石油工程測井教學(xué)電法測井自然電位測井

主講教師：桑琴

單位：資源與環(huán)境學(xué)院石油工程測井二0一一年十一月一、電法測井及其分類二、影響巖石電阻率的因素三、Archie公式四、井眼地層的劃分五、高、低侵判別流體性質(zhì)電法測井自然電位測井自然電場的產(chǎn)生SP曲線的特征SP曲線的影響因素SP曲線的應(yīng)用12345

SP是由井中自然電場產(chǎn)生的電位。1自然電位測井（SpontaneousPotentialLogging）1.1什么是自然電位測井？在鉆井的過程中，鉆井液（泥漿濾液）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(dòng)勢，測量這種電位差的測井方法就是SP測井。1.2SP測井的裝置一個(gè)測量電極M,一個(gè)地面電極N,用電纜將MN與電位差計(jì)兩端相連，測量MN間的電位差。1.3SP曲線的測量原理★

將一個(gè)電極M放入井中，另一個(gè)電極N放在地面上接地，在不存在任何人工電場的情況下，用測量電位差的儀器測量M電極相對于N電極之間的電位差，便可以進(jìn)行自然電位測井。

由于固定在地面上的N電極的電位是一個(gè)恒定值，因此，當(dāng)M電極在井內(nèi)移動(dòng)時(shí)，所測得的M、N之間的電位差的變化，即自然電位曲線，就反映了井內(nèi)某種電位值沿井身的變化情況。顯然，自然電位測井測的是相對電位值，即井內(nèi)不同深度上的自然電位與地面上某一點(diǎn)的固定電位值之差，而不是井中自然電位的絕對數(shù)值。2自然電場的產(chǎn)生

井內(nèi)有自然存在的電位變化，說明井內(nèi)有自然電流流動(dòng)、必然有自然產(chǎn)生的電動(dòng)勢。實(shí)踐研究表明，能產(chǎn)生一定電位值的自然電動(dòng)勢有多種，包括擴(kuò)散電動(dòng)勢（Ed

）

、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢（Eda

）

、過濾電動(dòng)勢、氧化還原電動(dòng)勢等。在沉積巖地區(qū)的油氣井中，主要遇到的是前三種，而且常常以前兩種占絕對優(yōu)勢。礦化度：溶液中所含有的各種離子的濃度。地層水含有一定的礦物離子，主要是Mg+,Ca+Na+,K+,Cl-,HCO3-

等等.孔隙流體——地層水、石油、天然氣泥漿中含有一定的礦物離子（Na＋，Cl－）淡水泥漿和鹽水泥漿水基泥漿和油基泥漿鉆井液——泥漿，有不同類型：或由于鉆井液（泥漿）和孔隙流體（地層水、油、氣）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產(chǎn)生電化學(xué)作用，產(chǎn)生電動(dòng)勢造成自然電場。電化學(xué)作用：產(chǎn)生擴(kuò)散——擴(kuò)散吸附作用。SP是怎樣產(chǎn)生的？介質(zhì)：鉆井液地層孔隙流體機(jī)理：擴(kuò)散－擴(kuò)散吸附作用結(jié)果：產(chǎn)生了電動(dòng)勢，造成自然電場1.擴(kuò)散電動(dòng)勢（Ed）2.擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢（Eda

）當(dāng)兩種不同濃度的溶液相接觸時(shí)，高濃度溶液中的離子向低濃度一方移動(dòng)（擴(kuò)散現(xiàn)象）。假定：砂泥巖剖面，淡水泥漿井，即Cmf<Cw，其中的鹽類均為NaCL在砂泥巖地層中擴(kuò)散有兩條路徑：①通過砂巖直接向泥漿中擴(kuò)散；②通過砂巖周圍的泥巖向泥漿中擴(kuò)散。1.純砂巖擴(kuò)散電動(dòng)勢（Ed）——孔隙流體與鉆井液(泥漿)之間的直接擴(kuò)散。不同離子擴(kuò)散的速度不同，研究表明Na＋的移動(dòng)速度小于Cl－的移動(dòng)速度，即VNa＋<VCL-。結(jié)果形成高濃度一方為正，低濃度一方為負(fù)，如圖所示：Cmf<Cw低濃度→氯離子富集高濃度→鈉離子富集

Ed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)散速度的差異。1.純砂巖擴(kuò)散電動(dòng)勢（Ed）泥巖砂巖泥巖Cw>Cmf2.純泥巖的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢（Eda）——孔隙流體通過泥巖與鉆井液(泥漿)之間的擴(kuò)散。吸附是指泥巖的顆粒表面吸附的礦物離子。吸附：泥巖的特殊性質(zhì)泥巖顆粒由含硅或鋁的晶體組成。由于晶格中的硅或鋁離子被低價(jià)（鈉）離子所取代，泥巖顆粒表面帶負(fù)電。為達(dá)到平衡，必須吸附正離子——平衡離子（補(bǔ)償陽離子）因同身性相寧斥、返異性雁相吸拋，泥桃?guī)r中舟有補(bǔ)趙償陽西離子羽存在,VCl-不能替離開果，結(jié)果分形成妻高濃吹度一科方為詢負(fù)，喉低濃微度一丟方為賤正。Cmf<Cw2.純泥基巖的栗擴(kuò)散吸附電動(dòng)獻(xiàn)勢（Ed畫a）設(shè)純禾泥巖李單位摘孔隙菌體積績的補(bǔ)然償陽捧離子星濃度QV=∞，則沸認(rèn)為VCl-=捧0因Kda(擴(kuò)散譯吸附容電動(dòng)繪勢系遼數(shù))>谷0,所以Eda>0FRw泥巖砂巖泥巖Cw>Cmf3泥質(zhì)喬砂巖幻玉的擴(kuò)陜散電懸動(dòng)勢?。‥d）當(dāng)泥奧質(zhì)砂滴巖的蛋泥質(zhì)余含量樸較大戶時(shí)，Qv大，v<趟u，低己濃度鐮一方城為正角，高宇濃度誕一方筒為負(fù)析，具聞?dòng)屑兏鄮r秧的性援質(zhì)；當(dāng)泥女質(zhì)砂牲巖的石泥質(zhì)巧含量吉較小債時(shí)，Qv小，v>劑u，低俗濃度地一方衡為負(fù)踏，高宿濃度患一方婆為正魂，具和有純放砂巖融的性燥質(zhì)；產(chǎn)生占以上胖結(jié)果補(bǔ)都是釀在Cw>Cm遺f的情艙況下益討論取的，那么Cw<Cm押f結(jié)果撈又會鏟怎樣老呢?請同督學(xué)們榮自己怪考慮高！4動(dòng)電蛙學(xué)電甩動(dòng)勢——過濾益電動(dòng)椒勢（Ef）過濾疲電動(dòng)碰勢（Ef），至它是城在壓喚力作參用下拳，泥絡(luò)漿濾針液向距地層娘中滲隨入時(shí)聞產(chǎn)生蒜的，鳥只有耍在壓穴差?P很大她的情涂況下辣才不腹被忽接略，衡但通康常情竊況下余都可熱以不傘考慮秋該電鉗動(dòng)勢(忽略學(xué)不計(jì)含）。砂巖望與泥謙巖的隆自然擠電位辛分布假設(shè)Cmf<Cw自然鞏電流的等碗效電鄉(xiāng)豐路（P7圖1-鏡2）井內(nèi)察總的索自然芽電動(dòng)勻勢：在由饒砂巖挨，泥魂巖，揮泥漿觀所組徒成的方導(dǎo)電方回路羨中，輪電動(dòng)辣勢是夢呈串籃聯(lián)的擊。因碰此，椅在該私回路據(jù)中由格于擴(kuò)必散作植用形淋成的面總電上動(dòng)勢注（用Es表示超）為邀該三拌電動(dòng)增勢的份代數(shù)周和。da靜自求然電印位：純劈燕砂巖色與純掠泥巖湯交界宗面處償?shù)目傫{電化點(diǎn)學(xué)電拜動(dòng)勢閱用SS沃P來表傻示。假靜婦自然姻電位懸：泥質(zhì)孕砂巖潤和純顆泥巖臭的總?cè)坞妱?dòng)過勢稱薯為假揚(yáng)靜自乒然電或位。姻符號路用PS呢P來表片示，月反映華了泥柴質(zhì)的畏多少邁，總雄有SS規(guī)P>賺PS零P。自然鼓電位千的幅賤度異泡?！鱒SP：自然嬌電流鞠在井轟中泥純漿柱撓上產(chǎn)研生的忘電壓授降。對厚育層，倡砂巖沿和泥怨巖的他截面棄積比芝井的團(tuán)截面裙積大浴得多蛇，所消以疾。仁因此盤，在饒實(shí)測籃自然諒電位江曲線虛上，遵以泥貪巖為榮基線翻，則蛾厚層刻砂巖材有：巨厚墾純砂貢巖對悔應(yīng)的節(jié)自然棕電位沙幅度蛇將等弱于靜削自然撒電位SS穗P；而悶薄層表，將北比SS貧P小得鋼多。測量沖時(shí)N電極斜固定秀在地燥面,但VN≠0，因牲此SP曲線儀沒有“0”刻度菌，而擔(dān)是用貪帶正鳥負(fù)號放的比窯例尺畏來表斃示，耽為了駁讀數(shù)絹方便監(jiān)，選麻泥巖堂的SP作為略基線器，在蔥一個(gè)希地區(qū)鼻它是蔑穩(wěn)定蘇的，厘且是始一條絹直線芒。SP曲線頃的泥巷巖基憶線SP曲線方負(fù)異辣常：當(dāng)CW>Cmf時(shí)，SP由泥掛巖的植正電燦位向斃砂巖麗的負(fù)框電位汁降低部。SP曲線眉正異撕常：當(dāng)CW<Cmf時(shí)，SP由泥圖巖的為負(fù)電工位向截砂巖桿的正業(yè)電位仗升高茶。非滲葉透性閘地層攀（泥跪頁巖扔）對欲應(yīng)的鵝自然茶電位帶測量轎曲線來為基啊線；濁相對蕩于泥束頁巖母基線誦，當(dāng)Cw>Cmf,基線怠處于元正電嘴位，許滲透興性砂截巖呈相負(fù)異匹常；藝相反廚（Cw<Cmf）則擊基線俱處于繞負(fù)電眉位，顆滲透揉性砂絕巖呈辰正異都常；茶異常培幅度肅與粘青土含水量成少反比部，Rmf/Rw成正梁比。Cw=Cm頂f，不舊產(chǎn)生SP；6船S蔽P曲線錘的特建征SP幅度須（△SP）隨醬地層虛厚度子的增得大而掌增大媽并趨禍近于槐靜自仔然電調(diào)位；攤隨著蹈地層裁厚度修變小碎，也俯隨之視變小械，且營曲線凈頂部至變尖怒而根敗部變伏寬。當(dāng)砂勤巖儲陜集層紗上、椅下圍存巖很逐厚且燙巖性淚相同某時(shí)，泥自然混電位艷曲線罵將對緣瑞稱于渣地層含中部呈，并屬在地音層中琴部取總得自橡然電俗位最禁大值璃；6.握S敘P曲線寨的特娘征隨著謎地層劑中含帆油氣互飽和裕度（So，Sg）增筑加，歪地層灘電阻羽率（Rt）增燙高，上自然弟電位屬（SP）曲腹線幅括度逐搜漸下拒降。當(dāng)井野徑擴(kuò)姑大和糊侵入刻嚴(yán)重群，自辯然電受位幅悲度逐鵝漸下辜降。自然申電位筑的幅破度異峰常△VSP：自然豎電流鏈在井獵中泥毅漿柱蒸上產(chǎn)陜生的號電壓登降。董以泥埋巖為胡基線煤，滲跪透層筐偏移不基線工的幅蛾度值其。7.持S也P曲線畫的影敗響因葵素Es怕=f（Cw、Cm接f、T、Vs荒h、Rt、鹽熔類有收關(guān)）Es因素1：地段層水犧和泥盛漿中絕含鹽于濃度集比值淡水塊泥漿箏（Cw>Cmf即Rw<Rmf)，砂嚷巖（計(jì)滲透墊層）SP（△VSP）負(fù)地異常秤；鹽水蔑泥漿井（Cw<Cmf即Rw>Rmf)，砂臺巖（般滲透禾層）SP（△VSP）正爪異常螺；Cw=Cmf，自棵然電授位無勒異常決。Cw與Cmf的差節(jié)異越監(jiān)大，魂則△Vsp異常喪幅度利也越爸大因素2.巖性自然齒電位兄幅度毯隨泥懶質(zhì)的雀增加述而降姓低。自涌然電殊位是戰(zhàn)一種拘以泥堤巖為著背景社來顯率示儲歐集層瘡性質(zhì)蒙的測已井方剝法，SP大小鑼不只績與儲仆集層良性質(zhì)泊有關(guān)黨，而史且與益相鄰敘泥巖接的性慶質(zhì)有再關(guān)來勝表示手。因核此，半這種法方法覺只能潮用于帖儲集土層與膏泥巖口交替素出現(xiàn)棟的巖章性剖鼻面，湊即最緞常見踢的砂泥嚴(yán)巖剖站面。這種灶方法柳不能雹用于收巨厚濁的碳鏟酸鹽影巖剖團(tuán)面，漿因?yàn)閯偹鼪]額有或懸很少想有泥吸巖，嘩裂縫筍較發(fā)景育的厘儲集殼層以涼致密雨碳酸損鹽巖號為圍濱巖，伐許多鋤儲層辟要通反過遠(yuǎn)往處的辣泥巖罰才能鞠形成餃自然羞電流饒回路儀，因早而在比相鄰司泥巖矛間形壯成巨覺厚的典大片SP異常裁，不悄能用暈來劃騾分和梅研究扒儲集凍層。因素5.地層買電阻歷率的怠影響當(dāng)ri、rt增大弓，則I降低沫、△Vs或p降低喂。所以碌在相彎同條充件下,油層扣的△Vsp<水層襯的△Vsp因素6.地層促厚度h的影紋響h增大,則△Vsp增大伯并趨本近于SS浴P；ΔVSP隨厚壓度的塘減薄爬而減傭小，搜（薄抵層的鹽△Vsp?S稍SP）因素7.井徑紙擴(kuò)徑璃和侵依入影德響:曲線號碼h/dd井徑火擴(kuò)大耐使井司的截蛇面加濕大，析自然賽電流致在井癥內(nèi)的裝電位稅降變敞小，ΔVSP降低溫；泥桂漿侵先入相搏當(dāng)于歸擴(kuò)徑乏影響武。因素7.井徑狐和侵逼入帶蠅直徑惰的影說響8.石S濃P曲線壯的應(yīng)禾用應(yīng)用1：砂莫泥巖欠剖面綱判斷僅巖性淡水需泥漿鞭（Cw>Cmf即Rw<Rm丙f)砂巖SP負(fù)異捕常；展泥巖題段SP線為弓基線兩（正造電位罪）鹽水柏泥漿爬（Cw<Cm輕f即Rw>Rm泰f)砂巖SP正異阻常；撈泥巖之段SP曲線陷基線寧（負(fù)敏電位涌）應(yīng)用2：劃癢分滲蛾透層題及層貿(mào)界面婚；SP曲線甚上一問切偏離竿泥巖導(dǎo)基線的明顯憐異常是孔隙挨性和鈴滲透絨性較趨好的蒸儲集越層的妥標(biāo)志。對于巖性炮均勻段、厚攔度較傷大、界呀面清器楚（雖如泥掏巖與丙砂巖暗的突描變界品面）般的儲島集層來，通陷常用SP異常指幅度偶的半幅殼點(diǎn)（泥壤巖基倡線算余起1/釘2幅度臉處）尚確定較儲集付層界句面。愧如果洋儲集流層厚丸度較聰小，SP異常約較小困，半被幅點(diǎn)犧厚度歉將大饑于實(shí)碧際厚障度，美應(yīng)參妹考其達(dá)他曲舍線確押定界塌面。自然電位理論曲線砂泥職巖剖邪面中泥質(zhì)含量增加，負(fù)異常幅度變低。滲透層(砂巖)越純，負(fù)異常越大；Rw<Rmf時(shí)，以泥巖為基線，滲透層會出現(xiàn)負(fù)異常；應(yīng)用3：估宰算泥與質(zhì)含板量；碎屑債巖泥鄰質(zhì)含嚷量增校加，鄉(xiāng)豐將使焦其自佩然電脊動(dòng)勢每減小另，從垮而使SP幅度催減小秩。因撞此，架以完全秒含水、厚度鉗足夠眼大的嚇?biāo)畬拥撵o橋自然釣電位SS衡P為標(biāo)歇準(zhǔn)，漲某地旅層SP與SS悠P的差用別將揀與地渴層泥咐質(zhì)含悔量有蔬關(guān)。竭通常緒把泥從質(zhì)含仙量表削示為攜：應(yīng)用4：計(jì)秘算地桌層水串的電淡阻率Rw；在評迷價(jià)儲妄油層本時(shí)，畜常要活計(jì)算迅巖層吸孔隙誤度、絹含油汁飽和蘆度等罷重要顛參數(shù)另，在平確定暫這些括參數(shù)垃時(shí)都缸需要Rw，用SP曲線為幅度表值求Rw是最序常用膝的方蟲法之頂一。確定脫含水土純巖脊石靜自袍然電敞位（SS技P）在地督層水漆含鹽狗量或Rw基本冊相同圖的解糞釋井閉段內(nèi)腿，選陣擇巖性芳純（不伐含泥濾質(zhì)或Vsh很小與），厚度置較大，深夕探測元電阻蹦率低胸，SP異常吐幅度煉最大做，各防種資阻料證愛明不爛含油倘氣的北地層掛為完慈全含河水的北純水撐層，費(fèi)通常鮮稱為標(biāo)準(zhǔn)稅水層。其SP異常示幅度脆就是鄙該層竹的靜答自然肉電位SS鹿P。讀數(shù)時(shí)先躁畫出匪泥巖船基線魚，再重用圖抱上方廁的橫球向比穗例讀SP異常穴的大權(quán)小。應(yīng)用4：計(jì)寄算地模層水腎的電病阻率Rw；(步驟)計(jì)算招自然眉電位怒系數(shù)渣（K）計(jì)算孕比值慨（Rmf厭e/隔Rwe）確定嗽地層凱溫度吉下的碎地層供水電蘆阻率噴（Rw）確定價(jià)含水攀純巖勝石靜自般然電讓位（SS妥P）應(yīng)用5：判閘斷油博氣水顆層和奸水淹奧層；SP異常橫可幫張助區(qū)揉分油鳳氣水閱層，但不烏是主塑要依飾據(jù)。一追般說蜓來，