第一章-自然電位測井

第一章__自然電位測井第一頁，共56頁。第一章自然電位測井自然電位：在沒有人工供電的情況下，測量電極在井內(nèi)移動(dòng)時(shí)仍能測量到的電位的變化，這個(gè)電位稱為自然電位。用SP表示。沿井軸測量自然電位變化的測井方法稱為自然電位測井，表示為SP測井。第二頁，共56頁。第一章自然電位測井井下自然電場是由鉆開巖石時(shí)井內(nèi)鉆井液的礦化度與地層水礦化度不同，井壁附近出現(xiàn)電化學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的。自然電場的分布特點(diǎn)取決于井孔剖面巖層的性質(zhì)。沿井軸測量自然電位變化可以幫助我們判斷地層的巖性。第三頁，共56頁。第一節(jié)自然電場的產(chǎn)生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(dòng)勢形成自然電場。在石油井中自然電場主要是由擴(kuò)散電動(dòng)勢和擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢組成。第四頁，共56頁。幾個(gè)重要概念：泥漿：鉆井時(shí)在井內(nèi)流動(dòng)的一種介質(zhì)。泥漿濾液：在一定壓差下，進(jìn)入到井壁地層孔隙內(nèi)的液體。地層水：地層孔隙內(nèi)的水。溶液的礦化度：溶液含鹽的濃度。溶質(zhì)重量與溶液重量之比。離子擴(kuò)散：兩種不同濃度的鹽溶液接觸時(shí)，在滲透壓的作用下高濃度溶液中的離子，穿過滲透性隔膜遷移到低濃度溶液中的現(xiàn)象。第五頁，共56頁。一、擴(kuò)散電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理泥漿和地層水的礦化度不同；井壁地層具有滲透性；正、負(fù)離子的遷移速率不同。氯離子遷移速度大于鈉離子的遷移速度。半透膜第六頁，共56頁。一、擴(kuò)散電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理擴(kuò)散電動(dòng)勢可由Nernst方程計(jì)算：在砂泥巖剖面井中的純砂巖段，在井壁附近產(chǎn)生的擴(kuò)散電動(dòng)勢可表示為：第七頁，共56頁。二、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理泥漿和地層水的礦化度不同；井壁地層具有一定的滲透性；地層顆粒對(duì)不同極性的離子具有不同的吸附性。泥質(zhì)選擇吸附負(fù)離子。泥巖擋板第八頁，共56頁。二、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢產(chǎn)生的機(jī)理組成泥巖的粘土，其結(jié)晶構(gòu)造和化學(xué)性質(zhì)只允許陽離子通過泥巖擴(kuò)散，而吸附帶負(fù)電的陰離子，這樣，當(dāng)Cw大于Cmf時(shí)，對(duì)著泥巖的井眼中建立了正電位。當(dāng)泥漿濾液和地層水礦化度都較低時(shí)，上式可寫為：第九頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井及曲線特點(diǎn)rtrshrm第十頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井及曲線特點(diǎn)測井時(shí)，將測量電極N放在地面，用電纜將M電極放置井下，提升M電極，沿井軸測量自然電位隨井深的變化曲線，即為自然電位曲線。常稱SP曲線。實(shí)際測井時(shí)與電阻率同時(shí)測量，用電極系中的M電極即可。第十一頁，共56頁。第十二頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井

及曲線特征泥巖基線：均質(zhì)、巨厚的泥巖地層對(duì)應(yīng)的自然電位曲線。最大靜自然電位SSP：均質(zhì)、巨厚的完全含水的純砂巖層的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)的差。比例尺：SP曲線的圖頭上標(biāo)有的線性比例尺。用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線的自然電位差。第十三頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井

及曲線特征異常：指相對(duì)泥巖基線而言，滲透性地層的SP曲線的位置。負(fù)異常：在砂泥巖剖面井中，當(dāng)井內(nèi)為淡水泥漿（Cw>Cmf）時(shí)，滲透性地層的SP曲線位于泥巖基線的左側(cè)；正異常：在砂泥巖剖面井中，當(dāng)井內(nèi)為鹽水泥漿（Cw<Cmf）時(shí)，滲透性地層的SP曲線位于泥巖基線的右側(cè)。第十四頁，共56頁。第十五頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井及曲線特征理論上：在砂巖層為有限厚時(shí)，ΔUsp定義為自然電流Ｉ在井內(nèi)泥漿等效電阻rm上的電位降，即ΔUsp=Ｉ.rm其中，Ｉ為自然電流,可由閉合回路的歐姆定律求得第十六頁，共56頁。第二節(jié)自然電位測井及曲線特征曲線形態(tài)：曲線關(guān)于地層中點(diǎn)對(duì)稱；厚地層（h>4d）的SP曲線幅度近似等于地層的實(shí)際值，半幅點(diǎn)對(duì)應(yīng)地層界面；隨地層變薄，曲線讀數(shù)受圍巖影響增加，幅度降低，半幅點(diǎn)向圍巖方向移動(dòng)。第十七頁，共56頁。泥巖基線負(fù)異常正異常。第十八頁，共56頁。自然電位正異常第十九頁，共56頁。第三節(jié)自然電位測井的影響因素地層水和泥漿濾液中含鹽濃度的比值地層水和泥漿濾液含鹽濃度的差異，是產(chǎn)生擴(kuò)散電動(dòng)勢及擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢的基本原因。差異越大，Ed和Eda越大，產(chǎn)生的電場越強(qiáng)，測井值高。比值大于1，在滲透層段出現(xiàn)負(fù)異常；比值小于1，在滲透層出現(xiàn)正異常。第二十頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素巖性隨地層泥質(zhì)含量的增加，SP曲線異常幅度降低。第二十一頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素地層溫度由于Kd及Kda與絕對(duì)溫度成正比，因此地層溫度的高低將會(huì)影響Kd及Kda大小，進(jìn)而影響Ed及Eda的大小。第二十二頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素地層水及泥漿濾液中含鹽性質(zhì)地層水及泥漿濾液所含鹽分不同，則溶液中所含離子不同，不同離子的離子價(jià)及遷移速率不同，這將影響Kd及Kda的大小。第二十三頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素地層的導(dǎo)電性地層導(dǎo)電性差，測量回路的電流小，在井內(nèi)泥漿柱上產(chǎn)生的壓差小，測量值低。ΔUsp=Ｉ.rm第二十四頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素地層厚度地層厚度減小，圍巖影響增加，測量值與實(shí)際值的差距加大。第二十五頁，共56頁。三、自然電位測井的影響因素井徑擴(kuò)大和侵入的影響井徑擴(kuò)大，造成泥漿柱的電阻減小，壓差降低；泥漿侵入，使地層水和泥漿濾液的接觸面向地層內(nèi)部推移，M的電位降低。第二十六頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用1.劃分滲透層：淡水泥漿鉆井時(shí)，在砂巖滲透層處，SP曲線出現(xiàn)負(fù)異常，對(duì)厚度較大（h>4d)的地層，可用曲線半幅點(diǎn)確定地層界面。含泥質(zhì)的砂巖，隨泥質(zhì)含量的增加SP異常幅度減小。一般，含水砂巖的自然電位異常幅度略大于含油砂巖的ΔUsp。對(duì)厚度較大的地層，曲線半幅點(diǎn)間的距離接近地層厚度，厚度越大，精度越高。第二十七頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用在砂泥巖剖面，自然電位測井曲線以均質(zhì)泥巖段的自然電位曲線為基線，出現(xiàn)異常的層段（偏離基線）均可認(rèn)為是滲透層段。在淡水泥漿井，滲透層段出現(xiàn)負(fù)異常；在鹽水泥漿井，滲透層段出現(xiàn)正異常。曲線異常幅度的大小，與地層厚度、孔隙流體性質(zhì)等有關(guān)。一般情況下，含水地層的異常值高于含油氣地層的異常值。對(duì)于較厚地層(h>4d)，可采用半幅點(diǎn)法確定地層厚度。第二十八頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用第二十九頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用二、確定地層泥質(zhì)含量泥質(zhì)：地層中細(xì)粉砂和濕粘土的混合物叫泥質(zhì)。泥質(zhì)含量：泥質(zhì)體積占地層體積的百分比。泥質(zhì)在地層中的存在的狀態(tài)：分散泥質(zhì)、層狀泥質(zhì)、結(jié)構(gòu)泥質(zhì)。用自然電位測井曲線確定泥質(zhì)含量的方法：圖版法和公式法兩種。第三十頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用圖版法確定泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量；確定泥質(zhì)地層的自然電位幅度；對(duì)其自然電位幅度進(jìn)行巖層厚度及孔隙流體性質(zhì)校正；繪制泥質(zhì)含量與自然電位幅度的關(guān)系曲線。第三十一頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用公式法根據(jù)泥質(zhì)地層的自然電位幅度與泥質(zhì)含量的關(guān)系，應(yīng)用下式計(jì)算地層的泥質(zhì)含量：其中：PSP為泥質(zhì)砂巖的自然電位幅度；SSP為本區(qū)含水純砂巖的靜自然電位。第三十二頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用三、確定地層水電阻率RW在評(píng)價(jià)油氣儲(chǔ)集層時(shí)，經(jīng)常要以巖層的孔隙度、含油飽和度等重要參數(shù)作為依據(jù)。在確定這些參數(shù)時(shí)，都需要地層水電阻率值，用自然電位測井資料確定地層水電阻率是常用的方法之一。用自然電位曲線確定RW的依據(jù)為：其中：Rmfe、Rwe——分別為泥漿濾液及地層水等效電阻率。其過程如下：第三十三頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定完全含水純地層的靜自然電位SSP；確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe；確定地層溫度其中：t0：地表溫度；dt：地溫梯度；h：地層深度。確定地層溫度下的泥漿電阻率Rm及泥漿濾液電阻率Rmf；Rmf=0.75Rm；確定Rmfe。確定地層水電阻率Rw；第三十四頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定完全含水純地層的靜自然電位SSP如果所選含水層相當(dāng)厚，無侵入，而且目的層與圍巖和泥漿的電阻率相差不大時(shí)，可以直接讀出該含水層的自然電位幅度值近似作為SSP使用。如果含水層不滿足上條件時(shí)，則必須對(duì)該層的自然電位值進(jìn)行厚度、電阻率和侵入情況的校正得到SSP。這項(xiàng)工作使用的工具是SP-3圖版（圖1-10）。第三十五頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用SP-3圖版是由12塊圖版組合成的復(fù)合圖版。其中左邊一列是在無侵入的條件下繪制的，右邊三列均為有侵入，且侵入帶直徑與井徑比值為5（di/d=5)的條件下繪制的。每塊圖版是在Rxo/Rt、Rs/Rm取不同數(shù)值時(shí)，所作的△Usp/SSP與h/d的關(guān)系曲線族，曲線號(hào)碼為Rt/Rm（無侵入）或Rxo/Rm（有侵入）。使用圖版時(shí)，首先按實(shí)際侵入情況及測井提供的Rs/Rm，Rxo/Rt值選出與之最接近的一塊圖版；然后用Rt/Rm值（或Rxo/Rm）值在選出的圖版中選擇一條曲線，在橫坐標(biāo)軸上找到目的層的h/d值，過該點(diǎn)作縱軸的平等線與選定曲線得一交點(diǎn)，該點(diǎn)的縱坐標(biāo)v就是所求校正系數(shù)，所以該水層的SSP=△Usp/v。第三十六頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe。為確定泥漿等效電阻率Rmfe必須知道地層溫度t和地層溫度下的泥漿電阻率，確定方法如下：確定地層溫度t，已知解釋目的層的深度后用“估計(jì)地層溫度圖版”確定地層溫度。首先用本地區(qū)的地溫梯度選擇一條曲線，然后在圖版的縱軸上找到目的層的深度點(diǎn)，過該點(diǎn)作一水平線與選出的那條曲線相交，過交點(diǎn)作橫軸的垂線與該地區(qū)年地表平均溫度的橫線相交，過此交點(diǎn)沿斜線下滑與圖版橫軸相交，該交點(diǎn)所示溫度即所求地層溫度值。第三十七頁，共56頁。第三十八頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe。確定地層溫度下泥漿電阻率首先在測井曲線圖頭上查出18度時(shí)的泥漿電阻率值，然后利用“NaCl溶液的電阻率與其濃度和溫度的關(guān)系圖版”求出地層溫度下泥漿電阻率。第三十九頁，共56頁。第四十頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe。確定泥漿濾液電阻率RmfRmf=0.75Rm也可以用“估計(jì)Rmf和Rmc圖版”確定Rmf值。第四十一頁，共56頁。第四十二頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe。確定Rmfe。第四十三頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用確定地層水電阻率Rw值先確定Rwe，用右圖確定。確定Rw值，用SP-2圖版。第四十四頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用四、判斷水淹層水淹層：含有注入水的油層，稱之為水淹層。SP測井曲線能夠反映油層水淹的現(xiàn)象：當(dāng)注入水與原地層水及鉆井液的礦化度互不相同時(shí)，與水淹層相鄰的泥巖層的基線出現(xiàn)偏移。偏移量的大小與水淹程度有關(guān)。

第四十五頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用油層頂部或底部水淹的水淹層在自然電位曲線上的特點(diǎn)：自然電位曲線的泥巖基線在該層的上部（頂部水淹）或下部（底部水淹）發(fā)生偏移。其主要原因是：注入水與原地層水的礦化度不同。偏移值的大小為：第四十六頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)資料表明：△ESP>8mv為高含水；5mv<△ESP<8mv為中含水；△ESP<5mv可能為低水淹或巖性變化所至。第四十七頁，共56頁。第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用第四十八頁，共56頁。50mv泥巖基線第四十九頁，共56頁。小結(jié)一、自然電位產(chǎn)生的機(jī)理：1、地層水礦化度（Cw）不同于鉆井液礦化度（Cm）；2、鹽溶液中的不同離子的遷移速度不同；3、地層的泥質(zhì)顆粒對(duì)不同性質(zhì)的離子具有不同的吸附性；4、井壁地層具有一定的滲透性。第五十頁，共56頁。小結(jié)二、自然電位曲線的特點(diǎn)：1、泥巖基線：均質(zhì)、巨厚的泥巖地層對(duì)應(yīng)的自然電位曲線。2、最大靜自然電位SSP：均質(zhì)、巨厚的完全含水的純砂巖層的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)的差。3、比例尺：SP曲線的圖頭上標(biāo)有的線性比例尺。用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線間的自然電位差。第五十一頁，共56頁。小結(jié)三、影響因素：１、Cw/Cmf；２