第03章自然电位SP

第03章自然电位SP第一页，共32页。3.1井下自然电位的产生3.2自然电位的测量3.3自然电位测井影响因素3.4SP测井的主要应用第三章自然电位测井第二页，共32页。3.1井下自然电位的产生

钻井后，由于电化学作用，自然产生多种电动势，包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势等。但对自然电位测井起主要作用的是扩散电动势和扩散吸附电动势，其它电动势一般可以忽略。产生自然电场的主要原因：地层水溶液离子浓度与泥浆滤液的离子浓度不同，产生离子扩散；岩石颗粒表面对离子有吸附作用；泥浆滤液向地层中渗透作用。第三页，共32页。1.扩散电动势

——纯岩石中地层水与泥浆之间的直接扩散砂岩孔隙中的地层水与井内泥浆之间，相当于不同浓度的两种NaCl溶液直接接触。离子将从高浓度的岩层一方朝着井内直接扩散。由于Cl－的迁移率大于Na＋，扩散结果：低浓度的泥浆一方出现过多的Cl－，带负电，高浓度的岩层一方，相对剩余Na＋离子，带正电。从而产生了电位差——地层一方的电位高于泥浆一方的电位。第四页，共32页。在NaCl溶液中，扩散电动势Ed表达式为：温度为18℃时，Kd＝－11.6mV。第五页，共32页。2.扩散吸附电动势

——泥质岩石中地层水与泥浆之间的扩散扩散的另一个渠道是地层水中的离子通过泥质隔膜或周围的泥岩向低浓度的泥浆（井眼）一方进行扩散。（上页图）粘土颗粒表面带有较多的负电荷，在盐溶液中吸附阳离子形成吸附层和扩散层。泥岩中存在很厚的双电层（内负外正），能够移动的地层水在压实过程中排出去了，基本不存在双电层以外的自由水。第六页，共32页。泥质岩石中，一方面仍存在正常的扩散电动势；另一方面，当粘土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边（Cw），粘土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，这些阳离子通过与双电层表面的阳离子交换而向低浓度溶液一方移动，低浓度溶液（Cm）一方的阳离子将不断增多而带正电，另一方（Cw）则带负电，此电动势与扩散电动势极性相反。这样共同形成扩散吸附电动势。泥质就象一种只许带正点荷的Na＋通过，而不允许Cl－通过的离子选择薄膜一样，有时称为选择吸附作用。18℃时，Kda上限为58.0mV，下限为－11.6mV。第七页，共32页。第八页，共32页。3.井内总的自然电动势实际地层水和泥浆滤液中的主要盐类常为NaCl，且地层水的矿化度比泥浆滤液高(淡水泥浆)。因此，夹于泥岩中的砂岩层被充满泥浆的井孔穿过时，地层水与泥浆之间的扩散结果是：砂岩与泥浆直接接触处产生扩散电动势，井孔一方为负，岩层一方为正；砂岩中地层水通过泥岩向井中扩散，产生扩散吸附电动势，井孔一方为正，岩层一方为负。（1）井壁附近电荷分布第九页，共32页。++++---++++等效电路示意图（假设淡水泥浆Cw>Cm）EdaEdEda泥岩泥岩砂岩第十页，共32页。（2）井内总自然电位（SSP）井内自然电动势形成之后，与周围的导电介质就构成了电流流动的闭合回路。在岩层中心的上下有两个这样的闭合回路，均由扩散电动势Ed、扩散吸附电动势Eda以及井孔泥浆柱、砂岩和泥岩这几部分的等效电阻rm、rt和rs组成。该回路的总电动势（静自然电动势SSP）为该两电动势的代数和：【注意：K为负值(Kd－Kda)，如18℃时纯砂岩处，K＝－69.6mV。】第十一页，共32页。第十二页，共32页。3.1井下自然电位的产生3.2自然电位的测量3.3自然电位测井影响因素3.4SP测井的主要应用第三章自然电位测井第十三页，共32页。3.2自然电位的测量1.自然电位SP的理论计算自然电流：测量的自然电位异常幅度值Usp：自然电流流过井内泥浆柱电阻上的电位降：在巨厚层，砂、泥岩层的截面积远大于井眼的截面积，故rsh<<rm、rsd<<rm，则SP≈SSP；厚的纯水层（rsd最小），SP最大，接近SSP。第十四页，共32页。2.曲线测量将一个电极M放入井中，另一个电极N放在地面上接地，测量M电极相对于N电极之间的电位差，便可进行自然电位测井；实际测井中常在普通视电阻率测井时带测SP。自然电位测得的是相对电位值，即不同深度上的自然电位与地面上某点的固定电位值之差。第十五页，共32页。特别说明：自然电位测井测量的是电位的相对值，因此在曲线图上，只表示出数值的相对高低，而无绝对的零线。泥岩基线：相邻大段泥岩所在的直线；曲线异常（负、正）没有绝对零刻度自然电位曲线实例第十六页，共32页。3.1井下自然电位的产生3.2自然电位的测量3.3自然电位测井影响因素3.4SP测井的主要应用第三章自然电位测井第十七页，共32页。3.3自然电位测井影响因素1.影响静自然电位SSP的因素自然电位异常幅度值ΔUsp与总自然电位SSP成正比，而SSP就决定于地层的岩性、泥浆和地层水的性质、泥浆滤液电阻率Rmf与地层水电阻率Rw的比值Rmf/Rw以及地层温度等。因此这些因素都会直接影响自然电位的异常幅度。其中岩性和Rmf/Rw影响最大：

岩性：泥岩“基线”，砂岩“异常”等；

Rmf/Rw(或Cw/Cmf)：淡水泥浆时储层显示负异常，盐水泥浆时显示正异常。第十八页，共32页。SP在储集层正异常测井实例泥岩基线第十九页，共32页。2.地层厚度、井径的影响当地层厚度h>4d时，自然电位异常幅度近似等于静自然电位；当地层厚度h<4d时，自然电位异常幅度小于静自然电位，厚度越小，差别越大。厚层可以用“半幅点”确定地层界面。【半幅点即幅度之半，见图示。】第二十页，共32页。3.地层电阻率的影响含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时rsd明显升高，SP略有下降。一般油气层的SP略小于相邻的水层。Rt/Rm增大，曲线幅度减小。围岩电阻率Rs增大，则rsh增大，使自然电位异常幅度减小。第二十一页，共32页。4.泥浆侵入带的影响在渗透性地层，泥浆滤液渗入到地层孔隙中，使泥浆滤液与地层水的接触面向地层方向移动了一个距离。侵入带的存在，相当于井径扩大，因而使自然电位异常幅度值降低。随着泥浆侵入的增大，自然电位异常幅度减小。【注：图中Usp为无侵入时的幅度】第二十二页，共32页。5.岩性剖面的影响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。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，最常见的是砂泥岩剖面。这种测井方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面。因为这类剖面没有或很少有泥岩，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。第二十三页，共32页。6.影响校正右图是自然电位校正图版，它考虑了侵入带直径、冲洗带电阻率、地层厚度、地层电阻率和围岩电阻率的影响。【注：本课程对图版不作要求】第二十四页，共32页。3.1井下自然电位的产生3.2自然电位的测量3.3自然电位测井影响因素3.4SP测井的主要应用第三章自然电位测井第二十五页，共32页。3.4SP资料的主要应用定性解释（后面图示）(1)划分储集层：厚层“半幅点”指示(2)判断油气水层：水层SP幅度大于油层(3)判断岩性：主要区分砂岩和泥岩(4)地层对比和研究沉积相：利用曲线形态(5)指示地层水矿化度变化(包括水淹层等)：曲线异常的变化估算泥质含量

（相对值法）

确定地层水电阻率

【具体步骤见洪有密《测井原理与综合解释》】

第二十六页，共32页。划分层界面－“半幅点”油水层SP差异第二十七页，共32页。SP