1、主讲教师：程 超,资源与环境学院,石油工程测井电法测井 自然电位测井,一、什么是测井？,二、岩石的物理特性有哪些？,三、测井方法的分类？,电化学性,导电性,介电性,自然电位测井（ Spontaneous Potential Logging ）,什么是电法测井?,电法测井是指以研究岩石及其孔隙流体的导电性、电化学性及介电性为基础的一大类测井方法。,电场分类：自然电场和人工电场,电法测井的分类,岩层的电化学特性：自然电位测井（SP）,岩层的导电特性：电阻率测井,岩层的介电特性：电磁波传播测井（ETP）,双侧向电阻率测井（DLL）,地层倾角测井（SHDT）,微球形聚焦电阻率测井（ MSFL ）,感应
2、测井（ DIL ）、阵列感应成像测井,随钻电阻率测井（ LWD ）,过套管电阻率测井（ CHFR ）,方位电阻率成像测井（ ARI ）,地层微电阻率扫描测井（ FMS ）,1,2,3,自然电位测井,1,自然电场的产生,2,SP曲线的特征,3,SP曲线的影响因素,4,SP曲线的应用,5,1.自然电位测井,主 要 内 容,重点？,难点？,在钻井的过程中，钻井液（泥浆）与钻穿的地层孔隙流体之间通过扩散吸附作用自然会产生一种电动势，测量这种电位差的测井方法就是SP测井。,SP是由井中自然电场产生的电位,（Spontaneous Potential Logging）,地层水、石油、天然气,淡水泥浆和盐水
3、泥浆,水基泥浆和油基泥浆,有不同类型：,电化学作用,（Spontaneous Potential Logging）,一个测量电极,用电缆将MN与电位差计两端相连，测量MN间的电位差。,1.3 SP曲线的测量原理,将一个电极M放入井中，另一个电极N放在地面上接地，在不存在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量M电极相对于N电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。,注意,显然，自然电位测井测的是相对电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面上N电极的固定电位值之差。,N电极的电位恒定,井内有自然存在的电位变化,说明井内有自然电流流动,必然有自然产生的电动势,由于钻井液（泥浆）和孔隙流体（地层
4、水、油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学作用，产生电动势造成自然电场。,扩散扩散吸附作用,扩散电动势,扩散吸附电动势,过滤电动势,氧化还原电动势,研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：,2.自然电场的产生,在沉积岩地区的油气井中,2.机理：扩散扩散吸附作用,3.结果：产生了电动势，造成自然电场,SP是怎样产生的？,假定：,CmfCw,当两种不同浓度的溶液相接触时，高浓度溶液中的离子向低浓度一方移动（扩散现象）。,在砂泥岩地层中扩散有两条路径：,通过砂岩直接向泥浆中扩散；,通过砂岩周围的泥岩向泥浆中扩散。,1,2,(1)纯砂岩扩散电
5、动势（Ed）,孔隙流体与钻井液(泥浆)之间的 直接 扩散。,低浓度氯离子富集 高浓度钠离子富集,扩散方向,Ed起因于钻井液与地层水的浓度差引起的离子扩散作用以及正负离子扩散速度的差异。,(1)纯砂岩扩散电动势（Ed）,VNa+,VCL-,kd：扩散电动势系数,1,u、v的大小决定了Ed的极性，在纯砂岩情况下，因为uv，所以Ed0。,CwCmf,CwCmf,(1)纯砂岩扩散电动势（Ed）,(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）,孔隙流体通过泥岩与钻井液(泥浆)之间的扩散。,吸附：指泥岩的颗粒表面吸附的矿物离子。,泥岩的特殊性质吸附,泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中的硅或铝离子被低价（钠）
6、离子所取代，泥岩颗粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子平衡离子（补偿阳离子）,扩散方向,(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）,(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）,设纯泥岩单位孔隙体积的补偿阳离子浓度QV=，则认为VCl- = 0。,因 Kda0，所以 Eda0,VNa+,VCL-,kda：扩散吸附电动势系数,CwCmf,CwCmf,(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）,产生以上结果都是在CwCmf的情况下讨论的，那么CwCmf结果又会怎样呢?,思考题,(4)动电学电动势过滤电动势（Ef）,过滤电动势（Ef），它是在压力作用下，泥浆滤液向地层中渗入时产生的，只有在压差P很大的情况下才
7、不被忽略，但通常情况下都可以不考虑该电动势(忽略不计）。,自 然 电 流 的 等 效 电 路 （P7图1-2）,假定：,CwCmf,井内总的自然电动势 （Es） ：在由砂岩，泥岩，泥浆所组成的导电回路中，电动势是呈串联的。因此，在该回路中由于扩散作用形成的总电动势为该三电动势的代数和。,几个重要的概念,静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电动势用SSP来表示。,注意,假静自然电位：泥质砂岩和纯泥岩的总电动势称为假静自然电位。符号用PSP来表示，反映了泥质的多少，总有SSPPSP。,自然电位的幅度异常VSP ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。,自 然 电 位 的 幅 度 异 常VSP
8、,自 然 电 位 的 幅 度 异 常VSP,对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，所以。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为基线，则厚层砂岩有： 巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自然电位SSP；而薄层，将比SSP小得多。,SP曲线的泥岩基线,测量时N电极固定在地面,但VN0，因此SP曲线没有“0”刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了读数方便，选泥岩的SP作为基线，在一个地区它是稳定的，且是一条直线。,SP曲线负异常：,几个重要的概念,当CWCmf时，SP由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低,几个重要的概念,SP曲线正异常：,当CWCmf时，SP由泥岩的负电位向砂岩的正电位升高,非渗
9、透性地层（泥页岩）对应的自然电位测量曲线为基线；相对于泥页岩基线，当CwCmf，基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；相反（CwCmf）则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常；异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。Cw=Cmf，不产生SP；,SP幅度（SP）随地层厚度的增大而增大并趋近于静自然电位；随着地层厚度变小，也随之变小，且曲线顶部变尖而根部变宽。,随着地层中含油气饱和度（So，Sg）增加，地层电阻率（Rt）增高，自然电位（SP）曲线幅度逐渐下降。,当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，自然电位曲线将对称于地层中部，并在地层中部取得自然电位最大值；,当井径扩大和侵入严重，自然电位幅
10、度逐渐下降。,自然电位的幅度异常VSP ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值。,Es=f（Cw、Cmf、T、Vsh、Rt、盐类有关）,因素1：地层水和泥浆中含盐浓度比值,+,+,-,-,因素2.岩性,自然电位幅度随泥质的增加而降低。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来表示。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，即最常见的砂泥岩剖面。,这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，因为它没有或很少有泥岩，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
11、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。,注意,因素3.温度,因素4.泥浆和地层水的化学成分,因素5.地层电阻率的影响,当ri、rt增大，则I降低、Vsp降低。所以在相同条件下，油层的Vsp水层的Vsp,因素6.地层厚度h的影响,h增大,则Vsp增大并趋近于SSP；VSP随厚度的减薄而减小，（薄层的VspSSP）,井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小，VSP降低；泥浆侵入相当于扩径影响。,因素7. 井径和侵入带直径的影响,因素7： 井径和侵入带直径的影响,因素6：地层厚度h的影响,因素5：地层电阻率的影响,因素4：泥浆和地层水的化学成分,因素3
12、：温度,因素2：岩性,因素1：地层水和泥浆中含盐浓度比值,5.SP曲线的应用,应用1：砂泥岩剖面判断岩性；,淡水泥浆（CwCmf 即RwRmf) 砂岩SP负异常；泥岩段SP线为基线（正电位）。,盐水泥浆（CwRmf) 砂岩SP正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）。,应用1 砂 泥 岩 剖 面 判 断 岩 性,应用2：划分渗透层及层界面；,5.SP曲线的应用,SP曲线上一切偏离泥岩基线的明显异常是孔隙性和渗透性较好的储集层的标志。,对于岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用SP异常幅度的半幅点（泥岩基线算起1/2幅度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较小，SP异常
13、较小，半幅点厚度将大于实际厚度，应参考其他曲线确定界面。,应用2划 分 渗 透 层 及 层 界 面,砂泥岩剖面中,应用3：估算泥质含量；,5.SP曲线的应用,碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，从而使SP幅度减小。因此，以完全含水、厚度足够大的水层的静自然电位SSP为标准，某地层SP与SSP的差别将与地层泥质含量有关。通常把泥质含量表示为：,应用4：计算地层水的电阻率Rw；,在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含油饱和度等重要参数，在确定这些参数时都需要Rw，用SP曲线幅度值求Rw是最常用的方法之一。,5.SP曲线的应用,(步骤),应用4 计 算 地 层 水 的 电 阻 率 Rw,确定含
14、水纯岩石静自然电位（SSP）,计算自然电位系数（ K）,计算比值（Rmfe / R we ）,确定地层温度下的地层水电阻率（R w ）,读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横向比例读SP异常的大小。,在地层水含盐量或Rw基本相同的解释井段内，选择岩性纯（不含泥质或Vsh很小），厚度较大，深探测电阻率低，SP异常幅度最大，各种资料证明不含油气的地层为完全含水的纯水层，通常称为标准水层。其SP异常幅度就是该层的静自然电位SSP。,含水纯岩石：,5.SP曲线的应用,应用5：判断油气水层和水淹层；(P162),SP异常可帮助区分油气水层，但不是主要依据。一般说来，油气层的SP异常略小于水层。,在油田开发
15、中，常采用注水方法来提高采收率。油层发生水淹，利用测井资料判断水淹层层位及估计水淹程度是目前检查注水效果的重要任务。,可根据SP基线偏移确定水淹层位，并根据偏移量的大小来判断水淹程度。,水淹层在SP 曲线上出现基线偏移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。注入淡水水淹后的油水同层，被水淹的底部或顶部的SP异常明显小于未被水淹部分的SP异常，使该层上下部泥岩基线发生明显偏移。,结 论,1、如果SP曲线的上基线偏移则油层上部被水淹,2、SP曲线下基线偏移则油层下部被水淹,3、地层中部或者全部被水淹，SP基线不发生偏移，而是表现为异常幅度减小。,应用7：研究沉积相。,应用6：与其他资料结合进行地层对比,5.SP曲线的应用,应用7：研究沉积相。,5.SP曲线的应用,榆林子洲地区山西组测井相解释图版,5.SP曲线的应用,应用1：砂泥岩剖面判断岩性；,应用2：划分渗透层及层界面；,应用3：估算泥质含量；,应用4：计算地层水的电阻率Rw；,应用5：判断油气水层和水淹层；,应用6：与其他资料结合进行地层对比,应用7：研究沉积相。,如何看测井曲线？,道,深度,曲线名称,曲线刻度,单位,曲线增大方向,自然电位测井（SP）,自然电场的产生（Ed、Eda）,课堂小结,自然电位测井曲线特征及应用,
