第03章 自然电位SP

1、中国石油大学（华东）张福明1第三章 自然电位测井自然电位测井（SP）p 自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法；变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法；p 是最早使用的测井方法之一，简便而实用，是砂泥岩剖是最早使用的测井方法之一，简便而实用，是砂泥岩剖面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。对于区分岩石性质，面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。对于区分岩石性质，尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优点。点。 （S Spontaneous pontan

2、eous P Potentialotential）中国石油大学（华东）张福明23.1 3.1 井下自然电位的产生井下自然电位的产生3.2 3.2 自然电位的测量自然电位的测量3.3 3.3 自然电位测井影响因素自然电位测井影响因素3.4 SP3.4 SP测井的主要应用测井的主要应用第三章第三章 自然电位测井自然电位测井中国石油大学（华东）张福明33.1 3.1 井下自然电位的产生井下自然电位的产生 钻井后，由于电化学作用，自然产生多种电动势，钻井后，由于电化学作用，自然产生多种电动势，包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势等。但包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势等。但对自然电位测井

3、起主要作用的是扩散电动势和扩散吸附对自然电位测井起主要作用的是扩散电动势和扩散吸附电动势，其它电动势一般可以忽略。电动势，其它电动势一般可以忽略。产生自然电场的产生自然电场的主要原因主要原因： 地层水溶液离子浓度与泥浆滤液的离子浓度不同，产生地层水溶液离子浓度与泥浆滤液的离子浓度不同，产生离子扩散；离子扩散； 岩石颗粒表面对离子有吸附作用；岩石颗粒表面对离子有吸附作用； 泥浆滤液向地层中渗透作用。泥浆滤液向地层中渗透作用。中国石油大学（华东）张福明41. 1. 扩散电动势扩散电动势 纯岩石中地层水与泥浆之间的直接扩散纯岩石中地层水与泥浆之间的直接扩散 砂岩孔隙中的地层水与井内砂岩孔隙中的地层水

4、与井内泥浆之间，相当于不同浓度的两泥浆之间，相当于不同浓度的两种种NaClNaCl溶液直接接触。离子将从溶液直接接触。离子将从高浓度的岩层一方朝着井内直接高浓度的岩层一方朝着井内直接扩散。由于扩散。由于ClCl的迁移率大于的迁移率大于NaNa，扩散结果：低浓度的泥浆一，扩散结果：低浓度的泥浆一方出现过多的方出现过多的ClCl，带负电，高，带负电，高浓度的岩层一方，相对剩余浓度的岩层一方，相对剩余NaNa离子，带正电。从而产生了电位离子，带正电。从而产生了电位差差地层一方的电位高于泥浆地层一方的电位高于泥浆一方的电位一方的电位。中国石油大学（华东）张福明5在在NaClNaCl溶液中，扩散电动势溶

5、液中，扩散电动势EdEd表达式为：表达式为：温度为温度为1818时，时，K Kd d11.6mV11.6mV。2.3lglg lg lgwwddmmmfwddmfwCCRTuvEKFuvCCRCKKCR 中国石油大学（华东）张福明6 2. 2. 扩散吸附电动势扩散吸附电动势 泥质岩石中地层水与泥浆之间的扩散泥质岩石中地层水与泥浆之间的扩散 扩散的另一个渠道是地层水中的扩散的另一个渠道是地层水中的离子通过泥质隔膜或周围的泥岩向低离子通过泥质隔膜或周围的泥岩向低浓度的泥浆（井眼）一方进行扩散。浓度的泥浆（井眼）一方进行扩散。（上页图）（上页图） 粘土颗粒表面带有较多的负电荷，粘土颗粒表面带有较多的

6、负电荷，在盐溶液中吸附阳离子形成在盐溶液中吸附阳离子形成吸附层吸附层和和扩散层扩散层。泥岩中存在很厚的。泥岩中存在很厚的双电层双电层（内负外正），能够移动的地层水在（内负外正），能够移动的地层水在压实过程中排出去了，基本不存在双压实过程中排出去了，基本不存在双电层以外的自由水。电层以外的自由水。中国石油大学（华东）张福明7 泥质岩石中，一方面仍存在正常的扩散电动势；另一方面，当粘泥质岩石中，一方面仍存在正常的扩散电动势；另一方面，当粘土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边（CwCw），粘土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，

7、这些阳离），粘土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，这些阳离子通过与双电层表面的子通过与双电层表面的阳离子交换阳离子交换而向低浓度溶液一方移动，低而向低浓度溶液一方移动，低浓度溶液（浓度溶液（CmCm）一方的阳离子将不断增多而带正电，另一方）一方的阳离子将不断增多而带正电，另一方（CwCw）则带负电，此电动势与扩散电动势极性相反。这样共同形）则带负电，此电动势与扩散电动势极性相反。这样共同形成扩散吸附电动势。成扩散吸附电动势。 泥质就象一种只许带正点荷的泥质就象一种只许带正点荷的NaNa通过，而不允许通过，而不允许ClCl通过的离子通过的离子选择薄膜一样，有时称为选择薄膜一样，有时称为选择吸附

8、作用选择吸附作用。maxdalg lg2.3mfwdadadamfwRCEKKCRRTvKF （纯纯泥泥岩岩 0 0，故故 ）1818时，时，K Kdada上限为上限为58.0mV58.0mV，下限为，下限为11.6mV11.6mV。中国石油大学（华东）张福明8中国石油大学（华东）张福明93. 3. 井内总的自然电动势井内总的自然电动势 实际地层水和泥浆滤液中的主要盐类常实际地层水和泥浆滤液中的主要盐类常为为NaClNaCl，且地层水的矿化度比泥浆滤液，且地层水的矿化度比泥浆滤液高高( (淡水泥浆淡水泥浆) )。因此，夹于泥岩中的砂岩。因此，夹于泥岩中的砂岩层被充满泥浆的井孔穿过时，地层水与泥

9、层被充满泥浆的井孔穿过时，地层水与泥浆之间的扩散结果是：浆之间的扩散结果是： 砂岩与泥浆直接接触处产生扩散电动砂岩与泥浆直接接触处产生扩散电动势，井孔一方为负，岩层一方为正；势，井孔一方为负，岩层一方为正； 砂岩中地层水通过泥岩向井中扩散，砂岩中地层水通过泥岩向井中扩散，产生扩散吸附电动势，井孔一方为正，岩产生扩散吸附电动势，井孔一方为正，岩层一方为负。层一方为负。（1 1）井壁附近电荷分布井壁附近电荷分布中国石油大学（华东）张福明10+-+等效电路示意图（假设淡水泥浆等效电路示意图（假设淡水泥浆CwCm）E EdadaEdEda泥岩泥岩泥岩泥岩砂岩砂岩中国石油大学（华东）张福明11（2 2）

10、 井内总自然电位（井内总自然电位（SSPSSP） 井内自然电动势形成之后，与周围的导电介质就构成了电流流动的井内自然电动势形成之后，与周围的导电介质就构成了电流流动的闭合回路。在岩层中心的上下有两个这样的闭合回路，均由扩散电闭合回路。在岩层中心的上下有两个这样的闭合回路，均由扩散电动势动势E Ed d、扩散吸附电动势扩散吸附电动势E Edada以及井孔泥浆柱、砂岩和泥岩这几部以及井孔泥浆柱、砂岩和泥岩这几部分的等效电阻分的等效电阻r rmm、r rt t和和r rs s组成。组成。lglg()lglglgddawwwddaddamfmfmfmfwmfwSSPEECCCKKKKCCCRCKKCR

11、 该回路的总电动势（静自然电动势该回路的总电动势（静自然电动势SSPSSP）为该两电动势的代数和：）为该两电动势的代数和：【注意：【注意：K K为负值为负值(K(Kd dK Kdada) )，如，如1818时纯砂岩处，时纯砂岩处，K K69.6mV69.6mV。】。】中国石油大学（华东）张福明12中国石油大学（华东）张福明133.1 3.1 井下自然电位的产生井下自然电位的产生3.2 3.2 自然电位的测量自然电位的测量3.3 3.3 自然电位测井影响因素自然电位测井影响因素3.4 SP3.4 SP测井的主要应用测井的主要应用第三章第三章 自然电位测井自然电位测井中国石油大学（华东）张福明14

12、3.2 3.2 自然电位的测量自然电位的测量 1. 1. 自然电位自然电位SPSP的理论计算的理论计算p自然电流：自然电流：p测量的自然电位异常幅度值测量的自然电位异常幅度值U Usp sp ：自然电流流过井内泥浆柱电：自然电流流过井内泥浆柱电阻上的电位降阻上的电位降 ：mshsdSSPIrrr 1spmmshsdmshsdmSSPSSPSPUI rrrrrrrr p 在巨厚层，砂、泥岩层的截面积远大于井眼的截面积，在巨厚层，砂、泥岩层的截面积远大于井眼的截面积，故故r rshsh r rmm、r rsdsd r4dh4d时，自时，自然电位异常幅度近似等于然电位异常幅度近似等于静自然电位；当地

13、层厚度静自然电位；当地层厚度h4dh4d时，自然电位异常时，自然电位异常幅度小于静自然电位，厚幅度小于静自然电位，厚度越小，差别越大。度越小，差别越大。 p厚层可以用厚层可以用“半幅点半幅点”确确定地层界面定地层界面 。【半幅点即幅度之半，见图示。半幅点即幅度之半，见图示。】中国石油大学（华东）张福明213. 3. 地层电阻率的影响地层电阻率的影响p含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时 r rsdsd 明显升高，明显升高，SPSP略有下降。一般油气层的略有下降。一般油气层的SPSP略小于相邻的水层。略小于相邻的水层。 Rt/RmR

14、t/Rm增大，曲线幅度减小。增大，曲线幅度减小。p围岩电阻率围岩电阻率RsRs增大，则增大，则 r rshsh 增大，使自然电位异常幅度减小。增大，使自然电位异常幅度减小。中国石油大学（华东）张福明224. 4. 泥浆侵入带的影响泥浆侵入带的影响 p在渗透性地层，泥浆滤液在渗透性地层，泥浆滤液渗入到地层孔隙中，使泥渗入到地层孔隙中，使泥浆滤液与地层水的接触面浆滤液与地层水的接触面向地层方向移动了一个距向地层方向移动了一个距离。离。p侵入带的存在，相当于井侵入带的存在，相当于井径扩大，因而使自然电位径扩大，因而使自然电位异常幅度值降低。随着泥异常幅度值降低。随着泥浆侵入的增大，自然电位浆侵入的增

15、大，自然电位异常幅度减小。异常幅度减小。 【注：图中注：图中U Uspsp为无侵入时的幅度为无侵入时的幅度】中国石油大学（华东）张福明235. 5. 岩性剖面的影响岩性剖面的影响p自然电位是一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方自然电位是一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法法，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。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出现质有关。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，最常见的是砂泥岩剖面。的岩性剖面，最常见的是砂泥岩剖面。p这种测井方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面。因为这类

16、剖这种测井方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面。因为这类剖面没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储集层以致密碳酸盐面没有或很少有泥岩，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然电流岩为围岩，许多储层要通过远处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回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片SPSP异常，不能用异常，不能用来划分和研究储集层。来划分和研究储集层。 中国石油大学（华东）张福明246. 6. 影响校正影响校正 右图是自然电右图是自然电位校正图版，它位校正图版，它考虑了侵入带直考虑了侵入带直径、冲洗带电阻径、冲洗带电阻率、地层厚度、率、地层厚度、地层电

17、阻率和围地层电阻率和围岩电阻率的影响。岩电阻率的影响。 【注：本课程对图注：本课程对图版不作要求版不作要求】中国石油大学（华东）张福明253.1 3.1 井下自然电位的产生井下自然电位的产生3.2 3.2 自然电位的测量自然电位的测量3.3 3.3 自然电位测井影响因素自然电位测井影响因素3.4 SP3.4 SP测井的主要应用测井的主要应用第三章第三章 自然电位测井自然电位测井中国石油大学（华东）张福明263.4 SP3.4 SP资料的主要应用资料的主要应用 定性解释定性解释（后面图示）（后面图示） (1) (1) 划分储集层：划分储集层： 厚层厚层“半幅点半幅点”指示指示 (2) (2) 判

18、断油气水层判断油气水层 ：水层：水层SPSP幅度大于油层幅度大于油层 (3) (3) 判断岩性判断岩性 ：主要区分砂岩和泥岩：主要区分砂岩和泥岩 (4) (4) 地层对比和研究沉积相地层对比和研究沉积相 ：利用曲线形态：利用曲线形态 (5) (5) 指示地层水矿化度变化指示地层水矿化度变化( (包括水淹层等包括水淹层等) )：曲线异常的变化：曲线异常的变化 估算泥质含量估算泥质含量 （相对值法相对值法） 确定地层水电阻率确定地层水电阻率 【具体步骤见洪有密具体步骤见洪有密测井原理与综合解释测井原理与综合解释】 lglgmfewmfweRCSSPKKCR 1shSPSSPSPVSSPSSP 中国石油大学（华东）张福明27划分层界面划分层界面“半幅点半幅点”油水层油水层SP差异差异中