石油工程测井2_第1章电法测井-1.1自然电位测井.ppt

1、主讲教师：吴 丰 单 位 ：资源与环境学院,石油工程测井,二零一二年十一月,电法测井是指以研究岩石及其孔隙流体的导电性、电化学性及介电性为基础的一大类测井方法。,1 什么是电法测井?,它包括以测量岩层电化学特性、导电特性和介电特性为基础的三小类测井方法。,电场分类：自然电场和人工电场,2 岩层的电学性质,岩层的电学特性包括：,电化学特性自然产生的电场，自然电位,导电特性人工电源，电阻率（电导率）,介电特性介电常数,岩层的电化学特性：自然电位测井（SP）,岩层的介电特性：电磁波传播测井（ETP）,3 电法测井的分类,岩层的导电特性：电阻率测井,自然电位测井,自然电场的产生,SP曲线的特征,SP曲

2、线的影响因素,SP曲线的应用,1,2,3,4,5,SP是由井中自然电场产生的电位。,1自然电位测井 （Spontaneous Potential Logging）,1.1 什么是自然电位测井？,SP测井是以钻井液（泥浆滤液）与钻穿岩层孔隙流体间的扩散扩散吸附现象为基础的测量方法（它测量扩散扩散吸附电动势在井中产生的电位差）,1.2 SP测井的装置,一个测量电极M,一个地面电极N,用电缆将MN与电位差计两端相连，测量MN间的电位差。,1.3 SP曲线的测量原理, 将一个电极M放入井中，另一个电极N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M电极相对于N电极之间的电位差，

3、便可以进行自然电位测井。,由于固定在地面上的N电极的电位是一个恒定值，因此，当M电极在井内移动时，所测得的M、N之间的电位差的变化，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，自然电位测井测的是相对电位值，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，而不是井中自然电位的绝对数值。,矿化度：溶液中所含有的各种离子的浓度。,自然电动势,2 自然电场的产生,扩散电动势（Ed）的产生,扩散现象,受渗透压力作用，高浓度低浓度,动平衡时，电动势保持一定值扩散电动势Ed,CL-离子迁移率Na+离子迁移率,低浓度CL-离子富集 高浓度 Na+离子富集,扩散电动势Ed,接触面正负

4、离子迁移速度相同时电荷富集停止离子还在继续扩散动平衡,渗透性隔板,实验,砂岩,Cw Cmf,在井内纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电动势（Ed）造成的。,砂岩,参见P5,当CWCM时，在砂岩段，井内泥浆中积聚负电荷。 当CWCM时，在砂岩段，井内泥浆中积聚正电荷。,1.纯砂岩的扩散电动势（Ed）起因于井中钻井液和地层水的浓度差引起的离子扩散作用以及正、负离子扩散速度的差异。,扩散吸附电动势（Eda）的产生,现象,将渗透性隔板换成泥岩,浓度大的一方富集负电荷，浓度小的一方富集正电荷,泥岩的特殊性质造成,实验,Cw,Cm,指针与前面实验方向相反,2.纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）起因于井中钻井

5、液和地层水的浓度差引起的离子扩散作用以及泥（页）岩选择性半透膜对正负离子的选择性透过作用。,吸附是指泥岩的颗粒表面吸附的矿物离子。,吸附：泥岩的特殊性质,泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，泥岩颗粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子平衡离子（补偿阳离子）,因同性相斥、异性相吸，泥岩中有补偿阳离子存在, Cl-不能离开，结果形成高浓度一方为负，低浓度一方为正。,Cw Cmf,在井内纯泥岩井段所测量的自然电位即是扩散吸附电动势造成的。,2.纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）,参见P6,当CWCM时，在泥岩段，井内泥浆中积聚正电荷。 当CWCM时，在泥岩段，

6、井内泥浆中积聚负电荷。,CwCmf,产生以上结果都是在CwCmf的情况下讨论的，那么CwCmf结果又会怎样呢?请同学们自己考虑！,思考,3 动电学电动势过滤电动势（Ef）,过滤电动势（Ef），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P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(忽略不计）。,砂岩与泥岩的自然电位分布,假设 CwCmf,自然电流的等效电路（P7图1-2）,总自然电动势ES：在由砂岩，泥岩，泥浆所组成的导电回路中，电动势是呈串联的。因此，在该回路中由于扩散作用形成的总电动势为该三电动势的代数和。,静自然电位SSP：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电动

7、势用SSP来表示。,假静自然电位PSP：泥质砂岩和纯泥岩的总电动势称为假静自然电位。符号用PSP来表示，反映了泥质的多少，总有SSPPSP。,自然电位的幅度异常USP（ VSP ） ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。,对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，所以 。因此，在实测自然电位曲线上，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SSP；而薄层，将比SSP小得多。,测量时N电极固定在地面,但VN0，因此SP曲线没有“0”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SP作为基线，在一个地区它是稳定的，且是一条直线。,SP曲线的泥岩基线,

8、SP曲线负异常：,当CWCmf时，SP由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低。,SP曲线正异常：,当CWCmf时，SP由泥岩的负电位向砂岩的正电位升高。,非渗透性地层（泥页岩）对应的自然电位测量曲线为基线；相对于泥页岩基线，当CwCmf,基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；相反（CwCmf）则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常；异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。Cw=Cmf，不产生SP；,6 SP曲线的特征,SP幅度（SP）随地层厚度的增大而增大并趋近于静自然电位；随着地层厚度变小，也随之变小，且曲线顶部变尖而根部变宽。,当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，自然电位曲线将对称于地层中

9、部，并在地层中部取得自然电位最大值；,6. SP曲线的特征,随着地层中含油气饱和度（So，Sg）增加，地层电阻率（Rt）增高，自然电位（SP）曲线幅度逐渐下降。,当井径扩大和侵入严重，自然电位幅度逐渐下降。,自然电位的幅度异常VSP ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值。,7. SP曲线的影响因素,Es=f（Cw、Cmf、T、Vsh、Rt、盐类有关）,Es,因素1：地层水和泥浆中含盐浓度比值,淡水泥浆（CwCmf 即RwRmf)，砂岩（渗透层）SP（ VSP ）负异常；,盐水泥浆（CwRmf)，砂岩（渗透层）SP（ VSP ）正异常；,Cw= Cmf ，自

10、然电位无异常。,Cw与Cmf的差异越大，则Vsp异常幅度也越大,一般情况 CmfCw,因素2.岩性,自然电位幅度随泥质的增加而降低。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，SP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岩交替出现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面。,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回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片SP异常，不能用来划分和研究储集层。,因素5.地层电阻率的影响,当ri、rt增大，则I降低、Vsp

11、降低。所以在相同条件下,油层的Vsp水层的Vsp,因素6.地层厚度h的影响,h增大,则Vsp增大并趋近于SSP；VSP随厚度的减薄而减小，（薄层的VspSSP）,因素7.井径扩径和侵入影响:,井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小，VSP降低；泥浆侵入相当于扩径影响。,因素7. 井径和侵入带直径的影响,8. SP曲线的应用,应用1：砂泥岩剖面判断岩性,淡水泥浆（CwCmf 即RwRmf) 砂岩SP负异常；泥岩段SP线为基线（正电位）,盐水泥浆（CwRmf) 砂岩SP正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）,应用2：划分渗透层及层界面；,SP曲线上一切偏离泥岩基线的明显异常是孔隙性和渗透

12、性较好的储集层的标志。,对于岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用SP异常幅度的半幅点（泥岩基线算起1/2幅度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较小，SP异常较小，半幅点厚度将大于实际厚度，应参考其他曲线确定界面。,1,2,砂泥岩剖面中,应用3：估算泥质含量；,碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，从而使SP幅度减小。因此，以完全含水、厚度足够大的水层的静自然电位SSP为标准，某地层SP与SSP的差别将与地层泥质含量有关。通常把泥质含量表示为：,应用4：计算地层水的电阻率Rw；,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需要

13、Rw，用SP曲线幅度值求Rw是最常用的方法之一。,确定含水纯岩石静自然电位（SSP）,在地层水含盐量或Rw基本相同的解释井段内，选择岩性纯（不含泥质或Vsh很小），厚度较大，深探测电阻率低，SP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，通常称为标准水层。其SP异常幅度就是该层的静自然电位SSP。,读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横向比例读SP异常的大小。,应用4：计算地层水的电阻率Rw；(步骤),计算自然电位系数（ K）,计算比值（Rmfe / R we ）,确定地层温度下的地层水电阻率（R w ）,确定含水纯岩石静自然电位（SSP）,应用5：判断油气水层和水淹层；,SP异常可帮助区分油气水层，但不是主要依据。一般说来，油气层的SP异常略小于水层；,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，利用测井资料判断水淹层层位及估计水淹程度是目前检查注水效果的重要任务。,可根据SP基线偏移确定水淹层位，并根据偏移量的大小来判断水淹程度。 水淹层在SP 曲线上出现基线偏移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。注入淡水水淹后的油水同层，被水淹的底部或顶部的S