第03章 自然電位SP

第三章自然電位測(cè)井（SP）自然電位測(cè)井是在裸眼井中測(cè)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(cè)井方法；是最早使用的測(cè)井方法之一，簡(jiǎn)便而實(shí)用，是砂泥巖剖面淡水泥漿裸眼井必測(cè)的項(xiàng)目之一。對(duì)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(diǎn)。（SpontaneousPotential）13.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測(cè)量3.3自然電位測(cè)井影響因素3.4SP測(cè)井的主要應(yīng)用第三章自然電位測(cè)井23.1井下自然電位的產(chǎn)生

鉆井后，由于電化學(xué)作用，自然產(chǎn)生多種電動(dòng)勢(shì)，包括擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)、過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)等。但對(duì)自然電位測(cè)井起主要作用的是擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)和擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)，其它電動(dòng)勢(shì)一般可以忽略。產(chǎn)生自然電場(chǎng)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(kuò)散；巖石顆粒表面對(duì)離子有吸附作用；泥漿濾液向地層中滲透作用。31.擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)

——純巖石中地層水與泥漿之間的直接擴(kuò)散砂巖孔隙中的地層水與井內(nèi)泥漿之間，相當(dāng)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(kuò)散。由于Cl－的遷移率大于Na＋，擴(kuò)散結(jié)果：低濃度的泥漿一方出現(xiàn)過(guò)多的Cl－，帶負(fù)電，高濃度的巖層一方，相對(duì)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(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed表達(dá)式為：溫度為18℃時(shí)，Kd＝－11.6mV。52.擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)

——泥質(zhì)巖石中地層水與泥漿之間的擴(kuò)散擴(kuò)散的另一個(gè)渠道是地層水中的離子通過(guò)泥質(zhì)隔膜或周圍的泥巖向低濃度的泥漿（井眼）一方進(jìn)行擴(kuò)散。（上頁(yè)圖）粘土顆粒表面帶有較多的負(fù)電荷，在鹽溶液中吸附陽(yáng)離子形成吸附層和擴(kuò)散層。泥巖中存在很厚的雙電層（內(nèi)負(fù)外正），能夠移動(dòng)的地層水在壓實(shí)過(guò)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(kuò)散電動(dòng)勢(shì)；另一方面，當(dāng)粘土將同樣性質(zhì)的兩種不同濃度的溶液分開(kāi)時(shí)，在濃度大的一邊（Cw），粘土顆粒表面的擴(kuò)散層中將有更多的陽(yáng)離子，這些陽(yáng)離子通過(guò)與雙電層表面的陽(yáng)離子交換而向低濃度溶液一方移動(dòng)，低濃度溶液（Cm）一方的陽(yáng)離子將不斷增多而帶正電，另一方（Cw）則帶負(fù)電，此電動(dòng)勢(shì)與擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)極性相反。這樣共同形成擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)。泥質(zhì)就象一種只許帶正點(diǎn)荷的Na＋通過(guò)，而不允許Cl－通過(guò)的離子選擇薄膜一樣，有時(shí)稱為選擇吸附作用。18℃時(shí)，Kda上限為58.0mV，下限為－11.6mV。783.井內(nèi)總的自然電動(dòng)勢(shì)實(shí)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(guò)時(shí)，地層水與泥漿之間的擴(kuò)散結(jié)果是：砂巖與泥漿直接接觸處產(chǎn)生擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)，井孔一方為負(fù)，巖層一方為正；砂巖中地層水通過(guò)泥巖向井中擴(kuò)散，產(chǎn)生擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)，井孔一方為正，巖層一方為負(fù)。（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(dòng)勢(shì)形成之后，與周圍的導(dǎo)電介質(zhì)就構(gòu)成了電流流動(dòng)的閉合回路。在巖層中心的上下有兩個(gè)這樣的閉合回路，均由擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)（靜自然電動(dòng)勢(shì)SSP）為該兩電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和：【注意：K為負(fù)值(Kd－Kda)，如18℃時(shí)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(cè)量3.3自然電位測(cè)井影響因素3.4SP測(cè)井的主要應(yīng)用第三章自然電位測(cè)井133.2自然電位的測(cè)量1.自然電位SP的理論計(jì)算自然電流：測(cè)量的自然電位異常幅度值Usp

：自然電流流過(guò)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(yuǎn)大于井眼的截面積，故rsh<<rm、rsd<<rm，則SP≈SSP；厚的純水層（rsd最小），SP最大，接近SSP。142.曲線測(cè)量將一個(gè)電極M放入井中，另一個(gè)電極N放在地面上接地，測(cè)量M電極相對(duì)于N電極之間的電位差，便可進(jìn)行自然電位測(cè)井；實(shí)際測(cè)井中常在普通視電阻率測(cè)井時(shí)帶測(cè)SP。

自然電位測(cè)得的是相對(duì)電位值，即不同深度上的自然電位與地面上某點(diǎn)的固定電位值之差。15特別說(shuō)明：自然電位測(cè)井測(cè)量的是電位的相對(duì)值，因此在曲線圖上，只表示出數(shù)值的相對(duì)高低，而無(wú)絕對(duì)的零線。泥巖基線：相鄰大段泥巖所在的直線；曲線異常（負(fù)、正）沒(méi)有絕對(duì)零刻度自然電位曲線實(shí)例163.1井下自然電位的產(chǎn)生3.2自然電位的測(cè)量3.3自然電位測(cè)井影響因素3.4SP測(cè)井的主要應(yīng)用第三章自然電位測(cè)井173.3自然電位測(cè)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(huì)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?！钡?；

Rmf/Rw(或Cw/Cmf)：淡水泥漿時(shí)儲(chǔ)層顯示負(fù)異常，鹽水泥漿時(shí)顯示正異常。18SP在儲(chǔ)集層正異常測(cè)井實(shí)例泥巖基線192.地層厚度、井徑的影響當(dāng)?shù)貙雍穸萮>4d時(shí)，自然電位異常幅度近似等于靜自然電位；當(dāng)?shù)貙雍穸萮<4d時(shí)，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(diǎn)”確定地層界面?！景敕c(diǎn)即幅度之半，見(jiàn)圖示?！?03.地層電阻率的影響含油氣飽和度比較高的儲(chǔ)集層，其電阻率比它完全含水時(shí)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(dòng)了一個(gè)距離。侵入帶的存在，相當(dāng)于井徑擴(kuò)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。【注：圖中Usp為無(wú)侵入時(shí)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(lái)顯示儲(chǔ)集層性質(zhì)的測(cè)井方法，SP大小不只與儲(chǔ)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(chǔ)集層與泥巖交替出現(xiàn)的巖性剖面，最常見(jiàn)的是砂泥巖剖面。這種測(cè)井方法不能用于巨厚的碳酸鹽巖剖面。因?yàn)檫@類剖面沒(méi)有或很少有泥巖，裂縫較發(fā)育的儲(chǔ)集層以致密碳酸鹽巖為圍巖，許多儲(chǔ)層要通過(guò)遠(yuǎn)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(lái)劃分和研究?jī)?chǔ)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(duì)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(cè)量3.3自然電位測(cè)井影響因素3.4SP測(cè)井的主要應(yīng)用第三章自然電位測(cè)井253.4SP資料的主要應(yīng)用定性解釋（后面圖示）

(1)劃分儲(chǔ)集層：厚層“半幅點(diǎn)”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(duì)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(duì)值法）

確定地層水電阻率

【具體步驟見(jiàn)