第一章-自然电位测井

第一章__自然电位测井第一页，共56页。第一章自然电位测井自然电位：在没有人工供电的情况下，测量电极在井内移动时仍能测量到的电位的变化，这个电位称为自然电位。用SP表示。沿井轴测量自然电位变化的测井方法称为自然电位测井，表示为SP测井。第二页，共56页。第一章自然电位测井井下自然电场是由钻开岩石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可以帮助我们判断地层的岩性。第三页，共56页。第一节自然电场的产生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。第四页，共56页。几个重要概念：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液体。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。第五页，共56页。一、扩散电动势产生的机理泥浆和地层水的矿化度不同；井壁地层具有渗透性；正、负离子的迁移速率不同。氯离子迁移速度大于钠离子的迁移速度。半透膜第六页，共56页。一、扩散电动势产生的机理扩散电动势可由Nernst方程计算：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：第七页，共56页。二、扩散吸附电动势产生的机理泥浆和地层水的矿化度不同；井壁地层具有一定的渗透性；地层颗粒对不同极性的离子具有不同的吸附性。泥质选择吸附负离子。泥岩挡板第八页，共56页。二、扩散吸附电动势产生的机理组成泥岩的粘土，其结晶构造和化学性质只允许阳离子通过泥岩扩散，而吸附带负电的阴离子，这样，当Cw大于Cmf时，对着泥岩的井眼中建立了正电位。当泥浆滤液和地层水矿化度都较低时，上式可写为：第九页，共56页。第二节自然电位测井及曲线特点rtrshrm第十页，共56页。第二节自然电位测井及曲线特点测井时，将测量电极N放在地面，用电缆将M电极放置井下，提升M电极，沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线，即为自然电位曲线。常称SP曲线。实际测井时与电阻率同时测量，用电极系中的M电极即可。第十一页，共56页。第十二页，共56页。第二节自然电位测井

及曲线特征泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自然电位曲线。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。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的自然电位差。第十三页，共56页。第二节自然电位测井

及曲线特征异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP曲线的位置。负异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为淡水泥浆（Cw>Cmf）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的左侧；正异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为盐水泥浆（Cw<Cmf）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。第十四页，共56页。第十五页，共56页。第二节自然电位测井及曲线特征理论上：在砂岩层为有限厚时，ΔUsp定义为自然电流Ｉ在井内泥浆等效电阻rm上的电位降，即ΔUsp=Ｉ.rm其中，Ｉ为自然电流,可由闭合回路的欧姆定律求得第十六页，共56页。第二节自然电位测井及曲线特征曲线形态：曲线关于地层中点对称；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；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。第十七页，共56页。泥岩基线负异常正异常。第十八页，共56页。自然电位正异常第十九页，共56页。第三节自然电位测井的影响因素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。差异越大，Ed和Eda越大，产生的电场越强，测井值高。比值大于1，在渗透层段出现负异常；比值小于1，在渗透层出现正异常。第二十页，共56页。三、自然电位测井的影响因素岩性随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降低。第二十一页，共56页。三、自然电位测井的影响因素地层温度由于Kd及Kda与绝对温度成正比，因此地层温度的高低将会影响Kd及Kda大小，进而影响Ed及Eda的大小。第二十二页，共56页。三、自然电位测井的影响因素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，这将影响Kd及Kda的大小。第二十三页，共56页。三、自然电位测井的影响因素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。ΔUsp=Ｉ.rm第二十四页，共56页。三、自然电位测井的影响因素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。第二十五页，共56页。三、自然电位测井的影响因素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，使地层水和泥浆滤液的接触面向地层内部推移，M的电位降低。第二十六页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用1.划分渗透层：淡水泥浆钻井时，在砂岩渗透层处，SP曲线出现负异常，对厚度较大（h>4d)的地层，可用曲线半幅点确定地层界面。含泥质的砂岩，随泥质含量的增加SP异常幅度减小。一般，含水砂岩的自然电位异常幅度略大于含油砂岩的ΔUsp。对厚度较大的地层，曲线半幅点间的距离接近地层厚度，厚度越大，精度越高。第二十七页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用在砂泥岩剖面，自然电位测井曲线以均质泥岩段的自然电位曲线为基线，出现异常的层段（偏离基线）均可认为是渗透层段。在淡水泥浆井，渗透层段出现负异常；在盐水泥浆井，渗透层段出现正异常。曲线异常幅度的大小，与地层厚度、孔隙流体性质等有关。一般情况下，含水地层的异常值高于含油气地层的异常值。对于较厚地层(h>4d)，可采用半幅点法确定地层厚度。第二十八页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用第二十九页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用二、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。泥质在地层中的存在的状态：分散泥质、层状泥质、结构泥质。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。第三十页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用图版法确定泥质砂岩的泥质含量；确定泥质地层的自然电位幅度；对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔隙流体性质校正；绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。第三十一页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用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。第三十二页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用三、确定地层水电阻率RW在评价油气储集层时，经常要以岩层的孔隙度、含油饱和度等重要参数作为依据。在确定这些参数时，都需要地层水电阻率值，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。用自然电位曲线确定RW的依据为：其中：Rmfe、Rwe——分别为泥浆滤液及地层水等效电阻率。其过程如下：第三十三页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定完全含水纯地层的静自然电位SSP；确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe；确定地层温度其中：t0：地表温度；dt：地温梯度；h：地层深度。确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率Rmf；Rmf=0.75Rm；确定Rmfe。确定地层水电阻率Rw；第三十四页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定完全含水纯地层的静自然电位SSP如果所选含水层相当厚，无侵入，而且目的层与围岩和泥浆的电阻率相差不大时，可以直接读出该含水层的自然电位幅度值近似作为SSP使用。如果含水层不满足上条件时，则必须对该层的自然电位值进行厚度、电阻率和侵入情况的校正得到SSP。这项工作使用的工具是SP-3图版（图1-10）。第三十五页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用SP-3图版是由12块图版组合成的复合图版。其中左边一列是在无侵入的条件下绘制的，右边三列均为有侵入，且侵入带直径与井径比值为5（di/d=5)的条件下绘制的。每块图版是在Rxo/Rt、Rs/Rm取不同数值时，所作的△Usp/SSP与h/d的关系曲线族，曲线号码为Rt/Rm（无侵入）或Rxo/Rm（有侵入）。使用图版时，首先按实际侵入情况及测井提供的Rs/Rm，Rxo/Rt值选出与之最接近的一块图版；然后用Rt/Rm值（或Rxo/Rm）值在选出的图版中选择一条曲线，在横坐标轴上找到目的层的h/d值，过该点作纵轴的平等线与选定曲线得一交点，该点的纵坐标v就是所求校正系数，所以该水层的SSP=△Usp/v。第三十六页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。为确定泥浆等效电阻率Rmfe必须知道地层温度t和地层温度下的泥浆电阻率，确定方法如下：确定地层温度t，已知解释目的层的深度后用“估计地层温度图版”确定地层温度。首先用本地区的地温梯度选择一条曲线，然后在图版的纵轴上找到目的层的深度点，过该点作一水平线与选出的那条曲线相交，过交点作横轴的垂线与该地区年地表平均温度的横线相交，过此交点沿斜线下滑与图版横轴相交，该交点所示温度即所求地层温度值。第三十七页，共56页。第三十八页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。确定地层温度下泥浆电阻率首先在测井曲线图头上查出18度时的泥浆电阻率值，然后利用“NaCl溶液的电阻率与其浓度和温度的关系图版”求出地层温度下泥浆电阻率。第三十九页，共56页。第四十页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。确定泥浆滤液电阻率RmfRmf=0.75Rm也可以用“估计Rmf和Rmc图版”确定Rmf值。第四十一页，共56页。第四十二页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定泥浆滤液等效电阻率Rmfe。确定Rmfe。第四十三页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用确定地层水电阻率Rw值先确定Rwe，用右图确定。确定Rw值，用SP-2图版。第四十四页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用四、判断水淹层水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。SP测井曲线能够反映油层水淹的现象：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。偏移量的大小与水淹程度有关。

第四十五页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用油层顶部或底部水淹的水淹层在自然电位曲线上的特点：自然电位曲线的泥岩基线在该层的上部（顶部水淹）或下部（底部水淹）发生偏移。其主要原因是：注入水与原地层水的矿化度不同。偏移值的大小为：第四十六页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用统计资料表明：△ESP>8mv为高含水；5mv<△ESP<8mv为中含水；△ESP<5mv可能为低水淹或岩性变化所至。第四十七页，共56页。第四节自然电位测井曲线的应用第四十八页，共56页。50mv泥岩基线第四十九页，共56页。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、盐溶液中的不同离子的迁移速度不同；3、地层的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。第五十页，共56页。小结二、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。第五十一页，共56页。小结三、影响因素：１、Cw/Cmf；２