巖石電阻率以及其影響因素

1、關于巖石電阻率及其影響因素第一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 各種巖石在外加電場作用下其導電能力各不相同，導電能力的強弱可用物理量電阻率表示。 1.巖石電阻率概念巖石電阻率及其影響因素 由普通物理可知，用均勻材料制成的規(guī)則形狀的導體，其電阻r與導體截面積S成反比，與導體的長度成正比，表達式為： 巖石電阻率只與導體的材料性質有關，而與導體的幾何形狀無關，單位.m，在數值上相當于截面積為1m2，長度單位為1m的單位體積巖石的電阻值。第二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月巖樣電阻率測量原理圖1.巖石電阻率概念 在實驗室內常用“四極法”測定巖石的電阻率。對于一個給定的圓柱狀巖樣，若

2、長度L和橫截面積S已知，只要能測出其電阻r，則可由上式計算出電阻率R。第三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月巖石電阻率及其影響因素本節(jié)學習內容1.巖石電阻率概念2.巖石電阻率影響因素第四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 自然界的巖、礦石，根據它們的導電性質，可分為電子導電性和離子導電性兩大類。 2.巖石電阻率影響因素 電子導電性是組成巖、礦石的基本物質顆粒中的自由電子在電場作用下所作的定向運動，例如大部分的金屬礦物黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦以及石墨等，這類巖礦石的電阻率一般比較低； 離子導電性的巖石，則主要靠巖石孔隙中水溶液的離子導電，如砂巖、碳酸鹽巖孔隙中的流體等。 在石油勘探

3、中，我們的主要研究對象沉積巖就屬于離子導電性的巖石。第五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 巖礦石的巖性； 巖石孔隙中地層水性質； 巖石的孔隙度以及孔隙結構； 孔隙中流體性質及其含量，即孔隙中的含水飽和度; 巖石中泥質成分(泥質含量影響巖石的導電性)。巖石電阻率的主要影響因素有：可分為5大影響因素2.巖石電阻率影響因素第六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1) 巖石電阻率與巖性的關系 常見巖性的電阻率特征值得重視!2.巖石電阻率影響因素 金屬礦物的電阻率極低，造巖礦物及石油的電阻率極高；火成巖電阻率高，而沉積巖電阻率較低，原因：巖性及導電機理決定。第七張，PPT共三十四頁，

4、創(chuàng)作于2022年6月 石油測井的主要探測對象是沉積巖。不同沉積巖之間以及同種巖石電阻率的差異變化，是由多種因素影響造成的,其中主要的因素是：巖石孔隙度的大小、孔隙結構、孔隙中所含流體電阻率，以及巖石所處溫度等。 巖石是由礦物和孔隙中流體以及膠結物組成，沉積巖的主要造巖礦物電阻率都在106歐姆米以上，因此，大多數沉積巖，當其不含導電流體時，由造巖礦物組成的巖石骨架幾乎是不導電的。許多沉積巖之所以能導電，則是因為它們在地下不同程度的具有一定的孔隙，在其中充填了一定數量的鹽水溶液造成的。這些存在于巖石中的鹽溶液，由于鹽類離解形成了正離子(如Na+，Ca2+和Mg2+等)和負離子(如C1-，SO2-等

5、)，離子在電場作用下發(fā)生運動，就構成了沉積巖中電流流動的媒介物。于是，電流通過孔隙水流過巖石，巖石因此具有了一定的導電性。(1) 巖石電阻率與巖性的關系2.巖石電阻率影響因素第八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 組成沉積巖石的固體顆粒部分稱為巖石骨架，這部分導電能力很差，幾乎不導電，因此沉積巖石的導電能力主要取決于地層水的電阻率。地層水電阻率與地層水性質有密切關系。 主要包括三個方面： 地層水電阻率Rw與地層水所含鹽類化學成分的關系; 地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關系; 地層水電阻率Rw與溫度的關系。 (2)巖石電阻率與地層水性質的關系 下面詳細講解2.巖石電阻率影響因素第九張，P

6、PT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分的關系 在溫度、濃度相同條件下，溶液內所含鹽類不同，其電阻率也不同。 地層水中常含有NaCl、KCl、CaCO3、Na2SO4、MgSO4等鹽分，且各種成分含量不同。求取地層水電阻率Rw可按下列方式進行： A、當地層水內只含有NaCl，或除NaCl外只含有微量的非NaCl鹽類，則可將地層水視為NaCl溶液，用“NaCl溶液電阻率與其濃度、溫度的關系圖版”求出地層水電阻率。 (2)巖石電阻率與地層水性質的關系 2.巖石電阻率影響因素第十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月NaCl溶液電阻率與其濃度、溫度的關系圖版(2

7、)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分的關系第十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 B、當地層水中所含的非NaCl鹽類的含量不可忽略時，應當先用“不同離子的換算系數”圖版（下頁）求出地層水中所含各種鹽類離子的換算系數，然后分別乘上各離子的礦化度，算出各離子上述乘積的總和，即是該地層水的等效NaCl溶液礦化度。 此時將含非NaCl鹽類的地層水看做是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶液礦化度在圖版求出該地層水電阻率。 這種情況下關鍵是首先使用“不同離子的換算系數圖版”確定非NaCl離子的換算系數。 (2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率與地層水

8、所含鹽類化學成分的關系第十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分的關系不同離子的換算系圖版第十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月例1 某地層水樣分析結果為：Ca2+ 460ppm，SO42- 1400ppm，Na+Cl- 19000ppm。求該水樣的電阻率。解：首先確定水樣的總礦化度，然后求取地層水電阻率。 求水樣的總礦化度 總礦化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm 求離子換算系數(圖版) 在圖版橫坐標軸上找到水樣總礦化度20860ppm點，過該點作一條平行于縱軸的直線與

9、曲線相交，在Ca2+離子曲線交點處讀出其縱坐標值0.81就是Ca2+的換算系數，同樣在SO42-離子曲線交點處讀出換算系數為0.45。(2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分的關系第十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 求等效氯化鈉溶液礦化度 各種離子的礦化度與它的換算系數乘積之和就是該水樣的等效氯化鈉溶液礦化度。 等效氯化鈉溶液礦化度： 4600.81+14000.45+19000=20000ppm 求地層水電阻率 若地層水的溫度已知，即可在NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關系圖版” 中找出標有20000ppm的斜線與已知溫度的交點，交點的橫坐標讀

10、數就是所求地層水電阻率Rw。(2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率與地層水所含鹽類化學成分的關系第十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般將地層水視為NaCl溶液，隨著溶液的礦化度增高，溶液內離子數目增加，其導電能力加強，因此電阻率變低。溶液的礦化度與其電阻率之間的關系可以由“NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關系圖版” 看出。在同一溫度下(2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關系第十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 地層水電阻率與溫度的關系也非常密切，一般地層水溫度越高，其電阻率越低，反之亦然。這是因為隨溫度升高溶液中的離子遷移速

11、度隨之加大，在外加電場的作用下溶液的導電能力加強，溶液電阻率變低。 地層水的溫度決定于地層的埋藏深度。(2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率Rw與溫度的關系 通常測井時，在井口測量泥漿的電阻率和溫度，在需要知道地層溫度下泥漿電阻率Rmt時，則可以利用本圖版求出Rmt。第十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 另外也可用阿普斯（Arps）公式將t1溫度下的R t1換成t2溫度下的R t2。例2 已知24時，NaCI溶液的電阻率為1.2m，求溫度為71時該溶液的電阻率值。 解：首先在圖版上投點A(1.2，24)，A點所落斜線的號碼即為該溶液的礦化度值。 然后沿A點所落斜線下滑至t

12、=71的橫線得交點B，B點的橫坐標讀數即溫度為71時的溶液電阻率值Rw=0.56m。同樣也可以通過阿普斯（Arps）公式進行計算。(2)巖石電阻率與地層水性質的關系 地層水電阻率Rw與溫度的關系第十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 巖石的導電能力主要取決于巖石的孔隙度和地層水電阻率。在地層水電阻率一定時，巖石孔隙度越大，飽含的地層水數量越多，巖石的導電能力增強，于是巖石電阻率降低；孔隙度小，則巖石導電能力差，巖石電阻率高。 但是，有時即使巖石孔隙度相同，所含地層水的電阻率也一樣，其電阻率值也可能存在著差別。這常常是由于孔隙結構復雜程度以及膠結狀況不同造成的，通常膠結情況和孔隙結構決

13、定于巖性。因此，含水砂巖電阻率主要取決于地層水電阻率、孔隙度以及巖性等。若用R0表示含水砂巖電阻率，則有（3）巖石電阻率與孔隙度的關系 2.巖石電阻率影響因素第十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了研究R0與之間的關系，對給定含水砂巖巖樣進行如下測試： 對給定的巖樣()，改變巖樣中孔隙內所含水的電阻率值Rwl，Rw2，Rwn，得到對應的巖石電阻率為R01，R02，R0n，經數據整理發(fā)現(xiàn)，巖石電阻率不但隨所含水的電阻率變化而變化，且兩者之間有近似于正比的關系，即 對同一巖樣，兩者比值為一常數，且只與巖樣的孔隙度和巖性有關，而與飽含在巖樣孔隙中的地層水無關。 （3）巖石電阻率與孔隙度

14、的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 殼牌石油公司休斯頓辦事處的G.E.阿爾奇通過試驗首先發(fā)現(xiàn)了這個規(guī)律，于1942年發(fā)表了一篇關于測井資料定量解釋的論文，即著名的阿爾奇公式，從此奠定了測井解釋的理論基礎。 在整理試驗資料時，他首先定義了一個新的參數地層因素(或相對電阻率)，用F表示 式中: Ro孔隙中100含水時的地層電阻率； Rw地層水電阻率。（3）巖石電阻率與孔隙度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 F與的關系是從實驗中得來的。取同類巖石的n塊巖樣，其孔隙度分別為l，2，n，使各巖樣飽含水，并測出各巖

15、樣的電阻率分別為R01，R02，R0n，可得出 且F1F2Fn 在以F為縱坐標，為橫坐標的雙對數坐標紙上，得到上述實驗數據曲線F=f（）。（3）巖石電阻率與孔隙度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 由此可歸納出下列關系式由此得出阿爾奇公式的通式為 式中：a比例系數，與巖性有關，變化范圍在0.61.5； m膠結系數，隨巖石膠結程度不同而變化，一般為2左右，變化范圍1.53； 巖石孔隙度。（3）巖石電阻率與孔隙度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 總之，對于含水砂巖來說，巖石的孔隙度越高，所含地層水電阻率越

16、低，膠結程度越差，巖石電阻率越低，反之亦然。 （3）巖石電阻率與孔隙度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般來說，巖石孔隙中不是含水就是含油、氣（或油氣），巖石孔隙什么都不含是很少見的。故有 Sw + So = 1 在親水巖石孔隙中含有水和油時，油水在孔隙中的分布特點是：水包圍在巖石顆粒的表面，孔隙的中央充填著石油，周圍是地層水。石油的電阻率很高，可看作是不導電的，所以含油巖石電阻率Rt，比該巖石完全含水時的電阻率R0高。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 含油巖石的電阻率

17、Rt的大小取決于含油飽和度So、地層水電阻率Rw、孔隙度以及巖性。即 所以在給定巖樣時，若孔隙度和地層水電阻率一定，則巖石電阻率隨著含油飽和度的增高而增大。 然而在自然界中，地層水電阻率和孔隙度都是變量，且對Rt有影響。為了確定巖石電阻率與含油飽和度之間的定量關系，需要消除二者的影響。為此，阿爾奇在研究該問題時，首先引入了“ I”的概念，即含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全含水時的電阻率R0之比， （4）巖石電阻率與含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 在同樣巖石中，電阻增大系數I僅與巖石中含油飽和度S0有關，而與地層水電阻率Rw、巖石孔隙度

18、以及孔隙形狀等因素無關。這給研究巖石電阻率和含油飽和度之間的定量關系奠定了基礎。 巖石電阻率和含油飽和度的定量關系可由實驗得到。 選擇本地區(qū)有代表性的巖樣，先測出其完全含水時的電阻率R0，然后向完全含水巖樣中逐步壓入石油，改變巖樣的含油飽和度So，同時測出對應的電阻率Rt，這樣就可以得出一組So、Rt數據。在雙對數坐標紙上，以I為縱坐標，Sw為橫坐標，作出I=f(Sw)關系曲線。 （4）巖石電阻率與含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 左圖是我國某油田的I=f(Sw)關系曲線實例。通過統(tǒng)計計算可以得到I和Sw的定量關系式：（4）巖石電阻率與

19、含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 對不同巖性的巖石，進行上述實驗，結果表明得到的曲線變化規(guī)律類似。因此可以得到通式式中 b 系數，僅與巖性有關； n 飽和度指數，n2。 b，n只與巖性有關，表示油水在孔隙中的分布狀況對含油巖石電阻率的影響。不同巖石的b、n值不同，可應用實驗的方法得到，一般b接近于1，n接近于2。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第二十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 上式合稱為Archie公式，它們是應用電阻率測井資料解釋具有顆粒孔隙的含水巖石和含油氣巖石的兩個基本解釋公式。 （4）巖石電阻率與含油飽和度的關系 2.巖石電阻率影響因素第三十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年