巖石電阻率及其影響因素第1頁/共36頁巖石電阻率及其影響因素本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.1巖石電阻率概念1.2巖石電阻率影響因素第2頁/共36頁

各種巖石在外加電場作用下其導(dǎo)電能力各不相同，導(dǎo)電能力的強(qiáng)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(dǎo)體，其電阻r與導(dǎo)體截面積S成反比，與導(dǎo)體的長度成正比，表達(dá)式為：巖石電阻率只與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何形狀無關(guān)，單位Ω.m，在數(shù)值上相當(dāng)于截面積為1m2，長度單位為1m的單位體積巖石的電阻值。第3頁/共36頁巖樣電阻率測量原理圖1.巖石電阻率概念

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用“四極法”測定巖石的電阻率。對于一個(gè)給定的圓柱狀巖樣，若長度L和橫截面積S已知，只要能測出其電阻r，則可由上式計(jì)算出電阻率R。第4頁/共36頁巖石電阻率及其影響因素本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.巖石電阻率概念2.巖石電阻率影響因素第5頁/共36頁

自然界的巖、礦石，根據(jù)它們的導(dǎo)電性質(zhì)，可分為電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性兩大類。

2.巖石電阻率影響因素

電子導(dǎo)電性是組成巖、礦石的基本物質(zhì)顆粒中的自由電子在電場作用下所作的定向運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)電性的巖石，則主要靠巖石孔隙中水溶液的離子導(dǎo)電，如砂巖、碳酸鹽巖孔隙中的流體等。

在石油勘探中，我們的主要研究對象—沉積巖就屬于離子導(dǎo)電性的巖石。第6頁/共36頁①巖礦石的巖性；②巖石孔隙中地層水性質(zhì)；③巖石的孔隙度以及孔隙結(jié)構(gòu)；④孔隙中流體性質(zhì)及其含量，即孔隙中的含水飽和度;⑤巖石中泥質(zhì)成分(泥質(zhì)含量影響巖石的導(dǎo)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7頁/共36頁

(1)巖石電阻率與巖性的關(guān)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(dǎo)電機(jī)理決定。第8頁/共36頁

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(jié)構(gòu)、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(jié)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(shù)沉積巖，當(dāng)其不含導(dǎo)電流體時(shí)，由造巖礦物組成的巖石骨架幾乎是不導(dǎo)電的。許多沉積巖之所以能導(dǎo)電，則是因?yàn)樗鼈冊诘叵虏煌潭鹊木哂幸欢ǖ目紫?，在其中充填了一定?shù)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(fù)離子(如C1-，SO2-等)，離子在電場作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，就構(gòu)成了沉積巖中電流流動(dòng)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(dǎo)電性。(1)巖石電阻率與巖性的關(guān)系2.巖石電阻率影響因素第9頁/共36頁

組成沉積巖石的固體顆粒部分稱為巖石骨架，這部分導(dǎo)電能力很差，幾乎不導(dǎo)電，因此沉積巖石的導(dǎo)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(zhì)有密切關(guān)系。

主要包括三個(gè)方面：①地層水電阻率Rw與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系;②地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系;③地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系。

(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系

下面詳細(xì)講解2.巖石電阻率影響因素第10頁/共36頁

①地層水電阻率與地層水所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系在溫度、濃度相同條件下，溶液內(nèi)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(jìn)行：

A、當(dāng)?shù)貙铀畠?nèi)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(guān)系圖版”求出地層水電阻率。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第11頁/共36頁NaCl溶液電阻率與其濃度、溫度的關(guān)系圖版(2)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所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第12頁/共36頁

B、當(dāng)?shù)貙铀兴姆荖aCl鹽類的含量不可忽略時(shí)，應(yīng)當(dāng)先用“不同離子的換算系數(shù)”圖版（下頁）求出地層水中所含各種鹽類離子的換算系數(shù)，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(shí)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(guān)鍵是首先使用“不同離子的換算系數(shù)圖版”確定非NaCl離子的換算系數(shù)。

(2)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所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第13頁/共36頁

(2)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所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系不同離子的換算系圖版第14頁/共36頁例1某地層水樣分析結(jié)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。[Ⅰ]求水樣的總礦化度總礦化度=460ppm+1400ppm+19000ppm=20860ppm[Ⅱ]求離子換算系數(shù)(圖版)在圖版橫坐標(biāo)軸上找到水樣總礦化度20860ppm點(diǎn)，過該點(diǎn)作一條平行于縱軸的直線與曲線相交，在Ca2+離子曲線交點(diǎn)處讀出其縱坐標(biāo)值0.81就是Ca2+的換算系數(shù)，同樣在SO42-離子曲線交點(diǎn)處讀出換算系數(shù)為0.45。(2)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所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第15頁/共36頁[Ⅲ]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(shù)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：460×0.81+1400×0.45+19000=20000ppm[Ⅳ]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(guān)系圖版”中找出標(biāo)有20000ppm的斜線與已知溫度的交點(diǎn)，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀數(shù)就是所求地層水電阻率Rw。(2)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所含鹽類化學(xué)成分的關(guān)系第16頁/共36頁

一般將地層水視為NaCl溶液，隨著溶液的礦化度增高，溶液內(nèi)離子數(shù)目增加，其導(dǎo)電能力加強(qiáng)，因此電阻率變低。溶液的礦化度與其電阻率之間的關(guān)系可以由“NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關(guān)系圖版”看出。在同一溫度下……(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系

②地層水電阻率Rw與溶液礦化度的關(guān)系第17頁/共36頁

地層水電阻率與溫度的關(guān)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?yàn)殡S溫度升高溶液中的離子遷移速度隨之加大，在外加電場的作用下溶液的導(dǎo)電能力加強(qiáng)，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(zhì)的關(guān)系

③地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系

通常測井時(shí)，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(shí)，則可以利用本圖版求出Rmt。第18頁/共36頁

另外也可用阿普斯（Arps）公式將t1溫度下的Rt1換成t2溫度下的Rt2。例2已知24℃時(shí)，NaCI溶液的電阻率為1.2Ω·m，求溫度為71℃時(shí)該溶液的電阻率值。解：首先在圖版上投點(diǎn)A(1.2，24)，A點(diǎn)所落斜線的號(hào)碼即為該溶液的礦化度值。然后沿A點(diǎn)所落斜線下滑至t=71℃的橫線得交點(diǎn)B，B點(diǎn)的橫坐標(biāo)讀數(shù)即溫度為71℃時(shí)的溶液電阻率值Rw=0.56Ω·m。同樣也可以通過阿普斯（Arps）公式進(jìn)行計(jì)算。(2)巖石電阻率與地層水性質(zhì)的關(guān)系

③地層水電阻率Rw與溫度的關(guān)系第19頁/共36頁

巖石的導(dǎo)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(shí)，巖石孔隙度越大，飽含的地層水?dāng)?shù)量越多，巖石的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，于是巖石電阻率降低；孔隙度小，則巖石導(dǎo)電能力差，巖石電阻率高。

但是，有時(shí)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(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及膠結(jié)狀況不同造成的，通常膠結(jié)情況和孔隙結(jié)構(gòu)決定于巖性。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(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第20頁/共36頁

為了研究R0與φ之間的關(guān)系，對給定含水砂巖巖樣進(jìn)行如下測試：

對給定的巖樣(φ)，改變巖樣中孔隙內(nèi)所含水的電阻率值Rwl，Rw2，…，Rwn，得到對應(yīng)的巖石電阻率為R01，R02，…，R0n，經(jīng)數(shù)據(jù)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(guān)系，即

對同一巖樣，兩者比值為一常數(shù)，且只與巖樣的孔隙度和巖性有關(guān)，而與飽含在巖樣孔隙中的地層水無關(guān)。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第21頁/共36頁

殼牌石油公司休斯頓辦事處的G.E.阿爾奇通過試驗(yàn)首先發(fā)現(xiàn)了這個(gè)規(guī)律，于1942年發(fā)表了一篇關(guān)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(chǔ)。在整理試驗(yàn)資料時(shí)，他首先定義了一個(gè)新的參數(shù)—地層因素(或相對電阻率)，用F表示式中:Ro—孔隙中100％含水時(shí)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(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第22頁/共36頁F與φ的關(guān)系是從實(shí)驗(yàn)中得來的。取同類巖石的n塊巖樣，其孔隙度分別為φl，φ2，…，φn，使各巖樣飽含水，并測出各巖樣的電阻率分別為R01，R02，…，R0n，可得出

且F1≠F2≠…≠Fn

在以F為縱坐標(biāo)，φ為橫坐標(biāo)的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，得到上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線F=f（φ）。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第23頁/共36頁

由此可歸納出下列關(guān)系式由此得出阿爾奇公式的通式為

式中：a—比例系數(shù)，與巖性有關(guān)，變化范圍在0.6～1.5；

m—膠結(jié)系數(shù)，隨巖石膠結(jié)程度不同而變化，一般為2左右，變化范圍1.5～3；

φ—巖石孔隙度。（3）巖石電阻率與孔隙度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第24頁/共36頁

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低，膠結(jié)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(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第25頁/共36頁

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(shí)，油水在孔隙中的分布特點(diǎn)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(dǎo)電的，所以含油巖石電阻率Rt，比該巖石完全含水時(shí)的電阻率R0高。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第26頁/共36頁

含油巖石的電阻率Rt的大小取決于含油飽和度So、地層水電阻率Rw、孔隙度φ以及巖性。即

所以在給定巖樣時(shí)，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(guān)系，需要消除二者的影響。為此，阿爾奇在研究該問題時(shí)，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(shí)的電阻率R0之比，（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第27頁/共36頁

在同樣巖石中，電阻增大系數(shù)I僅與巖石中含油飽和度S0有關(guān)，而與地層水電阻率Rw、巖石孔隙度φ以及孔隙形狀等因素?zé)o關(guān)。這給研究巖石電阻率和含油飽和度之間的定量關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。巖石電阻率和含油飽和度的定量關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)得到。

選擇本地區(qū)有代表性的巖樣，先測出其完全含水時(shí)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(shí)測出對應(yīng)的電阻率Rt，這樣就可以得出一組So、Rt數(shù)據(jù)。在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，以I為縱坐標(biāo)，Sw為橫坐標(biāo)，作出I=f(Sw)關(guān)系曲線。（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第28頁/共36頁

左圖是我國某油田的I=f(Sw)關(guān)系曲線實(shí)例。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算可以得到I和Sw的定量關(guān)系式：（4）巖石電阻率與含油飽和度的關(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第29頁/共36頁

對不同巖性的巖石，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(shù)，僅與巖性有關(guān)；

n—

飽和度指數(shù)，n≈2。

b，n只與巖性有關(guān)，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(yīng)用實(shí)驗(yàn)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(guān)系

2.巖石電阻率影響因素第30頁/共36頁

上式合稱為Archie公式，它們是應(yīng)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(gè)基本解釋公式。（