第一章 自然电位测井

1第一章自然电位测井自然电场的形成机理自然电位测井及曲线特征自然电位曲线的影响因素自然电位曲线的应用内容小结思考题2本章重点及难点渗透层SP曲线的异常性质与泥浆特性的关系利用SP曲线划分渗透层、求地层泥质含量的方法利用SP曲线识别水淹层的条件及方法利用SP曲线确定地层水电阻率的方法3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。一、基本概念地层水：地层孔隙内的水。4一溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。单位：ppm(百万分之一）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。5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，产生电动势形成自然电场。在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散吸附电动势产生。61、泥浆、地层水矿化度不同；2、井壁地层具有渗透性；3、正、负离子迁移速率不同。二、扩散电动势产生机理图1-1扩散电动势产生示意图氯化钠溶液7由Nernst方程表述的扩散电动势：其中：R—克分子气体常数，8.313J/(K)；T—绝对温度，oK；T=273+t℃mwdCCvnZunZvnunFRTElg3.2(1-1)8ZZF—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、负离子数；nn91、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。三、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氯化钠溶液10mwdadaCCKElg（1-3）FRTKda3.2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wmfdadaRRKElg(1-4)扩散吸附电动势11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。wmfCC图1-3井内自然电场分布示意图CW﹥Cmf12电源－Eda和Ed；电介质－井内泥浆、地层；产生井下直流电场电场中的物理量电场强度（矢量）电位（标量）电场中某点电位与观测点位置、电介质、电源强度有关。13将位于井轴的测量电极M上提，得到随地层深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫伏。Usp(h)；8采样点/米沿井轴测量自然电场电位，所测电位高低直接与测量点周围电介质性质有关。14图1-5、自然电位测井曲线实例图1-4、自然电位测井示意图151、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP值与泥岩基线值的差。二、SP曲线的特征3、比例尺：极性、大小。|-|spspSSPUU含水纯砂岩泥岩基线4、异常：渗透层SP值相对泥岩SP值的大小。负异常：渗透层的SP值小于泥岩SP值（淡水泥浆）。正异常：渗透层的SP值大于泥岩SP值（盐水泥浆）。16图1－6SP曲线负异常（淡水泥浆）17图1－7a自然电位正异常—盐水泥浆18图1－7b自然电位正异常---盐水泥浆19地层模型：上、下围岩岩性相同（泥岩），地层岩性均匀。1）、曲线关于地层中点对称；2）、厚地层（h4d）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。5、曲线形态(图1－8）20图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线地层模型△Usp/∣SSP∣21（1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？(2)、自然电位幅度差与地层厚度的关系？（3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面的关系的影响？问题22shsdmmsprrrrSSPU2aLRrmmmsdsdsdsdaHLRr2SSP=Ed-Edarm、rsd、rsh分别为泥浆电阻、砂岩电阻、泥岩电阻。shshshshaHLRr2第三节SP曲线的影响因素23一、地层水和泥浆滤液矿化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、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。ddaE和E24二、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。ddaKK与ddaKK与ddaEE与四、地层水、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。ddaKK与25SP幅度差与地层导电性的关系五、地层导电性地层导电性差，其SP测量值低。电阻率高，幅度差小电阻率低，幅度差大26六、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。27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，出现异常层段为渗透层。。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一、划分渗透层28图1-11、半幅点法确定地层界面示意图图1-10、砂岩层上部含油下部含水时自然电位曲线泥岩基线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（h4d），可采用半幅点法确定地层厚度,如图1-11所示.29例1－应用SP曲线划分渗透层30例2－应用SP曲线划分渗透层渗透性差的非泥岩层31例3－应用SP曲线划分渗透层32例4－应用SP曲线划分渗透层渗透性差的非泥岩层331、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。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。342、公式法根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系，求地层泥质含量。shsdSPSPPSP（1-6）1shPSPQSSPshSPSPSSP纯水层clshshclSPSPISPSP1212GCURIGCURshshV35例：已知含水纯砂岩地层的SP值为-105毫伏，泥岩层的SP值为30毫伏，含水泥质砂岩地层的SP值为-75毫伏。求含水泥质砂岩的泥质含量。（GCUR=3.7)36三、确定地层水电阻率RwwemfeRRKSSPlg(1-7)dadKKK其中:分别为泥浆滤液及地层水等效电阻率.mfeRweR、37其中：t0－地表温度;dt－地温梯度；h－地层深度。0ttdth步骤：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）、求地层温度（图1-13）38图1-12SP校正图版（SP-3）地层电阻率、围岩-层厚、泥浆侵入影响校正。求纵坐标39图1-13估计地层温度图版求横坐标40aNCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版图1-14求横坐标41图1-15估计与的图版mfRmcR已知纵坐标和曲线号码，求横坐标2）、确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率Rmf或Rmf=0.75Rm.420.1mfmfemfRm，则RR3）、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。0.1mfRm，0.1mfmfemfRm，则RR43wRweR—或mfRmfeR—的关系曲线（SP-2图版）图1-16饱和溶液温度根据温度，求纵或横坐标443、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）。mfeweRR0.87,1491177.4.0.30.3/7.40.04.mfewemfeweSSPmvtCRRmm例。由图－得到若R，则R0.043mw用图版1－16得到地层温度下地层水电阻率R。45图1-17SP-1图版求纵坐标46四、判断水淹层水淹层：含有注入水的油层，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。47图1-18水淹层测井曲线Ra泥岩基线48图1-19水淹层的SP曲线基线偏移示意图CmfCmfE2CwC注CwCw123E3E1△EspE总WE总WmfCCC注49在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动势为1lg()wmfCEKC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2lg()lg()lg()wwddddddmfCCCEEEEKKKCCC注注界注mf注偏移量的计算50在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势为3lg()lg()daddadmfmfCCEEEKKCC注w注51其中：－注入水的电阻率。统计资料表明：8mV为高含水；5mV8mV为中含水；5mV可能为低水淹或岩性变化所至。spEspEspE13lglgspddRCwEEEKKCRw注注R注52SP基线偏移图1-20水淹层测井曲线53电导率增大微电极幅度差减小SP异常幅度增大图1-21水淹层实例上部SP＝25下部SP＝1554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。55二、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。564、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CwCm(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CwCm(盐水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。575、曲线形态特征:A、曲线关于地层中点对称；B、厚地层（h4d）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。。583、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。592)、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。601、wmCCwmRR或2、wCmC与的关系决定了渗透层SP曲线的异常性质。负异常对应淡水泥浆；正异常对应盐水泥浆。613、渗透层SP曲线的异常值spspspUUU渗透层泥岩渗透层泥质含量增大、电阻率增大、厚度减小都可造成渗透层SP曲线的异常值减小。624、SP的应用泥岩基线的确定划分渗透层；地层水电阻率的确定；确定地层泥质含量；判断水淹层（条件、现象、水淹级别）。631、SP测井应用范围。2、砂泥岩剖面SP曲线的特点及应用。3、应用SP曲线所注意的问题。思考题4、已知地表温度下（25℃）地层水电阻率为1.2欧姆米，求地下3000米、4500米的地层水电阻率。(dt=2.5℃/100m)646、已知含水纯砂岩地层的SP值为-95毫伏，泥岩层的SP值为30毫伏，泥质砂岩层的SP值为-55毫伏。求泥质砂岩的泥质含量。5、已知氯化钠溶液矿化度为25000pp