1、,第一节 自然电位测井（SPSPONTONEOUS POTENTIAL）,第二节 自然伽马测井（GR）,第二章 泥质指示测井,第三节 自然伽马能谱测井（NGRS）,第二章 泥质指示测井,第一节 自然电位测井,一、自然电位产生的原因二、自然电位曲线特征三、自然电位的影响因素四、自然电位曲线的应用,概念： 自然电位:在没有人工供电的情况下，井内仍可测量到电位的变化，这个电位是自然存在的，故称自然电位（SP）。自然电位测井：用电极测量井剖面自然电位的方法（SP曲线）。它反映了岩层的含泥性，属岩性测井系列的方法之一。,第一节 自然电位测井,第一节 自然电位测井,一、自然电位产生的原因,1) 泥浆的含盐
2、浓度地层水的含盐浓度。 2）离解：离子，NaClNa+ + Cl-。 3）各种盐类和正负离子的迁移速率不同。,第一节 自然电位测井,一、自然电位产生的原因,1、（砂岩层的）扩散电动势,Cw（地层水含盐浓度）Cmf（泥浆的含盐浓度），离子从高浓度向低浓度迁移。井筒内负离子聚集，地层中正离子聚集。在两种不同浓度的溶液的接触面上。产生了自然电场，因此能测到电位差。,C1,C2,C1=Cw, C2=Cmf,C1,随着离子的继续扩散，Cl-受到正极的吸附减小，而受到负极的排斥作用增大，扩散速度减慢，而Na+正好相反，扩散作用增强。最后电荷富集停止，溶液达到一种平衡状态，但电动势保持一定值不变。,第一节
3、自然电位测井,一、自然电位产生的原因,这个电动势称为扩散电动势扩散电位。可用下式表示：,理论和实验证明：扩散电位的大小取决于溶液的浓度差、溶液的温度和化学成分。,与溶液的温度和化学成分有关 当t=25，溶液为NaCl，则Kd=-11.6mv,一、自然电位产生的原因,第一节 自然电位测井,2薄膜电动势（泥岩的电动势）吸附电位,泥岩内地层水与井壁泥浆滤液接触，产生的电动势，泥岩中的地层水性质（成分和浓度）与相邻砂岩层的地层水是一样的。所不同的是，泥岩表面吸附负电荷，因此，泥岩吸附负离子带负电，它不允许负离子通过，只让正离子通过。因此，在井壁上主要是钠离子的扩散作用。,一、自然电位产生的原因,第一节
4、 自然电位测井,2薄膜电动势（泥岩的电动势）吸附电位,当 时，泥浆带正电，泥岩带负电。,式中， 与溶液的化学成分，温度有关，当 ，Kda=58mv。,实验测定：当地层为纯泥岩时，吸附电位大约为纯砂岩处扩散电位的五倍。,一、自然电位产生的原因,第一节 自然电位测井,3动化学电动势过滤电位,由于在钻井过程中，Pm（泥浆柱的压力）Pf（地层压力） 泥浆滤液向地层中渗入，为了使离子平衡，岩石孔隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层一方移动，在压力大的一端聚集较多的负离子，产生电位差。,Cmf Cw Cw,侵入带,原状地层,泥浆,Cmf Cw Cw,一、自然电位产生的原因,第一节 自然电位测井,3动
5、化学电动势过滤电位,式中： 泥浆滤液电阻率泥浆滤液的粘度，泥浆柱与地层之间的压力差，atm过滤电动势系数，mv：平均值0.77mv介电常数。与岩石物理性质有关。越大， 越大，一般可忽略。,二、自然电位曲线,第一节 自然电位测井,1、岩层界面处的回路电动势,1）在砂岩与泥浆界面处的扩散电动势为2）在泥岩与泥浆的界面处，吸附电动势为3）在砂岩与泥岩的接触面上在井与砂、泥岩接触面，自然电流回路的总自然电动势是每个接触面上自然电动势的代数和。,C1C2Cmf,二、自然电位曲线,第一节 自然电位测井,2、曲线形状,自然电位变化幅度也最大，向负方向急剧偏转；在地层的中心，电流强度最小，自然电位曲线几乎与井
6、轴平行；在交界处，向正方向急剧偏转，自然电位逐渐增大，大段泥岩处接近直线。（曲线对称于地层中心）3）渗透性地层：向泥岩基线左边偏转：负异常（CwCmf）向泥岩基线右边偏转：正异常（CwCmf）无偏转: 无异常（Cw=Cmf）,1）在离开砂岩较远的泥岩上，自然电流很少，几乎没有变化，所以大段泥岩上的自然电位曲线为直线。,2）在砂岩处电流强度增大，自然电位变化幅度也增大，但朝负方向偏转，在砂岩与泥岩交界处，自然电流强度最大，,二、自然电位曲线,第一节 自然电位测井,3、自然电位曲线的特点,当地层均匀，泥浆均匀，上、下围岩岩性相同，曲线对称地层中心。在地层顶底界面处，自然电位变化最大，当h地4d井径
7、时，可用半幅点分层，当h真厚度。,测量的自然电位幅度为井内电位降，远小于自然电流回路的总电动势。 以泥岩为基线，渗透性砂岩为正异常或负异常的取决于地层水的矿化度与泥浆滤液的矿化度。 纯地层，=0, ，静自然电位。,三、自然电位的影响因素,第一节 自然电位测井,测量时，式中， （近似公式）地层（砂岩），围岩（泥岩）及泥浆组成闭合电路而产生自然电流。,1厚度的影响，h时：rm，rt当h4dn时，随h，幅度增高当h4dn时，h，自然电位不变。2井径的影响dn， ，自然电位下降。,，电极在井中测得的自然电位降仅仅是自然电流在泥浆中产生的电位降，所以只有当厚度比较大时电位降才主要在泥浆中。,三、自然电位
8、的影响因素,第一节 自然电位测井,3Rt的影响Rt SP4油、水层SP的幅度，油层SP水层SP,测量时，式中， （近似公式）地层（砂岩），围岩（泥岩）及泥浆组成闭合电路而产生自然电流。,四、自然电位曲线的应用,第一节 自然电位测井,（一）自然电位曲线可划分岩性,h4dn，半幅点分层， h4dn，不能用半幅点分层。 凡砂岩处，SP曲线显示异常。负异常正异常无异常,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,1砂泥岩剖面 1）用Sp异常幅度，可判断泥岩与砂岩2）随泥岩含量增加，SP曲线幅度值减小3）确定储集层厚度和判别含泥性 经验公式PSP含泥砂岩的静自然电位，SSP纯水砂岩的静自然电位。4)
9、SP向右偏转还是向左偏转取决于地层水的矿化度和泥浆滤液的相对矿化度。,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,2碳酸盐岩剖面,石灰岩、白云岩：自然电位曲线在致密碳酸盐岩地层和裂缝性渗透层处没有明显差异，判断不出岩性。过渡岩、泥岩：主要反映碳酸盐岩中泥质含量的变化。,3膏盐岩剖面致密、不含地层水，反映不出来。,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,(二）确定地层水电阻率,1、确定SSP值 纯砂岩的含水层标准水层条件：a. 纯砂岩：岩性均匀b. SPSSP，需要校正校正系数，,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,3、根据地层温度和已知的自然电位系数K18，求出地层温度为t时
10、的自然电位系数。时，NaCl时, ，,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,4、根据 ，求 ， ，5、根据经验关系 ，求出,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,（三）用自然电位曲线确定岩层的泥质含量,第一节 自然电位测井,四、自然电位曲线的应用,（四）用SP曲线研究水淹层根据基线偏移的大小，可判断水淹程度，SP曲线的基线在该层上下发生偏移，出现台阶，是水淹的显著特 点。基线偏移8mv，高含水层5mv基线偏移8mv，中含水层基线偏移5mv，低含水层当然，岩性变化也可能引起偏移，要分清。用多种测井方法组合判断。SP应用范围：1地层水的矿化度 泥浆的矿化度Cmf 时2对致密层，效果
11、不好。,第二节 自然伽马测井和自然伽马能谱测井,一、沉积岩的放射性二、测量原理三、曲线特征四、影响因素五、曲线应用,沉积地层中的放射性物质，会产生核衰变，放射出光子 穿透能力变强，光子电子，穿透钢管的能力差氮核，穿透能力差 记录岩层中伽马射线强度的测井方法，叫自然伽马测井，它记录的是所产生伽马射线的总能量；若可以区分铀、钍和钾的含量,能分区记录射线各自的强度，称为自然伽马能谱测井。,一、沉积岩的放射性,第二节 自然伽马测井,一、沉积岩的放射性,三大类岩石中，火成岩放射性最高，其次是变质岩，最弱是沉积岩. 一般情况下，纯岩性岩层， 最低。过渡性岩层， 中等。泥 岩， 最高。高岭石， 蒙脱石， 伊
12、利石， 绿泥石低 高 较高 无（最低）,第二节 自然伽马测井,一、沉积岩的放射性,2放射性强度的刻度单位1）活度 1居里=3.71010次衰变/秒2）浓度单位 克镭当量/克3）百分含量单位 ppm,1三个天然放射系：88U238（铀），90Th232（钍）及其衰变物，19K40（钾）及其放射性同位素,3沉积岩的放射性核素含量：一般粘土岩最高，统计结果表明：高：深、浅的沉积泥岩，海绿石（砂岩），钾盐，独居石（砂岩），含钾钒矿的砂岩、角砾岩，含铀矿的石灰岩。中：浅海沉积、湖泊相的泥岩、泥灰岩、钙质泥岩。低：砂岩、砂层、石灰岩、白云岩、纯岩性岩层。极低：砂石膏、石膏、不含钾盐的盐岩、煤和沥青。,第二
13、节 自然伽马测井,二、测量原理,沉积地层中的放射性物质，会产生核衰变，放射出 光子记录岩层中伽马射线的强度，叫自然伽马测井。 能分区记录射线各自的强度，称为自然伽马能谱测井，可以区分铀、钍和钾的含量伽马能谱测井,光子，穿透能力强,电子，穿透钢管的能力差,氦核，穿透能力差,第二节 自然伽马测井,二、测量原理,测量原理,自然伽马射线由岩层穿过泥浆，仪器外壳，进入探测器，探测器将伽马射线转化成电脉冲信号，放大后，由电缆送到地面仪器，地面仪器把每分钟形成的电脉冲数（计数率），转变为与其成比例的电位差，进行记录。岩层的自然伽马强度曲线，单位是脉冲/分钟，API模拟地层的标准化单位。,式中 幅射系数毫居里
14、R cm,自然伽马测井测量原理图 1高压电源；2放大器；3探测器； 4电缆；5地面仪器,第二节 自然伽马测井,三、曲线特征,1GR曲线的刻度,1）人工制造一个高放射性地层,2）人工制造一个低放射性地层3）高放层/低放层=10，高放层与低放层测的幅度差定为200API。 API：American Petroleum Institute,第二节 自然伽马测井,三、曲线特征,2GR曲线的特征,岩层的放射性元素放射出来的伽马射线，在穿过岩层时，会被逐渐吸收，因此，离探测器较远的岩石放射出来的伽马射线，在到达探测器之前就已被吸收。GR曲线记录的是以探测器中点为中心，半径3050cm范围内的伽马射线。（探
15、测到的只是井壁附近的放射性，穿透力约45cm。）,第二节 自然伽马测井,三、曲线特征,1）对于厚层（h90cm）曲线对称于地层中点，（有极大值或极小值）地层中点有极值，最能反映地层真实的放射性。2）当h3d0时，GR幅度值为常数，半幅点对应岩层界面，曲线半幅点确定的地层厚度=真实厚度。3）具统计起伏特点：曲线上有小的锯齿状高低变化，元素的衰变不同，时间不同，具随机性，但并不是变化很大，总是围绕某一值变化，高值、低值均不具代表性，因此，取平均值。,第二节 自然伽马测井,四、影响因素,1地层变薄使泥岩GR，砂岩GR，地层越薄，这种影响就越大，因此，h3d0时，应考虑层厚的影响。 当地层厚度探测范围
16、的直径时，有围岩影响。 其极大值地层放射性强度，随h，GR,2环境影响 井眼内，井径，泥浆，套管，水泥的影响。 扩径：意味着套管井水泥环增厚。 例如：水泥和泥浆不含放射性，且套管吸收放射性，使地层真实的放射性记录降低。,第二节 自然伽马测井,四、影响因素,3统计起伏的影响 也称放射性涨落，在放射源和其他条件不变的情况下，在相同时间间隔内，对放射性强度进行多次重复测量，每次结果都不同，但总在某一值的附近上下变化。 但这种涨落符合统计规律，放射性元素在核衰变时具有偶然性。可以计算其误差。,相对误差：,测井速度,平均计数率（脉冲1/分）,地层厚度,绝对误差：,第二节 自然伽马测井,五、曲线应用,1划
17、分岩性，不同地区，必须根据第一手资料建立与GR测井之间的关系。,a. 砂泥岩剖面：依据泥质含量的不同 砂层：GRmin； 泥岩：GRmax ； 过渡性的岩石介于其间。 但也有特殊的情况，海绿石砂岩，含铀高的砂岩，岩、电对比后决定。 b. 碳酸盐岩剖面 石灰岩、白云岩（纯、致密）：GRmin ； 过渡岩、泥质：GRmax 特殊：裂缝，溶洞形的岩层，含88U238多。 c. 膏盐剖面 硬石膏 石膏 盐岩 GRmin mid 砂岩GR泥岩 Max GR 1-5 砂岩，渗透性好5-7 差砂岩7 以上泥岩,2、地层对比,第二节 自然伽马测井,五、曲线应用,1）GR曲线不受孔隙中流体性质的影响。 2）不受
18、泥浆滤液和地层水矿化度的影响。 3）容易寻找标准层：找出地层的匹配关系、形态和幅度值，分析地下地质情况。,第二节 自然伽马测井,五、曲线应用,3确定泥质含量,相对值法：自然伽马指数与Vsh建立关系通过实验可以确定该关系式， 泥质含量指数。式中：GR实测的标准刻度自然伽马值（目的层的GR值）CHilchie指数（希尔奇常数），是一个经验值，带地区性，通常，老地层取2，第三系地层取3.7。GRmax，GRmin实测曲线上的最大值和最大值。 伽马值测出的泥质含量为地层含泥量的上限。,第二节 自然伽马测井,五、曲线应用,绝对值法，求,斯仑贝谢公司，必须借助于密度测井方法,砂岩,目的层的密度测井值；,纯
19、泥岩的密度测井；,纯砂岩的密度测井；,纯泥岩 ；,纯砂岩 ；,GR 目的层GR。,第三节 自然伽马能谱测井,一、测量原理二、曲线特征三、影响因素四、曲线应用,第三节 自然伽马能谱测井,一、测量原理,钾K产生的 光子能量较为稳定，一般为1.46Mev，钍Th 2.62Mev，铀 1.76Mev，产生多种能差的伽马射线，选定最具代表性的 射线能量作为特征谱来识别。,地面仪器对电脉冲幅度进行统计分析，将能量不同的 光子产生的强度幅度分类进行记录，比如： 能量：1.321.575 Mev W1.652.39 Mev W2.4252.765 Mev W 电脉冲强度幅度与 光子能量成正比，W=（Th,K,
20、u）A,第三节 自然伽马能谱测井,一、测量原理,总幅度值： W =A1Th+B1u+C1K W =A2Th+B2u+C2K W=A3Th+B3u+C3K 总幅度与总能量之间的关系，对于某一个仪器来说A1A3, B1B2, C1C3是常数三个方程，三个未知数，求出U，Th，K的含量。 求解的过程称为解谱。,曲线特征及影响因素与伽马测井类似。,第三节 自然伽马能谱测井,四、曲线应用,1）可以准确地划分岩性； 泥岩：Th、K是泥岩中主要的放射性元素 假如是U含量高，并不是泥岩，说不定是砂岩。 研究生油层：一般Th、K高，U也高时，可能是很好的生油层。 2）判断沉积环境；陆相沉积中：氧化环境 Th/U7海相沉积中：灰、绿色页岩 Th/U7黑色页岩 Th/U2 3）与GR有差别：更精确，范围更广泛，计算泥质含量，评价生油岩，研究沉积环境。K较准确 SGR CGR,第二章 泥质指示测井,思考题,1、井中有哪几种自然电位产生？前提条件是什么？ 2、为什么自然电位测井可以用来准确计算地层中泥质含量？如何计算？ 3、地层中主要的放射性元素有哪些？沉积岩的放射性有什么特点？ 4、如何用自然伽马测井计算地层中泥质含量？ 5、自然伽马能谱测井也可用来计算地层中的泥质含量，与GR相比，哪个计算精度更高，为什么？ 6、简述自然电位曲线和自然伽马曲线的特征及应用。,
