地球物理測井-第一章 第四節(jié) 自然電位測井

1、第一章 第四節(jié) 自然電位測井 Spontaneous Spontaneous Potential Potential Logging Logging(S P)揚工院鉆井專業(yè)教學(xué)課件揚工院鉆井專業(yè)教學(xué)課件 地球物理測井地球物理測井 第一章第一章 自然電位測井自然電位測井前言前言第一節(jié)第一節(jié) 自然電場產(chǎn)生的原因自然電場產(chǎn)生的原因第二節(jié)第二節(jié) 自然電位測井曲線自然電位測井曲線SP第三節(jié)第三節(jié) 影響影響SP曲線的因素曲線的因素第四節(jié)第四節(jié) SP曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用 一、自然電位測井一、自然電位測井SP1928年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，井中電極與年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，井中電極與放在遠(yuǎn)處的參考電極之間有電位差，放在遠(yuǎn)

2、處的參考電極之間有電位差，且該電位差隨地層而變化。且該電位差隨地層而變化。當(dāng)?shù)貙又袥]有外加電流時，通過儀器當(dāng)?shù)貙又袥]有外加電流時，通過儀器測量井眼內(nèi)自然電場中電位隨井深變測量井眼內(nèi)自然電場中電位隨井深變化的測井方法。化的測井方法。只能用于導(dǎo)電泥漿的井中。只能用于導(dǎo)電泥漿的井中。 二、二、自然電場的特點自然電場的特點SP曲線曲線自然電場的分布和巖性有密切的關(guān)系，特自然電場的分布和巖性有密切的關(guān)系，特別是在別是在砂砂/泥巖泥巖剖面中能夠以明顯的曲線剖面中能夠以明顯的曲線異常變化來顯示異常變化來顯示滲透性地層滲透性地層。因此，研究。因此，研究井眼內(nèi)自然電場中的井眼內(nèi)自然電場中的電位變化電位變化即可反

3、映井即可反映井眼穿過地層的特征。眼穿過地層的特征。自然電位現(xiàn)象：自然電位現(xiàn)象：（1）自然電位與巖性有關(guān)；）自然電位與巖性有關(guān)；（2）自然電位與泥漿及地層水礦化度有關(guān)；）自然電位與泥漿及地層水礦化度有關(guān)； 三、三、 自然電位測井的特點自然電位測井的特點自然電位測井自然電位測井儲層儲層自然電位測井具有測量方法簡單、實用價值高等自然電位測井具有測量方法簡單、實用價值高等特點，是劃分巖性、研究儲集層性質(zhì)、求取泥質(zhì)特點，是劃分巖性、研究儲集層性質(zhì)、求取泥質(zhì)含量參數(shù)以及其它地質(zhì)應(yīng)用的基本方法之一。含量參數(shù)以及其它地質(zhì)應(yīng)用的基本方法之一。 鉆井時，為了安全并且能獲取全面的測井資料，一般使泥漿柱壓力稍大鉆井時

4、，為了安全并且能獲取全面的測井資料，一般使泥漿柱壓力稍大于地層壓力，并且很多情況下使用于地層壓力，并且很多情況下使用淡水泥漿淡水泥漿（泥漿的礦化度泥漿的礦化度CmCmfP45 純砂巖層自然電位純砂巖層自然電位SSP 靜自然電位靜自然電位三、三、SP曲線特征曲線特征根據(jù)砂巖地層模型，上、下圍巖（泥巖）足夠厚。對不同厚度的砂巖目根據(jù)砂巖地層模型，上、下圍巖（泥巖）足夠厚。對不同厚度的砂巖目的層進(jìn)行理論計算，得到一系列自然電位理論曲線。的層進(jìn)行理論計算，得到一系列自然電位理論曲線。u 特點：特點：1）曲線關(guān)于地層中點對稱，地層中點處異）曲線關(guān)于地層中點對稱，地層中點處異常值最大；常值最大；2）地層越

5、厚，）地層越厚，SP越接近于越接近于SSP，地層厚度變，地層厚度變小，小，SP下降，且曲線頂部變尖，底部變寬，下降，且曲線頂部變尖，底部變寬，SP4d時，時，SP的半幅點對應(yīng)地層的界面，的半幅點對應(yīng)地層的界面，因此較厚地層可用半幅點法確定地層界面，因此較厚地層可用半幅點法確定地層界面，地層變薄時，不能用半幅點法分層。地層變薄時，不能用半幅點法分層。在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電位的幅度和特點主要決定于造成自在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電位的幅度和特點主要決定于造成自然電場的靜自然電位然電場的靜自然電位SSP，并且受自然電流，并且受自然電流 I 分布的影響。分布的影響。SSP的大小取的大小取

6、決于決于巖性、地層溫度、地層水和鉆井液中所含離子成分和鉆井液濾液電巖性、地層溫度、地層水和鉆井液中所含離子成分和鉆井液濾液電阻率與地層水電阻率之比阻率與地層水電阻率之比；而自然電場中自然電流；而自然電場中自然電流 I 的分布則決定于流的分布則決定于流經(jīng)路徑中經(jīng)路徑中介質(zhì)的電阻率及地層的厚度和井徑的大小介質(zhì)的電阻率及地層的厚度和井徑的大小。這些因素對自然電。這些因素對自然電位幅度位幅度SP及曲線形狀均有影響，但影響的主次存在差異。及曲線形狀均有影響，但影響的主次存在差異。 1 1溫度的影響溫度的影響 2. 2. 巖性的影響巖性的影響 3 3電解質(zhì)成分的影響電解質(zhì)成分的影響 4 4. 地層水和鉆井

7、液濾波中含鹽濃度比值（地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值（CwCmf）的影響）的影響 5. 5. 地層厚度的影響地層厚度的影響 6. 6. 地層電阻率的影響地層電阻率的影響 7 7井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響)11(mshtsprrrSSPU自然電流通過鉆井液自然電流通過鉆井液電阻上的電位降電阻上的電位降一、溫度的影響一、溫度的影響溫度變化導(dǎo)致電動勢系數(shù)變化。溫度變化導(dǎo)致電動勢系數(shù)變化。 Kda二、巖性的影響二、巖性的影響在砂泥巖剖面井中，通常以大段泥巖處的在砂泥巖剖面井中，通常以大段泥巖處的SP曲線作基線，在自然電位曲線曲線作基線，在自然電位曲線上出現(xiàn)異常變化的多為砂質(zhì)

8、巖層。當(dāng)目的層為上出現(xiàn)異常變化的多為砂質(zhì)巖層。當(dāng)目的層為純砂巖純砂巖時，其與圍巖交界處時，其與圍巖交界處的的SSP達(dá)到達(dá)到最大值最大值SSPmax。當(dāng)目的層含有。當(dāng)目的層含有泥質(zhì)泥質(zhì)(其他條件不變其他條件不變)時，時，SP降低降低，因而曲線異常的幅度也減小。此外，當(dāng)剖面上有部分因而曲線異常的幅度也減小。此外，當(dāng)剖面上有部分泥巖的陽離子交換能泥巖的陽離子交換能力減弱力減弱時，滲透層的自然電位異常幅度也會相對時，滲透層的自然電位異常幅度也會相對降低降低。三、電解質(zhì)成分的影響三、電解質(zhì)成分的影響離子遷移率離子遷移率 Kda四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值的影響四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值

9、的影響 當(dāng)當(dāng)Cw Cmf 時，砂巖層段則出現(xiàn)自時，砂巖層段則出現(xiàn)自然電位負(fù)異常；然電位負(fù)異常； 當(dāng)當(dāng)Cw Cmf 時，砂巖層段出現(xiàn)自然時，砂巖層段出現(xiàn)自然電位的正異常；電位的正異常； 當(dāng)當(dāng)Cw = Cmf 時，沒有造成自然電場時，沒有造成自然電場的電動勢產(chǎn)生，則沒有自然電位異的電動勢產(chǎn)生，則沒有自然電位異常出現(xiàn)。常出現(xiàn)。 Cw與與Cmf 的差別越大，造成自然電的差別越大，造成自然電場的電動勢越大。場的電動勢越大。 地層水和鉆井液濾液中含鹽量的差異是造成自然電場中擴(kuò)散電動勢地層水和鉆井液濾液中含鹽量的差異是造成自然電場中擴(kuò)散電動勢Ed和和吸附電動勢吸附電動勢Ea的基本原因。這兩個電動勢的大小決定

10、于的基本原因。這兩個電動勢的大小決定于Cw/Cmf值。以泥巖值。以泥巖作垂線作垂線:五、地層厚度的影響五、地層厚度的影響)11(mshtsprrrSSPU六、地層電阻率的影響六、地層電阻率的影響)11(mshtsprrrSSPUrtrt七、井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響七、井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響 井徑擴(kuò)大使井的橫截面積增大，泥漿電阻井徑擴(kuò)大使井的橫截面積增大，泥漿電阻rm降低，自然降低，自然電流在井內(nèi)的電位幅度降低，電流在井內(nèi)的電位幅度降低，Usp下降。下降。 有泥漿侵入時，地層水和泥漿濾液的接觸面向地層內(nèi)推有泥漿侵入時，地層水和泥漿濾液的接觸面向地層內(nèi)推 移，所產(chǎn)生的效果相當(dāng)于井徑擴(kuò)大，使移

11、，所產(chǎn)生的效果相當(dāng)于井徑擴(kuò)大，使Usp降低，侵入降低，侵入 越深，越深，Usp越低。越低。 一、判斷滲透性巖層一、判斷滲透性巖層二、估算滲透性砂巖厚度二、估算滲透性砂巖厚度層界面層界面層界面層界面二、估算滲透性砂巖厚度二、估算滲透性砂巖厚度三、確定地層水電阻率三、確定地層水電阻率Rw 對于純的含水砂巖地層，對于純的含水砂巖地層，在地層水和泥漿濾液礦化度不太高的情況在地層水和泥漿濾液礦化度不太高的情況下下 ，其溶液的電阻率與活度呈反比關(guān)系，即：，其溶液的電阻率與活度呈反比關(guān)系，即：wmfRRKSSPlgRmf-泥漿濾液電阻率；泥漿濾液電阻率；Rw-地層水電阻率。地層水電阻率。 過程：過程：根據(jù)根據(jù)SP求出求出SSP，根據(jù)溫度求出，根據(jù)溫度求出K，已知鉆井液濾液電阻率，已知鉆井液濾液電阻率Rmf，便可求出便可求出Rw。四、估算泥質(zhì)含量四、估算泥質(zhì)含量泥質(zhì)含量及其存在狀態(tài)與砂巖井段產(chǎn)生的泥質(zhì)含量及其存在狀態(tài)與砂巖井段產(chǎn)生的擴(kuò)散吸附電動勢擴(kuò)散吸附電動勢有直接關(guān)系，有直接關(guān)系，因而用自然電位曲線可以計算泥質(zhì)含量。目前用的方法是建立在大量的因而用自然電位曲線可以計算泥質(zhì)含量。目前用的方法是建立在大量的實驗工作基礎(chǔ)上的，常用方法是實驗工作基礎(chǔ)上的，常用方法是圖版法圖版法和和計算法計算法：1、名詞解釋、名詞解釋自然電位、擴(kuò)散電位、吸附電位、泥巖基線、半幅點自