释中一个重要过渡参数，通过它可求出S SXOXO，可以了解油气层的可动油气的情况，目前多用图版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。法来确定其值。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、掌握高侵、低侵、视电阻率等基本概念、掌握高侵、低侵、视电阻率等基本概念2 2、熟悉电极系及相关概念，什么叫探测深度、熟悉电极系及相关概念，什么叫探测深度3 3、掌握视电阻率曲线的影响因素及其应用、掌握视电阻率曲线的影响因素及其应用4 4、掌握微电极测井曲线特征及其应用、掌握微电极测井曲线特征及其应用冲洗带、侵入带、原状地层冲洗带、侵入带、原
30、状地层1、名词解释、名词解释电极系、电位电极系、梯度电极系、记录点、探测半径、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、地层因素、电阻率增大倍数、2、简答题、简答题（1）影响岩石电阻率的因素有那些）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）阿尔齐公式的使用条件是什么？解释各参数的意义解释各参数的意义？（3）厚层的底部梯度曲线有何特征）厚层的底部梯度曲线有何特征？（4）为何泥质砂岩的）为何泥质砂岩的R小于纯砂岩的小于纯砂岩的R？（5）地层水的电阻率的影响因素有那些）地层水的电阻率的影响因素有那些？如何影响如何影响？课后作业课后作业（6 6）顶部梯度曲线有何用途？）顶部梯度曲线有何用途？（7 7）微电极曲线有何用？）微电极曲线有何用？（8 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？）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 3、定性画出给定岩性剖面、电极系、定性画出给定岩性剖面、电极系N1M3AN1M3A、岩层为厚层、岩层为厚层、淡水泥浆井的测井曲线淡水泥浆井的测井曲线含水含水砂岩砂岩泥岩泥岩含油气含油气砂岩砂岩泥岩泥岩课后作业课后作业
