第一章 自然电位测井

1、1,第一章自然电位测井,2,本章重点及难点,3,第一节自然电场的产生,泥浆:钻井时,在井内流动的一种介质。泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔隙内的泥浆。,一、基本概念,地层水：地层孔隙内的水。,4,一,溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。单位：ppm(百万分之一）,离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗透压的作用下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中的现象。,5,由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程，产生电动势形成自然电场。在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散吸附电动势产生。,6,1、泥浆、地

2、层水矿化度不同；2、井壁地层具有渗透性；3、正、负离子迁移速率不同。,二、扩散电动势产生机理,图1-1扩散电动势产生示意图,氯化钠溶液,7,由Nernst方程表述的扩散电动势：,其中：R克分子气体常数，8.313J/(K)；T绝对温度，oK；T=273+t,(1-1),8,FFarady常数，96520C/equiv；Cw、Cm两种溶液的浓度；U、v正、负离子的迁移率，S/(mN)、正、负离子的离子价；、每个分子离解后形成的正、负离子数；,9,1、泥浆和地层水的矿化度不同；2、井壁地层具有一定的渗透性；3、地层颗粒对不同极性的离子具有不同的吸附性。,三、扩散吸附电动势产生机理,图1-2扩散吸附

3、电动势产生示意图,氯化钠溶液,10,（1-3）,扩散吸附电动势,11,第二节自然电位测井及曲线特征,一、自然电位测井在砂泥岩剖面井中，当时，井下自然电场的分布如图1-3所示。,图1-3井内自然电场分布示意图CWCmf,12,电源Eda和Ed；电介质井内泥浆、地层；,电场中的物理量,电场中某点电位与观测点位置、电介质、电源强度有关。,13,将位于井轴的测量电极M上提，得到随地层深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫伏。Usp(h)；8采样点/米,沿井轴测量自然电场电位，所测电位高低直接与测量点周围电介质性质有关。,14,图1-5、自然电位测井曲线实例,图1-4、自然电位测井示意图,15,1、泥

4、岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP值与泥岩基线值的差。,二、SP曲线的特征,3、比例尺：极性、大小。,4、异常：渗透层SP值相对泥岩SP值的大小。负异常：渗透层的SP值小于泥岩SP值（淡水泥浆）。正异常：渗透层的SP值大于泥岩SP值（盐水泥浆）。,16,图16SP曲线负异常（淡水泥浆）,17,图17a自然电位正异常盐水泥浆,18,图17b自然电位正异常-盐水泥浆,19,地层模型：上、下围岩岩性相同（泥岩），地层岩性均匀。,1）、曲线关于地层中点对称；2）、厚地层（h4d）的SP曲线幅度近似等于地层的实际值，半幅点对应地层界面；3）、随地层

5、变薄，曲线读数受围岩影响增加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。,5、曲线形态(图18）,20,图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线,地层模型,Usp/SSP,21,（1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？(2)、自然电位幅度差与地层厚度的关系？（3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面的关系的影响？,问题,22,SSP=Ed-Eda,rm、rsd、rsh分别为泥浆电阻、砂岩电阻、泥岩电阻。,第三节SP曲线的影响因素,23,一、地层水和泥浆滤液矿化度的比值地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异,是产生扩散电动势、扩散吸附电动势的基本原因.二者差异越大,越大，产生的电场越强，测井值越高；二者差异越小，

6、产生的电场越弱，测井值越低。,24,二、岩性随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降低。,三、地层温度由于与绝对温度成正比，因此地层温度的高低将会影响大小，进而影响的大小。,四、地层水、泥浆滤液中含盐性质地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含离子不同，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影响的大小。,25,SP幅度差与地层导电性的关系,五、地层导电性,地层导电性差，其SP测量值低。,电阻率高，幅度差小,电阻率低，幅度差大,26,六、地层厚度地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实际值的差距加大。七、井径扩大和侵入的影响井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；泥浆侵入，使得测量电极M与地层间的

7、距离加大，M的电位降低。,27,在砂泥岩剖面，自然电位测井曲线以均质泥岩段的SP曲线为基线，出现异常层段为渗透层。,第四节自然电位曲线的应用,图19应用SP曲线划分渗透层,渗透层,一、划分渗透层,28,图1-11、半幅点法确定地层界面示意图,图1-10、砂岩层上部含油下部含水时自然电位曲线,泥岩基线,含水地层的异常值高于含油气地层的异常值。如图1-10所示.对于较厚地层（h4d），可采用半幅点法确定地层厚度,如图1-11所示.,29,例1应用SP曲线划分渗透层,30,例2应用SP曲线划分渗透层,渗透性差的非泥岩层,31,例3应用SP曲线划分渗透层,32,例4应用SP曲线划分渗透层,渗透性差的非

8、泥岩层,33,1、图版法1）、测定泥质砂岩的泥质含量；2）、确定泥质地层的自然电位幅度；3）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔隙流体性质校正；4）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。,二、确定地层泥质含量泥质：地层中细粉砂和湿粘土的混合物叫泥质。泥质含量：泥质体积占地层体积的百分比。,34,2、公式法根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系，求地层泥质含量。,（1-6）,35,例：已知含水纯砂岩地层的SP值为-105毫伏，泥岩层的SP值为30毫伏，含水泥质砂岩地层的SP值为-75毫伏。求含水泥质砂岩的泥质含量。（GCUR=3.7),36,三、确定地层水电阻率Rw,(1-7),其中:,37

9、,其中：t0地表温度;dt地温梯度；h地层深度。,步骤：1、确定完全含水纯地层的静自然电位SSP-（图1-12）；2、确定泥浆滤液等效电阻率；,1）、求地层温度（图1-13）,38,图1-12SP校正图版（SP-3）,地层电阻率、围岩-层厚、泥浆侵入影响校正。,求纵坐标,39,图1-13估计地层温度图版,求横坐标,40,溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版,图1-14,求横坐标,41,图1-15估计与的图版,已知纵坐标和曲线号码，求横坐标,2）、确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率Rmf或Rmf=0.75Rm.,42,3）、确定Rmfe。图116当泥浆只含氯化钠、温度为24时：（1）、

10、（2）、则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率，用图116确定泥浆滤液等效电阻率。,43,饱和溶液温度,根据温度，求纵或横坐标,44,3、确定地层水电阻率Rw（1）、已知SSP、地层温度，确定;（图117）（2）、根据等效地层水电阻率及地层温度，确定地层温度下的地层水电阻率。（图116）。,45,图1-17SP-1图版,求纵坐标,46,四、判断水淹层水淹层：含有注入水的油层，为水淹层。,SP测井曲线能够反映水淹层的条件及现象:,当注入水与原地层水及钻井液的矿化度互不相同时，与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移。如图1-18、1-19所示。,偏移量越大,表明水淹程度越严重。,47,图1-18水淹层测

11、井曲线,Ra,48,图1-19水淹层的SP曲线基线偏移示意图,E总,49,在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动势为,在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界面处的总电动势为,偏移量的计算,50,在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势为,51,其中：注入水的电阻率。统计资料表明：8mV为高含水；5mV8mV为中含水；5mV可能为低水淹或岩性变化所至。,52,图1-20水淹层测井曲线,53,电导率增大微电极幅度差减小SP异常幅度增大,图1-21水淹层实例,54,本章小结一、自然电位产生的机理1、地层水矿化度（Cw）不同于钻井液矿化度（Cm）；2、盐溶液中,不同离子的迁移速度不同；3、地层泥质颗粒对不同

12、性质的离子具有不同的吸附性；4、井壁地层具有一定的渗透性。,55,二、自然电位曲线的特点：1、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自然电位曲线。2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数的差。3、比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺。用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差。,56,4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP曲线的位置。A、负异常：在砂泥岩剖面井中，当CwCm(淡水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的左侧；B、正异常：在砂泥岩剖面井中，当CwCm(盐水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。,57,5、曲线形态

13、特征:A、曲线关于地层中点对称；B、厚地层（h4d）的SP曲线幅度近似等于地层的实际值，半幅点对应地层界面；C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。,。,58,3、自然电位曲线的影响因素及应用1)、影响因素：A、Cw/Cmf；B、溶液中的盐成分；C、地层岩性、温度、厚度及导电性；D、泥浆侵入深度及侵入特征；E、井眼是否扩径。,59,2)、应用：A、划分渗透层；B、确定地层的泥质含量；C、计算地层水电阻率；D、判断水淹层。,60,1、,或,2、,与,的关系决定了渗透层SP曲线的异常性质。,负异常对应淡水泥浆；正异常对应盐水泥浆。,61,3、渗透层SP曲线的异常值,

14、渗透层泥质含量增大、电阻率增大、厚度减小都可造成渗透层SP曲线的异常值减小。,62,4、SP的应用泥岩基线的确定划分渗透层；地层水电阻率的确定；确定地层泥质含量；判断水淹层（条件、现象、水淹级别）。,63,1、SP测井应用范围。2、砂泥岩剖面SP曲线的特点及应用。3、应用SP曲线所注意的问题。,思考题,4、已知地表温度下（25）地层水电阻率为1.2欧姆米，求地下3000米、4500米的地层水电阻率。(dt=2.5/100m),64,6、已知含水纯砂岩地层的SP值为-95毫伏，泥岩层的SP值为30毫伏，泥质砂岩层的SP值为-55毫伏。求泥质砂岩的泥质含量。,5、已知氯化钠溶液矿化度为25000ppm,求120度溶液电阻率.,(log25=1.4),65,1、计算地层温度,地表温度；,dt地温梯度;,h-地层深度。,（）,附录1-地层水电阻率的确定方法,66,2、求等效氯化钠溶液浓度,（1）、计算地层水总矿化度,（2）、确定离子换算