自然电位测井

1、Spontaneous potential logging自然电位测井自然电位测井自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容1 1、方法特点、方法特点 钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的电场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化电场叫自然电场。沿井轴测量记录

2、自然电位变化曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。 SPSP测井的基本方法为：测井的基本方法为： 如图，在井内放一测量电极如图，在井内放一测量电极M M，地面放一测，地面放一测量电极量电极N N，将，将M M电极沿井筒移动，即可测出一条井电极沿井筒移动，即可测出一条井内自然电位变化的曲线。内自然电位变化的曲线。 自然电位测井自然电位测井(SP)(SP) 要对所测的要对所测的SP曲线进行地质解释，首曲线进行地质解释，首先应该了解自然电位是怎样产生的，它与先应该了解自然电位是怎样产生的，它与地层的那些性质有关。地层的那些性质有关。 自然电位测井自然电位

3、测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：主要有以下两个原因： 地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸

4、附电动势。附电动势。 地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。 实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。吸附电动势占绝对优势。（1 1）扩散电位）扩散电位 当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，离子在当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，离子在渗透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜向渗透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜向较低浓度的溶液中移动。这种现象叫扩散，形成的较低浓度的溶液中移动。这种现象叫扩散，形成的电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散有两种途径：电位叫扩散电位，

5、在油井中，此种扩散有两种途径： 2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散; ; 二是通过泥岩向泥浆中扩散。二是通过泥岩向泥浆中扩散。其扩散电位大小其扩散电位大小取决于取决于正负离子的运移率正负离子的运移率( (单价离子在强度为单价离子在强度为1 1伏伏特特/ /厘米的电场作用下的移动速度厘米的电场作用下的移动速度) )；温度、压力；温度、压力；两种溶液的浓度差；两种溶液的浓度差；浓度、离子类型及浓度差。浓度、离子类型及浓度差。 离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，由于由于ClCl-

6、-比比NaNa+ +的迁移率大，因此在砂岩的迁移率大，因此在砂岩高浓度一侧聚集多余的正电荷，而在泥高浓度一侧聚集多余的正电荷，而在泥浆中聚集负电荷。离子量移动到一定程浆中聚集负电荷。离子量移动到一定程度，形成动态平衡，此时电位叫扩散电度，形成动态平衡，此时电位叫扩散电位，经实验证实，扩散电位位，经实验证实，扩散电位EdEd可由以下可由以下公式求得公式求得（涅耳斯特方程，（涅耳斯特方程，NernstNernst） E Ed d=K=Kd dlg(Clg(Cw w/C/Cmfmf) ) K Kd d- -扩散电位系数，与盐类的化学成扩散电位系数，与盐类的化学成份及温度有关。份及温度有关。 2 2、

7、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（1 1）扩散电位）扩散电位对于石油钻井而言：对于石油钻井而言：下面列举常见盐溶液的迁移率和KdKd值2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（1 1）扩散电位）扩散电位2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 在井中，在井中，1818时若地层水浓度时若地层水浓度CwCw等于等于1010倍的泥浆溶液矿化度倍的泥浆溶液矿化度CmfCmf时时, ,经理论推算：经理论推算：k kd d=-11.6mv=-11.6mv，其中负号表示低度一方井中的，其中负号表示低度一方井中的电位低；电位低；CmfCmf、Cw-Cw-泥浆滤液和地层水矿化度。泥浆滤液和地层

8、水矿化度。 当溶液矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即当溶液矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即E Ed d=K=Kd dlg(Clg(Cw w/C/Cmfmf)=K)=Kd dlg(Rlg(Rmfmf/R/Rw w) ) Rmf,Rw-Rmf,Rw-泥浆滤液和地层水电阻率。泥浆滤液和地层水电阻率。 （1 1）扩散电位）扩散电位 因为泥岩结构、化学成分等与砂岩不同，因此与泥浆之间形成的电位因为泥岩结构、化学成分等与砂岩不同，因此与泥浆之间形成的电位差大，且符号与扩散电位相反，差大，且符号与扩散电位相反，这是由于粘土矿物表面具有选择吸附负离这是由于粘土矿物表面具有选择吸附负离子的能力。因

9、此当浓度不同的子的能力。因此当浓度不同的NaCl溶液扩散时，粘土颗粒吸附溶液扩散时，粘土颗粒吸附Cl-离子，离子，而而Na+离子可以自由移动，若离子可以自由移动，若CwCmf，泥浆带正电荷，储集层与泥岩界，泥浆带正电荷，储集层与泥岩界面处带负电荷，这时形成的电动势为扩散吸附电动势，这是由于既有扩散面处带负电荷，这时形成的电动势为扩散吸附电动势，这是由于既有扩散作用又有吸附作用，因此称为扩散吸附电动势，作用又有吸附作用，因此称为扩散吸附电动势，用用Eda表示表示,由下式求由下式求 E Edada=K=Kdadalg(Cw/Cmf)lg(Cw/Cmf) 若若Cw=10Cmf, t=18 KCw=1

10、0Cmf, t=18 Kdada=58mV=58mV。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（2 2）吸附电位）吸附电位（隔膜作用（隔膜作用- -砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子) ) 这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆滤液通这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（3 3）过滤电位）过滤电位 通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透性岩层性岩层(如砂岩层如砂岩层)处，都不同程度的有泥饼存在

11、。由处，都不同程度的有泥饼存在。由于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子扩于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子扩散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着泥散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。于是在地浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。于是在地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从而产生了电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电而产生了电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电动势。显然它的极性与扩散电动势相同，即

12、井的一动势。显然它的极性与扩散电动势相同，即井的一方为负，岩层的一方为正。方为负，岩层的一方为正。 过滤电动势过滤电动势E Ef f的大小与泥饼两边的压力差的大小与泥饼两边的压力差PP和泥浆滤液的电阻率和泥浆滤液的电阻率R Rmfmf成正比，而与泥浆滤液的粘度成正比，而与泥浆滤液的粘度成反比，即成反比，即 K Kf f 过滤电位系数，与溶液的成分有关；过滤电位系数，与溶液的成分有关； PP 压力差，单位为大气压；压力差，单位为大气压； 过滤溶液的粘度，厘泊；过滤溶液的粘度，厘泊； 当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。 通常通常E

13、Ef f只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电动势可忽略不计。动势可忽略不计。mfffRPKE2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（3 3）过滤电位）过滤电位自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自

14、然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（1 1）总电动势）总电动势结合等效电路进行分结合等效电路进行分析析 由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势EdEd和和EdaEda是是串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势EsEs为该两电动势为该两电动势的代数和的代数和 Es = Ed+EdaEs = Ed+Eda = Kdlg(Cw/Cmf)+ Kdalg(Cw

15、/Cmf) = Kdlg(Cw/Cmf)+ Kdalg(Cw/Cmf) = Kslg(Cw/Cmf) = Kslg(Cw/Cmf) Ks=Kd+KdaKs=Kd+Kda Ks-Ks-总的扩散、扩散吸附电动势系数总的扩散、扩散吸附电动势系数; ; Es- Es-井内自然电动势井内自然电动势3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（1 1）总电动势）总电动势 3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布 SP SP测井时是与普通电阻率测井同时进行，测井时是与普通电阻率测井同时进行，其

16、测量原理电路见图。其测量原理电路见图。 M M电极是普通电阻率测井和自然电位测井公电极是普通电阻率测井和自然电位测井公用的测量电极，用的测量电极，视电阻率测井时，由供电电极视电阻率测井时，由供电电极供电形成的人工电场是供电形成的人工电场是低频脉动直流场低频脉动直流场，而自，而自然电场是然电场是直流场直流场，在视电阻率测量道上加一个，在视电阻率测量道上加一个隔直元件隔直元件C C，阻隔自然电位进入该道，同时在自，阻隔自然电位进入该道，同时在自然电位测量道上加一个隔交元件然电位测量道上加一个隔交元件L L，它只允许自，它只允许自然电场的直流电位信号通过，从而阻断了研究然电场的直流电位信号通过，从而

17、阻断了研究视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布 由自然电场分布特征可知，在由自然电场分布特征可知，在砂岩和泥岩交界处自然电位有明显砂岩和泥岩交界处自然电位有明显变化，变化幅度与变化，变化幅度与Ed和和Eda有关。有关。 在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自然电位变化最大。它是面附近的自然电位变化最大。它是产生

18、自然电场的总电动势产生自然电场的总电动势E总：总： E总总=Ed-Eda =Klg(Rmf/Rw) =SSP 式中式中K为自然电位系数。通常把为自然电位系数。通常把E总总叫作静自然电位，记作叫作静自然电位，记作SSP。 把把 E E总总叫作静自然电位，记作叫作静自然电位，记作SSPSSP。此时此时EdEd的幅度称砂岩线，的幅度称砂岩线，EdaEda的幅度的幅度叫泥岩线叫泥岩线。实际测井中以泥岩线作自。实际测井中以泥岩线作自然电位测井曲线的基线然电位测井曲线的基线( (即零线即零线) )，在，在18180 0C C时的纯砂岩层处的时的纯砂岩层处的SSPSSP： SSP=-69.6lg(RmSSP

19、=-69.6lg(RmRw)Rw)。 井中巨厚的纯砂岩层井段的自然井中巨厚的纯砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是电位幅度近似认为是SSPSSP。 静自然电位的变化范围在含淡水静自然电位的变化范围在含淡水岩层的岩层的+50mV+50mV到含高矿化度盐水岩层到含高矿化度盐水岩层的的-200mV-200mV之间。之间。3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井

20、内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（1 1）曲线特征）曲线特征 异常幅度及其定量计算。异常幅度及其定量计算。 （砂岩有限厚）（砂岩有限厚） 自然电位幅度自然电位幅度UUSPSP定义为：自然定义为：自然电流电流I I在流经泥浆等效电阻在流经泥浆等效电阻rmrm上的电位降，即上的电位降，即UUSPSP=Ir=Irm m。 （巨厚砂岩）（巨厚砂岩） r rm m比比r rsdsd、r rshs

21、h大得多，所以有大得多，所以有USPUSPSSPSSP E Es s=I(r=I(rs s+r+rt t+r+rm m) ) U Uspsp=I=Ir rm m =E =Es s-I(r-I(rs s+r+rt t) ) =E =Es s/(1+(r/(1+(rs s+r+rt t)/r)/rm m) ) A A、曲线对地层中点对称，地层中点处、曲线对地层中点对称，地层中点处异常值最大；异常值最大； B B、厚地层（、厚地层（h h4d4d）的自然电位曲线幅）的自然电位曲线幅度度UspUsp近似等于近似等于SSPSSP，曲线的半幅值点深，曲线的半幅值点深度正对应着地层界面，因此可用半幅点法度正

22、对应着地层界面，因此可用半幅点法确定地层界面；确定地层界面； C C、随地层厚度的变小，自然电位曲线、随地层厚度的变小，自然电位曲线幅度幅度UspUsp下降，曲线顶部变尖，底部下降，曲线顶部变尖，底部变宽，变宽，UspUsp小于小于SSPSSP，而且界面位置离开，而且界面位置离开半幅值点向曲线峰值移动。半幅值点向曲线峰值移动。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（1 1）曲线特征）曲线特征 SP SP曲线特征曲线特征 A A、自然电位测井曲线没有绝对零点、自然电位测井曲线没有绝对零点，而是而是以泥岩井段的自然电位幅度作基线，曲线上以泥岩井段的自然电位幅度作

23、基线，曲线上方标有带极性符号的横向比例尺，它与曲线方标有带极性符号的横向比例尺，它与曲线的相对位置，不影响自然电位幅度的读数。的相对位置，不影响自然电位幅度的读数。 B B、自然电位幅度、自然电位幅度UspUsp的读数是基线到曲的读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。 C C、在砂泥岩剖面井中，一般为淡水泥浆钻、在砂泥岩剖面井中，一般为淡水泥浆钻进进(CwCmf)(CwCmf)，在砂岩渗透层井段自然电位曲，在砂岩渗透层井段自然电位曲线出现明显的负异常；线出现明显的负异常； 在盐水泥浆井中在盐水泥浆井中(CwCmf)(CwCmf)，渗透层井段，渗透层井段

24、出现正异常，这是识别渗透层的重要特征。出现正异常，这是识别渗透层的重要特征。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 使用使用SPSP曲线应注意的几个问题曲线应注意的几个问题（1 1）曲线特征）曲线特征 上述已经提及，上述已经提及，在自然电位曲线上有异常出现的地方，该异常相对在自然电位曲线上有异常出现的地方，该异常相对于泥岩基线的最大偏转，称自然电位异常幅度于泥岩基线的最大偏转，称自然电位异常幅度。自然电位异常幅度的大自然电位异常幅度的大小与许多因素有关，可根据自然电流回路的等效电路对此进行分析。小与许多因素有关，可根据自然电流回路的等效电路对此进行分析。 在

25、井内测得的自然电位降落仅仅是自然电动势的一部分在井内测得的自然电位降落仅仅是自然电动势的一部分(该电动势的该电动势的另外两部分电位降落分别产生在砂岩层及其围岩之中另外两部分电位降落分别产生在砂岩层及其围岩之中)，它的数值及曲线它的数值及曲线特点主要决定于造成自然电场的总电动势特点主要决定于造成自然电场的总电动势Es及自然电流的分布。及自然电流的分布。 Es的大小取决于岩性、地层温度、地层水和泥浆中所含离子成分以的大小取决于岩性、地层温度、地层水和泥浆中所含离子成分以及泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。及泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。 自然电流自然电流I的分布则决定于流经路径中介质的电阻率及

26、地层厚度和井的分布则决定于流经路径中介质的电阻率及地层厚度和井径的大小。径的大小。 )(shsdsmIrIrEIr4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素 从扩散和吸附电动势的产生，我们可以看出，从扩散和吸附电动势的产生，我们可以看出，KdKd和和KaKa与温度有关，因此与温度有关，因此同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成KdKd和和KaKa值有差别。值有差别。 通常绝对温度通常绝对温度T T与与KdKd和和KaKa成正比关系，这可从离子的活动性来解释。成正比关系，这可

27、从离子的活动性来解释。为为了研究温度对自然电位的影响程度，常需计算出地层温度条件下的了研究温度对自然电位的影响程度，常需计算出地层温度条件下的KdKd和和KaKa值。值。为计算方便，先计算出为计算方便，先计算出1818时的时的KdKd和和KaKa值，然后用下式可计算出任何地层温值，然后用下式可计算出任何地层温度度tt的的的的KdKd值。值。 式中式中K Kd d| |t=18t=18为温度为为温度为1818时的扩散电动势系数；时的扩散电动势系数；t t为地层温度。为地层温度。KaKa的温的温度换算公式与度换算公式与KdKd的形式相同。的形式相同。291273|018tKKCtdd4 4、自然电

28、位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素地层温度的影响地层温度的影响（2 2）影响因素）影响因素 Usp Usp主要取决于自然电场的总电动势主要取决于自然电场的总电动势SSPSSP。 显然，显然，UspUsp与与SSPSSP成正比，而成正比，而SSPSSP的大小取决于岩性和的大小取决于岩性和CwCwCmfCmf。 因此，在一定的范围内，因此，在一定的范围内，CwCw和和CmfCmf差别大，造成自然电场的电动势差别大，造成自然电场的电动势高，曲线变化明显。高，曲线变化明显。mfwCCKSSPlg4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素地层水和

29、泥浆滤液中含盐浓度比值的影响地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响（2 2）影响因素）影响因素 地层水和泥浆滤液内所含盐类不同，则溶液中所含离子不同，离子价地层水和泥浆滤液内所含盐类不同，则溶液中所含离子不同，离子价也不同。由于不同离子的离子价和迁移率均有差异，直接影响也不同。由于不同离子的离子价和迁移率均有差异，直接影响KdKd和和KaKa的大的大小，因而也就影响了小，因而也就影响了EsEs的数值。的数值。 在纯砂岩井段，溶液中所含化学成分改变时，扩散电动势系数在纯砂岩井段，溶液中所含化学成分改变时，扩散电动势系数KdKd也随也随之改变，造成自然电场的电动势也随之改变，参见下表：之改变，造成自

30、然电场的电动势也随之改变，参见下表：表1-3-2 18 时 几 种 盐 溶 液 的Kd值 溶 液 NaCl NaHCO3 CaCl2 MgCl2 NaSO4 KCl Kd， mv -11.6 +2.2 -19.7 -22.5 +5 -0.4 4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响（2 2）影响因素）影响因素 自然电位异常幅度实际是自然电流在其所经过的泥浆柱上的最大电自然电位异常幅度实际是自然电流在其所经过的泥浆柱上的最大电位降落。因此井径对自然电位异常幅度有明显影响，其影响程度可通过位降落。因

31、此井径对自然电位异常幅度有明显影响，其影响程度可通过等效电路来分析。等效电路来分析。 井径扩大，使井眼的截面积增大，则泥浆柱的电阻井径扩大，使井眼的截面积增大，则泥浆柱的电阻r rm m减小，从而导减小，从而导致致UspUsp降低。降低。 井内泥浆电阻率减小，同样使泥浆柱电阻井内泥浆电阻率减小，同样使泥浆柱电阻r rm m减小，则导致减小，则导致UspUsp降低。降低。 也可以这样考虑，也可以这样考虑，r rm m减小，使得减小，使得r rm m在整个电流回路上的分压作用减在整个电流回路上的分压作用减弱，也就是弱，也就是IrIrm m变小，自然也就有变小，自然也就有UspUsp的降低。的降低。

32、 因此在盐水泥浆井中自然电位曲线变化不明显。因此在盐水泥浆井中自然电位曲线变化不明显。mshsdsshsdmmsmsprrrErrrrEIrU/)(14 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素井的影响（包括井径和泥浆电阻率）井的影响（包括井径和泥浆电阻率） （2 2）影响因素）影响因素 岩层厚度变薄，或岩层电阻率增高，自然电位异常幅度均降低。岩层厚度变薄，或岩层电阻率增高，自然电位异常幅度均降低。 这是因为岩层厚度变薄时，电流所经过的岩层部分横截面积减小，该部分等效电阻rsd增加； 而当岩层厚度一定，岩层本身的电阻率增大时，rsd也增加。 于是，由上式可知，地层

33、的电阻率越高则Usp越低，因此这两个因素均使自然电位异常幅度降低。 据此不难知道，在岩层厚度、岩性和地层水矿化度等条件均相据此不难知道，在岩层厚度、岩性和地层水矿化度等条件均相同的含水层同含油、气层相比，电阻率较高的含油、气层的自然电同的含水层同含油、气层相比，电阻率较高的含油、气层的自然电位异常幅度要比含水层的自然电位异常幅度低。根据这一特点可以位异常幅度要比含水层的自然电位异常幅度低。根据这一特点可以用自然电位幅度的差异定性地分辨油、水层。用自然电位幅度的差异定性地分辨油、水层。 4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 目的层的影响（包括厚度和电阻率）目

34、的层的影响（包括厚度和电阻率）（2 2）影响因素）影响因素围岩的影响（包括厚度和电阻率）围岩的影响（包括厚度和电阻率） 4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素 泥岩层的电阻率值及其厚度对自然电位异常幅度也有一定的影响。因为这两个参数决定着自然电流回路等效电阻rsh的数值。 泥岩层电阻率越高或岩层厚度越薄，泥岩层电阻率越高或岩层厚度越薄，r rshsh增高，自然电位异常幅度会增高，自然电位异常幅度会降低。降低。 但通常泥岩的电阻率都比较低，自然电流在其中所产生的电位降落但通常泥岩的电阻率都比较低，自然电流在其中所产生的电位降落较小，

35、特别是当泥岩层厚度较大时，泥岩层的这两个因素对自然电位异较小，特别是当泥岩层厚度较大时，泥岩层的这两个因素对自然电位异常幅度的影响并不十分显著。常幅度的影响并不十分显著。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素岩性的影响岩性的影响 当夹于纯泥岩层中的砂岩内含有泥质时，显然，对着砂岩层处，地层当夹于纯泥岩层中的砂岩内含有泥质时，显然，对着砂岩层处，地层水与泥浆之间的扩散就与前述情况不同。水与泥浆之间的扩散就与前述情况不同。 由于组成泥质的粘土颗粒具有离子选择薄膜的特性，由于组成泥质的粘土颗粒具有离子选择薄膜的特性，因此，因此，存在于砂

36、存在于砂岩中的泥质对溶液的直接扩散产生了一种附加的影响。使得砂岩层与井之岩中的泥质对溶液的直接扩散产生了一种附加的影响。使得砂岩层与井之间除了产生扩散电动势之外，还产生一种附加的吸附电动势。而这两种电间除了产生扩散电动势之外，还产生一种附加的吸附电动势。而这两种电动势的极性是相反的，它们部分抵消的结果，会使得对着砂岩层处的扩散动势的极性是相反的，它们部分抵消的结果，会使得对着砂岩层处的扩散电动势数值同岩石不含泥质时相比有所降低，从而使总电动势也降低。电动势数值同岩石不含泥质时相比有所降低，从而使总电动势也降低。电电动势降低的程度，与岩石中含泥质的多少有关。动势降低的程度，与岩石中含泥质的多少有

37、关。 显然，岩石含泥质越多，产生的附加吸附电动势就强，总电动势的降显然，岩石含泥质越多，产生的附加吸附电动势就强，总电动势的降低也越大；反之，就越小。低也越大；反之，就越小。 据此不难推论，据此不难推论，在条件相同的情况下，纯砂岩的自然电位异常幅度要在条件相同的情况下，纯砂岩的自然电位异常幅度要比泥质岩石的异常幅度大，而且随着砂岩中泥质含量的增加，自然电位异比泥质岩石的异常幅度大，而且随着砂岩中泥质含量的增加，自然电位异常幅度会随之减小。常幅度会随之减小。因此，根据砂岩层上的自然电位异常幅度大小，可以因此，根据砂岩层上的自然电位异常幅度大小，可以定量估计地层的泥质含量，和定性判断地层渗透性的好

38、坏。定量估计地层的泥质含量，和定性判断地层渗透性的好坏。 根据同样的道理，当泥岩层岩性不纯时，对着该层的自然电位曲线将根据同样的道理，当泥岩层岩性不纯时，对着该层的自然电位曲线将偏离泥岩基线。泥岩层中含的砂质偏离泥岩基线。泥岩层中含的砂质( (或石灰质、白云质或石灰质、白云质) )越多，这种偏离会越多，这种偏离会更加显著。更加显著。 可见，含泥质的砂岩和含砂质的泥岩，其自然电位异常幅度界于曲线可见，含泥质的砂岩和含砂质的泥岩，其自然电位异常幅度界于曲线上纯砂岩线与纯泥岩线之间。上纯砂岩线与纯泥岩线之间。 4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因

39、素）影响因素岩性的影响岩性的影响自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容 主要包括：主要包括： 判断岩性、划分渗透层判断岩性、划分渗透层; ; 判断储层中流体性质；判断储层中流体性质； 计算地层水电阻率计算地层水电阻率; ; 估计泥质含量估计泥质含量; ; 判断水淹层判断水淹层; ; 地层对比和沉

40、积相研究等。地层对比和沉积相研究等。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用自然电位测井自然电位测井(SP)(SP) 泥岩：泥岩：基线附近；基线附近； 砂岩：砂岩：异常幅值和正负反映岩石异常幅值和正负反映岩石渗透性好坏和泥浆的性能；渗透性好坏和泥浆的性能； 纯水砂岩：纯水砂岩：Usp=SSP Usp=SSP 含油后含油后UspUsp幅值下降，因为电阻率增大。幅值下降，因为电阻率增大。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（1 1）判断岩性，区分渗透层）判断岩性，区分渗透层砂砂泥泥岩岩剖剖面面自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)5 5、自然电位测井曲线的应用、自

41、然电位测井曲线的应用（1 1）判断岩性，区分渗透层）判断岩性，区分渗透层碳碳酸酸岩岩剖剖面面 碳酸岩：碳酸岩：储集层与非储集层储集层与非储集层岩性相同，自然电位曲线区分不开。岩性相同，自然电位曲线区分不开。其幅值大小只反映泥质含量的高低。其幅值大小只反映泥质含量的高低。 岩盐、膏岩：岩盐、膏岩：无渗透性，因无渗透性，因而自然电位无异常显示；而自然电位无异常显示；自然电位测井自然电位测井(SP)(SP) 自然电位异常幅度还可用来判自然电位异常幅度还可用来判断砂岩渗透层孔隙中所含流体的性断砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质（油？气？水？质（油？气？水？）。）。 一般含水砂岩的自然电位幅度一般含水砂岩的

42、自然电位幅度UspUsp比含油砂岩的自然电位幅度比含油砂岩的自然电位幅度UspUsp要高，据此可判断油水层。要高，据此可判断油水层。如图，同一砂岩层中，上部含油下如图，同一砂岩层中，上部含油下部含水时，自然电位曲线上表明了部含水时，自然电位曲线上表明了上述结论。上述结论。 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（2 2）判断储层中流体性质）判断储层中流体性质岩层上部含油下部含水5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（3 3）估算泥质含量）估算泥质含量V Vshsh泥质系数法泥质系数法 厚层纯水层砂岩厚层纯水层砂岩 SSP SSP ，厚层含泥质的砂岩层，厚层含泥质

43、的砂岩层 PSPPSP， 泥质系数泥质系数=PSP/SSP=PSP/SSP，Vsh=1-Vsh=1-。经验公式法经验公式法 SHP1=(SP-SBL+SSP)/SSPSHP1=(SP-SBL+SSP)/SSP SP- SP-自然电位读值，自然电位读值，SBL-SBL-自然电位基线值自然电位基线值 SHP=(2SHP=(2c c* *SHP1SHP1-1)/(-1)/(2 2c c-1)-1) C- C-系数，对于老地层，其值为系数，对于老地层，其值为2 2，新地层为，新地层为3 3关系曲线法关系曲线法 对存在的各种含泥质砂岩进行取样，通过岩心分析，测定其泥质对存在的各种含泥质砂岩进行取样，通过

44、岩心分析，测定其泥质含量，然后绘制和统计出含量，然后绘制和统计出V Vshsh与与 关系曲线，然后再根据关系曲线，然后再根据SPSP确定地确定地层的层的V Vshsh值。值。shU 在评价油气储集层时，含油气饱和度是一个非常重要的参数，而要在评价油气储集层时，含油气饱和度是一个非常重要的参数，而要确定含油饱和度确定含油饱和度S So o，则必须知道地层水电阻率，则必须知道地层水电阻率R Rw w。用自然电位测井资料确。用自然电位测井资料确定地层水电阻率是常用的方法之一。定地层水电阻率是常用的方法之一。 其方法是：选择剖面中较厚的饱含水的纯净砂岩层，读出该层的自其方法是：选择剖面中较厚的饱含水的

45、纯净砂岩层，读出该层的自然电位异常幅度然电位异常幅度UUspsp，并根据泥浆资料确定泥浆滤液电阻率，并根据泥浆资料确定泥浆滤液电阻率R Rmfmf，然后根，然后根据下式即可确定出据下式即可确定出R Rw w。 这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说，所得到的这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说，所得到的R Rw w是正确的。是正确的。 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw wwmfRRKSSPlg 但当上述溶液矿化度较高时，由于矿化度与溶液电阻率不是线性关系，但当上述溶液矿化度较高时，由于矿化度与溶液电阻率不是线性关系，如果

46、仍用上式确定如果仍用上式确定R Rw w，则会有一定的误差，则会有一定的误差。为此引入为此引入“等效电阻率等效电阻率”的概的概念，即不论溶液矿化度范围，溶液的等效电阻率和溶液的矿化度总是保持念，即不论溶液矿化度范围，溶液的等效电阻率和溶液的矿化度总是保持线性关系，线性关系，即即 式中：式中：R Rmfemfe为泥浆滤液等效电阻率；为泥浆滤液等效电阻率； R Rwewe为地层水等效电阻率。为地层水等效电阻率。 该式适用于任何矿化度的溶液，但求出的结果是地层水等效电阻率该式适用于任何矿化度的溶液，但求出的结果是地层水等效电阻率R Rwewe，然后再用然后再用SP-2SP-2图版求出图版求出R Rw

47、 w。 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用wemfeRRKSSPlg（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw w5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw w5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用确定地层水电阻率确定地层水电阻率RwRw方法和步骤方法和步骤 确定含水层的静自然电位值确定含水层的静自然电位值SSPSSP 选择厚的砂岩水层，此时，选择厚的砂岩水层，此时，r rsdsd和和r rshsh均趋于零，可以直接读出该含均趋于零，可以直接读出该含水层的自然电位幅度值水层的自然电

48、位幅度值UspUsp近似作为近似作为SSPSSP使用。否则，需对使用。否则，需对UspUsp进行进行厚度、电阻率和侵入情况校正。厚度、电阻率和侵入情况校正。 确定确定R Rmfemfe 为了确定为了确定RmfeRmfe，需要知道地层温度，需要知道地层温度t t和地层温度下的泥浆电阻率和地层温度下的泥浆电阻率RmtRmt，确定方法如下：，确定方法如下： A.A.确定地层温度确定地层温度t t，已知解释目的层深度后，则用已知地温梯度公已知解释目的层深度后，则用已知地温梯度公式来确定地层温度。式来确定地层温度。（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw wB.B.确定地层温度下的泥浆电阻

49、率确定地层温度下的泥浆电阻率R Rm mt t 首先在测井曲线图头上查出首先在测井曲线图头上查出1818时的泥浆电阻率时的泥浆电阻率R Rm m1818值；然后换算为值；然后换算为R Rm mt t，转换是通过，转换是通过“NaClNaCl溶液电阻率与溶液电阻率与其浓度和温度关系图版其浓度和温度关系图版” ” 。C.C.确定确定RmfRmf 由由R Rm mt t和泥浆密度（一般可由测井和泥浆密度（一般可由测井图头上查得）用图头上查得）用“估计估计RmfRmf和和RmcRmc图版图版” ” 确定确定RmfRmf。或通过近似式。或通过近似式RmfRmf0.75R0.75Rm mt t计算。计算。

50、 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw wD.D.确定确定RmfeRmfe 如果溶液中仅有如果溶液中仅有NaClNaCl且温度为且温度为2424（7575）时）时 若若RmfRmf0.1.m0.1.m，则根据经验取，则根据经验取RmfeRmfe0.85Rmf0.85Rmf； 若若RmfRmf0.1.m (0.1.m (矿化度较高矿化度较高) )，则需要用上图，由，则需要用上图，由RmfRmf确定确定RmfeRmfe。 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R R

51、w wmfemftmmRRGRR931103161121118图图或公式图5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用确定地层水电阻率确定地层水电阻率 RmfeRmfe方法和步骤方法和步骤 确定确定RwRw值值 首先通过首先通过SP-lSP-l图版，由图版，由SSPSSP和和R Rmfemfe确确定出等效地层水电阻率定出等效地层水电阻率R Rwewe，然后通过，然后通过SP-2SP-2图版由图版由RweRwe确定地层水电阻率确定地层水电阻率RwRw。SP-1SP-1图版是一组曲线号码为温度的图版是一组曲线号码为温度的Rmfe/RweRmfe/Rwe与与SSPSSP关系曲线。先由横坐标

52、关系曲线。先由横坐标SSPSSP与已知地层温度曲线相交，得到交与已知地层温度曲线相交，得到交点纵坐标点纵坐标x x，则在已知，则在已知RweRwe的情况下，由的情况下，由SP-2SP-2图版即可确定地层水电阻率图版即可确定地层水电阻率RwRw。 xRRmfewe（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw w 另外也可以通过计算的方法来确定地层水电阻率，其方法如下：另外也可以通过计算的方法来确定地层水电阻率，其方法如下： 利用自然电位基本方程式利用自然电位基本方程式 在该式中，在该式中，SSPSSP和和R Rmfemfe通过上述方法确定，而扩散吸附电动势系数可以通过上述方法确定，而扩

53、散吸附电动势系数可以通过式来计算通过式来计算 式中式中K|K|t=18t=18为温度为为温度为1818时的扩散电动势系数，对于时的扩散电动势系数，对于NaClNaCl溶液而言，溶液而言，其大小为其大小为69.6mv69.6mv；t t为地层温度。为地层温度。 故此式中未知数仅故此式中未知数仅R Rwewe一个，因此可以计算出一个，因此可以计算出R Rwewe，然后通过，然后通过SP-2SP-2图版图版得到地层水电阻率。得到地层水电阻率。 5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw wwemfeRRKSSPlg291273|018

54、tKKCt 对于砂泥岩剖面，由自然电位曲线大多可以求得较准确的对于砂泥岩剖面，由自然电位曲线大多可以求得较准确的R Rw w值。但值。但在有些情况下，如非在有些情况下，如非NaClNaCl的盐类存在，自然电位基线偏移或的盐类存在，自然电位基线偏移或R Rw w在井剖面在井剖面上变化不定时应特别谨慎。上变化不定时应特别谨慎。 用自然电位曲线求用自然电位曲线求R Rw w，必须是厚度较大的含水纯砂岩层，若储集层，必须是厚度较大的含水纯砂岩层，若储集层含泥质，将使得所求含泥质，将使得所求R Rw w偏高偏高(R(Rw wR Rmfmf时时) )；若储集层含钙质，可能使；若储集层含钙质，可能使RwRw

55、偏偏低。低。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率）确定地层水电阻率 R Rw w 在油田开发过程中，常采用注水的方法提高采收率，在油田开发过程中，常采用注水的方法提高采收率，由于注水驱油或由于注水驱油或是边水推进，如果储层见到了注入水或边水，则该层叫水淹层。是边水推进，如果储层见到了注入水或边水，则该层叫水淹层。 储集层被水淹的部位决定于岩层各部分的渗透性，一般规律是渗透性储集层被水淹的部位决定于岩层各部分的渗透性，一般规律是渗透性好的部分首先被水淹，好的部分首先被水淹，利用测井资料判断水淹层位及估计水淹程度已是检利用测井资料判断水淹层位及估计水淹程

56、度已是检查注水效果的重要方法。查注水效果的重要方法。 水淹层在自然电位曲线上的显示特点较多，在工作时，要根据每个地水淹层在自然电位曲线上的显示特点较多，在工作时，要根据每个地区的实际情况进行分析区的实际情况进行分析。对部分水淹层（油层底部或顶部见水），自然电对部分水淹层（油层底部或顶部见水），自然电位曲线的基线在该层上下发生偏移，出现台阶，这是一种比较普遍的现象，位曲线的基线在该层上下发生偏移，出现台阶，这是一种比较普遍的现象，这是由于注入水与油田水的矿化度不同造成的。这是由于注入水与油田水的矿化度不同造成的。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层）判断水淹

57、层5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层）判断水淹层 右图中展示了水淹层测井右图中展示了水淹层测井曲线，在自然电位测井曲线上，曲线，在自然电位测井曲线上，下部基线偏移，偏移量下部基线偏移，偏移量EspEsp30mv30mv属高含水层，经射孔后属高含水层，经射孔后得知含水率达到得知含水率达到9999。 水淹层在自然电位曲线上水淹层在自然电位曲线上出现基线偏移是因为注入水的出现基线偏移是因为注入水的矿化度矿化度C C注注界于地层水和泥浆滤界于地层水和泥浆滤液矿化度之间，即液矿化度之间，即CwCwC C注注CmfCmf。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井

58、曲线的应用（5 5）判断水淹层）判断水淹层5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层）判断水淹层5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（6 6）沉积相研究）沉积相研究 “测井相测井相”又叫又叫“电相电相”（ElectrofaciesElectrofacies）是在）是在19701970年提出来的，它年提出来的，它是指能反映沉积岩岩性特征，并能使这种沉积岩与其他沉积岩区别开来的是指能反映沉积岩岩性特征，并能使这种沉积岩与其他沉积岩区别开来的一组测井（参数）响应。一组测井（参数）响应。 测井沉积相研究就是应用各种测井信息来研究沉积环境和沉积物的岩测井沉积相研究就是应用各种测井信息来研究沉积环境和沉积物的岩石特征