石油工程测井教学_1电法测井-11自然电位测井(1)

主讲教师：桑琴单位：资源与环境学院二0一一年十一月一、电法测井及其分类二、影响岩石电阻率的因素三、Archie公式四、井眼地层的划分五、高、低侵判别流体性质电法测井石油工程测井§1电法测井自然电位测井自然电场的产生SP曲线的特征SP曲线的影响因素SP曲线的应用12345石油工程测井§1电法测井SP是由井中自然电场产生的电位。1自然电位测井（SpontaneousPotentialLogging）1.1什么是自然电位测井？在钻井的过程中，钻井液（泥浆滤液）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。石油工程测井§1电法测井1.2SP测井的装置一个测量电极M,一个地面电极N,用电缆将MN与电位差计两端相连，测量MN间的电位差。石油工程测井§1电法测井1.3SP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。由于固定在地面上的N电极的电位是一个恒定值，因此，当M电极在井内移动时，所测得的M、N之间的电位差的变化，即自然电位曲线，就反映了井内某种电位值沿井身的变化情况。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某一点的固定电位值之差，而不是井中自然电位的绝对数值。石油工程测井§1电法测井2自然电场的产生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。实践研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有多种，包括扩散电动势（Ed）、扩散吸附电动势（Eda）、过滤电动势、氧化还原电动势等。在沉积岩地区的油气井中，主要遇到的是前三种，而且常常以前两种占绝对优势。石油工程测井§1电法测井矿化度：溶液中所含有的各种离子的浓度。地层水含有一定的矿物离子，主要是Mg+,Ca+Na+,K+,Cl-,HCO3-等等.孔隙流体——地层水、石油、天然气泥浆中含有一定的矿物离子（Na＋，Cl－）淡水泥浆和盐水泥浆水基泥浆和油基泥浆钻井液——泥浆，有不同类型：或石油工程测井§1电法测井由于钻井液（泥浆）和孔隙流体（地层水、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。电化学作用：产生扩散——扩散吸附作用。石油工程测井§1电法测井SP是怎样产生的？介质：钻井液地层孔隙流体机理：扩散－扩散吸附作用结果：产生了电动势，造成自然电场1.扩散电动势（Ed）2.扩散吸附电动势（Eda）石油工程测井§1电法测井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）。假定：砂泥岩剖面，淡水泥浆井，即CmfCw，其中的盐类均为NaCL在砂泥岩地层中扩散有两条路径：①通过砂岩直接向泥浆中扩散；②通过砂岩周围的泥岩向泥浆中扩散。石油工程测井§1电法测井1.纯砂岩扩散电动势（Ed）——孔隙流体与钻井液(泥浆)之间的直接扩散。不同离子扩散的速度不同，研究表明Na＋的移动速度小于Cl－的移动速度，即VNa＋VCL-。结果形成高浓度一方为正，低浓度一方为负，如图所示：低浓度→氯离子富集高浓度→钠离子富集石油工程测井§1电法测井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）石油工程测井§1电法测井泥岩砂岩泥岩CwCmf石油工程测井§1电法测井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。吸附是指泥岩的颗粒表面吸附的矿物离子。吸附：泥岩的特殊性质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）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）石油工程测井§1电法测井因同性相斥、异性相吸，泥岩中有补偿阳离子存在,VCl-不能离开，结果形成高浓度一方为负，低浓度一方为正。石油工程测井§1电法测井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Kda(扩散吸附电动势系数)0,所以Eda0.2.3lglglgwwdadamfmfmfdawCCRTEKICCRKCFRw石油工程测井§1电法测井泥岩砂岩泥岩CwCmf石油工程测井§1电法测井3泥质砂岩的扩散电动势（Ed）☞当泥质砂岩的泥质含量较大时，Qv大，vu，低浓度一方为正，高浓度一方为负，具有纯泥岩的性质；☞当泥质砂岩的泥质含量较小时，Qv小，vu，低浓度一方为负，高浓度一方为正，具有纯砂岩的性质；石油工程测井§1电法测井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?请同学们自己考虑！石油工程测井§1电法测井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很大的情况下才不被忽略，但通常情况下都可以不考虑该电动势(忽略不计）。mfffREAp石油工程测井§1电法测井砂岩与泥岩的自然电位分布假设CmfCw自然电流的等效电路（P7图1-2）井内总的自然电动势：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（用Es表示）为该三电动势的代数和。sdfdsEEEEda石油工程测井§1电法测井spmshitEsIrrrrsdfdsshmitSPEEEErrrrI石油工程测井§1电法测井静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电动势用SSP来表示。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。石油工程测井§1电法测井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。spspmmmshitSSPVIrrrrrrSPmshmitVrSSPrrrr石油工程测井§1电法测井对厚层，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。tmshmimrrrrrr,,SPVSSP石油工程测井§1电法测井测量时N电极固定在地面,但VN≠0，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曲线的泥岩基线石油工程测井§1电法测井SP曲线负异常：当CWCmf时，SP由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低。石油工程测井§1电法测井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。石油工程测井§1电法测井☞非渗透性地层（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；6SP曲线的特征☞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。石油工程测井§1电法测井☞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；6.SP曲线的特征☞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。☞当井径扩大和侵入严重，自然电位幅度逐渐下降。石油工程测井§1电法测井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。7.SP曲线的影响因素Es=f（Cw、Cmf、T、Vsh、Rt、盐类有关）spspmmmshitSSPVIrrrrrrEs石油工程测井§1电法测井因素1：地层水和泥浆中含盐浓度比值淡水泥浆（CwCmf即RwRmf)，砂岩（渗透层）SP（△VSP）负异常；盐水泥浆（CwCmf即RwRmf)，砂岩（渗透层）SP（△VSP）正异常；Cw=Cmf，自然电位无异常。Cw与Cmf的差异越大，则△Vsp异常幅度也越大石油工程测井§1电法测井石油工程测井§1电法测井因素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。石油工程测井§1电法测井石油工程测井§1电法测井因素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石油工程测井§1电法测井因素6.地层厚度h的影响h增大,则△Vsp增大并趋近于SSP；ΔVSP随厚度的减薄而减小，（薄层的△Vsp≪SSP）因素7.井径扩径和侵入影响:曲线号码h/dd石油工程测井§1电法测井井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小，ΔVSP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石油工程测井§1电法测井8.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（CwCmf即RwRmf)砂岩SP正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）石油工程测井§1电法测井石油工程测井§1电法测井应用2：划分渗透层及层界面；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。自然电位理论曲线石油工程测井§1电法测井石油工程测井§1电法测井砂泥岩剖面中泥质含量增加，负异常幅度变低。渗透层(砂岩)越纯，负异常越大；RwRmf时，以泥岩为基线，渗透层会出现负异常；石油工程测井§1电法测井应用3：估算泥质含量；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：SSPSPSSPSSPSPVsh1石油工程测井§1电法测井应用4：计算地层水的电阻率Rw；wemfemfwRRKCCKSSPlglg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。石油工程测井§1电法测井确定含水纯岩石静自然电位（SSP）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。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。应用4：计算地层水的电阻率Rw；(步骤)石油工程测井§1电法测井wemfemfwRRKCCKSSPlglg计算自然电位系数（K）计算比值（Rmfe/Rwe）确定地层温度下的地层水电阻率（Rw）确定含水纯岩石静自然电位（SSP）石油工程测井§1电法测井应用5：判断油气水层和水淹层；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；在油田开发中，常采用注水