第一章自然电位测井(0001)课件.ppt

1、2022-12-16测井方法1第一章 自然电位测井 自然电场的产自然电场的产生生自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征影响因素影响因素自然电位曲线的应用自然电位曲线的应用内容小结内容小结思考题思考题2022-12-16测井方法2 井下自然电场是由钻开岩层时井内钻井下自然电场是由钻开岩层时井内钻井液的矿化度与地层水矿化度不同，井壁井液的矿化度与地层水矿化度不同，井壁附近出现电化学活动产生的。自然电场的附近出现电化学活动产生的。自然电场的分布特点取决于井孔剖面岩层的性质。分布特点取决于井孔剖面岩层的性质。沿沿井轴测量自然电位变化的测井方法叫自然井轴测量自然电位变化的测井方法叫自然电位测井（简

2、称测井）。电位测井（简称测井）。2022-12-16测井方法3 由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程，结果产生电动势形成自然电场。在石油井学过程，结果产生电动势形成自然电场。在石油井中自然电场主要是由中自然电场主要是由扩散电动势和扩散吸附电动势扩散电动势和扩散吸附电动势组成。组成。第一节第一节 自然电场的产生自然电场的产生泥浆泥浆:钻井时钻井时,在井内流动的一种介质。在井内流动的一种介质。泥浆滤液泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地在一定压差下，进入到井壁地

3、层孔隙内的泥浆层孔隙内的泥浆 。2022-12-16测井方法4一 地层水地层水：地层孔隙内的水。地层孔隙内的水。溶液的矿化度溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。液重量之比。离子扩散离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗透压的作用下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性透压的作用下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中的现象隔膜迁移到低浓度溶液中的现象。2022-12-16测井方法5 1 1、泥浆和地层、泥浆和地层水的矿化度不同；水的矿化度不同；2 2、井壁地层具、井壁地层具有渗透性；有渗透性；3 3、正、负

4、离子、正、负离子的迁移速率不同。的迁移速率不同。一、扩散电动势产生的机理一、扩散电动势产生的机理图图1-1 1-1 扩散电动势产生示意图扩散电动势产生示意图 2022-12-16测井方法6扩散电动势可由扩散电动势可由NernstNernst方程计算：方程计算：其中：其中：RR克分子气体常数，克分子气体常数，8.313 8.313 J/(K)J/(K)；T T绝对温度，绝对温度，o oK K；T=273+t T=273+t mwdCCvnZunZvnunFRTElg3.2(1-1)2022-12-16测井方法7ZZ F FaradyF Farady常数常数，96520 C/equivC/equi

5、v；C Cw w、C Cm m 两种溶液的浓度；两种溶液的浓度；U、v 正、负离子的迁移率，正、负离子的迁移率，S/(mN)、正、负离子的离子价；正、负离子的离子价；、每个分子离解后形成的正离子数和负每个分子离解后形成的正离子数和负离子数；离子数；nn2022-12-16测井方法8 在砂泥岩剖面井中的纯砂岩段，在井壁附近产在砂泥岩剖面井中的纯砂岩段，在井壁附近产生的扩散电动势可表示为：生的扩散电动势可表示为：wmfddRRKElg （1-21-2）分别为地层水和泥浆滤液电阻率。分别为地层水和泥浆滤液电阻率。单位为单位为 欧姆欧姆米。米。wRmfR扩散电动势系数。扩散电动势系数。dKvuvuFR

6、TKd3.2其中：其中：2022-12-16测井方法9 1 1、泥浆和地层水、泥浆和地层水的矿化度不同；的矿化度不同；2 2、井壁地层具有、井壁地层具有一定的渗透性；一定的渗透性；3 3、地层颗粒对不、地层颗粒对不同极性的离子具有同极性的离子具有不同的吸附性。不同的吸附性。二、扩散二、扩散吸附电动势产生机理吸附电动势产生机理 图图1-21-2 扩散吸附电动势产生示意图扩散吸附电动势产生示意图2022-12-16测井方法10 扩散吸附电动势与两种溶液的浓度比值有关，扩散吸附电动势与两种溶液的浓度比值有关，由下式计算：由下式计算：mwdadaCCKElg（1-31-3）FRTKda3.2其中：其中

7、：扩散吸附电动势系数；扩散吸附电动势系数；当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时，当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时，上式可近似写为：上式可近似写为：wmfdadaRRKElg(1-4)(1-4)2022-12-16测井方法11 第二节自然电位测井及曲线特征第二节自然电位测井及曲线特征 一、自然电位测井一、自然电位测井 在砂泥岩剖面井在砂泥岩剖面井中，当中，当 时，时，井下自然电场的分井下自然电场的分布如图布如图1-31-3所示。自所示。自然电位测井示意图然电位测井示意图如图如图1-41-4所示。所示。wmfCC图图1-31-3、井内自然电场分布示意图、井内自然电场分布示意图 CW CWCmfCm

8、f2022-12-16测井方法12 图图1-41-4、自然电位自然电位和视电阻和视电阻率同时测率同时测量示意图量示意图 2022-12-16测井方法13图图1-1-5 5、自然电、自然电位测井曲线实例位测井曲线实例2022-12-16测井方法14 1 1、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自 然电位曲线。然电位曲线。二、二、SPSP曲线的特征曲线的特征 SPSP曲线如图曲线如图1-1-5 5所示所示。2 2、最大静自然电位、最大静自然电位SSPSSP：均质、巨厚的完全含水均质、巨厚的完全含水的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数的差。的纯砂岩层的自然电

9、位读数与泥岩基线读数的差。3 3、比例尺：、比例尺：SPSP曲线的图头上标有的线性比例尺。用曲线的图头上标有的线性比例尺。用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差。2022-12-16测井方法15 4 4、异常：指相对泥岩基线，渗透性地层的、异常：指相对泥岩基线，渗透性地层的SPSP曲线曲线的位置。的位置。1 1）、负异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为淡水泥）、负异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为淡水泥浆浆()()时，渗透性地层的时，渗透性地层的SPSP曲线位于泥岩曲线位于泥岩基线的左侧；图基线的左侧；图1 16 6所示。所示。wmfCC2 2）正异常：在砂泥

10、岩剖面井中，当井内为盐水泥）正异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为盐水泥 浆浆()时，渗透性地层的时，渗透性地层的SPSP曲线位于泥岩基曲线位于泥岩基线的右侧。图线的右侧。图1 17 7所示。所示。wmfCC2022-12-16测井方法16 5 5、曲线形态、曲线形态(图图1 18 8）地层模型：上下围岩的岩性相同（泥岩），地地层模型：上下围岩的岩性相同（泥岩），地层岩性均匀。层岩性均匀。1 1）、曲线关于地层中点对称；）、曲线关于地层中点对称；2 2）、厚地层（）、厚地层（h4dh4d）的的SPSP曲线幅度近似等于地曲线幅度近似等于地 层的实际值层的实际值 ，半幅点对应地层界面；，半幅点对应地层

11、界面；3 3）、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增加，）、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。幅度降低，半幅点向围岩方向移动。2022-12-16测井方法17第三节第三节 SPSP曲线的影响因素曲线的影响因素 一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度的比值一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度的比值 地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异,是产生扩是产生扩散电动势及扩散吸附电动势的基本原因散电动势及扩散吸附电动势的基本原因.二者差异越大二者差异越大,越大，产生的电场越越大，产生的电场越强，测井值越高；二者差异越小，产生的电场越弱，强，测井值越高；二者差异越小，

12、产生的电场越弱，测井值越低。测井值越低。ddaE 和E2022-12-16测井方法18二、岩性二、岩性 随地层泥质含量的增加，随地层泥质含量的增加，SPSP曲线异常幅度降低。曲线异常幅度降低。三、三、地层温度地层温度 由于由于 与绝对温度成正比，因此地层温与绝对温度成正比，因此地层温度的高低将会影响度的高低将会影响 大小，进而影响大小，进而影响 的大小。的大小。ddaKK与ddaKK与ddaEE与四、四、地层水及泥浆滤液中含盐性质地层水及泥浆滤液中含盐性质 地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含离子不同，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影离子不同

13、，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影响响 的大小。的大小。ddaKK与2022-12-16测井方法19五、地层的导电性五、地层的导电性 地层导电性差，测量回路的电流小，在井内泥地层导电性差，测量回路的电流小，在井内泥浆柱上产生的压差小，测量值低。浆柱上产生的压差小，测量值低。shsdmmsprrrrSSPU（1 15 5）2022-12-16测井方法20井内泥浆的等效电阻；井内泥浆的等效电阻；mr渗透性地层的等效电阻；渗透性地层的等效电阻；sdrshr泥岩层的等效电阻；泥岩层的等效电阻；泥岩层的等效电阻；泥岩层的等效电阻；SSP渗透性地层的渗透性地层的SPSP幅度差；幅度差；spU其中：其中

14、：2022-12-16测井方法21六、地层厚度六、地层厚度地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实际值的差距加大。际值的差距加大。七、井径扩大和侵入的影响七、井径扩大和侵入的影响 井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；泥浆侵入，使得测量电极泥浆侵入，使得测量电极M M与地层间的距离加大，与地层间的距离加大，M M的电位降低。的电位降低。2022-12-16测井方法22 一、一、划分渗透层划分渗透层 在砂泥岩剖面在砂泥岩剖面，自然电位测井曲，自然电位测井曲线以均质泥岩段的线以均质泥岩段的SPSP曲线为基线，出曲线为

15、基线，出现异常的层段（偏现异常的层段（偏离基线）均可认为离基线）均可认为是渗透层段。是渗透层段。第四节第四节 自然电位曲线的应用自然电位曲线的应用图图1 19 9 应用应用SPSP曲线划分渗透层曲线划分渗透层渗透层渗透层泥岩基线泥岩基线2022-12-16测井方法23图图1-1-1010、砂岩层上部含、砂岩层上部含油下部含水时自然电位油下部含水时自然电位曲线曲线图图1-1-1111、半幅点法示意图、半幅点法示意图2022-12-16测井方法24二、确定地层泥质含量二、确定地层泥质含量 泥质：地层中细粉砂和湿粘土的混合物叫泥质。泥质：地层中细粉砂和湿粘土的混合物叫泥质。泥质含量：泥质体积占地层体

16、积的百分比。泥质含量：泥质体积占地层体积的百分比。含水地层的异常值含水地层的异常值高于高于含油气地层的异常值。如含油气地层的异常值。如图图1-1-1010所示所示.对于较厚地层（对于较厚地层（h4dh4d），），可采用半幅点可采用半幅点法确定地层厚度法确定地层厚度,如图如图1-1-1111所示所示.2022-12-16测井方法251 1、图版法、图版法 1 1）、测定泥质砂岩的泥质含量；）、测定泥质砂岩的泥质含量；2 2）、确定泥质地层的自然电位幅度；）、确定泥质地层的自然电位幅度；3 3）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔 隙流体性质校正；隙流体性质校正；

17、4 4）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。线。用自然电位测井曲线确定泥质含量的方法：用自然电位测井曲线确定泥质含量的方法：图版法图版法 和公式法和公式法 两种方法。两种方法。2022-12-16测井方法262 2、公式法公式法 根据泥质地层的自然电位幅度与根据泥质地层的自然电位幅度与 泥质含量泥质含量的关系，应用下式计算地层的泥质含量：的关系，应用下式计算地层的泥质含量：其中：其中：psppsp为泥质砂岩的自然电位幅度；为泥质砂岩的自然电位幅度；ssp ssp为本区含水纯砂岩的静自然电位。为本区含水纯砂岩的静自然电位。ssppspVsh 1（1-6）

18、2022-12-16测井方法27三、确定地层水电阻率三、确定地层水电阻率Rw Rw 地层水电阻率在评价储层流体性质方面占有相当地层水电阻率在评价储层流体性质方面占有相当重要的位置。重要的位置。用自然电位曲线确定用自然电位曲线确定RwRw的依据为：的依据为：wemfeRRKSSPlg(1-7)(1-7)dadKKK其中其中:分别为泥浆滤液及地层水分别为泥浆滤液及地层水等效电阻率等效电阻率.mfeRweR、2022-12-16测井方法28其中：其中：t t0 0 地表温度地表温度;dt dt地温梯度；地温梯度；h h地层深度。地层深度。0ttdth其过程如下：其过程如下：1 1、确定完全含水纯地层

19、的静自然电位、确定完全含水纯地层的静自然电位SSPSSP （图（图1-121-12）；2 2、确定泥浆滤液等效电阻率；、确定泥浆滤液等效电阻率；1 1）、确定地层温度）、确定地层温度 （图（图1-131-13）2022-12-16测井方法290.1mfmfemfRm，则RR 3 3）、）、确定确定RmfeRmfe。图图116 当泥浆只含氯化钠、温度为当泥浆只含氯化钠、温度为2424时：时：（1）、）、（2）、）、则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率，则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率，用图用图1 11616确定泥浆滤液等效电阻确定泥浆滤液等效电阻率。率。0.1mfRm，0.1mfmfemfR

20、m，则RR2022-12-16测井方法303 3、确定地层水电阻率、确定地层水电阻率RwRw （1 1）、已知）、已知SSPSSP、地层温度，确定、地层温度，确定 ;（图（图117）（2 2）、根据等效地层水电阻率及地层温度，确）、根据等效地层水电阻率及地层温度，确定地层温度下的地层水电阻率。（图定地层温度下的地层水电阻率。（图1 11616）。）。mfeweRR0.87,1491 177.4.0.30.3/7.40.04.mfewemfeweSSPmv tCRRmm 例。由图得到若R，则R0.043mw用图版116得到地层温度下地层水电阻率 R。2022-12-16测井方法31四、判断水淹层

21、四、判断水淹层 水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。SPSP测井曲线能够反映水淹层的条件及现象测井曲线能够反映水淹层的条件及现象:当注入水与原地层水及钻井液的矿化度互不相当注入水与原地层水及钻井液的矿化度互不相同时，与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移。同时，与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移。如图如图1-1-1818、1-11-19 9所示。所示。偏移量越大偏移量越大,表明水淹程度越严重。表明水淹程度越严重。2022-12-16测井方法32在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动势为势为1lg()wmfCEKC在砂

22、岩内水淹部分和未被水淹部分交界在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界面处的总电动势为面处的总电动势为2lg()lg()lg()wwddddddmfCCCEEEEKKKCCC注注界注mf注偏移量的计算偏移量的计算2022-12-16测井方法33在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势为为3lg()lg()daddadmfmfCCEEEKKCC注w注2022-12-16测井方法34其中：其中：注入水的电阻率注入水的电阻率。统计资料表明统计资料表明：8mV 为高含水为高含水；5mV 8mV为中含水为中含水；CCm m (淡水泥浆）时，渗透性地层的淡水泥浆）时，渗透性地

23、层的SPSP曲线位于泥岩曲线位于泥岩基线的左侧；基线的左侧；B B、正异常：在砂泥岩剖面井中，当正异常：在砂泥岩剖面井中，当C Cw wC4dh4d）的的SPSP曲线幅度近似等于曲线幅度近似等于 地层的实际值，半幅点对应地层界面；地层的实际值，半幅点对应地层界面；C C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增随地层变薄，曲线读数受围岩影响增 加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。2022-12-16测井方法40 3 3、自然电位曲线的影响因素及应用自然电位曲线的影响因素及应用 1)1)、影响因素：、影响因素：A A、C Cw w/C/Cmfmf；B B、溶液中的盐成

24、分；溶液中的盐成分；C C、地层岩性、温度、厚度及导电性；地层岩性、温度、厚度及导电性；D D、泥浆侵入深度及侵入特征；泥浆侵入深度及侵入特征；E E、井眼是否扩径。井眼是否扩径。2022-12-16测井方法41 2)2)、应用：、应用：A A、划分渗透层；划分渗透层；B B、确定地层的泥质含量；确定地层的泥质含量；C C、计算地层水电阻率；计算地层水电阻率；D D、判断水淹层。判断水淹层。2022-12-16测井方法42 1 1、SPSP测井应用范围。测井应用范围。2 2、砂泥岩剖面砂泥岩剖面SPSP曲线的特点及应用。曲线的特点及应用。3 3、应用应用SPSP曲线所注意的问题。曲线所注意的问

25、题。思考题思考题4 4、已知地表温度下（、已知地表温度下（25 25）地层水电阻率为）地层水电阻率为1.21.2欧姆米，求地下欧姆米，求地下30003000米、米、45004500米的地层水电阻率。米的地层水电阻率。(dt=2.5/100m)(dt=2.5/100m)2022-12-16测井方法43121277wwTRRT不同温度下，溶液电阻率的关系：不同温度下，溶液电阻率的关系：其中温度为华氏度。其中温度为华氏度。32 1.8Ttt-摄氏度；T华氏度附录附录2022-12-16测井方法441000100001000000.010.11logRw=2.92247-0.892*logCw相关系数 0.99921溶 液温度 T=200 OF溶 液电阻率（欧姆米）氯 化钠 溶 液浓度 Cw(ppm)附图附图1 氯化钠溶液电阻率与溶液浓度的关系氯化钠溶液电阻率与溶液浓度的关系 （根据图（根据图114）