石油工程測井2_第1章電法測井-11自然電位測井

1、 主講教師：吳主講教師：吳 豐豐 單單 位位 ：資源與環(huán)境學(xué)院：資源與環(huán)境學(xué)院二零一二年十一月二零一二年十一月石石油油工工程程測測井井電法測井電法測井是指以研究巖石及其孔隙流體是指以研究巖石及其孔隙流體的的導(dǎo)電性導(dǎo)電性、電化學(xué)性電化學(xué)性及及介電性介電性為基礎(chǔ)的一為基礎(chǔ)的一大類測井方法。大類測井方法。1 1 什么是電法測井什么是電法測井? ?它包括以測量巖層它包括以測量巖層電化學(xué)特性電化學(xué)特性、導(dǎo)電特導(dǎo)電特性性和和介電特性介電特性為基礎(chǔ)的三小類測井方法。為基礎(chǔ)的三小類測井方法。石石油油工工程程測測井井2 2 巖層的電學(xué)性質(zhì)巖層的電學(xué)性質(zhì)巖層的電學(xué)特性包括：巖層的電學(xué)特性包括：電化學(xué)特性電化學(xué)特性

2、自然產(chǎn)生的電場，自然電位自然產(chǎn)生的電場，自然電位導(dǎo)電特性導(dǎo)電特性人工電源，電阻率（電導(dǎo)率）人工電源，電阻率（電導(dǎo)率）介電特性介電特性介電常數(shù)介電常數(shù)石石油油工工程程測測井井u巖層的電化學(xué)特性巖層的電化學(xué)特性：自然電位測井（自然電位測井（SPSP）u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（ETPETP）3 3 電法測井的分類電法測井的分類u巖層的導(dǎo)電特性巖層的導(dǎo)電特性：電阻率測井電阻率測井雙側(cè)向電阻率測井（雙側(cè)向電阻率測井（DLL）、陣列側(cè)向（）、陣列側(cè)向（HAL）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

3、井（ DIL ）、陣列感應(yīng)成像測井（）、陣列感應(yīng)成像測井（ HDIL、AIT）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 ）石石油油工工程程測測井井自然電位測井自然電位測井自然電場的產(chǎn)生自然電場的產(chǎn)生SP曲線的特征曲線的特征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12345石石油油工工程程測測井井 SP是由井中自然電場產(chǎn)生的電位。是由井中自然電場產(chǎn)生的電位。1 1自然電位測井自然電位測井（Spontaneous Potent

4、ial Logging）1.11.1 什么是自然電位測井？什么是自然電位測井？SPSP測井是以測井是以鉆井液鉆井液（泥漿濾液）與鉆穿（泥漿濾液）與鉆穿巖層巖層孔隙流體孔隙流體間的擴(kuò)散擴(kuò)散吸附現(xiàn)象為基礎(chǔ)的間的擴(kuò)散擴(kuò)散吸附現(xiàn)象為基礎(chǔ)的測量方法測量方法（它測量擴(kuò)散擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢在井中產(chǎn)生的（它測量擴(kuò)散擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢在井中產(chǎn)生的電位差）電位差）石石油油工工程程測測井井1.2 SP測井的裝置測井的裝置一個(gè)測量電極一個(gè)測量電極M,M,一個(gè)地面電極一個(gè)地面電極N,N,用用電纜將電纜將MNMN與與電位差計(jì)電位差計(jì)兩端相連，測量兩端相連，測量MNMN間的電位差。間的電位差。石石油油工工程程測測井井1.3 SP1

5、.3 SP曲線的測量原理曲線的測量原理 將一個(gè)電極將一個(gè)電極M放入井中，另一個(gè)電極放入井中，另一個(gè)電極N放在地面上接地，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 M電極相對于電極相對于N N電極之間的電位差，便可以進(jìn)行自然電位測井。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由于固定在地面上的N N電極的電位是一電極的電位是一個(gè)恒定值，因此，當(dāng)個(gè)恒定值，因此，當(dāng)M M電極在井內(nèi)移動(dòng)電極在井內(nèi)移動(dòng)時(shí)，所測得的時(shí)，所測得的M M、N N之間的電位差的變之間的電位差的變化，即自然電位曲線，就反映了井內(nèi)

6、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，某種電位值沿井身的變化情況。顯然，自然電位測井測的是自然電位測井測的是相對電位值相對電位值，即井內(nèi)不同深度上的自然電位與地面即井內(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。井中自然電位的絕對數(shù)值。石石油油工工程程測測井井礦化度：溶液中所含有的各種離子的濃度。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，主要是地層水含有一定的礦物離子，主要是MgMg+ +,Ca,Ca+ + NaNa+ +, K, K+ +, , ClCl- -, HCO,

7、 HCO3 3- - 等等等等. .孔隙流體孔隙流體地層水、石油、天然氣地層水、石油、天然氣 泥漿中含有一定的礦物離子（泥漿中含有一定的礦物離子（NaNa，ClCl ）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鉆井液鉆井液泥漿的不同類型：泥漿的不同類型：或或石石油油工工程程測測井井2 自然電場的產(chǎn)生自然電場的產(chǎn)生介質(zhì)：介質(zhì)：鉆井液鉆井液 地層孔隙流體地層孔隙流體機(jī)理：擴(kuò)散作用擴(kuò)散吸附作用機(jī)理：擴(kuò)散作用擴(kuò)散吸附作用結(jié)果：產(chǎn)生了電動(dòng)勢，造成自然電場結(jié)果：產(chǎn)生了電動(dòng)勢，造成自然電場石石油油工工程程測測井井石石油油工工程程測測井井1.1.純砂巖的擴(kuò)散電動(dòng)勢（純砂巖的擴(kuò)散電

8、動(dòng)勢（EdEd）起因于井中起因于井中鉆鉆井液井液和和地層水地層水的的濃度差濃度差引起的離子擴(kuò)散作用以及引起的離子擴(kuò)散作用以及正、負(fù)離子擴(kuò)散速度的差異。正、負(fù)離子擴(kuò)散速度的差異。石石油油工工程程測測井井2.2.純泥巖的擴(kuò)散純泥巖的擴(kuò)散吸附吸附電動(dòng)勢（電動(dòng)勢（EdaEda）起因于井起因于井中鉆井液和地層水的濃度差引起的離子擴(kuò)散作用中鉆井液和地層水的濃度差引起的離子擴(kuò)散作用以及以及泥（頁）巖泥（頁）巖選擇性半透膜對正負(fù)離子的選擇選擇性半透膜對正負(fù)離子的選擇性透過作用。性透過作用。吸附是指泥巖的顆粒表面吸附的礦物離子。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)吸附：泥巖的特殊性質(zhì)石石油

9、油工工程程測測井井 因同性相斥、異性相吸，泥巖中有補(bǔ)因同性相斥、異性相吸，泥巖中有補(bǔ)償陽離子存在償陽離子存在, , ClCl- -不能離開，不能離開，結(jié)果形成結(jié)果形成高濃度一方為負(fù)，低濃度一方為正高濃度一方為負(fù)，低濃度一方為正。石石油油工工程程測測井井2.2.純泥巖的擴(kuò)散純泥巖的擴(kuò)散吸附吸附電動(dòng)勢（電動(dòng)勢（EdaEda）石石油油工工程程測測井井石石油油工工程程測測井井 產(chǎn)生以上結(jié)果都是在產(chǎn)生以上結(jié)果都是在CwCmf的的情況下討論的，情況下討論的， 石石油油工工程程測測井井3 3 動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢過濾電動(dòng)勢（過濾電動(dòng)勢（E Ef f） 過濾電動(dòng)勢（過濾電動(dòng)勢（E Ef f），它是在壓力作

10、用下），它是在壓力作用下，泥漿濾液向地層中滲入時(shí)產(chǎn)生的，只有在，泥漿濾液向地層中滲入時(shí)產(chǎn)生的，只有在壓差壓差P P很大的情況下才不被忽略，但通常情很大的情況下才不被忽略，但通常情況下都可以不考慮該電動(dòng)勢況下都可以不考慮該電動(dòng)勢( (忽略不計(jì)）忽略不計(jì)）。mfffREAp石石油油工工程程測測井井砂巖與泥巖的自然電位分布砂巖與泥巖的自然電位分布自然電流自然電流的等效電路（的等效電路（P7圖圖1-2） 總自然電動(dòng)勢總自然電動(dòng)勢：在由砂在由砂巖，泥巖，泥漿所組成的導(dǎo)巖，泥巖，泥漿所組成的導(dǎo)電回路中，電動(dòng)勢是呈串聯(lián)電回路中，電動(dòng)勢是呈串聯(lián)的。因此，在該回路中由于的。因此，在該回路中由于擴(kuò)散作用形成的總電

11、動(dòng)勢為擴(kuò)散作用形成的總電動(dòng)勢為該三電動(dòng)勢的代數(shù)和。該三電動(dòng)勢的代數(shù)和。dafdsEEEE石石油油工工程程測測井井sdfdsshmitSPEEEErrrr I dafdsEEEEtishmSSPrrrrEI石石油油工工程程測測井井靜自然電位靜自然電位SSPSSP：純砂巖與純泥巖交界面：純砂巖與純泥巖交界面處的總電化學(xué)電動(dòng)勢用處的總電化學(xué)電動(dòng)勢用SSPSSP來表示。來表示。假靜自然電位假靜自然電位PSPPSP：泥質(zhì)砂巖和純泥巖的總泥質(zhì)砂巖和純泥巖的總電動(dòng)勢稱為假靜自然電位。符號用電動(dòng)勢稱為假靜自然電位。符號用PSPPSP來表來表示，反映了泥質(zhì)的多少，總有示，反映了泥質(zhì)的多少，總有SSPPSPSSP

12、PSP。石石油油工工程程測測井井自然電位的幅度異常自然電位的幅度異常U USPSP（ V VSPSP ） ：自然電自然電流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。流在井中泥漿柱上產(chǎn)生的電壓降。spsp mmmshitSSPVI rrrrrrSPmshmitVrSSPrrrr石石油油工工程程測測井井 對厚層，砂巖和泥巖的截面積比井的截面積大得對厚層，砂巖和泥巖的截面積比井的截面積大得多，所以多，所以 。因此，在實(shí)測。因此，在實(shí)測自然電位曲線上，以泥巖為基線，則厚層砂巖有：自然電位曲線上，以泥巖為基線，則厚層砂巖有：巨厚純砂巖對應(yīng)的自然電位幅度將等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

13、；而薄層，將比；而薄層，將比SSP小得多。小得多。 tmshmimrrrrrr,SPVSSP石石油油工工程程測測井井測量時(shí)測量時(shí)N N電極固定在地面電極固定在地面, ,但但V VN N00，因此，因此SPSP曲線沒有曲線沒有“0”0”刻度，而是用帶正負(fù)號的比例尺來表示，為了刻度，而是用帶正負(fù)號的比例尺來表示，為了讀數(shù)方便，選泥巖的讀數(shù)方便，選泥巖的SPSP作為基線，在一個(gè)地區(qū)它是作為基線，在一個(gè)地區(qū)它是穩(wěn)定的，且是一條直線。穩(wěn)定的，且是一條直線。SP曲線的泥巖基線曲線的泥巖基線石石油油工工程程測測井井SP曲線負(fù)異常：曲線負(fù)異常：當(dāng)當(dāng)CWCmf時(shí)，時(shí)，SPSP由泥巖的正電位向砂巖由泥巖的正電位向

14、砂巖的負(fù)電位降低。的負(fù)電位降低。石石油油工工程程測測井井SP曲線正異常：曲線正異常：當(dāng)當(dāng)CW C Cmfmf, ,基線處于正電位，滲透性砂巖呈基線處于正電位，滲透性砂巖呈負(fù)異常；相反（負(fù)異常；相反（C Cw w Cmf 即即RwRmf)，砂巖（滲透，砂巖（滲透層）層）SP（ VSP ）負(fù)異常；）負(fù)異常；鹽水泥漿（鹽水泥漿（CwRmf)，砂巖（滲透，砂巖（滲透層）層）SP（ VSP ）正異常；）正異常；Cw= Cmf ，自然電位無異常。，自然電位無異常。Cw與與Cmf的差異越大，則的差異越大，則Vsp異常幅度也越大異常幅度也越大一般情況一般情況Cmf C Cmfmf 即即RwRw RmfRmf)

15、 )砂巖砂巖SPSP負(fù)異常；泥巖段負(fù)異常；泥巖段SPSP線為基線（正電位）線為基線（正電位）鹽水泥漿（鹽水泥漿（CwCw RmfRmf) )砂巖砂巖SPSP正異常；泥巖段正異常；泥巖段SPSP曲線基線（負(fù)電位）曲線基線（負(fù)電位）石石油油工工程程測測井井石石油油工工程程測測井井應(yīng)用應(yīng)用2 2：劃分滲透層及層界面；：劃分滲透層及層界面；SP曲線上一切曲線上一切偏離泥巖基線偏離泥巖基線的的明顯異常明顯異常是是孔隙孔隙性和滲透性較好的儲集層的標(biāo)志性和滲透性較好的儲集層的標(biāo)志。 對于對于巖性均勻、厚度較大巖性均勻、厚度較大、界面清楚（如泥巖與砂巖的突、界面清楚（如泥巖與砂巖的突變界面）的儲集層，通常用變

16、界面）的儲集層，通常用SPSP異異常幅度的常幅度的半幅點(diǎn)半幅點(diǎn)（泥巖基線算起（泥巖基線算起1/21/2幅度處）確定儲集層界面。如幅度處）確定儲集層界面。如果儲集層厚度較小，果儲集層厚度較小，SPSP異常較小異常較小，半幅點(diǎn)厚度將大于實(shí)際厚度，半幅點(diǎn)厚度將大于實(shí)際厚度，應(yīng)參考其他曲線確定界面。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石石油油工工程程測測井井12石石油油工工程程測測井井石石油油工工程程測測井井應(yīng)用應(yīng)用3 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(dòng)碎屑巖泥質(zhì)含量增加，將使其自然電動(dòng)勢減小，從而使勢減小，從而使SP幅度減小。因此，以幅度減小。

17、因此，以完全完全含水含水、厚度足夠大的水層厚度足夠大的水層的靜自然電位的靜自然電位SSP為標(biāo)準(zhǔn)，某地層為標(biāo)準(zhǔn)，某地層SP與與SSP的差別將與地的差別將與地層泥質(zhì)含量有關(guān)。通常把泥質(zhì)含量表示為：層泥質(zhì)含量有關(guān)。通常把泥質(zhì)含量表示為：SSPSPSSPSSPSPVsh1石石油油工工程程測測井井應(yīng)用應(yīng)用4 4：計(jì)算地層水的電阻率：計(jì)算地層水的電阻率R Rw w；wemfemfwRRKCCKSSPlglg在評價(jià)儲油層時(shí)，常要計(jì)算巖層孔隙度、含在評價(jià)儲油層時(shí)，常要計(jì)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(shí)都油飽和度等重要參數(shù)，在確定這些參數(shù)時(shí)都需要需要RwRw，用，用SPSP曲線幅度值求曲線幅

18、度值求RwRw是最常用的方是最常用的方法之一。法之一。石石油油工工程程測測井井 確定含水純巖石確定含水純巖石靜自然電位靜自然電位（SSPSSP） 在地層水含鹽量或在地層水含鹽量或R Rw w基本相同的解釋井段內(nèi)，基本相同的解釋井段內(nèi)，選擇選擇巖性純巖性純（不含泥質(zhì)或（不含泥質(zhì)或V Vshsh很小），很小），厚度較大厚度較大，深探測電阻率低，深探測電阻率低，SPSP異常幅度最大，各種資料證明異常幅度最大，各種資料證明不含油氣的地層為完全含水的純水層，通常稱為不含油氣的地層為完全含水的純水層，通常稱為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)水層準(zhǔn)水層。其其SPSP異常幅度就是該層的靜自然電位異常幅度就是該層的靜自然電位SSPSSP

19、。讀數(shù)讀數(shù)時(shí)先畫出泥巖基線，再用圖上方的橫時(shí)先畫出泥巖基線，再用圖上方的橫向比例讀向比例讀SP異常的大小。異常的大小。應(yīng)用應(yīng)用4 4：計(jì)算地層水的電阻率：計(jì)算地層水的電阻率R Rw w；( (步驟步驟) )石石油油工工程程測測井井wemfemfwRRKCCKSSPlglg 計(jì)算自然電位系數(shù)（計(jì)算自然電位系數(shù)（ K） 計(jì)算比值（計(jì)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 ） 確定含水純巖石確定含水純巖石靜自然電位靜自然電位（SSP）石石油油工工程程測測井井應(yīng)用應(yīng)用5 5：判斷油氣水層和水淹層；：判斷油氣水層和水淹層； SP異常可幫助區(qū)分油氣水層，異常可幫助區(qū)分油氣水層，但不是主但不是主要依據(jù)要依據(jù)。一般說來，油氣層的。一般說來，油氣層的SP異常略小異常略小于水層；于水層； 在油田開發(fā)中，常采用注水方法來提在油田開發(fā)中，常采用注水方法來提高采收率。油層發(fā)生水淹，利用測井資料高采收率。油層發(fā)生水淹，利用測井資料判斷水淹層層位及估計(jì)水淹程度是目前檢判斷水淹層層位及估計(jì)水淹程度是目前檢查注水效果的重要任務(wù)。查注水效果的重要任務(wù)。石石油油工工程程