石油工程测井教学_1电法测井-11自然电位测井(1)

1、 主讲教师：桑主讲教师：桑 琴琴 单单 位位 ：资源与环境学院：资源与环境学院二二0 0一一年十一月一一年十一月一、电法测井及其分类一、电法测井及其分类二、影响岩石电阻率的因素二、影响岩石电阻率的因素三、三、Archie公式公式四、井眼地层的划分四、井眼地层的划分五、高、低侵判别流体性质五、高、低侵判别流体性质电法测井电法测井石石油油工工程程测测井井自然电位测井自然电位测井自然电场的产生自然电场的产生SP曲线的特征曲线的特征SP曲线的影响因素曲线的影响因素SP曲线的应用曲线的应用12345石石油油工工程程测测井井 SP是由井中自然电场产生的电位。是由井中自然电场产生的电位。1 1自然电位测井自

2、然电位测井（Spontaneous Potential Logging）1.11.1 什么是自然电位测井？什么是自然电位测井？在钻井的过程中，在钻井的过程中，钻井液钻井液（泥浆滤液）与钻（泥浆滤液）与钻穿的穿的地层孔隙流体地层孔隙流体之间通过扩散吸附作用之间通过扩散吸附作用自然会自然会产生一种电动势，测量这种电位差的产生一种电动势，测量这种电位差的测井方法就是测井方法就是SPSP测井。测井。石石油油工工程程测测井井1.2 SP测井的装置测井的装置一个测量电极一个测量电极M,M,一个地面电极一个地面电极N,N,用用电缆将电缆将MNMN与与电位差计电位差计两端相连，测量两端相连，测量MNMN间的电

3、位差。间的电位差。石石油油工工程程测测井井1.3 SP1.3 SP曲线的测量原理曲线的测量原理 将一个电极将一个电极M放入井中，另一个电极放入井中，另一个电极N放在地面上接地，放在地面上接地，在不存在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量在不存在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量M M电极相对于电极相对于N N电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。 由于固定在地面上的由于固定在地面上的N N电极的电位是一电极的电位是一个恒定值，因此，当个恒定值，因此，当M M电极在井内移动电极在井内移动时，所测得的时，所测得的M M、N N之间的电

4、位差的变之间的电位差的变化，即自然电位曲线，就反映了井内化，即自然电位曲线，就反映了井内某种电位值沿井身的变化情况。显然，某种电位值沿井身的变化情况。显然，自然电位测井测的是自然电位测井测的是相对电位值相对电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面即井内不同深度上的自然电位与地面上某一点的固定电位值之差，而不是上某一点的固定电位值之差，而不是井中自然电位的绝对数值。井中自然电位的绝对数值。石石油油工工程程测测井井2 自然电场的产生自然电场的产生 井内有自然存在的电位变化，说明井内有井内有自然存在的电位变化，说明井内有自然电流流动、必然有自然产生的电动势。自然电流流动、必然有自然产生的电动势。实践

5、研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有实践研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有多种，包括多种，包括扩散电动势（扩散电动势（E Ed d ） 、扩散吸附电动势扩散吸附电动势（E Edada ） 、过滤电动势、氧化还原电动势、过滤电动势、氧化还原电动势等。在沉等。在沉积岩地区的油气井中，主要遇到的是前三种，而且积岩地区的油气井中，主要遇到的是前三种，而且常常常常以前两种占绝对优势以前两种占绝对优势。石石油油工工程程测测井井矿化度：溶液中所含有的各种离子的浓度。矿化度：溶液中所含有的各种离子的浓度。 地层水含有一定的矿物离子，主要是地层水含有一定的矿物离子，主要是MgMg+ +,Ca,Ca+

6、+ NaNa+ +, K, K+ +, , ClCl- -, HCO, HCO3 3- - 等等等等. .孔隙流体孔隙流体地层水、石油、天然气地层水、石油、天然气 泥浆中含有一定的矿物离子（泥浆中含有一定的矿物离子（NaNa，ClCl ）淡水泥浆和盐水泥浆淡水泥浆和盐水泥浆水基泥浆和油基泥浆水基泥浆和油基泥浆钻井液钻井液泥浆，有不同类型：泥浆，有不同类型：或或石石油油工工程程测测井井 由于钻井液（泥浆）和孔隙流体（地层由于钻井液（泥浆）和孔隙流体（地层水、油、气）具有不同的矿化度，即含有的水、油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同，井壁附近两种不同矿化度离子的浓度不同，井壁附近两种不

7、同矿化度的溶液接触产生的溶液接触产生电化学作用电化学作用，产生电动势造，产生电动势造成自然电场。成自然电场。电化学作用电化学作用：产生扩散产生扩散扩散吸附作用扩散吸附作用。石石油油工工程程测测井井SPSP是怎样产生的？是怎样产生的？介质：介质：钻井液钻井液 地层孔隙流体地层孔隙流体机理：扩散扩散吸附作用机理：扩散扩散吸附作用结果：产生了电动势，造成自然电场结果：产生了电动势，造成自然电场1. 扩散电动势扩散电动势（Ed ）2. 扩散吸附电动势扩散吸附电动势（Eda ）石石油油工工程程测测井井当两种不同浓度的溶液相接触时，高浓度溶液中的当两种不同浓度的溶液相接触时，高浓度溶液中的离子向低浓度一方

8、移动（扩散现象）。离子向低浓度一方移动（扩散现象）。假定：假定：砂泥岩剖面，淡水泥浆井，即砂泥岩剖面，淡水泥浆井，即CmfCw， 其中的盐类均为其中的盐类均为NaCL在砂泥岩地层中扩散有两条路径：在砂泥岩地层中扩散有两条路径：通过砂岩直接向泥浆中扩散；通过砂岩直接向泥浆中扩散；通过砂岩周围的泥岩向泥浆中扩散通过砂岩周围的泥岩向泥浆中扩散。石石油油工工程程测测井井1.1.纯砂岩扩散电动势（纯砂岩扩散电动势（EdEd）孔隙流体孔隙流体与与钻井液钻井液( (泥浆泥浆) )之间的之间的 直接直接 扩散。扩散。不同离子扩散的速度不同不同离子扩散的速度不同，研究表明，研究表明NaNa的移动速的移动速度小于

9、度小于ClCl的移动速度，的移动速度，即即V VNaNaV0, )0, 所以所以 E Edada00.2.3lglglgwwdadamfmfmfdawCCRTEKICCRKCFRw石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井3 3 泥质砂岩的扩散电动势（泥质砂岩的扩散电动势（EdEd）当泥质砂岩的泥质含量较大时，当泥质砂岩的泥质含量较大时，QvQv大，大，vuvuvu，低浓度一方为负，高浓度一方为正，低浓度一方为负，高浓度一方为正，具有纯砂岩的性质；具有纯砂岩的性质；石石油油工工程程测测井井 产生以上结果都是在产生以上结果都是在CwCmf的的情况下讨论的，情况下讨论的， 石石油油工工程程测

10、测井井4 4 动电学电动势动电学电动势过滤电动势（过滤电动势（E Ef f）过滤电动势（过滤电动势（E Ef f），它是在压力作用下，泥），它是在压力作用下，泥浆滤液向地层中渗入时产生的，只有在压差浆滤液向地层中渗入时产生的，只有在压差P P很大的情况下才不被忽略，但通常情况下很大的情况下才不被忽略，但通常情况下都可以不考虑该电动势都可以不考虑该电动势( (忽略不计）。忽略不计）。mfffREAp石石油油工工程程测测井井砂岩与泥岩的自然电位分布砂岩与泥岩的自然电位分布假设假设CmfPSPSSPPSP。石石油油工工程程测测井井自然电位的幅度异常自然电位的幅度异常V VSPSP ：自然电流在井中泥

11、自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。浆柱上产生的电压降。spsp mmmshitSSPVI rrrrrrSPmshmitVrSSPrrrr石石油油工工程程测测井井 对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，所以多，所以 。因此，在实测。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为基线，则厚层砂岩有：自然电位曲线上，以泥岩为基线，则厚层砂岩有：巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自然电位巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自然电位SSP；而薄层，将比；而薄层，将比SSP小得多。小得多。 tmshmimrrrrrr,SPVSSP石石油油工工程程测测井井测量时测

12、量时N N电极固定在地面电极固定在地面, ,但但V VN N00，因此，因此SPSP曲线没有曲线没有“0 0”刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了读数方便，选泥岩的读数方便，选泥岩的SPSP作为基线，在一个地区它是作为基线，在一个地区它是稳定的，且是一条直线。稳定的，且是一条直线。SP曲线的泥岩基线曲线的泥岩基线石石油油工工程程测测井井SP曲线负异常：曲线负异常：当当C CW W C Cmfmf时，时，SPSP由泥岩的正电位向砂岩的由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低。负电位降低。石石油油工工程程测测井井SP曲线正异常：曲线正异常：当当CW C Cmfm

13、f, ,基线处于正电位，渗透性砂岩呈基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；相反（负异常；相反（C Cw w Cmf 即即RwRmf)，砂岩（渗透，砂岩（渗透层）层）SP（ VSP ）负异常；）负异常；盐水泥浆（盐水泥浆（CwRmf)，砂岩（渗透，砂岩（渗透层）层）SP（ VSP ）正异常；）正异常；Cw= Cmf ，自然电位无异常。，自然电位无异常。Cw与与Cmf的差异越大，则的差异越大，则Vsp异常幅度也越大异常幅度也越大石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井因素因素2.2.岩性岩性 自然电位幅度随泥质的增加而降低自然电位幅度随泥质的增加而降低。自然电位。自然电位是一种以泥岩为背景来

14、显示储集层性质的测井方法，是一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法，SPSP大小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性大小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性质有关来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥质有关来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出现的岩性剖面，即最常见的岩交替出现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面砂泥岩剖面。 这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，因为它这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，因为它没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储集层以致密碳酸没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储集层以致密碳酸盐岩为围岩，许多储层要通过远处的泥岩才能形成自盐岩为围岩，许多储层要通过远处

15、的泥岩才能形成自然电流回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片然电流回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片SPSP异异常，不能用来划分和研究储集层。常，不能用来划分和研究储集层。石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井因素因素5.5.地层电阻率的影响地层电阻率的影响当当ri、rt增大，则增大，则I降低、降低、Vsp降低。降低。石石油油工工程程测测井井因素因素6.6.地层厚度地层厚度h h的影响的影响h h增大增大, ,则则V Vspsp增大并趋近于增大并趋近于SSPSSP；VVSPSP随厚度的减薄随厚度的减薄而减小，（薄层的而减小，（薄层的V VspspSSPSSP）因素因素7.7.井径扩径

16、和侵入影响井径扩径和侵入影响: :石石油油工工程程测测井井 井径扩大使井的截面加大，自然电流在井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小，井内的电位降变小，VVSPSP降低；泥浆侵入相降低；泥浆侵入相当于扩径影响。当于扩径影响。因素因素7. 7. 井径和侵入带直径的影响井径和侵入带直径的影响石石油油工工程程测测井井8. SP曲线的应用曲线的应用应用应用1 1：砂泥岩剖面判断岩性：砂泥岩剖面判断岩性淡水泥浆（淡水泥浆（CwCmf 即即RwRmf)砂岩砂岩SP负异常；泥岩段负异常；泥岩段SP线为基线（正电位）线为基线（正电位）盐水泥浆（盐水泥浆（CwRmf)砂岩砂岩SP正异常；泥岩段正异常

17、；泥岩段SP曲线基线（负电位）曲线基线（负电位）石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井应用应用2 2：划分渗透层及层界面；：划分渗透层及层界面；SP曲线上一切曲线上一切偏离泥岩基线偏离泥岩基线的的明显异常明显异常是是孔隙孔隙性和渗透性较好的储集层的标志性和渗透性较好的储集层的标志。 对于对于岩性均匀、厚度较大岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如泥岩与砂岩的突、界面清楚（如泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用变界面）的储集层，通常用SPSP异异常幅度的常幅度的半幅点半幅点（泥岩基线算起（泥岩基线算起1/21/2幅度处）确定储集层界面。如幅度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较小，果储集层

18、厚度较小，SPSP异常较小异常较小，半幅点厚度将大于实际厚度，半幅点厚度将大于实际厚度，应参考其他曲线确定界面。应参考其他曲线确定界面。自然电位理论曲线自然电位理论曲线石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井石石油油工工程程测测井井应用应用3 3：估算泥质含量；：估算泥质含量； 碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，从而使势减小，从而使SP幅度减小。因此，以幅度减小。因此，以完全完全含水含水、厚度足够大的水层厚度足够大的水层的静自然电位的静自然电位SSP为标准，某地层为标准，某地层SP与与SSP的差别将与地的差别将与地层泥质含量有关。通常把泥质含量

19、表示为：层泥质含量有关。通常把泥质含量表示为：SSPSPSSPSSPSPVsh1石石油油工工程程测测井井应用应用4 4：计算地层水的电阻率：计算地层水的电阻率R Rw w；wemfemfwRRKCCKSSPlglg在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含油饱和度等重要参数，在确定这些参数时都油饱和度等重要参数，在确定这些参数时都需要需要RwRw，用，用SPSP曲线幅度值求曲线幅度值求RwRw是最常用的方是最常用的方法之一。法之一。石石油油工工程程测测井井 确定含水纯岩石确定含水纯岩石静自然电位静自然电位（SSPSSP） 在地层水含盐量或在地层水含盐量或R R

20、w w基本相同的解释井段内，基本相同的解释井段内，选择选择岩性纯岩性纯（不含泥质或（不含泥质或V Vshsh很小），很小），厚度较大厚度较大，深探测电阻率低，深探测电阻率低，SPSP异常幅度最大，各种资料证明异常幅度最大，各种资料证明不含油气的地层为完全含水的纯水层，通常称为不含油气的地层为完全含水的纯水层，通常称为标标准水层准水层。其。其SPSP异常幅度就是该层的静自然电位异常幅度就是该层的静自然电位SSPSSP。读数读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横时先画出泥岩基线，再用图上方的横向比例读向比例读SP异常的大小。异常的大小。应用应用4 4：计算地层水的电阻率：计算地层水的电阻率R Rw

21、w；( (步骤步骤) )石石油油工工程程测测井井wemfemfwRRKCCKSSPlglg 计算自然电位系数（计算自然电位系数（ K） 计算比值（计算比值（Rmfe / R we ） 确定地层温度下的地层水电阻率（确定地层温度下的地层水电阻率（R w ） 确定含水纯岩石确定含水纯岩石静自然电位静自然电位（SSP）石石油油工工程程测测井井应用应用5 5：判断油气水层和水淹层；：判断油气水层和水淹层； SP异常可帮助区分油气水层，异常可帮助区分油气水层，但不是主但不是主要依据要依据。一般说来，油气层的。一般说来，油气层的SP异常略小异常略小于水层；于水层； 在油田开发中，常采用注水方法来提在油田开发中，常采用注水方法来提高采收率。油层发生水淹，利用测井资料高采收率。油层发生水淹，利用测井资料判断水淹层层位及估计水淹程度是目