《岩石物理性质与测量方法》第一篇 第一章 岩石的电学性质

Schlumberger:
Rw
1
3 105 C1 1.05
w
1.8t 39
Cw — 等效NaCl溶液的矿化度，单位：ppm。
t — 摄氏温度，单位：℃
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§1.1 水的导电特性
➢ 2、查表找溶液电阻率：
图版一：NaCl溶液电阻率与矿化度和温度的关系
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§1.1 水的导电特性
➢ 2、查表找溶液电阻率：
归纳以上可得：
温度影响主要在于： ①热膨胀引起孔隙结构变化： m改变；渗透率K改变，从而F 改变。 ②泥质含量变化：双电层导电 作用变化；破坏粘土结构(在一 定程度上)，从而F改变。
另外，温度↑→n↓，m↑，(石油大学岩石物理实验室测得 的结果)。
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§1.3 影响岩石电导率的因素
2、压力的影响
压力指净压差的改变主要会引起形 变，从而导致电阻率的变化。
" '
对非铁磁矿物， =0 (包括沉积岩)。
其中与测井关系较密切的主要
复电导率： * i
有两个，即 * 和 *。这两个
当介质为良导体，且有 Ev iEv 时， *
是电法测井的测量对象，也是
3
评价油气层的关键参数。
第一章 岩石的导电特性 主要内容：
§1.1 水的导电性 §1.2 粘土矿物的导电性 §1.3 影响岩石电导率的因素 §1.4 岩石的导电模型
图 电阻率随裂缝倾斜宽度的变化关系
由图可以看出，随着裂缝宽度的增 加电阻率近乎直线下降。
§1.3 影响岩石电导率的因素
地层因素F:
F
Ro
Rw
a n
影响因素：温度、压力、频率、孔隙结构( , K等)以及流体。
1、温度的影响
1964，Hilchie，胶结砂岩，石灰岩， 净压差不变。 结果：T ↑ ， F ↑ 原因：认为F=f(T、小孔隙百分含量、 泥质含量)；＜0.5μm孔隙百分含量和 泥质含量的函数，F=f(T，小孔隙百分 含量，混合含量)
Bv Ev Dv
0 iBv
(3a) (3b) (3c) (3d)
2
第一篇 岩石的电学性质
将(2)式代入(3a)式可得：
v H
v i D
v E
i
i
i
v
E
v E
(4a) (4b)
复介电常数：
定义两个参数：
由此可见，描述介质电学参数有 以下三个：
复电导率： *(* 1 ) *
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§1.1 水的导电特性
室温下，水是一种弱绝缘体， =5×10-6s/m， r =80。
含盐水的电导率随矿化度、温度及离子类型变化很大。
以NaCl溶液的 Rw 为例： T ↑ → Rw ↓ ，离子能量 ↑，迁移率 ↑ S ↑ → Rw ↓ ，离子浓度 ↑
相同条件下，不同离子类型的溶液，电阻率是不同的。可以通过查 图版的办法把各种离子矿化度转化为等效NaCl溶液矿化度，然后再用以 下式子计算出相应溶液的电阻率：
6、润湿性的影响
亲油 偏亲油
中性
弱亲水
亲水
油湿指数： OWI Vwd (Vwd Vwt ) (油驱水量做完后接着) 水湿指数： WWI Vod (吸水吸油) (Vod Vot ) (同上)
润湿性：两相接触面存在表 面能，油水对固体表面产生 选择性润湿，或称为固体 表面亲水、亲油。
亲水：n 一般为2左右。 亲油：n 9～12。
图版二： 等效NaCl离子浓度换算系数
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§1.2 粘土矿物的导电特性 1、粘土矿物的晶体结构
➢ （1）基本晶片：
硅氧四面体及其晶片：中心硅原子四周四个氧原子
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§1.2 粘土矿物的导电特性 1、粘土矿物的晶体结构
➢ （1）基本晶片：
铝氢氧八面体及其晶片：中心铝原子四周六个氢氧基
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§1.2 粘土矿物的导电特性 1、粘土矿物的晶体结构
T 22
t
=3.0
C23o e
—与饱和盐水含量无关，
与Vsh有关。
C23o e
—23℃时测得的泥质电导率。
F*随温度 T↑ 稍有减小，甚至不变。
对于纯砂岩 T =0,F*不随T而变化。
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§1.3 影响岩石电导率的因素
1、温度的影响
1979年，VCOK，净压差31MPa，砂岩。 结果：25℃～300℃，T↑→F↓
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§1.3 影响岩石电导率的因素
1、温度的影响
1974年，Waxman & Thomas 发现了：T↑ → F↓ (与前面相反)， 原因：粘土的阳离子交换容量的 影响。 F=f(T,QV)
1977年，Kevn et al, 溶液、饱和溶液
的岩石。
结果：T →
↑，关系：F*(T 22 t ) 常数
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§1.1 水的导电特性
➢ 1、计算溶液电阻率：
Atlas:
R75o F w
0.0123
3647.5 NaCl( ppm) 0.955
75o F =23.89℃，约为24℃。NaCl(ppm)—NaCl溶液矿化度
其它温度下的地层水电阻率为：
RWt
82
R 75 W
F
82
R 24C W
1.8t 39 1.8t 39
质，倾斜角度由小到大变化，计算出
裂缝倾斜角度45度，裂缝填充
大岩心电阻率随裂缝倾斜角度的变化
1•m的介质，裂缝宽度由小到大
关系如下图所示。
变化，计算出大岩心电阻率随裂缝
宽度的变化关系如下图所示。
图 电阻率随裂缝倾斜角度的变化关系
由图可以看出，随着裂缝倾斜角度 的增加电阻率降低。且在两端变化 比较平缓，中间变化较明显。
第一篇 岩石的电学性质
主要内容： 第一章 岩石的导电特性 第二章 岩石的介电特性 第三章 岩石参数的频散规律
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第一篇 岩石的电学性质
Maxwell方程组是讨论有关电磁场问题的基础和出发点，
因此，讨论岩石的电学性质也从此方程组出发。
Hv Jr Bv 0
Dv t
(1a) (1b)
Ev Dv
2、粘土的电性
➢ （2）粘土的阳离子交换容量（CEC）:
在分散介质pH=7条件下，单位 质量粘土能交换的阳离子总量(单 位CEC，定义为 mg当量/100g)。
蒙脱石 CEC值： 70~120
伊利 20~40
高岭石 3~15
CEC与QV有以下转换关系：
CEC =
Qv 100 (1 ) g
或Qv
层间有K、Na、Ca，nH2O， 以O根结合，结合力比高岭石弱。 层间的隔层，易进水(或离子)膨胀。
这种结构的单元结构层内的阳 离子(Al3+，Si4+)易被其它阳离子 (Mg2+，Ca2+，Na+…)部分置换。 置换的结果使矿物表现出负电性， 具有吸附阳离子能力。
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§1.2 粘土矿物的导电特性
1、粘土矿物的晶体结构
➢ （2）粘土矿物结构：
伊利石：KX+Y(Al2-YMgY)(Si4-XAlX)O10(OH)2
层间充填K，不易 发生交换，不膨胀。
总而言之，粘土中的基本晶片中的Si4+或Al3+常被别的低价阳离子
置换或空缺，从而显示出负电性，因而对阳离子具有吸附作用。
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§1.2 粘土矿物的导电特性
CEC (1 ) g 100
式中， g 为矿物颗粒密度，一般为泥岩，在2.65左右。
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§1.2 粘土矿物的导电特性
3、泥质砂岩中粘土的导电作用 在固液界面会产生双电层，
这主要是由于粘土矿物的特
➢ （1）离子双电层的形成
性引起的。
粘土表面吸附极性水分子和Na+，而Na+本身也吸附水分子，结果液 体一侧为正电性，粘土为负电性。
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§1.2 粘土矿物的导电特性
3、泥质砂岩中粘土的导电作用
➢ （2）双电层电位
即： 0ekx
界面附近产生电场，其分布是：紧密层中， 近似平行板电容器，电位呈线性下降，而 扩散层呈指数规律衰减。
0 — 固相表面电位(热
力学电位)，一般不变 K — 德拜常数，(1/K 为扩散双电层厚度)
— 动电位，即外亥
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§1.3 影响岩石电导率的因素
1、温度的影响
1966年，Helander & Campbell, 玻璃滚珠、人造砂岩，净压差 1000PSI。 结果：在115℃以下，T↑，F↑； 在115°~160°，变化变缓。 原因：与表面积有关， 表面积↑ → F↑加快。F=f(T,BET)
1971年，Sangal et al，砂岩、 石灰岩。 结果：T↑ → F↑，Vsh↑的变化快， Vsh↓ 的变化慢。 原因：与泥质含量、表面积有关。 F=f(T,Vsh,BET)
, 10-4~101 s/m (10-1~104) m
复电导率：
复介电常数： *
i
r*0
' i"
(5)
相对复介电常数：
*
(
* r
* 0
)
, 岩石2~10 , 水80。
r* r' ir" ，称为相对复介电常数
磁导率 ：
当介质为无损耗介质时： 0, *
当介质为无损耗介质时： 0 ，
损耗角正切：tg
姆霍兹面上的电位
一般地，扩散层厚度是变 化的， 也随变化。
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§1.2 粘土矿物的导电特性
3、泥质砂岩中粘土的导电作用
➢ （3）影响扩散双电层厚度和动电位的因素
（a）电解质浓度：
扩散双电层厚度:
1 KT
K 2nZ 2e2