第03章 自然電位SP

第三章自然電位測井（SP）自然電位測井是在裸眼井中測量井軸上自然產(chǎn)生的電位變化，以研究井剖面地層性質(zhì)的一種測井方法；是最早使用的測井方法之一，簡便而實用，是砂泥巖剖面淡水泥漿裸眼井必測的項目之一。對于區(qū)分巖石性質(zhì)，尤其是在區(qū)分泥質(zhì)和非泥質(zhì)地層方面，更有其突出的優(yōu)點。（SpontaneousPotential）13.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測量3.3自然電位測井影響因素3.4SP測井的主要應(yīng)用第三章自然電位測井23.1井下自然電位的產(chǎn)生

鉆井后，由于電化學作用，自然產(chǎn)生多種電動勢，包括擴散電動勢、擴散吸附電動勢、過濾電動勢等。但對自然電位測井起主要作用的是擴散電動勢和擴散吸附電動勢，其它電動勢一般可以忽略。產(chǎn)生自然電場的主要原因：地層水溶液離子濃度與泥漿濾液的離子濃度不同，產(chǎn)生離子擴散；巖石顆粒表面對離子有吸附作用；泥漿濾液向地層中滲透作用。31.擴散電動勢

——純巖石中地層水與泥漿之間的直接擴散砂巖孔隙中的地層水與井內(nèi)泥漿之間，相當于不同濃度的兩種NaCl溶液直接接觸。離子將從高濃度的巖層一方朝著井內(nèi)直接擴散。由于Cl－的遷移率大于Na＋，擴散結(jié)果：低濃度的泥漿一方出現(xiàn)過多的Cl－，帶負電，高濃度的巖層一方，相對剩余Na＋離子，帶正電。從而產(chǎn)生了電位差——地層一方的電位高于泥漿一方的電位。4在NaCl溶液中，擴散電動勢Ed表達式為：溫度為18℃時，Kd＝－11.6mV。52.擴散吸附電動勢

——泥質(zhì)巖石中地層水與泥漿之間的擴散擴散的另一個渠道是地層水中的離子通過泥質(zhì)隔膜或周圍的泥巖向低濃度的泥漿（井眼）一方進行擴散。（上頁圖）粘土顆粒表面帶有較多的負電荷，在鹽溶液中吸附陽離子形成吸附層和擴散層。泥巖中存在很厚的雙電層（內(nèi)負外正），能夠移動的地層水在壓實過程中排出去了，基本不存在雙電層以外的自由水。6泥質(zhì)巖石中，一方面仍存在正常的擴散電動勢；另一方面，當粘土將同樣性質(zhì)的兩種不同濃度的溶液分開時，在濃度大的一邊（Cw），粘土顆粒表面的擴散層中將有更多的陽離子，這些陽離子通過與雙電層表面的陽離子交換而向低濃度溶液一方移動，低濃度溶液（Cm）一方的陽離子將不斷增多而帶正電，另一方（Cw）則帶負電，此電動勢與擴散電動勢極性相反。這樣共同形成擴散吸附電動勢。泥質(zhì)就象一種只許帶正點荷的Na＋通過，而不允許Cl－通過的離子選擇薄膜一樣，有時稱為選擇吸附作用。18℃時，Kda上限為58.0mV，下限為－11.6mV。783.井內(nèi)總的自然電動勢實際地層水和泥漿濾液中的主要鹽類常為NaCl，且地層水的礦化度比泥漿濾液高(淡水泥漿)。因此，夾于泥巖中的砂巖層被充滿泥漿的井孔穿過時，地層水與泥漿之間的擴散結(jié)果是：砂巖與泥漿直接接觸處產(chǎn)生擴散電動勢，井孔一方為負，巖層一方為正；砂巖中地層水通過泥巖向井中擴散，產(chǎn)生擴散吸附電動勢，井孔一方為正，巖層一方為負。（1）井壁附近電荷分布9++++---++++等效電路示意圖（假設(shè)淡水泥漿Cw>Cm）EdaEdEda泥巖泥巖砂巖10（2）井內(nèi)總自然電位（SSP）井內(nèi)自然電動勢形成之后，與周圍的導電介質(zhì)就構(gòu)成了電流流動的閉合回路。在巖層中心的上下有兩個這樣的閉合回路，均由擴散電動勢Ed、擴散吸附電動勢Eda以及井孔泥漿柱、砂巖和泥巖這幾部分的等效電阻rm、rt和rs組成。該回路的總電動勢（靜自然電動勢SSP）為該兩電動勢的代數(shù)和：【注意：K為負值(Kd－Kda)，如18℃時純砂巖處，K＝－69.6mV?！?1123.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測量3.3自然電位測井影響因素3.4SP測井的主要應(yīng)用第三章自然電位測井133.2自然電位的測量1.自然電位SP的理論計算自然電流：測量的自然電位異常幅度值Usp

：自然電流流過井內(nèi)泥漿柱電阻上的電位降：在巨厚層，砂、泥巖層的截面積遠大于井眼的截面積，故rsh<<rm、rsd<<rm，則SP≈SSP；厚的純水層（rsd最?。?，SP最大，接近SSP。142.曲線測量將一個電極M放入井中，另一個電極N放在地面上接地，測量M電極相對于N電極之間的電位差，便可進行自然電位測井；實際測井中常在普通視電阻率測井時帶測SP。

自然電位測得的是相對電位值，即不同深度上的自然電位與地面上某點的固定電位值之差。15特別說明：自然電位測井測量的是電位的相對值，因此在曲線圖上，只表示出數(shù)值的相對高低，而無絕對的零線。泥巖基線：相鄰大段泥巖所在的直線；曲線異常（負、正）沒有絕對零刻度自然電位曲線實例163.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測量3.3自然電位測井影響因素3.4SP測井的主要應(yīng)用第三章自然電位測井173.3自然電位測井影響因素1.影響靜自然電位SSP的因素自然電位異常幅度值ΔUsp與總自然電位SSP成正比，而SSP就決定于地層的巖性、泥漿和地層水的性質(zhì)、泥漿濾液電阻率Rmf與地層水電阻率Rw的比值Rmf/Rw以及地層溫度等。因此這些因素都會直接影響自然電位的異常幅度。其中巖性和Rmf/Rw影響最大：

巖性：泥巖“基線”，砂巖“異常”等；

Rmf/Rw(或Cw/Cmf)：淡水泥漿時儲層顯示負異常，鹽水泥漿時顯示正異常。18SP在儲集層正異常測井實例泥巖基線192.地層厚度、井徑的影響當?shù)貙雍穸萮>4d時，自然電位異常幅度近似等于靜自然電位；當?shù)貙雍穸萮<4d時，自然電位異常幅度小于靜自然電位，厚度越小，差別越大。厚層可以用“半幅點”確定地層界面?！景敕c即幅度之半，見圖示?！?03.地層電阻率的影響含油氣飽和度比較高的儲集層，其電阻率比它完全含水時rsd

明顯升高，SP略有下降。一般油氣層的SP略小于相鄰的水層。Rt/Rm增大，曲線幅度減小。圍巖電阻率Rs增大，則rsh

增大，使自然電位異常幅度減小。214.泥漿侵入帶的影響在滲透性地層，泥漿濾液滲入到地層孔隙中，使泥漿濾液與地層水的接觸面向地層方向移動了一個距離。侵入帶的存在，相當于井徑擴大，因而使自然電位異常幅度值降低。隨著泥漿侵入的增大，自然電位異常幅度減小?！咀ⅲ簣D中Usp為無侵入時的幅度】225.巖性剖面的影響自然電位是一種以泥巖為背景來顯示儲集層性質(zhì)的測井方法，SP大小不只與儲集層性質(zhì)有關(guān)，而且與相鄰泥巖的性質(zhì)有關(guān)。因此，這種方法只能用于儲集層與泥巖交替出現(xiàn)的巖性剖面，最常見的是砂泥巖剖面。這種測井方法不能用于巨厚的碳酸鹽巖剖面。因為這類剖面沒有或很少有泥巖，裂縫較發(fā)育的儲集層以致密碳酸鹽巖為圍巖，許多儲層要通過遠處的泥巖才能形成自然電流回路，因而在相鄰泥巖間形成巨厚的大片SP異常，不能用來劃分和研究儲集層。236.影響校正右圖是自然電位校正圖版，它考慮了侵入帶直徑、沖洗帶電阻率、地層厚度、地層電阻率和圍巖電阻率的影響?！咀ⅲ罕菊n程對圖版不作要求】243.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測量3.3自然電位測井影響因素3.4SP測井的主要應(yīng)用第三章自然電位測井253.4SP資料的主要應(yīng)用定性解釋（后面圖示）

(1)劃分儲集層：厚層“半幅點”指示

(2)判斷油氣水層：水層SP幅度大于油層

(3)判斷巖性：主要區(qū)分砂巖和泥巖

(4)地層對比和研究沉積相：利用曲線形態(tài)

(5)指示地層水礦化度變化(包括水淹層等)：曲線異常的變化估算泥質(zhì)含量

（相對值法）

確定地層水電阻率

【具體步驟見