自然電位測井

1、1 1、說明影響、說明影響巖石電阻率大小的主要因素巖石電阻率大小的主要因素和影和影 響電阻率響電阻率測量讀數(shù)的因素測量讀數(shù)的因素；寫出；寫出ArchieArchie公式，公式， 注意標(biāo)明各參數(shù)物理含義。注意標(biāo)明各參數(shù)物理含義。 2 2、根據(jù)、根據(jù)ArchieArchie公式回答：公式回答：油層油層的電阻率有一的電阻率有一 個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)嗎？為什么？個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)嗎？為什么？ 3 3、若普通電阻率電極系為、若普通電阻率電極系為AMNAMN，A A為供點(diǎn)為供點(diǎn) 電極，電極，MM、NN是測量電極，是測量電極，AM=1.0AM=1.0米，米， MN=2.0MN=2.0米，該電極系的記錄點(diǎn)與米，該電極系的記

2、錄點(diǎn)與A A的距離的距離 為為_；則該電極系是；則該電極系是 電極系？電極系？ 電極距電極距 ， 該電極系常數(shù)為該電極系常數(shù)為 。 第三章第三章 自然電位測井自然電位測井 第三章第三章 自然電位測井自然電位測井 （S Spontanneous pontanneous P Potential Logging )otential Logging ) 自然電位測井自然電位測井 自然電位與電阻率同時測量 1 1 井內(nèi)的自然電動勢井內(nèi)的自然電動勢 一、巖石孔隙水中一、巖石孔隙水中離子離子的分布的分布 1.1.離子雙電層離子雙電層 （1 1）地層水中鹽分子（主要是）地層水中鹽分子（主要是NaClNaCl）

3、充分離充分離 解，與極性水分子形成水合離子；解，與極性水分子形成水合離子； （2 2）巖石顆粒與水溶液接觸的表面巖石顆粒與水溶液接觸的表面帶有固定帶有固定 不動的不動的負(fù)電荷負(fù)電荷，粘土礦物中最顯著；，粘土礦物中最顯著； （3 3）帶負(fù)電的巖石表面）帶負(fù)電的巖石表面吸引極性水分子與吸引極性水分子與NaNa 離子離子的水合離子，形成離子雙電層。（內(nèi)層：的水合離子，形成離子雙電層。（內(nèi)層： 巖石表面負(fù)電荷；外層：吸附的陽離子）巖石表面負(fù)電荷；外層：吸附的陽離子） （5 5）雙電層是在巖石沉積、壓實(shí)和成巖過）雙電層是在巖石沉積、壓實(shí)和成巖過 程中形成的程中形成的 （4 4）吸附陽離子）吸附陽離子 吸

4、附層：吸附層：緊貼巖石表面，不能移動緊貼巖石表面，不能移動 擴(kuò)散層：擴(kuò)散層：吸附層之外陽離子，可正常移動 吸附層之外陽離子，可正常移動 泥巖：泥巖：表面負(fù)電荷多，雙電層外層的厚度很大，表面負(fù)電荷多，雙電層外層的厚度很大， 能夠移動的地層水在壓實(shí)過程中排出去，水全能夠移動的地層水在壓實(shí)過程中排出去，水全 是是束縛水束縛水 砂巖：砂巖：雙電層外層的厚度非常小雙電層外層的厚度非常小 2.2.陽離子交換陽離子交換 雙電層內(nèi)的陽離子或其水合離子相互交換雙電層內(nèi)的陽離子或其水合離子相互交換 位置，或與雙電層之外的陽離子及水合位置，或與雙電層之外的陽離子及水合離子離子 交換位置而移動交換位置而移動（等電量交

5、換），交換的難（等電量交換），交換的難 易程度取決于巖石表面對陽離子的靜電引力。易程度取決于巖石表面對陽離子的靜電引力。 平衡離子平衡離子：被吸附的正離子：被吸附的正離子 陽離子交換容量陽離子交換容量 Qv Qv：每單位孔隙體積中平衡：每單位孔隙體積中平衡 離子的毫克當(dāng)量數(shù)離子的毫克當(dāng)量數(shù)( (mmol/cm3) 3.3.雙水雙水 粘土束縛水：粘土束縛水： 雙電層以外，離顆粒表面較遠(yuǎn)的那部分雙電層以外，離顆粒表面較遠(yuǎn)的那部分 水，正負(fù)離子大體平衡，是正常性質(zhì)的水，正負(fù)離子大體平衡，是正常性質(zhì)的 地層水。地層水。 雙電層外層那部分水，主要含陽離子雙電層外層那部分水，主要含陽離子 遠(yuǎn)水：遠(yuǎn)水： 二

6、、儲集層的自然電動勢二、儲集層的自然電動勢 1.1.擴(kuò)散電動勢（含水?dāng)U散電動勢（含水純純巖石）巖石）Ed:Ed: CwCmf,CwCmf,且且NaClNaCl 分子全部電離，分子全部電離，巖巖 性純，無雙電層性純，無雙電層， 水是遠(yuǎn)水水是遠(yuǎn)水 1 1）離子從濃度）離子從濃度高的一方向濃度低高的一方向濃度低的一方擴(kuò)散的一方擴(kuò)散; ; 2) 2) ClCl- -的遷移率的遷移率NaNa+ +的遷移率的遷移率, ,使得泥漿一側(cè)使得泥漿一側(cè) 的的ClCl- -富集，地層水一側(cè)富集，地層水一側(cè)NaNa+ +富集，形成正負(fù)富集，形成正負(fù) 電荷的富集，在電荷的富集，在兩種溶液交界出產(chǎn)生電動勢兩種溶液交界出產(chǎn)

7、生電動勢; ; 3)3)電動勢電動勢使使ClCl- -遷移速度減慢，而遷移速度減慢，而NaNa+ +遷移速遷移速 度加快，使電荷度加快，使電荷富集速度減慢富集速度減慢; ; 4) 4) 到正負(fù)離子遷移到正負(fù)離子遷移速度相同速度相同時，時，電動勢不再增電動勢不再增 加加，達(dá)到動態(tài)平衡。此時的電動勢稱為擴(kuò)散電，達(dá)到動態(tài)平衡。此時的電動勢稱為擴(kuò)散電 動勢。動勢。 擴(kuò)散電動勢（含水?dāng)U散電動勢（含水純純巖石）形成過程巖石）形成過程 EdEd表達(dá)式：表達(dá)式： mf w d C C ZF RT ll ll Elg3 . 2 l l+ +正離子遷移率正離子遷移率, l, l- -負(fù)離子遷移率負(fù)離子遷移率 RR

8、氣態(tài)常數(shù)，氣態(tài)常數(shù)，TT絕對溫度絕對溫度 ZZ離子價，離子價，F(xiàn)F法拉第常數(shù)法拉第常數(shù) C Cmf mf 泥漿濾液濃度，泥漿濾液濃度，C CW W地層水濃度地層水濃度 ZF RT ll ll Kd 3 . 2 K Kd d 擴(kuò)散電動勢系數(shù)擴(kuò)散電動勢系數(shù) 溶質(zhì)化學(xué)成溶質(zhì)化學(xué)成 分分 正離子正離子 遷移率遷移率l+ m2S/mol 負(fù)離子負(fù)離子 遷移率遷移率l- m2.S/mol 溶液的擴(kuò)散溶液的擴(kuò)散 電動勢系數(shù)電動勢系數(shù) （mV） NaClNa+4.35Cl 6.5511.6 KClK+6.46Cl 6.550.4 CaCl2Ca2+5.16Cl 6.5519.6 MgCl2Mg2+4.50Cl

9、 6.5522.5 CaSO4Ca2+5.16SO42 6.797.9 MgSO4Mg2+4.50SO42 6.7911.7 CaCO3Ca2+5.16CO32 6.004.4 常見離子遷移率及電解質(zhì)溶液的常見離子遷移率及電解質(zhì)溶液的K Kd d值（值（1818時）時） 當(dāng)溶液濃度較低時當(dāng)溶液濃度較低時（R0.1R0.1m),m),電阻率與其電阻率與其 濃度成濃度成線性反比線性反比，上式可以寫成：，上式可以寫成： w mf dd R R KElg ZFll RTll Kd 3 . 2 K Kd d擴(kuò)散電動勢系數(shù)擴(kuò)散電動勢系數(shù), , 2525時，對于時，對于NaClNaCl溶液，溶液，K Kd=

10、 -11.6mvd= -11.6mv R Rmf mf 泥漿濾液電阻率泥漿濾液電阻率R RW W地層水電阻率地層水電阻率 2.2.擴(kuò)散擴(kuò)散- -吸附電動勢（泥質(zhì)巖石）吸附電動勢（泥質(zhì)巖石） 1 1）因?yàn)楹噘|(zhì)，所以在巖石顆粒表面形成雙）因?yàn)楹噘|(zhì)，所以在巖石顆粒表面形成雙 電層，巖石孔隙中有粘土水和遠(yuǎn)水電層，巖石孔隙中有粘土水和遠(yuǎn)水; ; 2 2）在濃度差的作用下發(fā)生擴(kuò)散（遠(yuǎn)水中的鈉）在濃度差的作用下發(fā)生擴(kuò)散（遠(yuǎn)水中的鈉 離子、氯離子；離子、氯離子；擴(kuò)散層中的鈉離子擴(kuò)散層中的鈉離子）, ,鈉離子鈉離子 的數(shù)量比純巖石情況下多的數(shù)量比純巖石情況下多; ; 3 3）使富集的電荷量比純巖石減少，產(chǎn)生

11、）使富集的電荷量比純巖石減少，產(chǎn)生電電 動勢變小動勢變小; ; 4 4）當(dāng)泥質(zhì)含量達(dá)到一定的程度，）當(dāng)泥質(zhì)含量達(dá)到一定的程度，電動勢反向電動勢反向; ; 5 5）泥質(zhì)巖石中的這種電動勢，即是）泥質(zhì)巖石中的這種電動勢，即是擴(kuò)散擴(kuò)散- -吸附吸附 電動勢。電動勢。 2.2.擴(kuò)散擴(kuò)散- -吸附電動勢（泥質(zhì)巖石）吸附電動勢（泥質(zhì)巖石） 3.3.過濾電動勢過濾電動勢 1) 1) 在泥漿與地層間的壓力差下在泥漿與地層間的壓力差下, ,泥漿中的泥漿中的 離子向地層中擴(kuò)散離子向地層中擴(kuò)散; ; 3) 3) 在低壓一側(cè)富集正電荷在低壓一側(cè)富集正電荷, ,高壓一側(cè)富集高壓一側(cè)富集 負(fù)電荷負(fù)電荷, ,形成過濾電動勢

12、形成過濾電動勢; ; 4) 4) 泥餅形成后便不再有過濾電動勢泥餅形成后便不再有過濾電動勢. . 2)2)帶動離子雙電層中擴(kuò)散層中的帶動離子雙電層中擴(kuò)散層中的正離子正離子向同向同 方向流動方向流動; ; mf R EAP 過濾電動勢表達(dá)式過濾電動勢表達(dá)式: : R Rmf mf 泥漿濾液電阻率，泥漿濾液電阻率，.m.m； 泥漿濾液的粘度，泥漿濾液的粘度，Pa.sPa.s； PP泥漿柱與地層之間的壓力差，泥漿柱與地層之間的壓力差，atmatm； A A 過濾電動勢系數(shù)，過濾電動勢系數(shù)，mVmV，滲透巖石，滲透巖石0.77mV0.77mV 4 A 是泥漿濾液的介電常數(shù)是泥漿濾液的介電常數(shù) 是與巖石

13、的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)是與巖石的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)的參數(shù) 三、三、純純泥巖的電動勢泥巖的電動勢EdaEda 砂巖中砂巖中NaNa+ +、ClCl- - 通通 過泥巖向井內(nèi)擴(kuò)散過泥巖向井內(nèi)擴(kuò)散; ; 泥巖孔隙中陽離子濃泥巖孔隙中陽離子濃 度高度高，它將排斥，它將排斥NaNa+; +; 使其擴(kuò)散到泥漿中，使其擴(kuò)散到泥漿中， 而而ClCl- - 被吸附，被吸附， 在在泥漿中形成泥漿中形成NaNa+ +富集富集, , 泥巖中泥巖中ClCl- -富集富集，達(dá)到平，達(dá)到平 衡時，電動勢為衡時，電動勢為EdaEda 1 1、形成、形成 2. 2. EdaEda表達(dá)式表達(dá)式 在在EdEd表達(dá)式中，令表達(dá)式中，

14、令l l- -=0=0 mf w da mf w da C C K C C ZF RT Elglg3 . 2 w mf da R R Klg ZF Rt K da 3 . 2 當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為2525時，對于時，對于 NaClNaCl溶液，溶液，K Kda da=59.1mv =59.1mv 2 SP2 SP曲線形態(tài)分析曲線形態(tài)分析 一、自然電位曲線的形成一、自然電位曲線的形成 1.1.在砂層形成在砂層形成 Ed Ed ， 泥巖層形成泥巖層形成EdaEda； 2.2.泥巖，砂巖，泥漿泥巖，砂巖，泥漿 都是導(dǎo)電介質(zhì)；都是導(dǎo)電介質(zhì)； 3.3.在砂層與泥巖交界在砂層與泥巖交界 處形成自然電流；處形成

15、自然電流； 4.4.井內(nèi)不同巖層處電井內(nèi)不同巖層處電 位的變化構(gòu)成全井自位的變化構(gòu)成全井自 然電位曲線。然電位曲線。 泥巖 泥巖 砂巖 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + da E da E d E - 25mv + 自然電位 二、儲層的自然電位二、儲層的自然電位異常異常 實(shí)測自然電位曲線實(shí)測自然電位曲線 l沒有絕對零點(diǎn)沒有絕對零點(diǎn) l有有帶極性的橫向比例尺帶極性的橫向比例尺 1.1.泥巖泥巖基線基線 2.2.儲層的儲層的異常異常: :偏離基線偏離基線的變化的變化

16、 負(fù)負(fù)異常異常:偏離基線向低電位一方偏離基線向低電位一方 正正異常異常:偏離基線向高電位一方偏離基線向高電位一方 異常幅度：偏離泥巖基線的異常幅度：偏離泥巖基線的 最大幅度，負(fù)異常為負(fù)值最大幅度，負(fù)異常為負(fù)值, , 正異常為正值正異常為正值 相鄰的泥巖自然電位曲線相鄰的泥巖自然電位曲線 構(gòu)成的直線段構(gòu)成的直線段 三、影響儲層自然電位異常的因素三、影響儲層自然電位異常的因素 等效電流：等效電流： shtm dad rrr EE I 儲層的儲層的 u usp sp=Ir =Irm m E Ed d-E-Eda da與儲層的 與儲層的 u usp sp符號一致： 符號一致： 當(dāng)當(dāng)CwCmfCwCmf

17、時時,Ed0;E,Ed0;Ed d-E-Eda da0, 0, 為負(fù)異常；反之為正異常為負(fù)異常；反之為正異常 1.1.靜自然電位（靜自然電位（SSPSSP） Cw/Cmf Cw/Cmf 的影響：的影響： mfw CC mf w daddad C C KKEESSPlg mfw CC mfw CC 負(fù)異常負(fù)異常 正異常正異常 無異常無異常 Cw - Cmf 異常幅度異常幅度 2.2.儲層厚度儲層厚度 h4mh4m，h h -r rt t - -I I - - u usp sp 3.3.儲層含油性和電阻率儲層含油性和電阻率 4.4.泥漿電阻率和井徑泥漿電阻率和井徑 RtRt -r rt t - u

18、 usp sp 鹽水泥漿鹽水泥漿（Rm0.1m), u usp sp 很小，不能用 很小，不能用； 擴(kuò)徑：擴(kuò)徑：rm - usp shtm dad rrr EE I 儲層的儲層的 u usp sp=Ir =Irm m 5.5.儲層泥質(zhì)含量的影響儲層泥質(zhì)含量的影響 V Vsh sh - -QvQv - usp 6.6.侵入帶直徑的影響侵入帶直徑的影響 d d -自然電流回路的路徑自然電流回路的路徑 -I I - - u usp sp 7. 7. 巖性剖面巖性剖面 碳酸鹽巖剖面碳酸鹽巖剖面, ,自然電位異常不能用來區(qū)分儲層自然電位異常不能用來區(qū)分儲層 四四. . SPSP曲線的特點(diǎn)曲線的特點(diǎn) 1.

19、1.曲線對地曲線對地 層中點(diǎn)對稱層中點(diǎn)對稱 2.2.曲線的半幅點(diǎn)曲線的半幅點(diǎn) 對應(yīng)地層界面對應(yīng)地層界面 3 3 SPSP曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用 適用于適用于砂泥巖剖面砂泥巖剖面、淡水泥漿的淡水泥漿的裸眼井裸眼井 一、定性解釋一、定性解釋 1.1.劃分儲層劃分儲層 特征：有異常特征：有異常 界面：半幅點(diǎn)界面：半幅點(diǎn) 2.2.判斷巖性：判斷巖性： 砂泥巖剖面砂泥巖剖面 偏離基線偏離基線: :含砂含砂 基線基線: :泥巖泥巖 二、估算泥質(zhì)含量二、估算泥質(zhì)含量 SSP SP SSP SPSSP Vsh 1 VshVsh地層的泥質(zhì)含量地層的泥質(zhì)含量 SPSP解釋層的自然電位異常解釋層的自然電位異常 SSP

20、SSP解釋井段的靜自然電位解釋井段的靜自然電位 三、確定地層水電阻率三、確定地層水電阻率 we mfe mf w R R K C C KSSPlglg mf w daddad C C KKEESSPlg 298/)(7 .70:KTKKK dad 令 273)()( 0 CTKT T(K)-T(K)-溶液的絕對溫度溶液的絕對溫度 R Rmfe mfe- -等效泥漿濾液電阻率等效泥漿濾液電阻率 R Rwe we - -等效地層水電阻率等效地層水電阻率 1.1.確定確定SSPSSP 在在一個解釋井段一個解釋井段內(nèi)，選一個內(nèi)，選一個標(biāo)準(zhǔn)水層標(biāo)準(zhǔn)水層，讀，讀 取其取其SPSP作為作為SSPSSP 標(biāo)準(zhǔn)

21、水層：標(biāo)準(zhǔn)水層：巖性純，厚度大，巖性純，厚度大，100%100%含水含水 2.2.計(jì)算自然電位系數(shù)計(jì)算自然電位系數(shù)K K 298/2737 .70TK 100/ 0 DGTT T -T -給定深度處的地層溫度給定深度處的地層溫度, ,C C T0-地表恒溫層平均溫度地表恒溫層平均溫度, ,C C G -G -地溫梯度地溫梯度, ,深度每增加深度每增加100m100m的的 溫度增量溫度增量, ,C/100mC/100m D-D-地層中部的深度地層中部的深度,m,m 3.3.計(jì)算比值計(jì)算比值 KSSP wemfe RR / 10 4.4.確定確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下標(biāo)準(zhǔn)溫度下的的等效泥漿濾液電阻率等效泥漿濾

22、液電阻率RmfeNRmfeN 我國標(biāo)準(zhǔn)溫度為我國標(biāo)準(zhǔn)溫度為1818o oC,C,美國為美國為2424o oC,C,現(xiàn)采用現(xiàn)采用2424o oC C （1 1）確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的）確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的泥漿電阻率泥漿電阻率RmNRmN 18 71.4/82.2NmCRmR 398 . 1 398 . 1 2 1 12 T T RR （2 2）確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的泥漿濾液電阻率）確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的泥漿濾液電阻率RmfNRmfN 07.1 mNmmfN RKR 斯侖貝謝公司有實(shí)驗(yàn)關(guān)系斯侖貝謝公司有實(shí)驗(yàn)關(guān)系 Km-Km-系數(shù)系數(shù), ,由泥漿比重確定由泥漿比重確定, ,泥漿比重由測井圖泥漿比重由測井圖 頭讀出頭讀出

23、(3)(3)確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的等效泥漿濾液電阻率等效泥漿濾液電阻率RmfeNRmfeN )77337/() 5146(:1 . 0 85. 0:1 . 0 mfNmfNmfeNmfN mfNmfeNmfN RRRmR RRmR wemfemfeNweN RRRR/ weNweNwNweN R wNweN RRRmR RmR weN 337146/577:12. 0 1058. 0:12. 0 24. 069. 0 5 .5 .確定確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下的等效地層水電阻率標(biāo)準(zhǔn)溫度下的等效地層水電阻率RweNRweN 6.6.確定確定標(biāo)準(zhǔn)溫度下標(biāo)準(zhǔn)溫度下的地層水電阻率的地層水電阻率RwNRw

24、N 7.7.確定確定地層溫度下地層溫度下的地層水電阻率的地層水電阻率RwRw 398 .1 82 T R R wN w 398.1 398.1 2 1 12 T T RR 8.8.確定地層水礦化度確定地層水礦化度C C 3.562lg(0.0123)/0.995NXRw x C10 四、判斷四、判斷水淹層水淹層 儲集層孔隙中有注入水存在則該儲集層叫水淹層儲集層孔隙中有注入水存在則該儲集層叫水淹層 基線偏移基線偏移 交界面交界面I I處的總電動勢處的總電動勢： mf W da mf W ddadI C C k C C kEEElglg 交界面交界面處的總電動勢：處的總電動勢： lglglg ww

25、 IIdddddd mfmf CCC EEEEKKK CCC 注界注注 注 交界面交界面處的總電動勢處的總電動勢 mf da mf ddadIII C C k C C kEEE 注注注注 lglg mf W da mf W ddadI C C k C C kEEElglg 其基線偏移量為：其基線偏移量為： 注注注 C C k C C k C C kEEE W da W dIIIIsp W lglglg (lglglglglglg) 0 IIdwmfwmf EKCCCCCC 注注 1.1.大慶油田某井有一含水砂巖層大慶油田某井有一含水砂巖層, ,地層中點(diǎn)深度地層中點(diǎn)深度 為為1200m1200m，地層厚度為，地層厚度為4m4m，測得