电法测井自然电位测井精讲学习教案

1、会计学1电法测井自然电法测井自然(zrn)电位测井精讲电位测井精讲第一页，共64页。一、什么一、什么(shn me)(shn me)是测井？是测井？二、岩石的物理特性二、岩石的物理特性(txng)(txng)有哪些？有哪些？三、测井方法三、测井方法(fngf)(fngf)的分类？的分类？ 电化学性电化学性 导电性导电性 介电性介电性自然电位测井（自然电位测井（ Spontaneous Potential Logging ） 第1页/共64页第二页，共64页。什么什么(shn me)(shn me)是电法测井是电法测井? ?电法测井是指以研究岩石电法测井是指以研究岩石(ynsh)及其及其孔隙流体

2、的导电性、电化学性及介电性孔隙流体的导电性、电化学性及介电性为基础的一大类测井方法。为基础的一大类测井方法。第2页/共64页第三页，共64页。电法测井的分类电法测井的分类(fn li)(fn li)岩层的电化学特性岩层的电化学特性(txng)：自然电位测井：自然电位测井（SP）岩层岩层(yncng)的导电特性：电阻率的导电特性：电阻率测井测井岩层的介电特性：岩层的介电特性：电磁波传播测井电磁波传播测井（ETP）双侧向电阻率测井（双侧向电阻率测井（DLL）地层倾角测井（地层倾角测井（SHDT）微球形聚焦电阻率测井（微球形聚焦电阻率测井（ MSFL ）感应测井（感应测井（ DIL ）、阵列感应成像

3、测井）、阵列感应成像测井随钻电阻率测井（随钻电阻率测井（ LWD ）过套管电阻率测井（过套管电阻率测井（ CHFR ）方位电阻率成像测井（方位电阻率成像测井（ ARI ）地层微电阻率扫描测井（地层微电阻率扫描测井（ FMS ）123第3页/共64页第四页，共64页。 自然自然(zrn)电位测井电位测井 自然自然(zrn)电场的产生电场的产生 SP曲线曲线(qxin)的特征的特征 SP曲线的影响因素曲线的影响因素 SP曲线的应用曲线的应用1.自然电位测井自然电位测井主 要 内 容 重点？重点？难点？难点？第4页/共64页第五页，共64页。 在钻井的过程中，钻井液（泥浆在钻井的过程中，钻井液（泥浆

4、(njing)）与钻穿的地层孔隙流体之间通过扩散吸附）与钻穿的地层孔隙流体之间通过扩散吸附作用自然会产生一种电动势，测量这种电位差作用自然会产生一种电动势，测量这种电位差的测井方法就是的测井方法就是SP测井。测井。 什么是自然电位测井？什么是自然电位测井？1.1SP是由井中自然电场是由井中自然电场(din chng)产生的电位产生的电位（Spontaneous Potential Logging）地层地层(dcng)(dcng)水、石油、天然气水、石油、天然气淡水泥浆和盐水泥浆淡水泥浆和盐水泥浆水基泥浆和油基泥浆水基泥浆和油基泥浆有不同类型：有不同类型：电化学作用电化学作用第5页/共64页第六

5、页，共64页。 SP测井的装置测井的装置1.2（Spontaneous Potential Logging）用电缆将用电缆将MN与电位与电位差计两端差计两端(lin dun)相连，测量相连，测量MN间的电位差。间的电位差。第6页/共64页第七页，共64页。 将一个电极将一个电极M放入井中，另一个放入井中，另一个电极电极N放在地面上接地，在不存在任放在地面上接地，在不存在任何人工电场的情况下，用测量何人工电场的情况下，用测量(cling)电位差的仪器测量电位差的仪器测量(cling)M电极相对于电极相对于N电极之间的电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。电位差，便可以进行自然电位测井。 第7

6、页/共64页第八页，共64页。显然，自然电位测井测的是相对显然，自然电位测井测的是相对(xingdu)电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面上电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面上N电极的固定电位值之差。电极的固定电位值之差。N电极的电位电极的电位(din wi)恒定恒定是井中自然电位是井中自然电位的绝对数值吗？的绝对数值吗？第8页/共64页第九页，共64页。井内有自然井内有自然(zrn)存在的电位变化存在的电位变化说明说明(shumng)井内有自然电流流动井内有自然电流流动必然必然(brn)有自然产生的电动势有自然产生的电动势 由于钻井液（由于钻井液（泥浆泥浆）和孔隙流体（）和孔隙流体

7、（地层水地层水、油、气、油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触浓度不同，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生产生电化学作用电化学作用，产生电动势造成自然电场。，产生电动势造成自然电场。扩散扩散扩散吸附作用扩散吸附作用第9页/共64页第十页，共64页。扩散扩散(kusn)(kusn)电动势电动势扩散扩散(kusn)(kusn)吸附电动势吸附电动势过滤过滤(gul)(gul)电动势电动势氧化还原电动势氧化还原电动势研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：第10页/共64

8、页第十一页，共64页。扩散电动势扩散电动势（Ed ）扩散吸附电动势扩散吸附电动势（Eda ）2.机理：扩散机理：扩散(kusn)扩散扩散(kusn)吸附作用吸附作用3.结果：产生了电动势，造成自然结果：产生了电动势，造成自然(zrn)电场电场钻井液钻井液1.介质介质地层孔隙流体地层孔隙流体第11页/共64页第十二页，共64页。假定假定(jidng)：砂泥岩地层砂泥岩地层1淡水泥浆井淡水泥浆井23其中的盐类均为其中的盐类均为NaCLCmfCw 当两种不同浓度的溶液相当两种不同浓度的溶液相接触时，高浓度溶液中的离子接触时，高浓度溶液中的离子向低浓度一方向低浓度一方(y fn)移动（扩移动（扩散现象

9、）。散现象）。第12页/共64页第十三页，共64页。在砂泥岩地层中扩散在砂泥岩地层中扩散(kusn)有两条路有两条路径：径： 通过通过(tnggu)砂砂岩直接向泥浆中扩散岩直接向泥浆中扩散； 通过砂岩周围通过砂岩周围(zhuwi)的泥岩向泥浆的泥岩向泥浆中扩散。中扩散。1212第13页/共64页第十四页，共64页。孔隙流体与钻井液孔隙流体与钻井液( (泥浆泥浆(njing)(njing)之间的之间的 直接直接 扩散。扩散。不同离子扩散的速度不不同离子扩散的速度不同，研究表明同，研究表明Na的移的移动速度小于动速度小于Cl的移动的移动速度，即速度，即VNaVCL-。Na+CL-扩散扩散(kusn

10、)方向方向Na+Na+CL-CL-+-结果形成结果形成高浓度一高浓度一方为正，低浓度一方为正，低浓度一方为负方为负。第14页/共64页第十五页，共64页。 Ed起因于钻井液与地层水的浓度差引起的离子起因于钻井液与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扩散作用以及正负离子扩散速度(sd)的差异。的差异。.2.3lgwdmfCuv RTEuv FC.lg.lgmfwdmfddwRCEkCkRu、v的大小决定了的大小决定了Ed的极性，在纯的极性，在纯砂岩情况下，因为砂岩情况下，因为uv，所以，所以Ed0，所以，所以(suy) Eda0.2.3lgwdamfCRTEIClglgmfwda

11、mdadafwRCECKKC.2.3lgwdmfCuv RTEuv FC第19页/共64页第二十页，共64页。第20页/共64页第二十一页，共64页。当泥质砂岩的泥质含量较小时，当泥质砂岩的泥质含量较小时，Qv小，小，vu，低浓度一方为负，高浓度，低浓度一方为负，高浓度一方为正，具有纯砂岩的性质；一方为正，具有纯砂岩的性质；当泥质砂岩的泥质含量较大时，当泥质砂岩的泥质含量较大时，Qv大，大，vCmf的的情况下讨论的，那么情况下讨论的，那么(n me)CwPSP。自然电位的幅度异常自然电位的幅度异常VSP ：自然电流在井中自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。泥浆柱上产生的电压降。123第26页/

12、共64页第二十七页，共64页。自自然然电电位位的的幅幅度度异异常常VSPspmshitEsIrrrrspsp mmmshitSSPVI rrrrrrSPmshmitVrSSPrrrr第27页/共64页第二十八页，共64页。自自然然电电位位的的幅幅度度异异常常VSPSPmshmitVrSSPrrrrtmshmimrrrrrr,SPVSSP对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，所以，所以 。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为基线。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为基线(jxin)，则厚层砂岩有：，则厚层砂岩有：巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等

13、于静自然电位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；而薄层，将比SSP小得多。小得多。第28页/共64页第二十九页，共64页。SP曲线曲线(qxin)的泥岩基线的泥岩基线 测量时测量时N电极固定在地面电极固定在地面(dmin),但但VN0，因此，因此SP曲线没有曲线没有“0”刻度，而是用带正负号的比例尺来表刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了读数方便，选泥岩的示，为了读数方便，选泥岩的SP作为基线，在一个地作为基线，在一个地区它是稳定的，且是一条直线。区它是稳定的，且是一条直线。第29页/共64页第三十页，共64页。SP曲线曲线(qxin)负异常：负异常：几个几个

14、(j )重要的重要的概念概念当当CWCmf时，时，SP由泥岩的正电位向砂岩由泥岩的正电位向砂岩(sh yn)的负电位降的负电位降低低第30页/共64页第三十一页，共64页。几个重要几个重要(zhngyo)的概的概念念SP曲线曲线(qxin)正异常：正异常：当当CWCmf，基线处，基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；相反（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；异常幅度则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常；异常幅度(fd)与粘土含量成反比，与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。成正比。Cw=Cmf，不产生，不产生SP；第32页/共64页第三十三页，共

15、64页。SP幅度（幅度（SP）随地层厚度的增大而增大并趋）随地层厚度的增大而增大并趋近于静自然电位近于静自然电位(din wi)；随着地层厚度变小；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。，也随之变小，且曲线顶部变尖而根部变宽。随着地层中含油气饱和度（随着地层中含油气饱和度（So，Sg）增加，地层）增加，地层电阻率（电阻率（Rt）增高，自然电位（）增高，自然电位（SP）曲线幅度逐）曲线幅度逐渐渐(zhjin)下降。下降。SPmshmitVrSSPrrrr第33页/共64页第三十四页，共64页。当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，自然当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，自

16、然电位曲线将对称于地层电位曲线将对称于地层(dcng)(dcng)中部，并在地层中部，并在地层(dcng)(dcng)中部取得自然电位最大值；中部取得自然电位最大值；当井径扩大和侵入严重，自然电位当井径扩大和侵入严重，自然电位(din wi)幅度幅度逐渐下降。逐渐下降。第34页/共64页第三十五页，共64页。自然自然(zrn)电位的幅度异常电位的幅度异常VSP ：自然：自然(zrn)电流在井中泥浆柱上产生的电压降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。以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值。值。sspsp mmmshitEVI rrrrrrEs=f（Cw、Cmf、T、

17、Vsh、Rt、盐类有关、盐类有关(yugun)）第35页/共64页第三十六页，共64页。因素因素(yn s)1：地层水和泥浆中含盐浓度比值：地层水和泥浆中含盐浓度比值第36页/共64页第三十七页，共64页。+-第37页/共64页第三十八页，共64页。因素因素(yn s)2.岩性岩性spsp mmmshitSSPVI rrrrrr 自然电位幅度随泥质的增加而降低。自然电位是一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种以泥岩为背景来显示储集层性质(xngzh)的测井方法，的测井方法，SP大小不只与储集层性质大小不只与储集层性质(xngzh)有关，而且与相邻泥有关，

18、而且与相邻泥岩的性质岩的性质(xngzh)有关来表示。因此，这种方法只能用于有关来表示。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。面。第38页/共64页第三十九页，共64页。 这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖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要通过远处的泥岩才能(cinng)形成自然形成自然电流回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大电流回路，因而在

19、相邻泥岩间形成巨厚的大片片SP异常，不能用来划分和研究储集层。异常，不能用来划分和研究储集层。第39页/共64页第四十页，共64页。因素因素(yn s)3.温度温度sspsp mmmshitEVI rrrrrr因素因素(yn s)4.泥浆和地层水的化学成分泥浆和地层水的化学成分第40页/共64页第四十一页，共64页。因素因素(yn s)5.地层电阻率地层电阻率的影响的影响spsp mmmshitSSPVI rrrrrr当当ri、rt增大，则增大，则I降低、降低、Vsp降低。所以在相同降低。所以在相同条件下，油层条件下，油层(yucng)的的VspCmf 即即RwRmf)砂岩砂岩SP负异常；泥岩

20、段负异常；泥岩段SP线为基线（正电位）。线为基线（正电位）。盐水泥浆（盐水泥浆（CwRmf)砂岩砂岩SP正异常；泥岩段正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）。曲线基线（负电位）。第45页/共64页第四十六页，共64页。应用应用(yngy(yngyng)1ng)1砂砂泥泥岩岩剖剖面面判判断断岩岩性性第46页/共64页第四十七页，共64页。应用应用2 2：划分：划分(hu fn)(hu fn)渗透层及层界面；渗透层及层界面；SP曲线上一切偏离泥岩基线曲线上一切偏离泥岩基线(jxin)的明显异常是孔隙性和渗的明显异常是孔隙性和渗透性较好的储集层的标志。透性较好的储集层的标志。 对于对于岩性均匀、厚度较

21、大岩性均匀、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、界面清楚（如泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用SP异常幅度的异常幅度的半幅点半幅点（泥岩基线算起（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，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。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。自然电位理论曲线自然电位理论曲线第47页/共64页第四十八页，共64页。应用应用(yngy(yngyng)2ng)2划划分分渗渗透透层层及及层层界界面面第48页/共64页第四十九页，共64页。第

22、49页/共64页第五十页，共64页。应用应用(yngyng)3(yngyng)3：估算泥质含量；：估算泥质含量； 碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，从而使减小，从而使SP幅度减小。因此，以完全含幅度减小。因此，以完全含水、厚度足够大的水层的静自然电位水、厚度足够大的水层的静自然电位SSP为标为标准，某地层准，某地层(dcng)SP与与SSP的差别将与地的差别将与地层层(dcng)泥质含量有关。通常把泥质含量表泥质含量有关。通常把泥质含量表示为：示为：1shSPSSPSPVSSPSSP 第50页/共64页第五十一页，共64页。应用应用(yngyng)4

23、：计算地层水的电阻率：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度等重要参数，在确定这些参数时都需要Rw，用，用SP曲线曲线幅度值求幅度值求Rw是最常用是最常用(chn yn)的方法之一。的方法之一。lglgmfwmfwRCSSPKKCR第51页/共64页第五十二页，共64页。( (步骤步骤(bzhu)(bzhu)应用应用(yngyng)4计计算算地地层层水水的的电电阻阻率率Rw 确定含水纯岩石确定含水纯岩石(ynsh)静自然电位（静自然电位（SSP） 计算自然电位系数（计算自然电位系数

24、（ K） 计算比值（计算比值（Rmfe / R we ） 确定地层温度下的地层水电阻率（确定地层温度下的地层水电阻率（R w ）lglgmfwmfwRCSSPKKCR读数时先画出泥岩基线，再用图上方读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横向比例读的横向比例读SP异常的大小。异常的大小。第52页/共64页第五十三页，共64页。 在地层在地层(dcng)水含盐量或水含盐量或Rw基本相基本相同的解释井段内，选择岩性纯（不含泥质或同的解释井段内，选择岩性纯（不含泥质或Vsh很小），厚度较大，深探测电阻率低，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异常幅度最大，各种资料证明不

25、含油气的地层的地层(dcng)为完全含水的纯水层，通常为完全含水的纯水层，通常称为标准水层。其称为标准水层。其SP异常幅度就是该层的异常幅度就是该层的静自然电位静自然电位SSP。含水含水(hn shu)纯岩石：纯岩石：第53页/共64页第五十四页，共64页。应用应用5：判断油气：判断油气(yuq)水层和水淹层；水层和水淹层；(P162) SP异常可帮助区分异常可帮助区分(qfn)油气水层，但不油气水层，但不是主要依据。一般说来，油气层的是主要依据。一般说来，油气层的SP异常略小于异常略小于水层。水层。 在油田开发中，常采用注水方法来提高采收在油田开发中，常采用注水方法来提高采收率。油层发生水淹

26、，利用测井资料判断水淹层层位率。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。及估计水淹程度是目前检查注水效果的重要任务。第54页/共64页第五十五页，共64页。 可根据可根据SP基线基线(jxin)偏移确定水偏移确定水淹层位，并根据偏移量的大小来判断水淹层位，并根据偏移量的大小来判断水淹程度。淹程度。 水淹层在水淹层在SP 曲线上出现基线偏曲线上出现基线偏移移(pin y)是因为注入水的矿化度是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。注入淡不同于地层水和泥浆滤液。注入淡水水淹后的油水同层，被水淹的底水水淹后的油水同层，被水淹的底部或顶部的部或顶部的SP异常明显小于未被水异常明显小于未被水淹部分的淹部分的SP异常，使该层上下部泥异常，使该层上下部泥岩基线发生明显偏移岩基线发生明显偏移(pin y)。第55页/共64页第五