巖石電阻率與巖性孔隙度課件

西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強(qiáng)測(cè)井方法原理電法測(cè)井（二）西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強(qiáng)測(cè)井方法原理電法測(cè)井第二節(jié)巖石電阻率與巖性、孔隙度、飽和度的關(guān)系第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性緒言

第一章巖石的電學(xué)性質(zhì)參考《測(cè)井學(xué)》第二節(jié)巖石電阻率與巖性、孔隙度、飽和度的關(guān)系第一節(jié)巖石電緒言電學(xué)性質(zhì)表征參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率測(cè)井使用的電學(xué)參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)普通電阻率測(cè)井側(cè)向測(cè)井感應(yīng)測(cè)井介電測(cè)井電磁波傳播測(cè)井緒言電學(xué)性質(zhì)表征參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率測(cè)井使第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性目前所使用的測(cè)井方法：自然電位測(cè)井、普通電阻率測(cè)井、側(cè)向測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井、介電測(cè)井、電磁波傳播測(cè)井頻率范圍直流→微波研究巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性對(duì)合理建立電法測(cè)井方法，正確使用不同頻率的測(cè)井信息是很重的。自然電位測(cè)井直流側(cè)向測(cè)井30-300Hz感應(yīng)測(cè)井10-40kHz介電測(cè)井幾十MHz電磁波傳播1.1GHz普通電阻率方波(<15Hz)第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性目前所使用的測(cè)井方法：自然電位一、巖石電阻抗的頻率特性巖樣電阻在105Hz時(shí)發(fā)生急劇變化頻率↑→電阻↓電阻什么是頻散？頻率變化→物資某種性質(zhì)發(fā)生急劇變化一、巖石電阻抗的頻率特性巖樣電阻在105Hz時(shí)發(fā)生急劇變化頻頻率↑→導(dǎo)電率↑→電阻率↓導(dǎo)電率頻率↑→導(dǎo)電率↑→電阻率↓導(dǎo)電率P——極化強(qiáng)度E——外加電場(chǎng)強(qiáng)度介電常數(shù)反映介質(zhì)極化能力的宏觀(guān)物理量二、巖石介電常數(shù)的頻率特性★干巖樣不存在頻散，飽和油的巖樣也不存在頻散★飽和水的巖樣有明顯頻散現(xiàn)象，頻率增高↑→介電常數(shù)↓石油大學(xué)測(cè)試P——極化強(qiáng)度介電常數(shù)反映介質(zhì)極化能力的宏觀(guān)物理量二、巖石★頻散特性分三段：低于100kHz→頻散劇烈100kHz～100MHz→頻散較明顯高于100MHz→頻散很弱★100Hz時(shí)含水巖石介電常數(shù)可高達(dá)103泥土顆粒表面雙電層界面極化是低頻段介電常數(shù)頻散的主要原因，其次是巖石骨架結(jié)構(gòu)中含有某些縱、橫比例特別小的扁平體和薄片狀雜質(zhì)引起的特殊效應(yīng)★超高頻（UHF）段，即200MHz～3000MHz基本無(wú)頻散★頻散特性分三段：低于100kHz→頻散劇烈★100Hz時(shí)含第二節(jié)巖石電阻率與巖性、地層水、孔隙度、飽和度的關(guān)系不同巖石電阻率不同，巖石電阻率的大小主要取決于下列因素：★巖石的組織結(jié)構(gòu)——巖性★巖石孔隙內(nèi)地層水的鹽類(lèi)的化學(xué)成分、濃度、溫度★巖石孔隙度★巖石含水飽和度第二節(jié)巖石電阻率與巖性、地層水、孔隙度、飽和度的關(guān)系不同巖一、巖石電阻率與巖性的關(guān)系主要巖石、礦物的電阻率巖石名稱(chēng)電阻率礦物名稱(chēng)電阻率粘土1－200石英1012－1014

頁(yè)巖10－100白云母41011

疏松砂巖2－50長(zhǎng)石41011致密砂巖20－1000石油109－1016

含油氣砂巖2－1000方解石5108－51012

泥灰?guī)r5－500無(wú)水石膏109

石灰?guī)r600－6000石墨10-6－310-4

白云巖50－6000磁鐵礦10-4－310-3

硬石膏104－106

黃鐵礦10-4

無(wú)煙煤0.01－1黃銅礦10-3

煙煤10－10000

玄武巖、花崗巖600－105

參見(jiàn)P73表2－5一、巖石電阻率與巖性的關(guān)系主要巖石、礦物的電阻率巖石名稱(chēng)電沉積巖巖石的電阻率主要取決于巖石孔隙中地層水的電阻率——地層水電阻率↑→地層巖石電阻率↑二、巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系1.地層水電阻率與地層水化學(xué)成分的關(guān)系溶液濃度(g/l)18°C時(shí)的溶液電阻率(.m)NaClKClMgCl20.015365724310.144.658.24515.756.114.99參見(jiàn)P74表2－6沉積巖巖石的電阻率主要取決于巖石孔隙中地層水的電阻率——地層地層水中常見(jiàn)鹽類(lèi)由于地層水中NaCl占優(yōu)勢(shì)，因此在研究地層水性質(zhì)時(shí)，通常先將其它鹽類(lèi)含量換算成等效NaCl的含量NaCl、KCl、MgCl2、NaSO4等，其中，NaCl占優(yōu)勢(shì)不同離子的換算系數(shù)參見(jiàn)P74圖2－35P75例題如何轉(zhuǎn)換？地層水中常見(jiàn)鹽類(lèi)由于地層水中NaCl占優(yōu)勢(shì)，因此在研究地層水NaCl溶液電阻率－濃度、溫度關(guān)系2.地層水電阻率與溶液濃度、溫度的關(guān)系★溫度↑→離子遷移率↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓★濃度↑→溶液在離子數(shù)↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓★溫度↑→溶解度↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓參見(jiàn)P76圖2－36要求會(huì)使用不同溫度電阻率換算公式地面Rt→地下RtNaCl溶液電阻率－濃度、溫度關(guān)系2.地層水電阻率與溶液濃度練習(xí)地層水分析結(jié)果為Na++Cl-20000ppm，Ca++600ppm，K+1000ppm。求等效NaCl的礦化度，再求地層水電阻率（70°C)。練習(xí)地層水分析結(jié)果為Na++Cl-20000ppm，Ca羅家5磨22三、巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系巖石孔隙空間－巖心羅家5磨22三、巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系巖石孔隙空間－巖心巖石孔隙空間－薄片巖石孔隙空間－薄片巖石孔隙空間－掃描電鏡任28井3.2/25-6樣品任48井5.14/22-2樣品巖石孔隙空間－掃描電鏡任28井3.2/25-6樣品任48井51.孔隙度孔隙度巖石孔隙空間體積與巖石總體積之比，是描述儲(chǔ)層儲(chǔ)積能力的重要常數(shù)有效孔隙度

總孔隙度

裂縫孔隙度

基質(zhì)孔隙度

孔隙度種類(lèi)1.孔隙度孔隙度巖石孔隙空間體積與巖石總體積之比，是描述儲(chǔ)2.地層因素F地層因素上述比值只與巖樣的孔隙度、膠結(jié)情況和孔隙形狀有關(guān)，而與孔隙中所含水的電阻率無(wú)關(guān)——巖石的地層因素（或相對(duì)電阻率）實(shí)驗(yàn)選一塊孔隙度為、不含泥質(zhì)的巖樣，改變巖樣孔隙中水的電阻率（分別為Rw1、Rw2、Rw3…Rwn，對(duì)應(yīng)測(cè)得巖石的電阻率為Ro1、Ro2、Ro3…Ron，發(fā)現(xiàn)——巖石電阻率不但隨所含水的電阻率變化而變化，并且它們之間有近似的正比關(guān)系。比值為常數(shù)2.地層因素F地層因素上述比值只與巖樣的孔隙度、膠結(jié)情況和孔3.阿爾奇公式公式

巖石電阻率越低P78(2-110)(2-111)——最經(jīng)典的電法測(cè)井理論m——膠結(jié)指數(shù)，變化范圍1.5～3，一般取2a——巖性系數(shù)，變化范圍0.5～1.5——巖石孔隙度F——地層因素含水砂巖

膠結(jié)程度越差地層水電阻率越低巖石孔隙度越高參見(jiàn)P78圖2－39G.E.Archie3.阿爾奇公式公式巖石電阻率越低P78(2-110)阿爾奇公式關(guān)鍵參數(shù)—m、a

巖石名稱(chēng)疏松砂巖弱膠結(jié)砂巖中等膠結(jié)砂巖疏松灰?guī)r及白云巖中等致密灰?guī)r與白云巖致密灰?guī)r與白云巖a10.70.50.550.60.8m1.31.92.21.852.52.3P79表2－7阿爾奇公式關(guān)鍵參數(shù)—m、a巖石名稱(chēng)疏松砂巖弱膠結(jié)砂巖中等青海躍西四川磨溪－F關(guān)系雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，－F呈線(xiàn)性關(guān)系青海躍西四川磨溪－F關(guān)系雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，四、巖石電阻率與飽和度的關(guān)系含水飽和度Sw含油飽和度So含氣飽和度Sg含水體積占全部孔隙體積的百分?jǐn)?shù)含油體積占全部孔隙體積的百分?jǐn)?shù)含氣體積占全部孔隙體積的百分?jǐn)?shù)油層、油水層氣層、氣水層油氣水層1.飽和度束縛水飽和度、殘余水飽和度、殘余油氣飽和度四、巖石電阻率與飽和度的關(guān)系含水飽和度Sw含油飽和度So含氣2.電阻增大系數(shù)I含油巖石電阻率：取決于含油飽和度So、地層水電阻率Rw和孔隙度親水巖石：水包圍在孔隙表面，石油位于孔隙中央巖石含油時(shí)的電阻率Rt與該巖石完全含水時(shí)的電阻率Ro之比★含油飽和度↑→地層電阻率↑電阻增大系數(shù)I電阻增大系數(shù)I只與So（或Sw)有關(guān)，而與Rw、及孔隙形狀無(wú)關(guān)2.電阻增大系數(shù)I含油巖石電阻率：取決于含油飽和度So、地層3.I－Sw關(guān)系實(shí)驗(yàn)選某地區(qū)代表性巖樣，先測(cè)出巖樣完全含水時(shí)的電阻率Ro；然后逐步向巖樣中壓入石油(改變巖樣的含油飽和度So)，測(cè)出對(duì)應(yīng)巖樣的電阻率Rt，得到一組數(shù)據(jù)——在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中做出I=f(Sw)的關(guān)系曲線(xiàn)→得到如下關(guān)系：n——飽和度指數(shù)，一般取2b——系數(shù)，接近1P82(2-115)與巖性有關(guān)3.I－Sw關(guān)系實(shí)驗(yàn)選某地區(qū)代表性巖樣，先測(cè)出巖樣完全含水時(shí)I－Sw關(guān)系青海躍西四川磨溪雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，I－Sw呈線(xiàn)性關(guān)系I－Sw關(guān)系青海躍西四川磨溪雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，本節(jié)要點(diǎn)3、巖石電阻率、介電常數(shù)的頻率特性4、影響巖石電阻率的大小的主要因素5、巖石電阻率與巖性、地層水、孔隙度、飽和度的關(guān)系1、電學(xué)性質(zhì)表征參數(shù)6、阿爾奇公式及其實(shí)驗(yàn)過(guò)程2、各種測(cè)井方法的頻率范圍本節(jié)要點(diǎn)3、巖石電阻率、介電常數(shù)的頻率特性4、影響巖石電阻率ThankYou！ThankYou！作業(yè)作業(yè)

西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強(qiáng)測(cè)井方法原理電法測(cè)井（二）西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強(qiáng)測(cè)井方法原理電法測(cè)井第二節(jié)巖石電阻率與巖性、孔隙度、飽和度的關(guān)系第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性緒言

第一章巖石的電學(xué)性質(zhì)參考《測(cè)井學(xué)》第二節(jié)巖石電阻率與巖性、孔隙度、飽和度的關(guān)系第一節(jié)巖石電緒言電學(xué)性質(zhì)表征參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率測(cè)井使用的電學(xué)參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)普通電阻率測(cè)井側(cè)向測(cè)井感應(yīng)測(cè)井介電測(cè)井電磁波傳播測(cè)井緒言電學(xué)性質(zhì)表征參數(shù)電阻率R電導(dǎo)率介電常數(shù)磁導(dǎo)率測(cè)井使第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性目前所使用的測(cè)井方法：自然電位測(cè)井、普通電阻率測(cè)井、側(cè)向測(cè)井、感應(yīng)測(cè)井、介電測(cè)井、電磁波傳播測(cè)井頻率范圍直流→微波研究巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性對(duì)合理建立電法測(cè)井方法，正確使用不同頻率的測(cè)井信息是很重的。自然電位測(cè)井直流側(cè)向測(cè)井30-300Hz感應(yīng)測(cè)井10-40kHz介電測(cè)井幾十MHz電磁波傳播1.1GHz普通電阻率方波(<15Hz)第一節(jié)巖石電學(xué)性質(zhì)的頻率特性目前所使用的測(cè)井方法：自然電位一、巖石電阻抗的頻率特性巖樣電阻在105Hz時(shí)發(fā)生急劇變化頻率↑→電阻↓電阻什么是頻散？頻率變化→物資某種性質(zhì)發(fā)生急劇變化一、巖石電阻抗的頻率特性巖樣電阻在105Hz時(shí)發(fā)生急劇變化頻頻率↑→導(dǎo)電率↑→電阻率↓導(dǎo)電率頻率↑→導(dǎo)電率↑→電阻率↓導(dǎo)電率P——極化強(qiáng)度E——外加電場(chǎng)強(qiáng)度介電常數(shù)反映介質(zhì)極化能力的宏觀(guān)物理量二、巖石介電常數(shù)的頻率特性★干巖樣不存在頻散，飽和油的巖樣也不存在頻散★飽和水的巖樣有明顯頻散現(xiàn)象，頻率增高↑→介電常數(shù)↓石油大學(xué)測(cè)試P——極化強(qiáng)度介電常數(shù)反映介質(zhì)極化能力的宏觀(guān)物理量二、巖石★頻散特性分三段：低于100kHz→頻散劇烈100kHz～100MHz→頻散較明顯高于100MHz→頻散很弱★100Hz時(shí)含水巖石介電常數(shù)可高達(dá)103泥土顆粒表面雙電層界面極化是低頻段介電常數(shù)頻散的主要原因，其次是巖石骨架結(jié)構(gòu)中含有某些縱、橫比例特別小的扁平體和薄片狀雜質(zhì)引起的特殊效應(yīng)★超高頻（UHF）段，即200MHz～3000MHz基本無(wú)頻散★頻散特性分三段：低于100kHz→頻散劇烈★100Hz時(shí)含第二節(jié)巖石電阻率與巖性、地層水、孔隙度、飽和度的關(guān)系不同巖石電阻率不同，巖石電阻率的大小主要取決于下列因素：★巖石的組織結(jié)構(gòu)——巖性★巖石孔隙內(nèi)地層水的鹽類(lèi)的化學(xué)成分、濃度、溫度★巖石孔隙度★巖石含水飽和度第二節(jié)巖石電阻率與巖性、地層水、孔隙度、飽和度的關(guān)系不同巖一、巖石電阻率與巖性的關(guān)系主要巖石、礦物的電阻率巖石名稱(chēng)電阻率礦物名稱(chēng)電阻率粘土1－200石英1012－1014

頁(yè)巖10－100白云母41011

疏松砂巖2－50長(zhǎng)石41011致密砂巖20－1000石油109－1016

含油氣砂巖2－1000方解石5108－51012

泥灰?guī)r5－500無(wú)水石膏109

石灰?guī)r600－6000石墨10-6－310-4

白云巖50－6000磁鐵礦10-4－310-3

硬石膏104－106

黃鐵礦10-4

無(wú)煙煤0.01－1黃銅礦10-3

煙煤10－10000

玄武巖、花崗巖600－105

參見(jiàn)P73表2－5一、巖石電阻率與巖性的關(guān)系主要巖石、礦物的電阻率巖石名稱(chēng)電沉積巖巖石的電阻率主要取決于巖石孔隙中地層水的電阻率——地層水電阻率↑→地層巖石電阻率↑二、巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系1.地層水電阻率與地層水化學(xué)成分的關(guān)系溶液濃度(g/l)18°C時(shí)的溶液電阻率(.m)NaClKClMgCl20.015365724310.144.658.24515.756.114.99參見(jiàn)P74表2－6沉積巖巖石的電阻率主要取決于巖石孔隙中地層水的電阻率——地層地層水中常見(jiàn)鹽類(lèi)由于地層水中NaCl占優(yōu)勢(shì)，因此在研究地層水性質(zhì)時(shí)，通常先將其它鹽類(lèi)含量換算成等效NaCl的含量NaCl、KCl、MgCl2、NaSO4等，其中，NaCl占優(yōu)勢(shì)不同離子的換算系數(shù)參見(jiàn)P74圖2－35P75例題如何轉(zhuǎn)換？地層水中常見(jiàn)鹽類(lèi)由于地層水中NaCl占優(yōu)勢(shì)，因此在研究地層水NaCl溶液電阻率－濃度、溫度關(guān)系2.地層水電阻率與溶液濃度、溫度的關(guān)系★溫度↑→離子遷移率↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓★濃度↑→溶液在離子數(shù)↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓★溫度↑→溶解度↑→導(dǎo)電性↑→電阻率↓參見(jiàn)P76圖2－36要求會(huì)使用不同溫度電阻率換算公式地面Rt→地下RtNaCl溶液電阻率－濃度、溫度關(guān)系2.地層水電阻率與溶液濃度練習(xí)地層水分析結(jié)果為Na++Cl-20000ppm，Ca++600ppm，K+1000ppm。求等效NaCl的礦化度，再求地層水電阻率（70°C)。練習(xí)地層水分析結(jié)果為Na++Cl-20000ppm，Ca羅家5磨22三、巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系巖石孔隙空間－巖心羅家5磨22三、巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系巖石孔隙空間－巖心巖石孔隙空間－薄片巖石孔隙空間－薄片巖石孔隙空間－掃描電鏡任28井3.2/25-6樣品任48井5.14/22-2樣品巖石孔隙空間－掃描電鏡任28井3.2/25-6樣品任48井51.孔隙度孔隙度巖石孔隙空間體積與巖石總體積之比，是描述儲(chǔ)層儲(chǔ)積能力的重要常數(shù)有效孔隙度

總孔隙度

裂縫孔隙度

基質(zhì)孔隙度

孔隙度種類(lèi)1.孔隙度孔隙度巖石孔隙空間體積與巖石總體積之比，是描述儲(chǔ)2.地層因素F地層因素上述比值只與巖樣的孔隙度、膠結(jié)情況和孔隙形狀有關(guān)，而與孔隙中所含水的電阻率無(wú)關(guān)——巖石的地層因素（或相對(duì)電阻率）實(shí)驗(yàn)選一塊孔隙度為、不含泥質(zhì)的巖樣，改變巖樣孔隙中水的電阻率（分別為Rw1、Rw2、Rw3…Rwn，對(duì)應(yīng)測(cè)得巖石的電阻率為Ro1、Ro2、Ro3…Ron，發(fā)現(xiàn)——巖石電阻率不但隨所含水的電阻率變化而變化，并且它們之間有近似的正比關(guān)系。比值為常數(shù)2.地層因素F地層因素上述比值只與巖樣的孔隙度、膠結(jié)情況和孔3.阿爾奇公式公式

巖石電阻率越低P78(2-110)(2-111)——最經(jīng)典的電法測(cè)井理論m——膠結(jié)指數(shù)，變化范圍1.5～3，一般取2a——巖性系數(shù)，變化范圍0.5～1.5——巖石孔隙度F——地層因素含水砂巖

膠結(jié)程度越差地層水電阻率越低巖石孔隙度越高參見(jiàn)P78圖2－39G.E.Archie3.阿爾奇公式公式巖石電阻率越低P78(2-110)阿爾奇公式關(guān)鍵參數(shù)—m、a

巖石名稱(chēng)疏松砂巖弱膠結(jié)砂巖中等膠結(jié)砂巖疏松灰?guī)r及白云巖中等致密灰?guī)r與白云巖致密灰?guī)r與白云巖a10.70.50.550.60.8m1.31.92.21.852.52.3P79表2－7阿爾奇公式關(guān)鍵參數(shù)—m、a巖石名稱(chēng)疏松砂巖弱膠結(jié)砂巖中等青海躍西四川磨溪－F關(guān)系雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，－F呈線(xiàn)性關(guān)系青海躍西四川磨溪－F關(guān)系雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中