電法測井自然電位測井精講學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1電法測井自然電法測井自然(zrn)電位測井精講電位測井精講第一頁，共64頁。一、什么一、什么(shn me)(shn me)是測井？是測井？二、巖石的物理特性二、巖石的物理特性(txng)(txng)有哪些？有哪些？三、測井方法三、測井方法(fngf)(fngf)的分類？的分類？ 電化學(xué)性電化學(xué)性 導(dǎo)電性導(dǎo)電性 介電性介電性自然電位測井（自然電位測井（ Spontaneous Potential Logging ） 第1頁/共64頁第二頁，共64頁。什么什么(shn me)(shn me)是電法測井是電法測井? ?電法測井是指以研究巖石電法測井是指以研究巖石(ynsh)及其及其孔隙流體

2、的導(dǎo)電性、電化學(xué)性及介電性孔隙流體的導(dǎo)電性、電化學(xué)性及介電性為基礎(chǔ)的一大類測井方法。為基礎(chǔ)的一大類測井方法。第2頁/共64頁第三頁，共64頁。電法測井的分類電法測井的分類(fn li)(fn li)巖層的電化學(xué)特性巖層的電化學(xué)特性(txng)：自然電位測井：自然電位測井（SP）巖層巖層(yncng)的導(dǎo)電特性：電阻率的導(dǎo)電特性：電阻率測井測井巖層的介電特性：巖層的介電特性：電磁波傳播測井電磁波傳播測井（ETP）雙側(cè)向電阻率測井（雙側(cè)向電阻率測井（DLL）地層傾角測井（地層傾角測井（SHDT）微球形聚焦電阻率測井（微球形聚焦電阻率測井（ MSFL ）感應(yīng)測井（感應(yīng)測井（ DIL ）、陣列感應(yīng)成像

3、測井）、陣列感應(yīng)成像測井隨鉆電阻率測井（隨鉆電阻率測井（ LWD ）過套管電阻率測井（過套管電阻率測井（ CHFR ）方位電阻率成像測井（方位電阻率成像測井（ ARI ）地層微電阻率掃描測井（地層微電阻率掃描測井（ FMS ）123第3頁/共64頁第四頁，共64頁。 自然自然(zrn)電位測井電位測井 自然自然(zrn)電場的產(chǎn)生電場的產(chǎn)生 SP曲線曲線(qxin)的特征的特征 SP曲線的影響因素曲線的影響因素 SP曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用1.自然電位測井自然電位測井主 要 內(nèi) 容 重點？重點？難點？難點？第4頁/共64頁第五頁，共64頁。 在鉆井的過程中，鉆井液（泥漿在鉆井的過程中，鉆井液（泥漿

4、(njing)）與鉆穿的地層孔隙流體之間通過擴(kuò)散吸附）與鉆穿的地層孔隙流體之間通過擴(kuò)散吸附作用自然會產(chǎn)生一種電動勢，測量這種電位差作用自然會產(chǎn)生一種電動勢，測量這種電位差的測井方法就是的測井方法就是SP測井。測井。 什么是自然電位測井？什么是自然電位測井？1.1SP是由井中自然電場是由井中自然電場(din chng)產(chǎn)生的電位產(chǎn)生的電位（Spontaneous Potential Logging）地層地層(dcng)(dcng)水、石油、天然氣水、石油、天然氣淡水泥漿和鹽水泥漿淡水泥漿和鹽水泥漿水基泥漿和油基泥漿水基泥漿和油基泥漿有不同類型：有不同類型：電化學(xué)作用電化學(xué)作用第5頁/共64頁第六

5、頁，共64頁。 SP測井的裝置測井的裝置1.2（Spontaneous Potential Logging）用電纜將用電纜將MN與電位與電位差計兩端差計兩端(lin dun)相連，測量相連，測量MN間的電位差。間的電位差。第6頁/共64頁第七頁，共64頁。 將一個電極將一個電極M放入井中，另一個放入井中，另一個電極電極N放在地面上接地，在不存在任放在地面上接地，在不存在任何人工電場的情況下，用測量何人工電場的情況下，用測量(cling)電位差的儀器測量電位差的儀器測量(cling)M電極相對于電極相對于N電極之間的電極之間的電位差，便可以進(jìn)行自然電位測井。電位差，便可以進(jìn)行自然電位測井。 第7

6、頁/共64頁第八頁，共64頁。顯然，自然電位測井測的是相對顯然，自然電位測井測的是相對(xingdu)電位值，即井內(nèi)不同深度上的自然電位與地面上電位值，即井內(nèi)不同深度上的自然電位與地面上N電極的固定電位值之差。電極的固定電位值之差。N電極的電位電極的電位(din wi)恒定恒定是井中自然電位是井中自然電位的絕對數(shù)值嗎？的絕對數(shù)值嗎？第8頁/共64頁第九頁，共64頁。井內(nèi)有自然井內(nèi)有自然(zrn)存在的電位變化存在的電位變化說明說明(shumng)井內(nèi)有自然電流流動井內(nèi)有自然電流流動必然必然(brn)有自然產(chǎn)生的電動勢有自然產(chǎn)生的電動勢 由于鉆井液（由于鉆井液（泥漿泥漿）和孔隙流體（）和孔隙流體

7、（地層水地層水、油、氣、油、氣）具有不同的礦化度，即含有的離子的）具有不同的礦化度，即含有的離子的濃度不同，井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸濃度不同，井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸產(chǎn)生產(chǎn)生電化學(xué)作用電化學(xué)作用，產(chǎn)生電動勢造成自然電場。，產(chǎn)生電動勢造成自然電場。擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散吸附作用擴(kuò)散吸附作用第9頁/共64頁第十頁，共64頁。擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)(kusn)電動勢電動勢擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)(kusn)吸附電動勢吸附電動勢過濾過濾(gul)(gul)電動勢電動勢氧化還原電動勢氧化還原電動勢研究表明，能產(chǎn)生一定電位值的自然電動勢有四種：研究表明，能產(chǎn)生一定電位值的自然電動勢有四種：第10頁/共64

8、頁第十一頁，共64頁。擴(kuò)散電動勢擴(kuò)散電動勢（Ed ）擴(kuò)散吸附電動勢擴(kuò)散吸附電動勢（Eda ）2.機(jī)理：擴(kuò)散機(jī)理：擴(kuò)散(kusn)擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)吸附作用吸附作用3.結(jié)果：產(chǎn)生了電動勢，造成自然結(jié)果：產(chǎn)生了電動勢，造成自然(zrn)電場電場鉆井液鉆井液1.介質(zhì)介質(zhì)地層孔隙流體地層孔隙流體第11頁/共64頁第十二頁，共64頁。假定假定(jidng)：砂泥巖地層砂泥巖地層1淡水泥漿井淡水泥漿井23其中的鹽類均為其中的鹽類均為NaCLCmfCw 當(dāng)兩種不同濃度的溶液相當(dāng)兩種不同濃度的溶液相接觸時，高濃度溶液中的離子接觸時，高濃度溶液中的離子向低濃度一方向低濃度一方(y fn)移動（擴(kuò)移動（擴(kuò)散現(xiàn)象

9、）。散現(xiàn)象）。第12頁/共64頁第十三頁，共64頁。在砂泥巖地層中擴(kuò)散在砂泥巖地層中擴(kuò)散(kusn)有兩條路有兩條路徑：徑： 通過通過(tnggu)砂砂巖直接向泥漿中擴(kuò)散巖直接向泥漿中擴(kuò)散； 通過砂巖周圍通過砂巖周圍(zhuwi)的泥巖向泥漿的泥巖向泥漿中擴(kuò)散。中擴(kuò)散。1212第13頁/共64頁第十四頁，共64頁?？紫读黧w與鉆井液孔隙流體與鉆井液( (泥漿泥漿(njing)(njing)之間的之間的 直接直接 擴(kuò)散。擴(kuò)散。不同離子擴(kuò)散的速度不不同離子擴(kuò)散的速度不同，研究表明同，研究表明Na的移的移動速度小于動速度小于Cl的移動的移動速度，即速度，即VNaVCL-。Na+CL-擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn

10、)方向方向Na+Na+CL-CL-+-結(jié)果形成結(jié)果形成高濃度一高濃度一方為正，低濃度一方為正，低濃度一方為負(fù)方為負(fù)。第14頁/共64頁第十五頁，共64頁。 Ed起因于鉆井液與地層水的濃度差引起的離子起因于鉆井液與地層水的濃度差引起的離子擴(kuò)散作用以及正負(fù)離子擴(kuò)散速度擴(kuò)散作用以及正負(fù)離子擴(kuò)散速度(sd)的差異。的差異。.2.3lgwdmfCuv RTEuv FC.lg.lgmfwdmfddwRCEkCkRu、v的大小決定了的大小決定了Ed的極性，在純的極性，在純砂巖情況下，因為砂巖情況下，因為uv，所以，所以Ed0，所以，所以(suy) Eda0.2.3lgwdamfCRTEIClglgmfwda

11、mdadafwRCECKKC.2.3lgwdmfCuv RTEuv FC第19頁/共64頁第二十頁，共64頁。第20頁/共64頁第二十一頁，共64頁。當(dāng)泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量較小時，當(dāng)泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量較小時，Qv小，小，vu，低濃度一方為負(fù)，高濃度，低濃度一方為負(fù)，高濃度一方為正，具有純砂巖的性質(zhì)；一方為正，具有純砂巖的性質(zhì)；當(dāng)泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量較大時，當(dāng)泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量較大時，Qv大，大，vCmf的的情況下討論的，那么情況下討論的，那么(n me)CwPSP。自然電位的幅度異常自然電位的幅度異常VSP ：自然電流在井中自然電流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。123第26頁/

12、共64頁第二十七頁，共64頁。自自然然電電位位的的幅幅度度異異常常VSPspmshitEsIrrrrspsp mmmshitSSPVI rrrrrrSPmshmitVrSSPrrrr第27頁/共64頁第二十八頁，共64頁。自自然然電電位位的的幅幅度度異異常常VSPSPmshmitVrSSPrrrrtmshmimrrrrrr,SPVSSP對厚層，砂巖和泥巖的截面積比井的截面積大得多對厚層，砂巖和泥巖的截面積比井的截面積大得多，所以，所以 。因此，在實測自然電位曲線上，以泥巖為基線。因此，在實測自然電位曲線上，以泥巖為基線(jxin)，則厚層砂巖有：，則厚層砂巖有：巨厚純砂巖對應(yīng)的自然電位幅度將等

13、于靜自然電位巨厚純砂巖對應(yīng)的自然電位幅度將等于靜自然電位SSP；而薄層，將比；而薄層，將比SSP小得多。小得多。第28頁/共64頁第二十九頁，共64頁。SP曲線曲線(qxin)的泥巖基線的泥巖基線 測量時測量時N電極固定在地面電極固定在地面(dmin),但但VN0，因此，因此SP曲線沒有曲線沒有“0”刻度，而是用帶正負(fù)號的比例尺來表刻度，而是用帶正負(fù)號的比例尺來表示，為了讀數(shù)方便，選泥巖的示，為了讀數(shù)方便，選泥巖的SP作為基線，在一個地作為基線，在一個地區(qū)它是穩(wěn)定的，且是一條直線。區(qū)它是穩(wěn)定的，且是一條直線。第29頁/共64頁第三十頁，共64頁。SP曲線曲線(qxin)負(fù)異常：負(fù)異常：幾個幾個

14、(j )重要的重要的概念概念當(dāng)當(dāng)CWCmf時，時，SP由泥巖的正電位向砂巖由泥巖的正電位向砂巖(sh yn)的負(fù)電位降的負(fù)電位降低低第30頁/共64頁第三十一頁，共64頁。幾個重要幾個重要(zhngyo)的概的概念念SP曲線曲線(qxin)正異常：正異常：當(dāng)當(dāng)CWCmf，基線處，基線處于正電位，滲透性砂巖呈負(fù)異常；相反（于正電位，滲透性砂巖呈負(fù)異常；相反（CwCmf）則基線處于負(fù)電位，滲透性砂巖呈正異常；異常幅度則基線處于負(fù)電位，滲透性砂巖呈正異常；異常幅度(fd)與粘土含量成反比，與粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。成正比。Cw=Cmf，不產(chǎn)生，不產(chǎn)生SP；第32頁/共64頁第三十三頁，共

15、64頁。SP幅度（幅度（SP）隨地層厚度的增大而增大并趨）隨地層厚度的增大而增大并趨近于靜自然電位近于靜自然電位(din wi)；隨著地層厚度變?。浑S著地層厚度變小，也隨之變小，且曲線頂部變尖而根部變寬。，也隨之變小，且曲線頂部變尖而根部變寬。隨著地層中含油氣飽和度（隨著地層中含油氣飽和度（So，Sg）增加，地層）增加，地層電阻率（電阻率（Rt）增高，自然電位（）增高，自然電位（SP）曲線幅度逐）曲線幅度逐漸漸(zhjin)下降。下降。SPmshmitVrSSPrrrr第33頁/共64頁第三十四頁，共64頁。當(dāng)砂巖儲集層上、下圍巖很厚且?guī)r性相同時，自然當(dāng)砂巖儲集層上、下圍巖很厚且?guī)r性相同時，自

16、然電位曲線將對稱于地層電位曲線將對稱于地層(dcng)(dcng)中部，并在地層中部，并在地層(dcng)(dcng)中部取得自然電位最大值；中部取得自然電位最大值；當(dāng)井徑擴(kuò)大和侵入嚴(yán)重，自然電位當(dāng)井徑擴(kuò)大和侵入嚴(yán)重，自然電位(din wi)幅度幅度逐漸下降。逐漸下降。第34頁/共64頁第三十五頁，共64頁。自然自然(zrn)電位的幅度異常電位的幅度異常VSP ：自然：自然(zrn)電流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降電流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。以泥巖為基線，滲透層偏移基線的幅度。以泥巖為基線，滲透層偏移基線的幅度值。值。sspsp mmmshitEVI rrrrrrEs=f（Cw、Cmf、T、

17、Vsh、Rt、鹽類有關(guān)、鹽類有關(guān)(yugun)）第35頁/共64頁第三十六頁，共64頁。因素因素(yn s)1：地層水和泥漿中含鹽濃度比值：地層水和泥漿中含鹽濃度比值第36頁/共64頁第三十七頁，共64頁。+-第37頁/共64頁第三十八頁，共64頁。因素因素(yn s)2.巖性巖性spsp mmmshitSSPVI rrrrrr 自然電位幅度隨泥質(zhì)的增加而降低。自然電位是一自然電位幅度隨泥質(zhì)的增加而降低。自然電位是一種以泥巖為背景來顯示儲集層性質(zhì)種以泥巖為背景來顯示儲集層性質(zhì)(xngzh)的測井方法，的測井方法，SP大小不只與儲集層性質(zhì)大小不只與儲集層性質(zhì)(xngzh)有關(guān)，而且與相鄰泥有關(guān)，

18、而且與相鄰泥巖的性質(zhì)巖的性質(zhì)(xngzh)有關(guān)來表示。因此，這種方法只能用于有關(guān)來表示。因此，這種方法只能用于儲集層與泥巖交替出現(xiàn)的巖性剖面，即最常見的砂泥巖剖儲集層與泥巖交替出現(xiàn)的巖性剖面，即最常見的砂泥巖剖面。面。第38頁/共64頁第三十九頁，共64頁。 這種方法不能用于巨厚的碳酸鹽巖剖這種方法不能用于巨厚的碳酸鹽巖剖面，因為它沒有或很少有泥巖，裂縫較發(fā)育面，因為它沒有或很少有泥巖，裂縫較發(fā)育的儲集層以致密碳酸鹽巖為圍巖，許多儲層的儲集層以致密碳酸鹽巖為圍巖，許多儲層要通過遠(yuǎn)處的泥巖才能要通過遠(yuǎn)處的泥巖才能(cinng)形成自然形成自然電流回路，因而在相鄰泥巖間形成巨厚的大電流回路，因而在

19、相鄰泥巖間形成巨厚的大片片SP異常，不能用來劃分和研究儲集層。異常，不能用來劃分和研究儲集層。第39頁/共64頁第四十頁，共64頁。因素因素(yn s)3.溫度溫度sspsp mmmshitEVI rrrrrr因素因素(yn s)4.泥漿和地層水的化學(xué)成分泥漿和地層水的化學(xué)成分第40頁/共64頁第四十一頁，共64頁。因素因素(yn s)5.地層電阻率地層電阻率的影響的影響spsp mmmshitSSPVI rrrrrr當(dāng)當(dāng)ri、rt增大，則增大，則I降低、降低、Vsp降低。所以在相同降低。所以在相同條件下，油層條件下，油層(yucng)的的VspCmf 即即RwRmf)砂巖砂巖SP負(fù)異常；泥巖

20、段負(fù)異常；泥巖段SP線為基線（正電位）。線為基線（正電位）。鹽水泥漿（鹽水泥漿（CwRmf)砂巖砂巖SP正異常；泥巖段正異常；泥巖段SP曲線基線（負(fù)電位）。曲線基線（負(fù)電位）。第45頁/共64頁第四十六頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngy(yngyng)1ng)1砂砂泥泥巖巖剖剖面面判判斷斷巖巖性性第46頁/共64頁第四十七頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用2 2：劃分：劃分(hu fn)(hu fn)滲透層及層界面；滲透層及層界面；SP曲線上一切偏離泥巖基線曲線上一切偏離泥巖基線(jxin)的明顯異常是孔隙性和滲的明顯異常是孔隙性和滲透性較好的儲集層的標(biāo)志。透性較好的儲集層的標(biāo)志。 對于對于巖性均勻、厚度較

21、大巖性均勻、厚度較大、界面清楚（如泥巖與砂巖的突變界面）的儲集層，通常用、界面清楚（如泥巖與砂巖的突變界面）的儲集層，通常用SP異常幅度的異常幅度的半幅點半幅點（泥巖基線算起（泥巖基線算起1/2幅度處）確定儲集層界面。如果儲集層厚度較小，幅度處）確定儲集層界面。如果儲集層厚度較小，SP異常較小，半幅點厚度將大于實際厚度，應(yīng)參考其他曲線確定界面。異常較小，半幅點厚度將大于實際厚度，應(yīng)參考其他曲線確定界面。自然電位理論曲線自然電位理論曲線第47頁/共64頁第四十八頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngy(yngyng)2ng)2劃劃分分滲滲透透層層及及層層界界面面第48頁/共64頁第四十九頁，共64頁。第

22、49頁/共64頁第五十頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)3(yngyng)3：估算泥質(zhì)含量；：估算泥質(zhì)含量； 碎屑巖泥質(zhì)含量增加，將使其自然電動勢碎屑巖泥質(zhì)含量增加，將使其自然電動勢減小，從而使減小，從而使SP幅度減小。因此，以完全含幅度減小。因此，以完全含水、厚度足夠大的水層的靜自然電位水、厚度足夠大的水層的靜自然電位SSP為標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，某地層準(zhǔn)，某地層(dcng)SP與與SSP的差別將與地的差別將與地層層(dcng)泥質(zhì)含量有關(guān)。通常把泥質(zhì)含量表泥質(zhì)含量有關(guān)。通常把泥質(zhì)含量表示為：示為：1shSPSSPSPVSSPSSP 第50頁/共64頁第五十一頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)4

23、：計算地層水的電阻率：計算地層水的電阻率Rw； 在評價儲油層時，常要計算巖層孔隙度、含油飽和在評價儲油層時，常要計算巖層孔隙度、含油飽和度等重要參數(shù)，在確定這些參數(shù)時都需要度等重要參數(shù)，在確定這些參數(shù)時都需要Rw，用，用SP曲線曲線幅度值求幅度值求Rw是最常用是最常用(chn yn)的方法之一。的方法之一。lglgmfwmfwRCSSPKKCR第51頁/共64頁第五十二頁，共64頁。( (步驟步驟(bzhu)(bzhu)應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)4計計算算地地層層水水的的電電阻阻率率Rw 確定含水純巖石確定含水純巖石(ynsh)靜自然電位（靜自然電位（SSP） 計算自然電位系數(shù)（計算自然電位系數(shù)

24、（ K） 計算比值（計算比值（Rmfe / R we ） 確定地層溫度下的地層水電阻率（確定地層溫度下的地層水電阻率（R w ）lglgmfwmfwRCSSPKKCR讀數(shù)時先畫出泥巖基線，再用圖上方讀數(shù)時先畫出泥巖基線，再用圖上方的橫向比例讀的橫向比例讀SP異常的大小。異常的大小。第52頁/共64頁第五十三頁，共64頁。 在地層在地層(dcng)水含鹽量或水含鹽量或Rw基本相基本相同的解釋井段內(nèi)，選擇巖性純（不含泥質(zhì)或同的解釋井段內(nèi)，選擇巖性純（不含泥質(zhì)或Vsh很小），厚度較大，深探測電阻率低，很?。穸容^大，深探測電阻率低，SP異常幅度最大，各種資料證明不含油氣異常幅度最大，各種資料證明不

25、含油氣的地層的地層(dcng)為完全含水的純水層，通常為完全含水的純水層，通常稱為標(biāo)準(zhǔn)水層。其稱為標(biāo)準(zhǔn)水層。其SP異常幅度就是該層的異常幅度就是該層的靜自然電位靜自然電位SSP。含水含水(hn shu)純巖石：純巖石：第53頁/共64頁第五十四頁，共64頁。應(yīng)用應(yīng)用5：判斷油氣：判斷油氣(yuq)水層和水淹層；水層和水淹層；(P162) SP異?？蓭椭鷧^(qū)分異?？蓭椭鷧^(qū)分(qfn)油氣水層，但不油氣水層，但不是主要依據(jù)。一般說來，油氣層的是主要依據(jù)。一般說來，油氣層的SP異常略小于異常略小于水層。水層。 在油田開發(fā)中，常采用注水方法來提高采收在油田開發(fā)中，常采用注水方法來提高采收率。油層發(fā)生水淹

26、，利用測井資料判斷水淹層層位率。油層發(fā)生水淹，利用測井資料判斷水淹層層位及估計水淹程度是目前檢查注水效果的重要任務(wù)。及估計水淹程度是目前檢查注水效果的重要任務(wù)。第54頁/共64頁第五十五頁，共64頁。 可根據(jù)可根據(jù)SP基線基線(jxin)偏移確定水偏移確定水淹層位，并根據(jù)偏移量的大小來判斷水淹層位，并根據(jù)偏移量的大小來判斷水淹程度。淹程度。 水淹層在水淹層在SP 曲線上出現(xiàn)基線偏曲線上出現(xiàn)基線偏移移(pin y)是因為注入水的礦化度是因為注入水的礦化度不同于地層水和泥漿濾液。注入淡不同于地層水和泥漿濾液。注入淡水水淹后的油水同層，被水淹的底水水淹后的油水同層，被水淹的底部或頂部的部或頂部的SP異常明顯小于未被水異常明顯小于未被水淹部分的淹部分的SP異常，使該層上下部泥異常，使該層上下部泥巖基線發(fā)生明顯偏移巖基線發(fā)生明顯偏移(pin y)。第55頁/共64頁第五