地球物理测井-第一章第四节自然电位测井

1、第一章 第四节 自然电位测井 Spontaneous Spontaneous Potential Potential Logging Logging(S P)扬工院钻井专业教学课件扬工院钻井专业教学课件 地球物理测井地球物理测井 第一章第一章 自然电位测井自然电位测井前言前言第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SP第三节第三节 影响影响SP曲线的因素曲线的因素第四节第四节 SP曲线的应用曲线的应用 一、自然电位测井一、自然电位测井SP1928年，斯伦贝谢发现，井中电极与年，斯伦贝谢发现，井中电极与放在远处的参考电极之间有电位差，放在远

2、处的参考电极之间有电位差，且该电位差随地层而变化。且该电位差随地层而变化。当地层中没有外加电流时，通过仪器当地层中没有外加电流时，通过仪器测量井眼内自然电场中电位随井深变测量井眼内自然电场中电位随井深变化的测井方法。化的测井方法。只能用于导电泥浆的井中。只能用于导电泥浆的井中。 二、自然电场的特点二、自然电场的特点SP曲线曲线自然电场的分布和岩性有密切的关系，特自然电场的分布和岩性有密切的关系，特别是在别是在砂砂/泥岩泥岩剖面中能够以明显的曲线剖面中能够以明显的曲线异常变化来显示异常变化来显示渗透性地层渗透性地层。因此，研究。因此，研究井眼内自然电场中的井眼内自然电场中的电位变化电位变化即可反

3、映井即可反映井眼穿过地层的特征。眼穿过地层的特征。自然电位现象：自然电位现象：（1）自然电位与岩性有关；）自然电位与岩性有关；（2）自然电位与泥浆及地层水矿化度有关；）自然电位与泥浆及地层水矿化度有关； 三、三、 自然电位测井的特点自然电位测井的特点自然电位测井自然电位测井储层储层自然电位测井具有测量方法简单、实用价值高等自然电位测井具有测量方法简单、实用价值高等特点，是划分岩性、研究储集层性质、求取泥质特点，是划分岩性、研究储集层性质、求取泥质含量参数以及其它地质应用的基本方法之一。含量参数以及其它地质应用的基本方法之一。 钻井时，为了安全并且能获取全面的测井资料，一般使泥浆柱压力稍大钻井时

4、，为了安全并且能获取全面的测井资料，一般使泥浆柱压力稍大于地层压力，并且很多情况下使用于地层压力，并且很多情况下使用淡水泥浆淡水泥浆（泥浆的矿化度泥浆的矿化度CmCmfP45 纯砂岩层自然电位纯砂岩层自然电位SSP 静自然电位静自然电位三、三、SP曲线特征曲线特征根据砂岩地层模型，上、下围岩（泥岩）足够厚。对不同厚度的砂岩目根据砂岩地层模型，上、下围岩（泥岩）足够厚。对不同厚度的砂岩目的层进行理论计算，得到一系列自然电位理论曲线。的层进行理论计算，得到一系列自然电位理论曲线。u 特点：特点：1）曲线关于地层中点对称，地层中点处异）曲线关于地层中点对称，地层中点处异常值最大；常值最大；2）地层越

5、厚，）地层越厚，SP越接近于越接近于SSP，地层厚度变，地层厚度变小，小，SP下降，且曲线顶部变尖，底部变宽，下降，且曲线顶部变尖，底部变宽，SP4d时，时，SP的半幅点对应地层的界面，的半幅点对应地层的界面，因此较厚地层可用半幅点法确定地层界面，因此较厚地层可用半幅点法确定地层界面，地层变薄时，不能用半幅点法分层。地层变薄时，不能用半幅点法分层。在石油钻井的砂泥岩剖面中，自然电位的幅度和特点主要决定于造成自在石油钻井的砂泥岩剖面中，自然电位的幅度和特点主要决定于造成自然电场的静自然电位然电场的静自然电位SSP，并且受自然电流，并且受自然电流 I 分布的影响。分布的影响。SSP的大小取的大小取

6、决于决于岩性、地层温度、地层水和钻井液中所含离子成分和钻井液滤液电岩性、地层温度、地层水和钻井液中所含离子成分和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率之比阻率与地层水电阻率之比；而自然电场中自然电流；而自然电场中自然电流 I 的分布则决定于流的分布则决定于流经路径中经路径中介质的电阻率及地层的厚度和井径的大小介质的电阻率及地层的厚度和井径的大小。这些因素对自然电。这些因素对自然电位幅度位幅度SP及曲线形状均有影响，但影响的主次存在差异。及曲线形状均有影响，但影响的主次存在差异。 1 1温度的影响温度的影响 2. 2. 岩性的影响岩性的影响 3 3电解质成分的影响电解质成分的影响 4 4. 地层水和钻井

7、液滤波中含盐浓度比值（地层水和钻井液滤波中含盐浓度比值（CwCmf）的影响）的影响 5. 5. 地层厚度的影响地层厚度的影响 6. 6. 地层电阻率的影响地层电阻率的影响 7 7井径扩大和钻井液侵入的影响井径扩大和钻井液侵入的影响)11(mshtsprrrSSPU自然电流通过钻井液自然电流通过钻井液电阻上的电位降电阻上的电位降一、温度的影响一、温度的影响温度变化导致电动势系数变化。温度变化导致电动势系数变化。 Kda二、岩性的影响二、岩性的影响在砂泥岩剖面井中，通常以大段泥岩处的在砂泥岩剖面井中，通常以大段泥岩处的SP曲线作基线，在自然电位曲线曲线作基线，在自然电位曲线上出现异常变化的多为砂质

8、岩层。当目的层为上出现异常变化的多为砂质岩层。当目的层为纯砂岩纯砂岩时，其与围岩交界处时，其与围岩交界处的的SSP达到达到最大值最大值SSPmax。当目的层含有。当目的层含有泥质泥质(其他条件不变其他条件不变)时，时，SP降低降低，因而曲线异常的幅度也减小。此外，当剖面上有部分因而曲线异常的幅度也减小。此外，当剖面上有部分泥岩的阳离子交换能泥岩的阳离子交换能力减弱力减弱时，渗透层的自然电位异常幅度也会相对时，渗透层的自然电位异常幅度也会相对降低降低。三、电解质成分的影响三、电解质成分的影响离子迁移率离子迁移率 Kda四、地层水和钻井液滤波中含盐浓度比值的影响四、地层水和钻井液滤波中含盐浓度比值

9、的影响 当当Cw Cmf 时，砂岩层段则出现自时，砂岩层段则出现自然电位负异常；然电位负异常； 当当Cw Cmf 时，砂岩层段出现自然时，砂岩层段出现自然电位的正异常；电位的正异常； 当当Cw = Cmf 时，没有造成自然电场时，没有造成自然电场的电动势产生，则没有自然电位异的电动势产生，则没有自然电位异常出现。常出现。 Cw与与Cmf 的差别越大，造成自然电的差别越大，造成自然电场的电动势越大。场的电动势越大。 地层水和钻井液滤液中含盐量的差异是造成自然电场中扩散电动势地层水和钻井液滤液中含盐量的差异是造成自然电场中扩散电动势Ed和和吸附电动势吸附电动势Ea的基本原因。这两个电动势的大小决定

10、于的基本原因。这两个电动势的大小决定于Cw/Cmf值。以泥岩值。以泥岩作垂线作垂线:五、地层厚度的影响五、地层厚度的影响)11(mshtsprrrSSPU六、地层电阻率的影响六、地层电阻率的影响)11(mshtsprrrSSPUrtrt七、井径扩大和钻井液侵入的影响七、井径扩大和钻井液侵入的影响 井径扩大使井的横截面积增大，泥浆电阻井径扩大使井的横截面积增大，泥浆电阻rm降低，自然降低，自然电流在井内的电位幅度降低，电流在井内的电位幅度降低，Usp下降。下降。 有泥浆侵入时，地层水和泥浆滤液的接触面向地层内推有泥浆侵入时，地层水和泥浆滤液的接触面向地层内推 移，所产生的效果相当于井径扩大，使移

11、，所产生的效果相当于井径扩大，使Usp降低，侵入降低，侵入 越深，越深，Usp越低。越低。 一、判断渗透性岩层一、判断渗透性岩层二、估算渗透性砂岩厚度二、估算渗透性砂岩厚度层界面层界面层界面层界面二、估算渗透性砂岩厚度二、估算渗透性砂岩厚度三、确定地层水电阻率三、确定地层水电阻率Rw 对于纯的含水砂岩地层，在地层水和泥浆滤液矿化度不太高的情况对于纯的含水砂岩地层，在地层水和泥浆滤液矿化度不太高的情况下下 ，其溶液的电阻率与活度呈反比关系，即：，其溶液的电阻率与活度呈反比关系，即：wmfRRKSSPlgRmf-泥浆滤液电阻率；泥浆滤液电阻率；Rw-地层水电阻率。地层水电阻率。 过程：过程：根据根据SP求出求出SSP，根据温度求出，根据温度求出K，已知钻井液滤液电阻率，已知钻井液滤液电阻率Rmf，便可求出便可求出Rw。四、估算泥质含量四、估算泥质含量泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的扩散吸附电动势扩散吸附电动势有直接关系，有直接关系，因而用自然电位曲线可以计算泥质含量。目前用的方法是建立在大量的因而用自然电位曲线可以计算泥质含量。目前用的方法是建立在大量的实验工作基础上的，常用方法是实验工作基础上的，常用方法是图版法图版法和和计算法计算法：1、名词解释、名词解释自然电位、扩散电位、吸附电位、泥岩基线、半幅点自