第一章自然电位测井

第一章自然电位测井

自然电场的产生自然电位测井及曲线特征影响因素自然电位曲线的应用内容小结思考题2023/2/51测井方法

井下自然电场是由钻开岩层时井内钻井液的矿化度与地层水矿化度不同，井壁附近出现电化学活动产生的。自然电场的分布特点取决于井孔剖面岩层的性质。沿井轴测量自然电位变化的测井方法叫自然电位测井（简称ＳＰ测井）。2023/2/52测井方法

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，结果产生电动势形成自然电场。在石油井中自然电场主要是由扩散电动势和扩散吸附电动势组成。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。2023/2/53测井方法一

地层水：地层孔隙内的水。溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。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。2023/2/54测井方法

1、泥浆和地层水的矿化度不同；2、井壁地层具有渗透性；3、正、负离子的迁移速率不同。一、扩散电动势产生的机理图1-1扩散电动势产生示意图

2023/2/55测井方法扩散电动势可由Nernst方程计算：其中：R—克分子气体常数，8.313J/(K)；T—绝对温度，oK；T=273+t℃

(1-1)2023/2/56测井方法

F—Farady常数，96520C/equiv；

Cw、Cm—两种溶液的浓度；U、v——正、负离子的迁移率，S/(m·N)

、—正、负离子的离子价；、—每个分子离解后形成的正离子数和负离子数；

2023/2/57测井方法在砂泥岩剖面井中的纯砂岩段，在井壁附近产生的扩散电动势可表示为：

（1-2）分别为地层水和泥浆滤液电阻率。单位为欧姆·米。

—扩散电动势系数。其中：2023/2/58测井方法

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。

二、扩散—吸附电动势产生机理

图1-2

扩散吸附电动势产生示意图2023/2/59测井方法

扩散吸附电动势与两种溶液的浓度比值有关，由下式计算：（1-3）其中：—扩散吸附电动势系数；当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时，上式可近似写为：(1-4)2023/2/510测井方法

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。自然电位测井示意图如图1-4所示。图1-3、井内自然电场分布示意图

CW﹥Cmf2023/2/511测井方法

图1-4、自然电位和视电阻率同时测量示意图

2023/2/512测井方法图1-5、自然电位测井曲线实例2023/2/513测井方法

1、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自然电位曲线。二、SP曲线的特征

SP曲线如图1-5所示。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。2023/2/514测井方法

4、异常：指相对泥岩基线，渗透性地层的SP曲线的位置。1）、负异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为淡水泥浆()时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的左侧；图1－6所示。2）正异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为盐水泥浆()时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。图1－7所示。2023/2/515测井方法

5、曲线形态(图1－8）

地层模型：上下围岩的岩性相同（泥岩），地层岩性均匀。

1）、曲线关于地层中点对称；2）、厚地层（h>4d）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。2023/2/516测井方法第三节SP曲线的影响因素

一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度的比值

地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异,是产生扩散电动势及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，产生的电场越弱，测井值越低。2023/2/517测井方法二、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、地层水及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。2023/2/518测井方法五、地层的导电性

地层导电性差，测量回路的电流小，在井内泥浆柱上产生的压差小，测量值低。

（1－5）2023/2/519测井方法—井内泥浆的等效电阻；

—渗透性地层的等效电阻；—泥岩层的等效电阻；—泥岩层的等效电阻；SSP—渗透性地层的SP幅度差；其中：2023/2/520测井方法六、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与地层间的距离加大，M的电位降低。

2023/2/521测井方法

一、划分渗透层

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，出现异常的层段（偏离基线）均可认为是渗透层段。

第四节自然电位曲线的应用图1－9应用SP曲线划分渗透层渗透层泥岩基线2023/2/522测井方法图1-10、砂岩层上部含油下部含水时自然电位曲线图1-11、半幅点法示意图2023/2/523测井方法二、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。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（h>4d），可采用半幅点法确定地层厚度,如图1-11所示.2023/2/524测井方法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。

用自然电位测井曲线确定泥质含量的方法：图版法和公式法两种方法。2023/2/525测井方法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，应用下式计算地层的泥质含量：其中：psp为泥质砂岩的自然电位幅度；ssp为本区含水纯砂岩的静自然电位。（1-6）2023/2/526测井方法三、确定地层水电阻率Rw地层水电阻率在评价储层流体性质方面占有相当重要的位置。用自然电位曲线确定Rw的依据为：

(1-7)其中:分别为泥浆滤液及地层水等效电阻率.、2023/2/527测井方法其中：t0

－地表温度;dt－地温梯度；h－地层深度。

其过程如下：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）、确定地层温度

（图1-13）2023/2/528测井方法3）、确定Rmfe。图1－16当泥浆只含氯化钠、温度为24℃时：（1）、（2）、

则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率，用图1－16确定泥浆滤液等效电阻率。2023/2/529测井方法3、确定地层水电阻率Rw

（1）、已知SSP、地层温度，确定;（图1－17）（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1－16）。2023/2/530测井方法四、判断水淹层

水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。

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。2023/2/531测井方法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2023/2/532测井方法在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势为2023/2/533测井方法其中：

－注入水的电阻率。

统计资料表明：

>8mV为高含水；5mV<<8mV为中含水；<5mV可能为低水淹或岩性变化所至。2023/2/534测井方法图1-19水淹层的SP曲线基线偏移示意图图1-18水淹层测井曲线2023/2/535测井方法本章小结一、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。

2023/2/536测井方法二、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。

2023/2/537测井方法

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Cw>Cm(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Cw<Cm

(盐水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。2023/2/538测井方法

5、曲线形态特征:A、曲线关于地层中点对称；B、厚地层（h>4d）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。

。2023/2/539测井方法

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。2023/2/540测井方法

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。2023/2/541测井方法

1、SP