自然電位測井

地球物理測井資源與環(huán)境學(xué)院桑琴2007年7月第一章電法測井地球物理測井——自然電位測井SP-SP+M測量N自然電位:自然電場產(chǎn)生的電位.應(yīng)用基礎(chǔ)—自然電位與井中巖層的巖性有密切的關(guān)系，能以明顯異常顯示滲透層M—測量電極N—地面電極地球物理測井——自然電位測井SP測量原理：由于固定在地面的N電極的電位VN是一個恒定值，因此，當(dāng)測量電極M在井中移動時，電位差計所測得的電位差ΔVMN的變化，就是井下自然電位的變化，把它記錄成隨井深變化的曲線，即自然電位曲線。地球物理測井——自然電位測井SP一、自然電位的成因由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆開巖層后，井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸產(chǎn)生電化學(xué)過程，結(jié)果產(chǎn)生電動勢造成自然電場，在石油井中的自然電場主要是由擴散電動勢和擴散吸附電動勢造成的。

地球物理測井——自然電位測井SP假定：地層水和泥漿濾液中的鹽類均為NaCL,且Cmf<<Cw(淡水泥漿)，泥漿未侵入地層.

由物理化學(xué)可知，當(dāng)兩種不同濃度的溶液相接觸時,高濃度溶液中的離子將在滲透壓力的驅(qū)使下，由濃度大的一方向濃度小的一方移動,該現(xiàn)象稱為擴散現(xiàn)象.以一個上下是厚層泥巖的砂巖剖面為例地球物理測井——自然電位測井SPCmfCwCw①①②Cw＞Cmf砂泥巖剖面離子擴散路徑和電荷分布CmfCw如上圖所示，濃度大的地層水中的離子有兩種路徑向濃度小的泥漿中擴散，①—通過砂巖井壁直接向泥漿中擴散；②—通過砂巖圍巖周圍的泥巖向泥漿中擴散地球物理測井——自然電位測井SP1、純砂巖的擴散電動勢Cw＞CmfCwCmf擴散電動勢實驗示意圖如果砂巖為純砂巖，不含泥質(zhì)，孔道中沒有偶電層的影響，地層水中的Na+和Cl-在滲透壓力作用下，沿第一條路徑擴散（如圖），且Na+移動速度較慢，Cl-較快，因此，泥漿中Cl-富集而帶負(fù)電，地層水中Na+過剩帶正電，在地層水和泥漿濾液的接觸面兩側(cè)出現(xiàn)電位差。高濃度為正，低濃度為負(fù)擴散電動勢地球物理測井——自然電位測井SPCw、Cmf—分別為地層水和泥漿的濃度u、v—分別為Na＋、Cl－的遷移率；R—為摩爾氣體常數(shù)；F—為法拉第常數(shù)；T—為絕對溫度°K；Kd—擴散電動勢系數(shù)由上式可知，在純砂巖時，u＜v，kd為負(fù)值；且與溶液的鹽類成分和溫度有關(guān)，Ed<0地球物理測井——自然電位測井SP2、純泥巖的擴散吸附電動勢CmfCw當(dāng)?shù)貙铀械碾x子通過第二條路徑經(jīng)泥巖向井中泥漿擴散時，將受到泥巖中粘土顆粒表面偶電層（Na＋）的影響。根據(jù)異性相吸、同性相斥的原理，泥巖表面吸附層的補償陽離子將吸引Cl－而排斥Na＋，Cl－不能通過泥巖進入泥漿，因此，導(dǎo)致泥漿中正離子富集，砂、泥巖交界面Cl－多帶負(fù)電，形成電位差。高濃度為負(fù)，低濃度為正形成的電動勢稱為擴散吸附電動勢擴散吸附電動勢實驗示意圖地球物理測井——自然電位測井SP設(shè)純泥巖單位孔隙體積的補償陽離子濃度QV=∞則認(rèn)為Vcl-=0Eda—擴散吸附電動勢系數(shù)，mv，值為正，與溫度有關(guān)地球物理測井——自然電位測井SP3、泥質(zhì)砂巖的擴散電動勢Na＋和Cl－的遷移率u、v隨泥質(zhì)砂巖中Qv（補償陽離子濃度）的大小而變化。

當(dāng)泥質(zhì)含量少、Qv小時，v＞u，低濃度為負(fù)，高濃度為正，具有純砂巖性質(zhì)；當(dāng)泥質(zhì)含量高、Qv大時，v＜u，低濃度為正，高濃度為負(fù)，具有純泥巖性質(zhì)?？梢?，擴散電動勢系數(shù)Kd可正可負(fù)，取決于Qv大小、溶液的鹽類成分和溫度。地球物理測井——自然電位測井SP思考：如果Cw＜Cmf或地層水為淡水時，將會是什么情況？地球物理測井——自然電位測井SP除此以外還有過濾電動勢，它是在壓力作用下，泥漿濾液向地層中滲入時產(chǎn)生的，只有在壓差很大的情況下才不被忽略，但通常情況下，P泥漿稍大于P地，此時可以不考慮該電動勢。由此通常情況下是由擴散電動勢和擴散吸附電動勢產(chǎn)生的。過濾電動勢：μ—泥漿濾液的粘度Δp—泥漿柱與地層間的壓力差A(yù)φ—過濾電動勢系數(shù)，mV，一般為0.77地球物理測井——自然電位測井SP二、自然電位曲線的特點及影響因素1、電化學(xué)總電動勢和自然電流的等效電路當(dāng)井中泥漿濾液與地層水之間存在濃度差時，則在泥漿濾液與地層水接觸面兩側(cè)產(chǎn)生擴散電動勢Ed，在泥巖井段與砂巖層面間產(chǎn)生擴散吸附電動勢Eda。井下介質(zhì)都是導(dǎo)電介質(zhì)，電動勢的存在必然會在井下介質(zhì)中產(chǎn)生自然電流和自然電位場。EdEda自然電流地球物理測井——自然電位測井SPEdEdarmrirt自然電流回路等效電路rsh地球物理測井——自然電位測井SP根據(jù)KIRCHHOFF（基爾霍夫）定律得：E總=Ed+Eda（代數(shù)和）為了保證Ed>0E總=Eda-Ed(因為砂巖：Ed<0)所以E總=(Kda-Kd)lg(Rmf/Rw)=Es則令K=Kda-Kd自然電位系數(shù)對于純砂巖或純泥巖，K只與溶液鹽類成分和溫度有關(guān)。對于泥質(zhì)砂巖，K不但與溶液鹽類成分和溫度有關(guān)，而且與泥質(zhì)含量或Qv值有關(guān)。地球物理測井——自然電位測井SPSSP—靜自然電位，指純砂巖和純泥巖交界面處的電化學(xué)總電勢。SSP＝Es＝klg(Rmf/Rw)SSP的值從含淡水層的＋50mV到高礦化度鹽水層的－200mVPSP—泥質(zhì)砂巖的靜自然電位，指泥質(zhì)砂巖和純泥巖的總電動勢。PSP的大小反映泥質(zhì)的多少，PSP<SSP。地球物理測井——自然電位測井SPrshrmrtri等效電路根據(jù)等效電路可知：ES=I（rm+rt+ri+rsh）地球物理測井——自然電位測井SP2、自然電位曲線特點自然電位（△VSP）是指自然電流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。測量SP時，地面電極N的VN≠0，導(dǎo)致SP曲線沒有零刻度，用箭頭上標(biāo)的正負(fù)表示電位的相對高低，通常選擇泥巖的自然電位作為基線，叫泥巖基線。對于一個地區(qū)，泥巖是比較穩(wěn)定的，泥巖的SP是一條大致平行于深度坐標(biāo)的直線。地球物理測井——自然電位測井SP負(fù)異常：當(dāng)CW>Cmf時,SP由泥巖的正電位向砂巖的負(fù)電位降低。（淡水泥漿）測量M電極測量正異常：當(dāng)CW<Cmf時,SP由泥巖的負(fù)電位向砂巖的正電位升高。（鹽水泥漿）測量M電極地球物理測井——自然電位測井SP根據(jù)理論和實際曲線分析，SP曲線有如下特點：（1）當(dāng)泥漿、地層和上下圍巖巖性均勻時，SP曲線對稱于地層中部；（2）當(dāng)h＞4d時，曲線半幅點正對地層界面；（3）當(dāng)Cw＞Cmf,滲透性地層出現(xiàn)負(fù)異常；當(dāng)CW<Cmf，滲透性地層出現(xiàn)正異常；當(dāng)Cw＝Cmf，滲透性地層無負(fù)異常。地球物理測井——自然電位測井SP3、影響自然電位曲線幅度的因素自然電位曲線的異常幅度ΔVsp，是指以泥巖曲線為基線，滲透層的SP曲線偏移基線的幅度值。Es=f(Cw、Cmf、T、Vsh、鹽類有關(guān)）地球物理測井——自然電位測井SP1、地層水和泥漿中含鹽量的比值（Cw/Cmf）的影響Cw/Cmf>1滲透層的△Vsp有負(fù)異常Cw/Cmf<1滲透層的△Vsp有正異常Cw/Cmf=1滲透層的△Vsp無異常Cw與Cmf的差異越大則，△Vsp有異常幅度也越大。2、巖性影響VshQv，Kd向Kda接近KEs△Vsp由此可知,泥質(zhì)含量增加,自然電位幅度變小,即有:砂巖的△Vsp>泥質(zhì)砂巖的△Vsp>砂質(zhì)泥巖的△Vsp>泥巖的△Vsp地球物理測井——自然電位測井SP3、溫度的影響TKEs△Vsp

4、泥漿和地層水的化學(xué)成分的影響化學(xué)成分不同離子的遷移率不同K不同△Vsp不同以上討論的是影響Es的因素,下面主要討論井下介質(zhì)的影響

地球物理測井——自然電位測井SP5、地層電阻率的影響因ri,rtI△Vsp，所以在相同條件下,油層的△Vsp<水層的△Vsp。6、地層厚度的影響因r=R(L/S)因sisth<4d,hLmrmrirt

h>4d,△Vsp增大不明顯△Vsp地球物理測井——自然電位測井SP7、井徑和侵入帶直徑的影響dSmrmI△Vsp

diLiriI△Vsp注意：要用自然電位異常幅度△Vsp計算SSP和PSP，必須對以上因素的影響進行校正。地球物理測井——自然電位測井SP三、自然電位曲線的應(yīng)用地層中泥質(zhì)含量是影響巖性和滲透性的主要因素，因此，自然電位曲線可用來判斷巖性和劃相、確定滲透層、求地層水電阻率、估計地層泥質(zhì)含量和判斷水淹層等。地球物理測井——自然電位測井SP1、判斷巖性和劃相對于砂泥巖剖面，Cw＞Cmf，負(fù)差異為砂巖（滲透層），基線為泥巖；Cw＜Cmf，正差異為砂巖。隨地層泥質(zhì)含量的增加，曲線異常幅度逐漸降低。沉積巖性的粗細(xì)反映當(dāng)時沉積能量的大小，因此，不同沉積環(huán)境下的砂巖，自然電位曲線形態(tài)是不同的，見P39圖1－33地球物理測井——自然電位測井SP地球物理測井——自然電位測井SP在碳酸鹽巖剖面，如果圍巖是泥巖，判斷方式與砂泥巖剖面不同；如果圍巖是致密的砂巖或灰?guī)r或云巖，因自然電流不能形成回路，sp曲線在層界面變化很小，近似于一條直線，此時不能用SP曲線判斷巖性。注意：地球物理測井——自然電位測井SP2、劃分滲透層如果是砂泥巖剖面:Cw/Cmf>1（淡水泥漿）△Vsp有負(fù)異常Cw/Cmf<1△Vsp有正異常Cw/Cmf=1△Vsp無異常無論是正、負(fù)、無異常都是指的△Vsp的幅度，層界面在半幅點，碳酸巖鹽的滲透層常夾在厚層致密灰?guī)r之間，離泥巖較遠，在Cw/Cmf>1下仍有負(fù)異常，但I要經(jīng)過大段的致密灰?guī)r后才能形成回路。因此層界面不清，幅度小。通常情況下不用SP來分層。膏鹽地層不含地層水且很致密，不能產(chǎn)生Es，它的SP與圍巖相同且無異常。地球物理測井——自然電位測井SP3、求地層水電阻率（Rw是計算地層含油飽和度的重要參數(shù)之一）圖版法：（1）確定靜自然電位SSP如果純砂巖水層厚度很大，無侵入，且Rt＝Rm＝Rs時，則可直接讀出該層的自然電位幅度值△Vsp作為SSP。如果水層厚度不大，則必須對該層的△Vsp進行厚度、電阻率和侵入情況的校正（使用SP校正圖版進行校正P41圖1-35）地球物理測井——自然電位測井SP（2）確定Rmfe值見P42圖1-36與P43圖1-37圖版法：（3）確定Rw值根據(jù)已知的SSP和地層溫度查P44SP-1圖即可.根據(jù)上圖求出了Rmfe/Rwe的比值,由此可求出Rwe.如果Rwe>0.1,則Rw=Rwe否則就用SP-2圖(Rwe,T)求出Rw.地球物理測井——自然電位測井SP①根據(jù)SSP和T或圖版求出②求Rwe=Rmfe/（Rmfe/Rwe）；③根據(jù)Rwe、T以及圖版求出Rw。利用SSP求Rw請同學(xué)們認(rèn)真閱讀書中例題！地球物理測井——自然電位測井SP新方法：特點：考慮了泥巖為非理想離子薄膜時的影響，用Rsh來校正它（仍適用于純砂巖水層）。（1）經(jīng)層厚、Rt校正后求出SSP；（2）求地層溫度下的Rmf；（3）求出鄰近純泥巖的平均電阻率Rsh。見P46圖1-40地球物理測井——自然電位測井SP換泥漿法：優(yōu)點：清除K因地層含泥質(zhì)和泥巖為非理想造成的誤差。兩式相除：缺點是施工麻煩、成本高，如果有兩相鄰井同時測了SP，且Rmf不同，便可用此法求Rw。 地球物理測井——自然電位測井SP4、估計地層泥質(zhì)含量Vsh＜1－PSP/SSP可用下式估算泥質(zhì)含量的上限值：地球物理測井——自然電位測井SP5、判斷水淹層在油田開發(fā)中，常采用注水的方法來提高采收率。如果油田見到了注水則該層為水淹層。利用測井資料判斷水淹層層位及估計水淹層度是目前檢查注水效果的重要課題，目前有些油田利用SP曲線根據(jù)基線偏移確定水淹層位，并根據(jù)偏移量的