電介質(zhì)的介電常數(shù)0課件

西南石油學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強測井方法原理電法測井（十三）西南石油學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強測井方法原理電法測井第三節(jié)介電測量第二節(jié)介電測井原理

第一節(jié)巖石的介電常數(shù)第四節(jié)介電測井資料應(yīng)用第五章介電測井第三節(jié)介電測量第二節(jié)介電測井原理第一節(jié)巖石的介電常數(shù)感應(yīng)測井知識回顧5、感應(yīng)測井曲線的特點與應(yīng)用1、感應(yīng)測井基本原理2、什么是視電導(dǎo)率、測井視電導(dǎo)率構(gòu)成4、復(fù)合線圈系的構(gòu)成、特點3、什么是幾何因子，幾何因子的種類與含義感應(yīng)測井知識回顧5、感應(yīng)測井曲線的特點與應(yīng)用1、感應(yīng)測井基本介電測井在什么情況下誕生？二次采油、三次采油——技術(shù)發(fā)展的需要低電阻率油層、高電阻率水層——電阻率（電阻率）方法判別油氣水層效果差地層水的介電常數(shù)78～81原油的介電常數(shù)2～2.4天然氣的介電常數(shù)1巖石骨架介電常數(shù)4～9油氣層的介電常數(shù)與水層有明顯差異西方與蘇聯(lián)→70年代開始介電測井理論與儀器的研制我國→80引進西方的介電測井服務(wù)，并開始相應(yīng)的研究介電測井介電測井電磁波傳播測井測量井下地層的介電常數(shù)介電測井在什么情況下誕生？二次采油、三次采油——技術(shù)發(fā)展的第一節(jié)巖石的介電常數(shù)在電場作用下，介質(zhì)中的原子、離子或分子會產(chǎn)生位移，形成電偶極子。這些電偶極子趨向定向排列——介質(zhì)極化現(xiàn)象介質(zhì)極化電極化強度P—電偶極矩V—電介質(zhì)體積k—電極化率E—電場強度單位體積電介質(zhì)中電偶極矩的代數(shù)和與電介質(zhì)材料特性有關(guān)與外加電場強度成正比一、幾個基礎(chǔ)概念

第一節(jié)巖石的介電常數(shù)在電場作用下，介質(zhì)中的原子、離子或分子介電常數(shù)k—電極化率—電介質(zhì)的介電常數(shù)0—真空中的介電常數(shù)相對介電常數(shù)后面的介電常數(shù)均指相對介電常數(shù)交變電磁場中的介電常數(shù)——復(fù)數(shù)—復(fù)介電常數(shù)實部—復(fù)介電常數(shù)虛部，由介電損耗引起tan—損耗角正切，用來表示介電損耗的大小表征介質(zhì)極化程度的物理量介電常數(shù)k—電極化率相對介電常數(shù)后面的介電常數(shù)均指相對介電常復(fù)介電常數(shù)虛部/—由傳導(dǎo)電流引起的損耗。為介質(zhì)的電導(dǎo)率，為外加電場角頻率d—介電損耗，極化時原子、離子、分子發(fā)生位移時由摩擦引起的損耗復(fù)介電常數(shù)虛部/—由傳導(dǎo)電流引起的損耗。為介質(zhì)的電導(dǎo)率物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m空氣1.0005853.3泥巖5～257.46～16.6天然氣13.3石英3.86.5石油2～2.44.7～5.2云母5.47.8水56～8025～30正長石46.7砂巖4.457.2硬石膏6.358.5白云巖6.98.7石膏4.166.18石灰?guī)r7.5～9.29.1～10.2巖鹽5.6～6.357.6～8.4常見巖石和流體的相對介電常數(shù)與傳播時間影響地層介電常數(shù)的因素孔隙度孔隙中流體性質(zhì)巖石顆粒大小、排列、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物二、介質(zhì)的介電特征

物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳☆濕空氣→頻率↓→稍有↑—增幅小于10％☆淡水→頻率↓→↑—增幅較明顯☆鹽水→頻率↓→↑—增幅明顯☆頻率f>108Hz→淡水與鹽水的接近☆濕空氣→頻率↓→稍有↑—增幅小于10％☆淡水→頻率↓→☆巖性不同→介電常數(shù)不同☆孔隙度不同→介電常數(shù)不同☆巖性不同→介電常數(shù)不同☆孔隙度不同→介電常數(shù)不同☆孔隙中流體性質(zhì)不同→介電常數(shù)差別很大☆巖石飽和水→介電常數(shù)隨孔隙度增加迅速增加☆巖石飽和油→介電常數(shù)隨孔隙度增加而減小介電測井劃分油氣水層的實驗依據(jù)☆孔隙中流體性質(zhì)不同→介電常數(shù)差別很大☆巖石飽和水→介電常數(shù)平面電磁波方程的解要測量介電常數(shù)，必須研究電磁波的傳播特征——滿足麥氏波動方程：—相位常數(shù)。相當于電磁波傳播單位距離時相位的變化—衰減常數(shù)（吸收系數(shù)）。相當于電磁波傳播單位距離時幅度的衰減—傳播常數(shù)。＝－iE0—初始電場強度—角頻率注意：有的書—相位常數(shù)—衰減常數(shù)第二節(jié)介電測井原理平面電磁波方程的解要測量介電常數(shù)，必須研究電磁波的傳電磁波傳播深度——定義電場強度穿入介質(zhì)后衰減為原值的1/e倍時這個距離為穿透深度，也叫傳播深度或趨膚深度角頻率越高、電導(dǎo)率越大→趨膚深度越淺—反映電磁波傳播測井探測范圍電磁波傳播深度——定義電場強度穿入介質(zhì)后衰減為原值的1/e由波動方程→電磁波在介質(zhì)中傳播時，相位變化和幅度衰減與所在介質(zhì)的介電特性密切相關(guān)。傳播常數(shù)相位常數(shù)衰減常數(shù)介電常數(shù)電磁波傳播時，相位與幅度的變化→決定介電常數(shù)的實部與虛部。測出電磁波在地層中相位與幅度的變化→能確定地層的介電常數(shù)→評價油氣層介電測井理論基由波動方程→電磁波在介質(zhì)中傳播時，相位變化和幅度衰減與所在介在介電常數(shù)不同的兩種介質(zhì)交界面上，電磁波傳播遵循反射定律與折射定律a—入射角b—折射角v1、v2—電磁波傳播速度折射當1>2、入射角=臨界角時→b=90，產(chǎn)生全反射→滑行波測量滑行波的幅度衰減與相位變化→可求地層的介電常數(shù)第三節(jié)介電測量在介電常數(shù)不同的兩種介質(zhì)交界面上，電磁波傳播遵循反射定律與折一、電磁波傳播測井電磁波傳播測井——斯侖貝謝的技術(shù)電磁波傳播測井儀器(EPT)發(fā)射頻率1.1GHz。2個發(fā)射天線T1、T2，2個接收天線R1、R2——刻在極板上的槽。測井時，極板貼井壁。EPT-D型儀器：發(fā)射、接收天線槽寬/2，深/4T1、T2與R1、R2——構(gòu)成雙發(fā)雙收→實現(xiàn)井眼影響補償一、電磁波傳播測井電磁波傳播測井——斯侖貝謝的技術(shù)電磁波傳播發(fā)射天線T1、T2貼井壁交替發(fā)射電磁波，每次發(fā)射延續(xù)10ns→消除井眼不平影響接收天線R1、R2接收到直達波、反射波、滑行波直達波、反射波——在泥餅中傳播滑行波——主要沿泥餅與地層界面?zhèn)鞑ブ边_波、反射波、滑行波——均為正弦波，在接收天線合成一種波。但直達波與反射波在泥餅中傳播，其衰減率遠大于地層，因此，接收天線收到的主要是滑行波發(fā)射天線T1、T2貼井壁交替發(fā)射電磁波，每次發(fā)射延續(xù)10nsT1發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UND與UFD將上述值與近、遠接收天線的參考信號值（UNR-UFR——最大值)相比，可得到電磁波幅度衰減值(—EATT)1.幅度衰減(EATT)測量T2發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UNU與UFUT1、T2每交替發(fā)射一次，可得到近接收天線(R1)信號平均值與遠接收天線(R2)信號平均值之差：K——比例常數(shù)對比P174→(5－17)T1發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UND與UFD將上述值T1發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為D測井時，測量結(jié)果用Tpl表示2.相位（傳播時間Tpl）測量T2發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為UT1、T2交替發(fā)射，可得到相位差平均值EPT：Tpl—電磁波(同一相位)穿行1m距離的時間—電磁波傳播時間對比P175→(5－19)T1發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為D測井時二、介電測井介電測井——阿特拉斯公司的技術(shù)介電測井儀深探測介電測井儀淺探測介電測井儀深探測介電測井儀天線：1個發(fā)射線圈，2個接收線圈線圈排列：T10.8R10.2R2(m)工作頻率：47MHz探測深度：15in(38.1cm)淺探測介電測井儀采用背腔式縫隙天線天線排列：T125.4R17.6R225.4T2(cm)工作頻率：200MHz探測深度：很淺（5in左右)二、介電測井介電測井——阿特拉斯公司的技術(shù)介電測井儀深探測介深探測介電測井信號→經(jīng)刻度→介電常數(shù)實部和視電導(dǎo)率淺探測介電測井信號→補償、刻度→遠近信號相位移PHS和信號幅度比(A2/A1)這2種儀器在我國均有使用深探測介電測井信號→經(jīng)刻度→介電常數(shù)實部和視電導(dǎo)率淺探測f=1.1GHz一、電磁波傳播測井參數(shù)與介電參數(shù)間的轉(zhuǎn)換第四節(jié)介電測井資料應(yīng)用EATT、Tpl、、EATT—包含巖石的介電損耗AC（取決于介電常數(shù)）與幾何損耗ASL(取決于波的傳播方式)，空氣中ASL≈51db/mf=1.1GHz一、電磁波傳播測井參數(shù)與介電參數(shù)間的轉(zhuǎn)換第四★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)↓★超高頻（UHF）段，即200MHz～3000MHz基本無頻散二、巖石的介電特性1.頻散★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2.介電常數(shù)－Sw的關(guān)系★頻率一定時，介電常數(shù)－Sw有近似正線性關(guān)系★頻率不同，介電常數(shù)－Sw關(guān)系差別很大——頻散效應(yīng)我國某油田分析結(jié)果2.介電常數(shù)－Sw的關(guān)系★頻率一定時，介電常數(shù)－Sw有近3.電磁波傳播測井資料應(yīng)用（1）識別巖性物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m空氣1.0005853.3泥巖5～257.46～16.6天然氣13.3石英3.86.5石油2～2.44.7～5.2云母5.47.8水56～8025～30正長石46.7砂巖4.457.2硬石膏6.358.5白云巖6.98.7石膏4.166.18石灰?guī)r7.5～9.29.1～10.2巖鹽5.6～6.357.6～8.4（2）指示裂縫EPT測井資料縱向分辨率很高，對低角度裂縫與切割井眼的斜交縫都有明顯顯示（3）計算含水孔隙度Tpl—測井得到的電磁波傳播時間Tpma—巖石骨架的無損耗電磁波傳播時間Tpwo—水的無損耗電磁波傳播時間（4）計算含水飽和度ESxo—電磁波傳播測井計算的含水飽和度EPT—電磁波傳播測井孔隙度T—其它測井方法計算的總孔隙度3.電磁波傳播測井資料應(yīng)用（1）識別巖性物質(zhì)相對介電常數(shù)r阿特拉斯公司的介電測井儀分深探測與淺探測——深淺組合→確定沖洗帶與原狀地層含水飽和度、確定油氣水層的位置4.介電測井資料應(yīng)用阿特拉斯公司的介電測井儀分深探測與淺探測——深淺組合→確定沖本節(jié)要點1、巖石的介電常數(shù)基礎(chǔ)概念與特征4、電磁波傳播測井曲線的應(yīng)用2、介電測井基本原理3、電磁波傳播測井參數(shù)含義本節(jié)要點1、巖石的介電常數(shù)基礎(chǔ)概念與特征4、電磁波傳播測井曲ThankYou！ThankYou！

西南石油學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強測井方法原理電法測井（十三）西南石油學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院司馬立強測井方法原理電法測井第三節(jié)介電測量第二節(jié)介電測井原理

第一節(jié)巖石的介電常數(shù)第四節(jié)介電測井資料應(yīng)用第五章介電測井第三節(jié)介電測量第二節(jié)介電測井原理第一節(jié)巖石的介電常數(shù)感應(yīng)測井知識回顧5、感應(yīng)測井曲線的特點與應(yīng)用1、感應(yīng)測井基本原理2、什么是視電導(dǎo)率、測井視電導(dǎo)率構(gòu)成4、復(fù)合線圈系的構(gòu)成、特點3、什么是幾何因子，幾何因子的種類與含義感應(yīng)測井知識回顧5、感應(yīng)測井曲線的特點與應(yīng)用1、感應(yīng)測井基本介電測井在什么情況下誕生？二次采油、三次采油——技術(shù)發(fā)展的需要低電阻率油層、高電阻率水層——電阻率（電阻率）方法判別油氣水層效果差地層水的介電常數(shù)78～81原油的介電常數(shù)2～2.4天然氣的介電常數(shù)1巖石骨架介電常數(shù)4～9油氣層的介電常數(shù)與水層有明顯差異西方與蘇聯(lián)→70年代開始介電測井理論與儀器的研制我國→80引進西方的介電測井服務(wù)，并開始相應(yīng)的研究介電測井介電測井電磁波傳播測井測量井下地層的介電常數(shù)介電測井在什么情況下誕生？二次采油、三次采油——技術(shù)發(fā)展的第一節(jié)巖石的介電常數(shù)在電場作用下，介質(zhì)中的原子、離子或分子會產(chǎn)生位移，形成電偶極子。這些電偶極子趨向定向排列——介質(zhì)極化現(xiàn)象介質(zhì)極化電極化強度P—電偶極矩V—電介質(zhì)體積k—電極化率E—電場強度單位體積電介質(zhì)中電偶極矩的代數(shù)和與電介質(zhì)材料特性有關(guān)與外加電場強度成正比一、幾個基礎(chǔ)概念

第一節(jié)巖石的介電常數(shù)在電場作用下，介質(zhì)中的原子、離子或分子介電常數(shù)k—電極化率—電介質(zhì)的介電常數(shù)0—真空中的介電常數(shù)相對介電常數(shù)后面的介電常數(shù)均指相對介電常數(shù)交變電磁場中的介電常數(shù)——復(fù)數(shù)—復(fù)介電常數(shù)實部—復(fù)介電常數(shù)虛部，由介電損耗引起tan—損耗角正切，用來表示介電損耗的大小表征介質(zhì)極化程度的物理量介電常數(shù)k—電極化率相對介電常數(shù)后面的介電常數(shù)均指相對介電常復(fù)介電常數(shù)虛部/—由傳導(dǎo)電流引起的損耗。為介質(zhì)的電導(dǎo)率，為外加電場角頻率d—介電損耗，極化時原子、離子、分子發(fā)生位移時由摩擦引起的損耗復(fù)介電常數(shù)虛部/—由傳導(dǎo)電流引起的損耗。為介質(zhì)的電導(dǎo)率物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m空氣1.0005853.3泥巖5～257.46～16.6天然氣13.3石英3.86.5石油2～2.44.7～5.2云母5.47.8水56～8025～30正長石46.7砂巖4.457.2硬石膏6.358.5白云巖6.98.7石膏4.166.18石灰?guī)r7.5～9.29.1～10.2巖鹽5.6～6.357.6～8.4常見巖石和流體的相對介電常數(shù)與傳播時間影響地層介電常數(shù)的因素孔隙度孔隙中流體性質(zhì)巖石顆粒大小、排列、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物二、介質(zhì)的介電特征

物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳播時間，ns/m物質(zhì)相對介電常數(shù)r傳☆濕空氣→頻率↓→稍有↑—增幅小于10％☆淡水→頻率↓→↑—增幅較明顯☆鹽水→頻率↓→↑—增幅明顯☆頻率f>108Hz→淡水與鹽水的接近☆濕空氣→頻率↓→稍有↑—增幅小于10％☆淡水→頻率↓→☆巖性不同→介電常數(shù)不同☆孔隙度不同→介電常數(shù)不同☆巖性不同→介電常數(shù)不同☆孔隙度不同→介電常數(shù)不同☆孔隙中流體性質(zhì)不同→介電常數(shù)差別很大☆巖石飽和水→介電常數(shù)隨孔隙度增加迅速增加☆巖石飽和油→介電常數(shù)隨孔隙度增加而減小介電測井劃分油氣水層的實驗依據(jù)☆孔隙中流體性質(zhì)不同→介電常數(shù)差別很大☆巖石飽和水→介電常數(shù)平面電磁波方程的解要測量介電常數(shù)，必須研究電磁波的傳播特征——滿足麥氏波動方程：—相位常數(shù)。相當于電磁波傳播單位距離時相位的變化—衰減常數(shù)（吸收系數(shù)）。相當于電磁波傳播單位距離時幅度的衰減—傳播常數(shù)。＝－iE0—初始電場強度—角頻率注意：有的書—相位常數(shù)—衰減常數(shù)第二節(jié)介電測井原理平面電磁波方程的解要測量介電常數(shù)，必須研究電磁波的傳電磁波傳播深度——定義電場強度穿入介質(zhì)后衰減為原值的1/e倍時這個距離為穿透深度，也叫傳播深度或趨膚深度角頻率越高、電導(dǎo)率越大→趨膚深度越淺—反映電磁波傳播測井探測范圍電磁波傳播深度——定義電場強度穿入介質(zhì)后衰減為原值的1/e由波動方程→電磁波在介質(zhì)中傳播時，相位變化和幅度衰減與所在介質(zhì)的介電特性密切相關(guān)。傳播常數(shù)相位常數(shù)衰減常數(shù)介電常數(shù)電磁波傳播時，相位與幅度的變化→決定介電常數(shù)的實部與虛部。測出電磁波在地層中相位與幅度的變化→能確定地層的介電常數(shù)→評價油氣層介電測井理論基由波動方程→電磁波在介質(zhì)中傳播時，相位變化和幅度衰減與所在介在介電常數(shù)不同的兩種介質(zhì)交界面上，電磁波傳播遵循反射定律與折射定律a—入射角b—折射角v1、v2—電磁波傳播速度折射當1>2、入射角=臨界角時→b=90，產(chǎn)生全反射→滑行波測量滑行波的幅度衰減與相位變化→可求地層的介電常數(shù)第三節(jié)介電測量在介電常數(shù)不同的兩種介質(zhì)交界面上，電磁波傳播遵循反射定律與折一、電磁波傳播測井電磁波傳播測井——斯侖貝謝的技術(shù)電磁波傳播測井儀器(EPT)發(fā)射頻率1.1GHz。2個發(fā)射天線T1、T2，2個接收天線R1、R2——刻在極板上的槽。測井時，極板貼井壁。EPT-D型儀器：發(fā)射、接收天線槽寬/2，深/4T1、T2與R1、R2——構(gòu)成雙發(fā)雙收→實現(xiàn)井眼影響補償一、電磁波傳播測井電磁波傳播測井——斯侖貝謝的技術(shù)電磁波傳播發(fā)射天線T1、T2貼井壁交替發(fā)射電磁波，每次發(fā)射延續(xù)10ns→消除井眼不平影響接收天線R1、R2接收到直達波、反射波、滑行波直達波、反射波——在泥餅中傳播滑行波——主要沿泥餅與地層界面?zhèn)鞑ブ边_波、反射波、滑行波——均為正弦波，在接收天線合成一種波。但直達波與反射波在泥餅中傳播，其衰減率遠大于地層，因此，接收天線收到的主要是滑行波發(fā)射天線T1、T2貼井壁交替發(fā)射電磁波，每次發(fā)射延續(xù)10nsT1發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UND與UFD將上述值與近、遠接收天線的參考信號值（UNR-UFR——最大值)相比，可得到電磁波幅度衰減值(—EATT)1.幅度衰減(EATT)測量T2發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UNU與UFUT1、T2每交替發(fā)射一次，可得到近接收天線(R1)信號平均值與遠接收天線(R2)信號平均值之差：K——比例常數(shù)對比P174→(5－17)T1發(fā)射時，R1與R2分別測得電壓信號UND與UFD將上述值T1發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為D測井時，測量結(jié)果用Tpl表示2.相位（傳播時間Tpl）測量T2發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為UT1、T2交替發(fā)射，可得到相位差平均值EPT：Tpl—電磁波(同一相位)穿行1m距離的時間—電磁波傳播時間對比P175→(5－19)T1發(fā)射時，R1測得的信號與R2測得的信號相位差為D測井時二、介電測井介電測井——阿特拉斯公司的技術(shù)介電測井儀深探測介電測井儀淺探測介電測井儀深探測介電測井儀天線：1個發(fā)射線圈，2個接收線圈線圈排列：T10.8R10.2R2(m)工作頻率：47MHz探測深度：15in(38.1cm)淺探測介電測井儀采用背腔式縫隙天線天線排列：T125.4R17.6R225.4T2(cm)工作頻率：200MHz探測深度：很淺（5in左右)二、介電測井介電測井——阿特拉斯公司的技術(shù)介電測井儀深探測介深探測介電測井信號→經(jīng)刻度→介電常數(shù)實部和視電導(dǎo)率淺探測介電測井信號→補償、刻度→遠近信號相位移PHS和信號幅度比(A2/A1)這2種儀器在我國均有使用深探測介電測井信號→經(jīng)刻度→介電常數(shù)實部和視電導(dǎo)率淺探測f=1.1GHz一、電磁波傳播測井參數(shù)與介電參數(shù)間的轉(zhuǎn)換第四節(jié)介電測井資料應(yīng)用EATT、Tpl、、EATT—包含巖石的介電損耗AC（取決于介電常數(shù)）與幾何損耗ASL(取決于波的傳播方式)，空氣中ASL≈51db/mf=1.1GHz一、電磁波傳播測井參數(shù)與介電參數(shù)間的轉(zhuǎn)換第四★干巖樣不存