1、1,第三章 巖石的電磁學(xué)性質(zhì),對于地球物理學(xué)來講，巖石電學(xué)是一門必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科。它不僅為地電探測提供理論基礎(chǔ)和解釋依據(jù)，也為關(guān)于地球內(nèi)部物質(zhì)科學(xué)的研究提供理論基礎(chǔ)、探測手段和解釋方法。 巖石電學(xué)是直流電法、電磁法、激發(fā)極化法、地面和井中無線電波法、地面和井中雷達法以及震電法的理論基礎(chǔ)。 巖石磁學(xué)也已形成了獨立的理論體系，其有關(guān)結(jié)果已經(jīng)為地磁(磁法)和地電(直流電法和交流電磁法)探測提供了堅實的理論基礎(chǔ)和可靠的解釋依據(jù)。,2,在油氣勘探中常常利用巖石的電學(xué)和磁學(xué)和核等特性了解巖石和流體的性質(zhì)。 從巖石物理實驗來看，巖石的電磁學(xué)特性是測井諸多方法的基礎(chǔ)。 本章主要介紹儲層巖石的導(dǎo)電特性和核

2、磁特性。,3,3.1 巖石的導(dǎo)電特性,巖石的電學(xué)特性反映在導(dǎo)電特性上。 巖石的導(dǎo)電特性與儲層巖性、儲油物性或含油飽和度有著密切的關(guān)系。 研究巖石導(dǎo)電特性的目的是根據(jù)測量的巖層電阻率來判斷巖性，劃分油氣水層，研究儲集層的含油性、滲透性和孔隙性等。 該方法和原理一方面可應(yīng)用于實驗室內(nèi)測定巖心的流體飽和度，另一方面用于電阻率測井。,4,巖石的導(dǎo)電性質(zhì),巖石的電性由導(dǎo)電礦物的相對含量及巖石中所含的流體決定（電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電）。 按其導(dǎo)電特性可將巖石分成兩類： 沒有離子導(dǎo)體(電解液)和沒有孔隙(裂隙)水極化效應(yīng)的巖石，靠組成巖石的顆粒本身的自由電子導(dǎo)電，這類巖石主要是致密巖石。 含有離子導(dǎo)體及有強烈的

3、孔隙(裂隙)水極化效應(yīng)的巖石。這種巖石主要是含水的孔隙性沉積巖，尤其是碎屑巖、裂隙發(fā)育的巖漿巖及變質(zhì)巖。,5,一、巖石的導(dǎo)電性與電阻率,各種巖石具有不同程度的導(dǎo)電能力。巖石的導(dǎo)電能力可用電阻率來是表示。 由物理學(xué)已知，均質(zhì)材料的電阻率由下式確定： R= r S/L 式中R電阻率( m)；電阻()；S-導(dǎo)體截面積(m2) ； L導(dǎo)體長度(m)。電阻率R僅與導(dǎo)體的材料性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體的幾何形狀無關(guān)。 從研究導(dǎo)體性質(zhì)的角度來看，測量電阻這個物理量顯然是不確切的，而反映材料導(dǎo)電能力的量應(yīng)當(dāng)是電阻率，因此實際應(yīng)用上不是測量地層電阻的大小，而是測量反映巖層導(dǎo)電性的電阻率。,6,1、主要礦物和巖石的電阻率

4、,巖石電阻率主要取決于巖性、巖石孔隙度、巖石孔隙中的流體飽和度、導(dǎo)電流體礦化度、泥質(zhì)含量以及溫度等。,7,可以看出：不同巖石及礦物的電阻率變化范圍很大；除金屬礦物電阻率極低外，主要造巖礦物(如石英、長石、云母、方解石等)電阻率都很高； 按巖石成因看，大部分火成巖(如玄武巖、花崗巖等)電阻率都很高，而沉積巖的電阻率則比較低。 沉積巖的特點是離子導(dǎo)電，沉積巖中地下水的礦化度、動態(tài)和水文化學(xué)特點對巖石的電阻率有很大的影響。 在眾多的沉積巖中，白云巖和致密結(jié)晶灰?guī)r的電阻率最高，可達到106m ，而砂巖的電阻率在幾十到100m 之間。,8,2、巖石電阻率變化的一般規(guī)律,在天然狀態(tài)下巖石的電阻率與很多因素

5、有關(guān)，巖性是其中的一個。 火成巖和變質(zhì)巖，這兩類巖石均為結(jié)晶巖，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，而且它們的組成礦物幾乎全部為絕緣體，其導(dǎo)電性主要取決于巖石的含水量。 這些巖石位于潛水面以上時，其導(dǎo)電作用主要取決于巖石內(nèi)的吸附水，電阻率在103106m之間。 潛水面以下時，巖石的含水量主要取決于其中的束縛水(毛細管水)和自由水(重力水)。,9,沉積巖的特點是離子導(dǎo)電。由于沉積巖的含水量主要由層間地下水決定，所以地下水的礦化度、動態(tài)和水文化學(xué)特點對巖石的電阻率有很大的影響。 在眾多的沉積巖中，白云巖和致密結(jié)晶灰?guī)r的電阻率最高，可達到106 m，而砂巖的電阻率在幾十到100 m之間。 另外，由于沉積巖具有明顯的成層性

6、，所以其電阻率具有顯著的各向異性。,10,3、巖石的電阻率及其影響因素,影響巖石電阻率的因素很多。在實際狀態(tài)下，巖石具有很復(fù)雜的成份和結(jié)構(gòu)：固體礦物、孔隙、裂隙、石油及天然氣、重新沉積的物質(zhì)等。 成分和結(jié)構(gòu)的影響：大多數(shù)巖石和礦石由均勻或不均勻的顆粒組成，而顆粒與顆粒之間由膠結(jié)物黏結(jié)在一起。因此，巖石和礦石的電阻率取決于這些膠結(jié)物和礦物顆粒的電阻率及其含量。 含水量和礦化度的影響：地下水及天然水的電阻率較低，一般在100 m以下。當(dāng)水中含有鹽分時，電阻率會急劇降低。因此，巖礦石中的含水量及其水的礦化度對巖礦石的電阻率有很大的影響。,11,由于巖石中的水是儲存在孔隙中的，所以巖石的孔隙度和孔隙結(jié)

7、構(gòu)決定了巖石的含水量大小。 如果孔隙是連通的，則其中的水對巖石的電阻率有很大的影響。否則，如果孔隙是不連通的，則其中的水對巖石的電阻率只有很小的影響。,12,巖石骨架可以認(rèn)為是不導(dǎo)電的，純砂巖地層的導(dǎo)電機理主要是離子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電巖石的電阻率主要取決于孔隙中流體的導(dǎo)電能力。 因為石油和天然氣的電阻率值要比地層水的電阻率值大得多，因此，當(dāng)巖石孔隙中含油氣飽和度比較高時，地層的電阻率值就比較高，這是電阻率測井方法評價地層含油飽和度的物理基礎(chǔ)。 電阻率測井之所以能成為應(yīng)用最廣泛、也是最重要的測井方法，主要依賴于建立在巖石物理實驗基礎(chǔ)上的阿爾奇(Archie)公式。,13,二、含流體巖石導(dǎo)電特性的實驗

8、定律,石油勘探開發(fā)所涉及的巖層主要是離子導(dǎo)電的沉積巖。 砂巖固相物質(zhì)除個別粘土礦物外，都不導(dǎo)電，電阻率很高。 孔隙性巖石的導(dǎo)電性取決于其孔隙的幾何形態(tài)和其中的流體特性。 油、氣不導(dǎo)電，而溶有鹽類的地層水具有導(dǎo)電性。水中鹽離子的運動起導(dǎo)電作用，這是電解質(zhì)導(dǎo)電。 沉積巖的導(dǎo)電能力，主要取決于巖石孔隙中地層水的導(dǎo)電能力。,14,飽和巖石的導(dǎo)電性,孔隙性巖石由骨架及孔隙空間組成。按導(dǎo)電機理的不同，可把巖石大致分為兩大類：離子導(dǎo)電的巖石和電子導(dǎo)電的巖石。 離子導(dǎo)電的巖石，主要靠巖石連通孔隙中所含溶液的正負(fù)離子導(dǎo)電，如沉積巖屬于這種類型的巖石。它的電陽率的大小，主要決定于巖石孔隙中所含溶液的性質(zhì)和濃度等。

9、 電子導(dǎo)電的巖石靠組成巖石顆粒本身的自由電子導(dǎo)電，大部分火成巖屬于這一類巖石，其電阻率主要由所含導(dǎo)電礦物的性質(zhì)和含量來決定。,15,1、含水巖石導(dǎo)電性的實驗定律,已有許多人研究含水巖石電阻率與地層水電阻率、巖石孔隙度之間的關(guān)系。其中最著名一個是由阿爾奇(Arehie)于1942年完成的。 阿爾奇通過對實驗數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，對于給定的巖樣，孔隙中飽和地層水巖石電阻率R0與這種地層水電阻率Rw有正比關(guān)系，即R0Rw為一常數(shù)為，稱為阿爾奇地層因子。 式中F為地層因子或地層電阻率因子。,16,地層因子,這個比值只與巖石的孔隙度和膠結(jié)情況、孔隙形狀有關(guān)，而與飽和在巖樣中的地層水電阻率無關(guān)，通常稱R0Rw比

10、值為巖石的地層因子或相對電阻。 在物理上，F(xiàn)代表當(dāng)骨架不導(dǎo)電時，巖石的電阻率相對于地層水的電阻率的放大倍數(shù)。 當(dāng)骨架不導(dǎo)電時，巖石的電阻率要大于地層水的電阻率，而F則代表增大的倍數(shù)。 經(jīng)驗證明，F(xiàn)與下列因素有關(guān)：孔隙度；孔隙的結(jié)構(gòu)和幾何形狀；孔隙的連通情況。,17,阿爾奇地層因子公式,阿爾奇通過分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)： 式中為孔隙度；m為膠結(jié)指數(shù)，對膠結(jié)巖石m在1.82.0之間，非膠結(jié)巖石大約為1.3。根據(jù)此定義，孔隙度是巖石參數(shù)，R是巖石電學(xué)物理參數(shù)，地層因子F則是將兩者聯(lián)系在一起來。 阿爾奇公式改進 ： （1）Homble （2）Dachnov(1959) （3）Kermabon(1969),1

11、8,2、巖石導(dǎo)電的理論模型,阿爾奇公式及其的修正形式都描述了砂巖的電阻率和孔隙度及其飽和度之間的關(guān)系。 這種關(guān)系可以利用巖石的孔隙模型來解釋，由此可推導(dǎo)出巖石的電性與其物性參數(shù)間的關(guān)系。,巖石一端的截面積為A，邊長為L；毛細管的截面積為Aw，毛細管的長度為La（LaL）?？紫吨腥柡退碾娮杪蕿镽w，考慮巖石骨架不導(dǎo)電，在模型中有效導(dǎo)電的截面為Aw。,19,當(dāng)電流通過充滿水的毛細管孔隙時的電阻 用R0表示全飽和電阻為Rw的水巖石的電阻率， 注意，這是水飽和巖石的電阻率，電流通過的面積和長度是巖石的截面積A和長度L。,式中為巖石的曲折度。,20,孔隙度和曲折度之間的關(guān)系,上式為孔隙度和曲折度之間

12、的關(guān)系， m為膠結(jié)指數(shù)。,21,孔隙介質(zhì)的導(dǎo)電特性和巖石本身的物性參數(shù)之間存在一定關(guān)系。地層因子F是巖石孔隙度和孔隙幾何形狀的參數(shù)。不同的研究者建立不同的孔隙結(jié)構(gòu)模型，得到不同的公式，但可概括為下面的一般形式： 式中常數(shù)C受迂曲度影響，一般C=lL，其值等于1或大于1，理論上在1到2之間；m與孔隙空間減少或電流通道減少有關(guān)，稱膠結(jié)指數(shù)。對膠結(jié)巖石來講，m在1.82.0之間，非膠結(jié)介質(zhì)大約為1.3。,22,3、含油巖石電阻率與飽和度關(guān)系,當(dāng)砂巖的孔隙中含地層水和油時，在存連通的條件下水處于顆粒表面(親水砂巖)，油處于孔隙的中央部位，四周被水包圍著。 油的電阻率很高(1091016m)，巖性相同的

13、含油巖石與含水巖石相比，電流的路徑更曲折，即導(dǎo)體長度Lt增加，有效導(dǎo)體橫截而積變小為At。 含油巖石電阻率比含水巖石大，巖石含油越多(即含油飽和度越高)。 巖石電阻率，除了與巖石的孔隙度、膠結(jié)情況及孔隙形狀有關(guān)外，還與油水在孔隙中的分布狀況及含油飽和度和含水飽度有關(guān)。,23,電阻率指數(shù)I,巖石導(dǎo)電性的另一個基本概念是電阻率指數(shù)(Resistivity Index)，亦稱電阻指數(shù)I。 它表示含油巖石的電阻率Rt與該巖石完全充滿地層水時的電阻率R0的比值。 與地層因子和孔隙度類似，通過實驗可以給出電阻率指數(shù)與飽和度之間的關(guān)系。 在實驗室通常選取具有代表性的巖石，先測出巖石含水時的電阻率R0，然后對

14、全飽和水巖石逐步擠入油，同時測出在不同含油飽和度So時相應(yīng)的巖石電阻率Rs，則可得到不同飽和度時的電阻指數(shù)。,24,對不同巖性的巖石研究的結(jié)果，都可得到電阻指數(shù)與飽和度的公式 式中So含油飽和度， Sw含水飽和度，n飽和度指數(shù)；b系數(shù)。飽和度指數(shù)n和系數(shù)b與巖性有關(guān)，不同地區(qū)地層的n和b值不同，可用實驗方法確定。 當(dāng)知道n和b之后，可利用公式或I與So的關(guān)系曲線求出地層的含油氣飽和度。,25,此式表明，電阻指數(shù)是電流流經(jīng)的有效路徑和有效截面積的函數(shù)，它既取決于孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，又與飽和度有關(guān)。 采用比值的方法，電阻指數(shù)消除了地層水電阻率、巖石孔隙度和孔隙形狀等因素的影響，當(dāng)巖性一定時，它只與巖石含

15、油飽和度有關(guān)。,飽和地層水和油孔隙巖石的電阻率為,在含油和水的毛細管模型中， 當(dāng)電流通過時的電阻為：,26,可以把電阻指數(shù)公式寫成與地層因子公式類似的一般形式： 式中C為曲折度函數(shù)；n為飽和度指數(shù)。 電阻指數(shù)公式是電測井方法中一個十分有用的公式，它是一個表示巖石電阻率與含水飽和度關(guān)系的經(jīng)驗公式。表明了電阻指數(shù)是含永飽和度及電流路徑的函數(shù)。 阿爾奇（Archie）總結(jié)分析了大量實驗數(shù)據(jù)，建議用下面的形式：,膠結(jié)巖石 William,27,4、阿爾奇公式,在實際應(yīng)用中地層因子和電阻指數(shù)公式經(jīng)常用帶有常數(shù)a和b的普遍形式,式中F為地層的電阻率因子，也稱相對電阻率；I為地層的電阻增大系數(shù)；Rt為地層的

16、真電阻率，R0為地層100%含水時的電阻率，Rw為地層水的電阻率，m是地層膠結(jié)指數(shù)，n是地層飽和度指數(shù)，a,b為常數(shù)。,28,阿爾奇公式的建立是以純砂巖地層為基礎(chǔ)的，適用于地層較純(含泥少)、孔隱分布均勻、地層水礦化度相對高以及離子導(dǎo)電是唯一的導(dǎo)電方式的條件下。 在這種條件下，m和n值都近似等于2，a和b值都近似等于1。,推廣為一般形式,29,阿爾奇公式優(yōu)點,阿爾奇公式是利用測井資料定量計算飽和度的基礎(chǔ)，是通過實驗得到的客觀規(guī)律。 阿爾奇公式能夠?qū)y井信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)參數(shù)(儲層參數(shù))，同時也能將地質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)換成測井信息。,30,阿爾奇公式局限,（1）由R0到飽和度的轉(zhuǎn)換的可靠性取決于巖石樣品的數(shù)量

17、，孔隙度的變化范圍，孔隙結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性等。 （2）m和n的物理意義不明確，而且其控制因素還處于不清楚的狀態(tài)。因此，用孔隙度、地層水電阻率及膠結(jié)指數(shù)求出的R0來計算飽和度還存在著多解性。 （3）阿爾奇公式要求的條件限制了它在一些地質(zhì)環(huán)境下使用，如碳酸鹽巖儲層和含泥質(zhì)多的泥質(zhì)砂巖儲層等。,31,5、雙對數(shù)曲線,阿爾奇公式中的a、b、m、n也稱阿爾奇參數(shù)，與巖性有關(guān)，需要實驗室來確定。實驗室確定，具體方法如下。 將兩式兩端取對數(shù)得到： 可見，lgF與lg或lgI與lgSw之間的關(guān)系呈線性。在雙對數(shù)坐標(biāo)系中可建立lgF與lg之間和lgI與lgSw的關(guān)系，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中它們的直線斜率分別是m和n，截距分

18、別是lga和lgb。,32,33,6、泥質(zhì)砂巖電導(dǎo)率 (WaxmanSmith)方程,阿爾奇公式在通過孔隙的體積電導(dǎo)占優(yōu)勢而沿孔隙壁表面的表面電導(dǎo)可以忽略不計的假設(shè)下，描述了純砂巖的電阻率與孔隙度之間的關(guān)系。 對于自然界中的含泥質(zhì)巖石，阿爾奇公式不再適用。 韋克斯曼等人認(rèn)為粘土導(dǎo)電的根源在于粘土表面吸附有陽離子，而這些被吸附的陽離子可以和孔隙流體中的陽離子交換位置。 粘土導(dǎo)電對巖石電導(dǎo)率的貢獻與可交換陽離子的數(shù)量有關(guān)。 由此建立了含油泥質(zhì)砂巖的導(dǎo)電模型（WS模型）。,34,WS模型認(rèn)為粘土的導(dǎo)電是由粘土顆粒表面吸附的陽離子所造成的，并與孔隙溶液中的其他陽離子交換位置?？山粨Q的陽離子數(shù)量決定粘土

19、對巖石導(dǎo)電性的貢獻。 模型假設(shè)含泥質(zhì)巖石的等效電路由兩個電導(dǎo)并聯(lián)組成，一個電導(dǎo)代表孔隙流體的導(dǎo)電作用，另一個代表由粘土礦物表面的離子交換所引起的電導(dǎo)。,含水泥質(zhì)砂巖電導(dǎo)率為,含油泥質(zhì)砂巖率為,式中 C0完全飽和水泥質(zhì)砂巖的電導(dǎo)率； Ct含油泥質(zhì)砂巖的電導(dǎo)率； F*泥質(zhì)砂巖的電阻率因數(shù)； Cw地層水電導(dǎo)率； n*泥質(zhì)砂巖的飽和度指數(shù)； B可交換陽離了的等效電導(dǎo)率； Qv陽離子交換量。,35,和阿爾奇公式一樣，Waxmant和Smith也給出了泥質(zhì)砂巖的電阻增大系數(shù)I： 當(dāng)Qv=0時，即地層不含粘土?xí)r，形式與阿爾奇公式相同。 因此ws模型是對阿爾奇公式的補充和發(fā)展。 在實際應(yīng)用中，WS模型遇到的突

20、出問題是Qv和B的確定問題，這些參數(shù)需要靠精確的實驗室資料來確定。因此WS模型的應(yīng)用受到了限制。,36,不同含泥量巖樣電阻率隨水飽和度變化的關(guān)系,可以看出，受泥質(zhì)的附加導(dǎo)電作用影響，巖石的電阻率隨泥質(zhì)含量的增加而降低。 不同含水飽和度時，粘土對泥質(zhì)砂巖的電阻率值影響程度不同。 含水飽和度較高時，孔隙水的離子導(dǎo)電起主導(dǎo)作用，地層的電阻增大系數(shù)與含水飽和度的關(guān)系呈線性。 當(dāng)?shù)貙雍柡投容^低時，含泥量較高的地層，粘土對其導(dǎo)電性的影響很大，此時地層的電阻增大系數(shù)與含水飽和度的關(guān)系會表現(xiàn)這種情況下，很可能導(dǎo)致低阻油層。,37,三、巖石電阻率的測量方法,1、測量原理 對巖心兩端施以一定的電壓，巖心中就有

21、電流產(chǎn)生。在恒定電流供電的情況下，通過測量巖心兩端的電位差，根據(jù)巖心的幾何尺寸，就可以得到巖心的電阻率值。計算公式如下： 式中：d巖心直徑； L巖心長度； I一通過巖心的電流強度； V巖心兩端電位差。,38,測量方法,測量可以采用兩極法，也可以采用四極法。 兩極法測量時電極A和B既是供電電極又是測量電極。缺點是測量精度受巖心與電極之間接觸電阻的影響。測量電極導(dǎo)電性能要好。 四極法測量僅適合在巖心完全飽和水的情況下使用，否則M、N電極之間的含水飽和度不易計量。,39,2、含水飽和度的電阻率測量方法,1）增飽和度法 依靠巖心自身的毛管力作用，將鹽水吸人巖心孔隙中。是一種以水驅(qū)替氣體的方法，用空氣模

22、擬油來計算油、水飽和度。 2）減飽和度法 是增飽和度法的逆過程，常見方法有氣驅(qū)法（吹氣、烘干）、離心法和半滲透隔板法。 3）油、水兩相驅(qū)替法 借助于壓力設(shè)備。,40,油、水兩相驅(qū)替法實驗裝置,該方法的測量周期長，一塊巖心一般需要3天以上的驅(qū)替時間。,41,四、地層條件對巖石電阻的影響,1、地層水礦化度對砂巖電阻率的影響 巖石的導(dǎo)電能力主要與巖石孔隙流體中帶電離子的濃度有關(guān)，即與地層水礦化度有關(guān)。 油氣儲層地層水中，主要含有NaCl、KCl、Na2SO4、MgSO4、CaSO4等鹽類，這些鹽類具有不同的電離度，離子具有不同的離子價和不同的遷移率，使得地層水電阻率也不同。 電離度大，鹽的分子離解為

23、離子的百分比高，離子數(shù)目多，地層水電阻率??；離子價高，離子攜帶的電荷多，地層水電阻率??；粒子遷移率大，運動速度快，地層水電阻率小。,42,實際地層水所含的鹽類主要為NaCl，因此可把地層水近似的認(rèn)為氯化鈉溶液。 用總礦化度表示水中含鹽量，單位是mgL。 地層水含有較多的除氯化鈉以外的其它鹽類，則可把每一種離子的含量乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)，將其轉(zhuǎn)化為等效的NaCl的含鹽量，然后根據(jù)等效的NaCl的含鹽量求地層水電阻率。,43,1）巖石電阻率隨地層水礦化度的變化規(guī)律 地層水礦化度越高，巖心的電阻率值就越低；礦化度增高，巖石中可移動的導(dǎo)電離子數(shù)量增多，使巖石的電阻率值降低。 地層水礦化度對巖石電阻率的影響與

24、巖性有關(guān)，孔滲越高其影響程度就越大。 對于泥質(zhì)砂巖儲層，由于有粘土的附加導(dǎo)電作用，影響因素會更加復(fù)雜。,44,2）地層水礦化度對阿爾奇參數(shù)的影響,對于純砂巖或含泥質(zhì)很少的泥質(zhì)砂巖地層，在一定低的礦化度范圍內(nèi)，礦化度變化對F和I值都無影響，m和n值都不隨礦化度變化。 在F的表達式中，礦化度對Rw的影響要大于對R0的影響，即Rw隨礦化度增高而降低的程度較R0大，因此F值隨著礦化度增高會略有增高、m值會略有增大。 當(dāng)?shù)貙铀V化度較高時，礦化度對R0的影響要大于對Rt的影響，使I值隨著礦化度增高略有增高、n值略有增大。 使F和I值開始出現(xiàn)增高趨勢的礦化度界限由于巖性不同會有所不同。,45,3）淡水驅(qū)替

25、條件下巖石電阻率的變化規(guī)律,淡水驅(qū)替過程中，巖石電阻率隨流體飽和度變化呈“U”字型曲線的變化。 開始用淡水驅(qū)替時，由于巖心中含水飽和度的增加，其電阻率值降低； 淡水的注入量增加，巖心中的鹽水不斷地被稀釋，由于含水飽和度增加而使其電阻率降低的趨勢逐漸地被由于鹽水變淡而使其電阻率增高的趨勢所掩蓋了， 到達一定的含水飽和度之后，巖心電阻率的變化開始平緩、然后上升因此出現(xiàn)了“U”字型。,46,即使?jié)M足淡水驅(qū)替的條件，也不是一定會出現(xiàn)“U”字型現(xiàn)象，“U”字型曲線的出現(xiàn)還與巖心的潤濕程度有關(guān)?？梢杂美碚撃M方法給出巖心電阻率隨含水飽和度變化曲線。 近年來水淹層巖電關(guān)系實驗的熱點問題，許多巖電實驗都重現(xiàn)了

26、這一現(xiàn)象。,淡水驅(qū)巖心的RtSw關(guān)系,47,2、溫度和壓力對泥質(zhì)砂巖電阻率的影響,1）溫度對巖石電阻率的影響 地層水含鹽濃度增加，離子數(shù)目增多，溶液導(dǎo)電性增強電阻率降低。 而當(dāng)溶液的溫度升高時，使離子的遷移率增大，溶液的導(dǎo)電性增加，其電阻率降低。 巖層中的某些鹽類由于溫度升高，溶解度增大，使溶液的離子濃度增加，電阻率降低。,巖石電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系,巖石電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系,48,溫度對阿爾奇參數(shù)的影響與礦化度的影響有所不同。溫度升高時，n值會有所降低。溫度升高后，影響了巖石的潤濕性，使巖石的親水性增強了，從而導(dǎo)致n值降低。 溫度對地層膠結(jié)指數(shù)m值的影響比較復(fù)雜。,49,2）壓力對巖石電阻率的影響

27、,覆壓力對巖石電阻率的影響是因為孔隙度變化引起的。 隨著上覆壓力增加，巖心孔隙度非線性減小，其電阻率值也由此而增加。 Mahmood已經(jīng)證實，上覆壓力對m值的影響很微弱，隨著上覆壓力的增加，m值有微小的增加；并且認(rèn)為，只有有效壓力才會對膠結(jié)指數(shù)m值產(chǎn)生影響。,巖心孔隙度隨壓力變化曲線 巖心電阻率隨壓力變化曲線,50,3、孔隙結(jié)構(gòu)對砂巖電性質(zhì)的影響,巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)對巖石宏觀參數(shù)的影響很復(fù)雜，許多情況下影響因素不是單一的。 巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)對阿爾奇參數(shù)的影響也很復(fù)雜。一般情況下，巖石的平均孔隙半徑與n值呈負(fù)相關(guān)，平均孔隙半徑越大，n值越低。,分選性好的巖石孔喉半徑對n值的影響不大,51,4、潤濕

28、性對泥質(zhì)砂巖電性質(zhì)的影響,巖石的潤濕性對其電阻率的影響很大。 親水巖石(水濕)，水附著在巖石顆粒表面，即使在含水飽和度很低時，有限量的水也會在巖石的顆粒表面形成水膜，構(gòu)成導(dǎo)電通道，電阻率值一般比較低。 親油巖石(油濕)，不導(dǎo)電的油附著在巖石顆粒表面形成油膜，水主要分布在孔隙喉道中間。,巖石親水和親油性示意,52,巖石的含水飽和度比較高時，親油巖石孔隙喉道中的水是連續(xù)的，能夠形成導(dǎo)電通道，此時巖石的電阻率值相對較低。 當(dāng)親油巖石的含水飽和度比較低時，孔隙喉道中的水被油膜所隔斷，以小水滴的狀態(tài)分布在喉道中，不能形成連續(xù)的導(dǎo)電通道，對巖石的導(dǎo)電性沒有貢獻，此時巖石的電阻率值將會很高。 在低含水飽和度

29、時，有時會因為水的導(dǎo)電通道被油隔斷而導(dǎo)致其電阻率值迅速增高。,53,在飽和度指數(shù)n的諸多影響因素中，最突出的影響因素就是巖石的潤濕性。 國外近年來的研究資料統(tǒng)計，親水巖石的n值一般在1.52.3范圍內(nèi)，親油巖石的n值在2.410范圍內(nèi)，甚至更高。 實驗測試用的巖芯經(jīng)洗油后一般表現(xiàn)為親水或中性。使原有的潤濕性遭到破壞；如果用油藏流體在油藏條件下飽和巖芯，并且滯留一段時間，巖芯原有的潤濕性會得到一定程度的恢復(fù)，這一過程稱為“老化”。 巖芯老化前后的實驗結(jié)果，飽和度指數(shù)n值由老化前的1.69變化到老化后的2.12。,54,不同飽和度史影響,由于潤濕性的原因，不同飽和度史得到的巖石飽和度指數(shù)有時會有所

30、不同。 對于親油巖石，巖心經(jīng)洗油后，用鹽水飽和，再用低粘度油驅(qū)替至束縛水狀態(tài)得到的n值，與用鹽水再反驅(qū)至殘余油狀態(tài)得到的n值一般不同。,巖石潤濕性對n指數(shù)的影響 不同飽和度史的n指數(shù)對比,55,5、阿爾奇參數(shù)影響因素小結(jié),阿爾奇參數(shù)的影響因素是復(fù)雜的，有些影響關(guān)系至今還沒有達成統(tǒng)一的認(rèn)識。許多情況下各種影響因素是同時存在的，因此需要具體情況做具體分析。左表為單一影響因素下的實驗結(jié)果的小結(jié)。,56,3.2巖石的介電常數(shù),一、物質(zhì)的導(dǎo)電和介電機理 物質(zhì)能導(dǎo)電的根本原因在于電荷的移動。在介電體中，電場的能量也是通過電荷移動傳遞的。 不導(dǎo)電的物質(zhì)雖然能阻止傳導(dǎo)電流通過，但卻可以讓交替變化的電場能量以電

31、磁波的形式在其內(nèi)傳播。 在外電場的作用下，原來存在于原子之中互相抵消的電性中心將發(fā)生分離，形成一定的電偶極矩。 在外電場的作用下出現(xiàn)附加電偶極矩的現(xiàn)象叫極化。 有不同的極化機制：電子極化、離子極化、分子極化、固有電偶極矩轉(zhuǎn)向、界面極化等。,57,1、物質(zhì)的介電常數(shù),在外電場作用下，電介質(zhì)中的原子、離子和電子將發(fā)生位移或極性分子定向排列而產(chǎn)生偶極矩，這種現(xiàn)象稱為極化。用極化矢量聲對極化作定量描述： 介質(zhì)的極化率；E電場強度。 物質(zhì)的極化能力(或介電性質(zhì))一般用介電常數(shù)表示： 如果真空介電常數(shù)用表示，則 式中物質(zhì)的介電常數(shù)；0介質(zhì)為真空時的介電常數(shù)，其數(shù)值為8.851012F/m；r相對介電常數(shù)，

32、它是物質(zhì)的介電常數(shù)相對于真空介電常數(shù)的比值。,58,一般在工程中所用的介電常數(shù)都是指相對介電常數(shù)。 介電常數(shù)是“表征電介質(zhì)在電場中存儲靜電能的相對能力的物理量”，也稱電容率；所定義的“能力”也可以理解為電介質(zhì)的極化能力。 物質(zhì)的介電常數(shù)描述束縛電荷對外加電場的響應(yīng)。在廣義上，只要是相對介電常數(shù)大于1的物質(zhì)，都是電介質(zhì)。 介電常數(shù)理論主要研究介質(zhì)內(nèi)部束縛電荷在電場的作用下的電極化過程和規(guī)律，并闡明電極化過程和規(guī)律與電介質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，解釋物質(zhì)的宏觀介電性質(zhì)和微觀介電機制。,59,2、巖石的介電常數(shù),巖石是由不同成分的巖石骨架、固體充填物和不同的流體組成的混合物，它的介電常數(shù)取決于其混合物質(zhì)的成

33、分、含量和分布狀態(tài)。 巖石骨架的介電常數(shù)取決于造巖礦物的介電常數(shù)。,60,巖石孔隙中流體的介電常數(shù)差別則很大。石油不大于4，氣體1，水的介電常數(shù)在20時約80，比巖石骨架和油、氣的介電常數(shù)要大得多。 水受礦化度影響小，這是利用介電常數(shù)測井資料識別油水層的有利因素。 水是極性分子，其介電常數(shù)隨溫度變化較大，因此巖石的介電常數(shù)受溫度影響； 雖然水的介電常數(shù)隨溫度變化，但不會影響到它相對于巖石骨架和油、氣在介電常數(shù)數(shù)值上的優(yōu)勢。 溫度的變化不會影響到電磁波測井在識別油水層方面的優(yōu)勢，而且溫度的影響是可以校正的。,61,二、巖石介電常數(shù)的測量方法,測量巖石介電常數(shù)的方法有多種。 不同頻率下有不同的測量

34、方法： 1）在10khZ200MHz頻段內(nèi)，可以采用電容法； 2）在lMHz1100MHz頻段內(nèi)可以采用同軸線測量法； 3）在l00MHz2GHz頻段內(nèi)可以采用反射法、傳輸法和諧振腔法。 電容法和同軸線法，是目前國際上普遍使用的方法。,62,1、電容法,有屏蔽室的平行板電容法。 巖心夾持器被裝在屏蔽室內(nèi)，電容器的上、下極板均為黃銅質(zhì)；上極板通過屏蔽室接同軸線的外導(dǎo)體，下極板接同軸線的內(nèi)導(dǎo)體。,通過測量平行板電容器的電抗，即可求出巖心的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。,63,2、同軸線測量法(散射參數(shù)法),利用同軸線法測量巖心的介電常數(shù)需要把巖心加工成空心圓柱形，置入同軸線夾持器進行測量。,測量過程中，沿同軸

35、線傳播的電磁波遇到巖心時，波的能量一部分被傳輸、一部分被反射、還有一部分被吸收。記錄反射波和傳輸波的相位和幅度(散射參數(shù)，也稱S參數(shù))，即可求出巖心的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。,64,三、砂巖介電常數(shù)的影響因素,1、巖石介電常數(shù)與含水飽和度的關(guān)系 由于水的介電常數(shù)比油、氣和巖石骨架的介電常數(shù)大得多，因此巖石的介電常數(shù)對含水飽和度最敏感。 隨著樣品中含水飽和度Sw的增加，巖石介電常數(shù)增大。,高孔滲巖心的介電常數(shù)隨Sw的增加增大很快，在Sw小于70范圍內(nèi)幾乎呈線性關(guān)系；當(dāng)Sw大于70時，巖心介電常數(shù)隨Sw的變化曲線比線性曲線略低 。 孔隙壁起到了限制水分子極化的作用，使其極化能力不如自由水。,低孔滲巖心的

36、孔隙空間小，介電常數(shù)隨Sw的變化緩慢，線性關(guān)系比高孔滲巖心差。相對地，介電測井在高孔滲地質(zhì)條件下的應(yīng)用效果要比低孔滲時好。,65,受孔隙度的影響，一個區(qū)塊的巖石介電常數(shù)與含水飽和度的統(tǒng)計關(guān)系常常是很分散的。 不含水時巖心的介電常數(shù)相差不大，隨著含水飽和度的增加，不同孔隙度巖心的介電常數(shù)差別越來越大。 用巖心的含水率(Sw)來與介電常數(shù)建立關(guān)系，效果要好些。,66,2、巖石介電常數(shù)與孔隙度的關(guān)系,當(dāng)巖石孔隙中充滿單一性質(zhì)的流體時，巖石的介電常數(shù)整體表現(xiàn)為： 當(dāng)孔隙流體的介電常數(shù)大于骨架的介電常數(shù)時，即當(dāng)lm。時，巖石介電常數(shù)隨孔隙度增加而增大；反之，當(dāng)孔隙流體的介電常數(shù)小于骨架的介電常數(shù)時，即當(dāng)

37、lm時，巖石介電常數(shù)隨孔隙度增加而減小。,67,干巖心的介電常數(shù)隨孔隙度的增加略有降低,100含水巖心的介電常數(shù)隨孔隙度的增加而明顯增加,68,3、泥質(zhì)含量及其分布狀態(tài)的影響,巖石的介電常數(shù)隨泥質(zhì)含量增加而增大。 原因：1）泥質(zhì)中含有大量的束縛水和結(jié)晶水，使其介電常數(shù)增大；2）泥質(zhì)顆粒表面具有吸附孔隙溶液中陽離子的能力，形成偶電層，使其極化能力增強。,69,泥質(zhì)分布狀態(tài)對巖石介電常數(shù)的影響一直是人們所關(guān)注的問題，但很少見到這辦面的研究資料。 問題可從兩個方面來理解：一是巖石中泥質(zhì)的分布狀態(tài)很難搞清楚，尤其目前用測井方法還不能確定其分布狀態(tài)；二是巖石介電常數(shù)的影響因素很多，難以把它們單獨抽出來進

38、行研究。 實驗室可采用人工樣品來研究泥質(zhì)分布狀態(tài)對巖石介電常數(shù)的影響。,70,4、巖石介電常數(shù)的頻散特性,頻散特性指的是巖石介電常數(shù)隨測量頻率變化而變化的性質(zhì)。 干巖心幾乎不存在頻散現(xiàn)象。 對于含水巖心，隨著測量頻率增高，介電常數(shù)下降，不同頻段內(nèi)的頻散程度不一樣。 不同巖性的樣品頻散程度不同。,71,3.3 核磁共振的物理基礎(chǔ),1946年美國斯坦福大學(xué)的Bloch和哈佛大學(xué)Puccel幾乎同時，用不同的方法各自獨立的發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象。 核磁共振處在外加恒定磁場中的原子核系統(tǒng)受到電磁作用時，低能態(tài)的核磁矩將吸收交變電磁場提供的能量，躍遷到高能態(tài)，發(fā)生共振躍遷這種現(xiàn)象稱為核磁共振。 巖石中各種礦物元素具有不同的共振效應(yīng)，它取決于礦物原子核的旋磁比、含量、賦存狀態(tài)等。 根據(jù)此原理發(fā)展了核磁共振測井。,72,氫在地磁場中具有最大的旋磁比4258/2(Hz/G）和共振頻率2.178kHz。又是在井中最容易研究的元素。 核磁共振方法是研究包含在液體（水、油、氣）中天然含賦存狀態(tài)的一種測井方法。 核磁共振測井以氫核與外加磁場的相互作用為基礎(chǔ)，測量孔隙流體的特征以提供豐富的地層信息，它是通過測量核磁共振信號強度和弛豫時間來獲得。 是一種較新的測井方法。,73,原子核的磁性,核磁共振的基礎(chǔ)是