主讲：周文教授邓虎成讲师学时： 34( 理论 )+6( 实习 )

地球物理测井基本原理及应用 主讲：周文教授邓虎成讲师学时：34(理论)+6(实习)

第一章电阻率测井系列基本原理及解释 自然电位测井原理及解释普通电阻率测井原理及解释聚焦测井基本原理及应用感应测井基本原理及应用

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.1井中自然电位产生的基本原理 • ①扩散电位 • 扩散电位(Ek):Ek=Kklg(aw/amf) • Kk-扩散电位系数； • aw/amf-地层水、泥浆滤液的活度。半渗透隔板扩散电位形成实验

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.1井中自然电位产生的基本原理 • ②吸附电位 • 吸附电位(Es): Es=Kslg(aw/amf) • aw/amf-地层水、泥浆滤液的活度。 • Ks-吸附电位系数；泥质半渗透隔板吸附电位形成实验

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.1井中自然电位产生的基本原理实际钻井中，泥浆的矿化度一般比地层水低，即aw大于amf。地层中的Na+和Cl-离子要向井筒内迁移，在不同岩性的地层，有不同的情况： 1、砂岩地层，Na+和Cl-同时迁移，由于Cl-迁移快，在井筒中形成富集。 2、泥岩地层，由于泥岩的阳离子交换作用，使得Na+迁移到井筒中富集。上述作用形成的电场为扩散-吸附电位。

测井仪器车 压井液电缆井筒泥饼井下测量仪Ｐb Ｐf Ｐf≥Pb 1.1自然电位测井（SP)原理及解释 • 1.1.1井中自然电位产生的基本原理 • ③压力扩散（压差）电位 • Ep=Kp(△P·Rmf)/μ • Ep—压差电动势； Kp－压差电位系数； △P－压差； Rmf－泥浆滤液电阻率；μ－泥浆粘度。 • 由于泥浆柱压力一般大于地层压力，产生的电位场（扩散）电位与浓度产生的吸附电位场极性相反，存在时可以相互抵消。 • 由于压差一般较小，并且多消耗在井壁的泥饼上，所以一般不考虑。

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.2自然电位曲线特征及影响因素 • 在aw﹥amf条件下，通过井下M电极移动可以测得扩散吸附电位的总和（即自然电位SP ）曲线。 • 刻度:按井中自然电场性质分成正\负电位按电场大小记录。 • 泥岩基线:泥岩处为正值，厚层纯泥岩曲线一般做为基线。在渗透层处（如砂岩）SP值为负异常。储层自然电位测井

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.2自然电位曲线特征及影响因素

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.2自然电位曲线特征及影响因素 • 静自然电位（SSP)：定义为电路中无电流时的SP值，但是其值是不可能测得的。 • SP＝[Rm/(Rm+Rt+Rs)]·SSP • Rt-纯砂岩地层真实电阻率； • Rs-纯泥岩地层真实电阻率。 • 当Rm﹥﹥ Rt+Rs时， SP≈SSP 储层自然电位测井

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.2自然电位曲线特征及影响因素 • 影响SP曲线的因素很多，主要有： • ①地层因素 • 地层渗透性：渗透性高离子迁移速度高， SP幅度大； • 泥质含量：泥质含量越高，吸附作用越强， SP幅度越小； • 地层厚度：当地层厚度/井径﹤3.5时，厚度越小， SP幅度越小，反之越大； • 地层电阻率： Rt越大， SP幅度越小。

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.2自然电位曲线特征及影响因素 • ②非地层因素 • 影响SP曲线的因素很多，主要有： • SP＝[Rm/(Rm+Rt+Rs)]·SSP • 泥浆电阻率： Rm越大， SP幅度越大； • 冲洗带影响：冲洗带越深， SP幅度越小。 • 其它因素：井径等

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • 自然电位曲线常用于砂泥岩地层剖面中许多问题的解释，常用的有： • ①判断岩性和划分渗透层（图1-4）。图1—4 砂泥岩层系的SP曲线实例图

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • ②确定地层水电阻率 • 对于纯的含水砂岩地层，SSP与地层水活度和泥浆滤液活度有下列关系： SSP=-Klg(aw/amf) • 在地层水和泥浆滤液矿化度不太高的情况下，其溶液的电阻率与活度呈反比关系，上式变为： SSP =-Klg(Rmfe/Rwe) Rmfe-泥浆滤液等效电阻率； Rwe-地层水等效电阻率。

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • ②确定地层水电阻率扩散吸附系数 K=64.25+0.24T(C°) T-地层温度。 • Rmfe的求取是根据NaCl为主要盐份的泥浆确定： • Ⅰ:在23.9 C°时，Rmf﹥0.1Ω.m，则Rmfe=0.85 Rmf，如Rmf不是23.9 C°测定值，可根据图版（图1-6）进行换算；图1—6 溶液电阻率与温度、浓度关系图

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • Ⅱ:在23.9 C°时Rmf﹤0.1Ω.m，则根据泥浆类型(盐水泥浆\石膏基泥浆)查图版（图1-7）得到Rmfe值。图1—7 Rw与Rwe的关系曲线，盐水泥浆及石膏基泥浆的Rmf与Rmfe关系曲线

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • ②确定地层水电阻率 • 例：已知某井2570.8-2595.4m井段为砂岩，测得SP=-18mV≈ SSP，泥浆比重1.1g/ml，Rm (18o)=0.724 Ω.m,地层温度=100o。求：Rw值。 • 解：Ⅰ、根据Rm (18o)=0.724 Ω.m，查图版1-6得到地层条件下的Rm (100o)=0.22 Ω.m ；图1—6 溶液电阻率与温度、浓度关系图

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • Ⅱ、根据Rm (100o)=0.22 Ω.m和泥浆比重1.2查图版1-9，将泥浆电阻率Rm换算为Rmf(100o)值， Rmf(100o)=0.166 Ω.m ； • Ⅲ、由于Rmf﹥0.1，按Rmfe=0.85 Rmf计算得到Rmfe=0.141；图1—9 估算Rmf与Rmc的图版

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • Ⅳ、根据SP=-18mV 和地层温度100°查图版（1-8）得 Rmfe/Rwe=1.6，则Rwe=0.088 Ω.m ；图1—8 根据SSP求Rmfe/Rwe的图版

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • Ⅴ、根据Rwe=0.088 Ω.m查图版（1-7）得到Rw=0.092 Ω.m。图1—7 Rw与Rwe的关系曲线，盐水泥浆及石膏基泥浆的Rmf与Rmfe关系曲线

1.1自然电位测井（SP)原理及解释 1.1.3自然电位曲线的解释 • ③估计泥质含量 • 地层中泥质含量与静自然电位有关 • 纯泥岩的静自然电位为PSP；纯砂岩的静自然电位为SSP；则有： • 泥质含量=1-PSP/SSP

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.1岩石电阻率及影响因素 • 电阻率是衡量岩石导电性能的主要物理量，按欧姆定律： • r-电阻；Rt-电阻率；L-导电物长度；S-导电面积。 • 岩石的电阻率是岩石本身特性与其他参数无关。 • 通过电阻率值可以来了解岩石的特征。

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.1岩石电阻率及影响因素 • 岩石的导电性主要通过导电物质来完成的，导电物质由下列三部分组成： • ①矿物，不同的矿物导电率不同，一般想石英、方解石、长石等电阻率极高（10000 Ω.m），导电性差；黄铁矿、磁铁矿等金属矿物导电性好（几个Ω.m）；粘土矿物因含有矿化的层间水和结合水，导电性比一般矿物好。

弯曲路径Ls 电流直线路径L 1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.1岩石电阻率及影响因素 • ②孔隙和孔隙中的矿化水及其分布，一般来讲孔隙度越高，如孔隙中含水，其电阻率越低；地层中矿化水含量越高，岩石电阻率越低；含水孔喉分布越均一电阻率越低（图1-10）。 • ③孔隙中油、气的影响，油气的电阻率很高，一般在几千个欧姆.米以上，因此地层中含油气饱和度越高，其电阻率越大。曲折度：A=Ls/L 图1-10 曲折度的定义

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.2地层水电阻率的确定 • 纯水是不导电的，由于有矿物质溶解在水中才导电。实验室测定的不同矿化度的水溶液其电阻率。图1—12 温度为18oC时不同盐溶液的浓度与电阻率关系曲线

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.2地层水电阻率的确定 • 可以利用上述图版，根据地层水的矿化度来求取地层水电阻率，做法如下： ①将地层水分析资料折算为等效NaCl，一般油田水有CaCl2、Na2SO4、CaCO3等水型.折算方法如下：根据总矿化度，利用图版1-13查出各种离子的换算系数K；求出各种离子系数K与矿化度的乘积（Ki*矿化度)；求出各离子的乘积之和（∑Ki *矿化度）得到等效NaCl矿化度。图1—13 求等效NaCl矿化度的换算系数图版

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.2地层水电阻率的确定 ②由图版1-12查得18℃时的地层水电阻率。 ③根据地层温度由图版1-6 查得地层条件下的地层水电阻率。也可以按下式进行计算（阿尔普其公式）： Rwf=Rw75×(75°+7)/[T(℉)+7] Rwf-地层条件下地层水电阻率， Ω.m； Rw75- 75°F时的水溶液电阻率， Ω.m； T(℉)-华氏地层温度。实例：图1—6 溶液电阻率与温度、浓度关系图

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.3地层因素与孔隙度 • 大量的实验室测定结果表明：含100%地层水的岩石的电阻率与它所饱含盐水的电阻率成正比，而比例常数对于一定的岩石来讲（盐水电阻率﹤1 Ω.m）是恒定，这个常数（F）称为地层因素，表达式为： • F=Ro/Rw--------------------(Humble公式) • Ro——含水纯地层电阻率， Ω.m； • Rw——地层水电阻率， Ω.m； • 当含水一定时，同类岩石的F值与岩石孔隙度有关,孔隙度越大，岩石电阻率越低，阿尔奇根据这一实验结果，提出了著名的实验式（Arech公式)：

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.3地层因素与孔隙度 • Arech公式： • m——称为孔隙指数或胶结系数； • a——曲折度因素； • m取决于岩性和孔隙结构特征，不同的岩石m值不同。 • 纯孔隙性岩石m≈2，纯裂缝性岩石m≈1，双重介质岩石m在 1-2之间。

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.3地层因素与孔隙度表1-1 用于计算地层因素（F）和不同系数和胶结指数关系式（据阿斯奎斯，1980年）

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.4地层电阻率与含水饱和度 • 阿尔奇实验结果表明：纯地层的含水饱和度与地层真实电阻率有如下表达式： • 式中： ——地层水饱和度，小数； ——纯地层真实电阻率， Ω.m； ——饱和度指数，一般的岩石取2。

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.4地层电阻率与含水饱和度 • 由于 F=Ro/Rw • 上式变为： • 或

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.5岩性与地层电阻率关系图1—14 各种岩石的电阻率

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.6视电阻率测量 • 1）基本原理 • 普通电阻率测井是由供电电极（B、A）及测量电极（M、N）组成。 • 测量M、N之间的电位差，电阻率为：图1—15 梯度电极系基本排列

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.6视电阻率测量 • 2）电阻率测井的电极系 • 电极系：供电电极和测量电极的排列方式。 • ①梯度电极系：井中的成对电极之间的距离比单电极与最近的一个成对电极的距离小的电极系。图1—15 梯度电极系基本排列

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.6视电阻率测量 • ①梯度电极系 • 电极距：OA=L，一般越大，测量深度越大，但并非越大越好。 • 探测深度： • 测量点：O点（MN中点） • 常见的梯度电极系有：0.45m、1m、2.5m等。 • ①顶部梯度：下井的测量电极在供电电极A的上部； • ②底部梯度：下井的测量电极在供电电极A的下部；图1—15 梯度电极系基本排列

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.6视电阻率测量 • ②电位电极系 • 是指成对测量电极之间的距离大于单电极与最近的一个测量电极之间的距离。 • 电极距：AM=L，一般越大，测量深度越大。 • 探测深度：2L • 测量点：O点（MA中点） • 常见的电位电极系有：0.5m等。图1—16 电位电极系基本排列

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.7视电阻率曲线 • 1）理想的梯度电阻率曲线 • 理想岩层：岩层均一，所含流体均一，各处的性质（包括电阻率大小）均一。图1—17 不考虑井孔影响的高电阻率厚岩层（h>L），理想梯度电极系的视电阻率理论曲线

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.7视电阻率曲线 • 厚的高阻层：层厚（H）﹥电极距（L）。 • ①底部梯度曲线在底部出现极大值； • ②顶部梯度在顶部出现极大值； • ③在地层中段测量的电阻率，如果不考虑其他因素，则是地层电阻率。图1—17 不考虑井孔影响的高电阻率厚岩层（h>L），理想梯度电极系的视电阻率理论曲线

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.7视电阻率曲线 • 薄的高阻层：层厚（H）﹤电极距（L） • 同样要在底部或顶部出现极值点，不同之处在于由于层薄，电流的分流作用强，极值点的电阻率值更接近地层电阻率。图1—17 不考虑井孔影响的高电阻率厚岩层（h>L），理想梯度电极系的视电阻率理论曲线

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.7视电阻率曲线 • 2）理想的电位电阻率曲线 • 如图，电位电阻率曲线不同于梯度电阻率曲线；①厚的高阻层，分层点在半幅度点，曲线最大值在中部，其接近地层电阻率；②薄的高阻层，呈3字型，分层点在相对低值位置，电阻率由于临层的影响远低于地层值。图1—18 电位电极系曲线（地层电阻率大于围岩电阻率）

1.2普通电阻率测井原理及解释 1.2.7视电阻率曲线 • 3）应用 • ①辅助识别岩性； • ②地层划分和对比； • ③在其他资料缺乏的情况下，可以辅助识别油气层和作为地层电阻率的近似值。河道砂岩测井曲线

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理 • 包括：侧向测井、球型聚焦测井（SFL）两大电极系。 • 特点： • ①受临层、井筒影响小； • ②在和 • 很大时可以取得较好的测量效果。 • 类型：三侧向、七侧向、八侧向及双侧向微侧向、邻近侧向、微球型聚焦测井。图1-35 渗透层泥浆侵入示意图

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理 • 采用深、浅（探测范围）探测电极组合，来反应泥浆侵入带和地层深处电阻率特征的测井方法。 • A2、A2ˊ是屏蔽电极；A1、A1ˊ是发射电极；M1（深）、M2（浅）是测量电极。图1—19 双侧向-Rxo测井综合下井仪示意图

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理 • 深探测电极（LLD）：电流呈水平方向流入地层。 • 浅电极(LLS):电流层进入地层很快“发散”。 • 仪器响应范围大在0.2-40000Ω.m之间。图1—20 双侧向测井示意图

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理 • 深探测电极（LLD）：探测深度大（在2.5m以上），纵向分辨率高（电流层厚度2英尺），可以探测到地层电阻率值。 • 浅探测电极（LLS）：探测范围小，受侵入带的影响。图1—20 双侧向测井示意图

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理影响因素：双侧向测井的影响因素也多（比普通电阻率影响程度小），有井眼、泥浆、和侵入带等。效应：Delaware和Groningen效应，均为高阻层的屏蔽效应。 • Delaware：在高阻层下部约25m开始出现。 • Groningen：在高阻层下部约33m开始出现。图1—21 Delaware效应原理

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理 • 应用： • ①用来确定地层真实电阻率： • ②划分渗透层，利用深浅电阻率曲线的幅度差来判别。 • ③确定油气水层 • 侵入类型： • Ⅰ、增阻侵入（水层）； • Ⅱ、减阻侵入（油气层）。图1—36 渗透层的侵入带和电阻率剖面 a—水层侵入带和电阻率剖面 b—油层侵入带和电阻率剖面（有电阻率环带）

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.1双侧向测井（DLL）基本原理月2—1井测井综合解释图

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.2微电阻率测井基本原理 • 微电阻率测井主要用来探测冲洗带电阻率（）和通过探测泥饼的存在来划分渗透层。 • 目前常用的电极系列有：微侧向测井（MDDL）、邻近侧向测井（PL）、微球型聚焦测井（SFL）。

1.3聚焦测井基本原理及应用 1.3.2微电阻率测井基本原理 • 微侧向测井（MDDL） 1）原理 • A0 ——供电电极； • A1——环状屏蔽电极； • M1、M2——环状测量电极； • 所测电阻率主要与冲洗带和泥饼电阻率比值有关：图1—22 微侧向测井极板，左图为电极排列，右图为电流线分布示意图

主讲：周 文 教授 邓虎成 讲师 学时： 34( 理论 )+6( 实习 )