第一章 自然電位測井

第一章自然電位測井早期的電阻率測井過程中，常發(fā)現(xiàn)在供電電極不供電時，仍可在井中測量到電位變化。經(jīng)研究表明這個電位是在鉆開巖層后，在井壁附近發(fā)生一系列電化學(xué)活動的結(jié)果，為了與人為供電造成的人工電場相區(qū)別，稱其自然電場。自然電場的分布和巖性有密切的關(guān)系，因此，通過研究井眼內(nèi)自然電場的電位變化即可反應(yīng)井壁巖性。這種測井方法叫自然電位測井自然電位具有方法簡單、實(shí)用性高等特點(diǎn)，是劃分巖性和儲集層性質(zhì)、求取測井參數(shù)以及其他地質(zhì)應(yīng)用不可缺少的基本方法之一第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生第二節(jié)自然電位測井曲線的特征第三節(jié)自然電位測井曲線的影響因素第四節(jié)自然電位測井曲線的應(yīng)用第一章自然電位測井第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆開巖層后，井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸產(chǎn)生電化學(xué)過程，結(jié)果產(chǎn)生電動勢形成自然電場。在石油井中自然電場主要是由擴(kuò)散電動勢和擴(kuò)散吸附電動勢組成泥漿：鉆井時，在井內(nèi)流動的介質(zhì)。泥漿濾液：在一定壓差下，進(jìn)入到井壁地層孔隙內(nèi)的泥漿。地層水：地層孔隙內(nèi)的水。礦化度：溶液含鹽的濃度。溶質(zhì)重量與溶液重量之比。離子擴(kuò)散：兩種不同濃度的鹽溶液接觸時，在滲透壓的作用下高濃度溶液中的離子，穿過滲透性的隔膜遷移到低濃度一、擴(kuò)散電動勢當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透膜隔開，離子在滲透壓作用下，高濃度溶液的離子將穿過半透膜向較低濃度的溶液中移動。這種現(xiàn)象叫擴(kuò)散現(xiàn)象，形成的電位叫擴(kuò)散電位.擴(kuò)散電位產(chǎn)生的條件：1、泥漿和地層水的礦化度不同2、井壁地層具有滲透性3、正、負(fù)離子的遷移速率不同第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生擴(kuò)散電動勢可由Nernst方程計(jì)算：其中：R——克分子氣體常數(shù)，8.313J/k；T——絕對溫度，K；T=273+toCF——Farady常數(shù)，96520C/equiv；Cw、Cm——兩種溶液的礦化度；U、v——正、負(fù)離子的遷移率Z+、Z-——正、負(fù)離子的離子價n+、n-——每個分子離解后形成的正離子數(shù)和負(fù)離子數(shù)一、擴(kuò)散電位第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生在砂泥巖剖面井中的純砂巖段，在井壁附近產(chǎn)生的擴(kuò)散電動勢可表示為：一、擴(kuò)散電位第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生在井中，18℃時若地層水濃度Cw等于10倍的泥漿溶液礦化度Cmf時，經(jīng)理論推算：kd=-11.6mv，其中負(fù)號表示低度一方井中的電位低一、擴(kuò)散電位NaCl第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生產(chǎn)生條件：1、泥漿和地層水的礦化度不同；2、井壁地層具有一定的滲透性；3、地層顆粒對不同極性的離子具有不同的吸附性。組成泥巖的粘土，其結(jié)晶構(gòu)造和化學(xué)性質(zhì)只允許陽離子通過泥巖擴(kuò)散，而吸附帶負(fù)電的陰離子，這樣當(dāng)Cw>Cm時，對著泥巖的井眼中建立了正電位二、擴(kuò)散吸附電位第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生二、擴(kuò)散吸附電位擴(kuò)散吸附電位產(chǎn)生示意圖第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生二、擴(kuò)散吸附電位當(dāng)泥漿和地層水礦化度都較低時，上式可寫為第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生NaCl第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生電流線及電位在井中的分布。電流流向?yàn)槟鄮r→泥漿→砂巖→泥巖。在回路中有關(guān)參數(shù)為Ed、Eda砂巖泥巖Cw>CmfEs=Ed+Eda=Kd?lg(Cw/Cmf)+Kda?lg(Cw/Cmf)=Ks?lg(Cw/Cmf)Ks=Kd+KdaKs---總的擴(kuò)散、擴(kuò)散吸附電動勢系數(shù);Es-井內(nèi)自然電動勢泥巖

由自然電場分布特征可以看出在砂巖和泥巖交界處自然電位有明顯的變化，變化的幅度與Ed和Eda有關(guān)。在相當(dāng)厚的純砂巖和純泥巖交界面附近的自然電位變化最大。它是產(chǎn)生自然電場的總電動勢E總：式中K為自然電位系數(shù)。通常把異常幅度及其定量計(jì)算。

異常幅度、自然電位泥巖基線概念SSP=I(rsd+rsh+rm)Usp=I?rm

=SSP*rm/(rsd+rm+rsh)巨厚含水純砂巖處Usp=SSP

進(jìn)行自然電位測井時，將測量電極N放在地面，M電極用電纜送至井下，提升M電極沿井軸測量自然電位隨井深的變化曲線，該曲線叫自然電位曲線（常稱之為SP曲線)。實(shí)際測井時是與普通電阻率測井同時進(jìn)行，其測量原理電路見圖，M電極是普通電阻率測井(亦叫視電阻率測井)和自然電位測井公用的測量電極，視電阻率測井時由供電電極供電所形成的人工電場是低頻脈動直流場，而自然電場是直流場，這樣只要在視電阻率測量道上加一個隔直元件C，阻隔自然電位進(jìn)入該道而不受干擾，同時在自然電位測量道上加一個隔交元件L，它只允許自然電場的直流電位信號通過，而阻斷了研究視電阻率的脈動直流電場的信號干擾。使M電極同時接收到的兩個場的電位信號，互不干擾。單獨(dú)進(jìn)行自然電位測井是極少的。第一節(jié)自然電位的產(chǎn)生第二節(jié)自然電位測井曲線的特征1、泥巖基線：均質(zhì)、巨厚的泥巖對應(yīng)的自然電位曲線。2、最大靜自然電位SSP：均質(zhì)、巨厚的完全含水的純砂巖層的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)之差3、比例尺：SP曲線的圖頭上標(biāo)有的線性比例尺，用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線間的自然電位差4、異常：指相對泥巖基線而言，滲透性地層的SP曲線的位置。負(fù)異常：（CW>Cmf)淡水泥漿正異常：（CW<Cmf）鹽水泥漿a.曲線對地層中點(diǎn)對稱，地層中點(diǎn)處異常值最大；b.厚地層（h＞4d）的自然電位曲線幅度ΔUsp近似等于地層實(shí)際值，曲線的半幅值點(diǎn)深度正對應(yīng)著地層界面，因此可用半幅點(diǎn)法確定地層界面；c.隨地層厚度的變小，自然電位曲線幅度下降，，曲線頂部變尖，底部變寬，半幅點(diǎn)向圍巖方向移動。第二節(jié)自然電位測井曲線的特征第三節(jié)自然電位測井曲線的影響因素一、地層水和泥漿濾液含鹽濃度的比值地層水和泥漿濾液含鹽濃度的差異，是產(chǎn)生擴(kuò)散電動勢及擴(kuò)散吸附電動勢的基本原因，差異越大,Ed和Eda越大，產(chǎn)生的電場越強(qiáng)，測井值越高；差異越小，Ed和Eda越小，產(chǎn)生的電場越弱，測井值越低。比值大于1，在滲透性層段出線負(fù)異常；比值小于1，在滲透性層段出現(xiàn)正異常。二、巖性隨地層泥質(zhì)含量的增加，SP曲線異常幅度減小。三、地層溫度由于Kd及Kda與絕對溫度成正比，因此地層溫度的高低將會影響Kd及Kda大小，進(jìn)而影響Ed及Eda的大小。四、地層水及泥漿濾液中含鹽性質(zhì)地層水及泥漿濾液所含鹽分不同，則溶液中所含離子不同，不同離子的離子價及遷移速度率不同，這將影響Kd及Kda的大小.五、地層的導(dǎo)電性地層導(dǎo)電性差，測量回路的電流小，在井內(nèi)泥漿第三節(jié)自然電位測井曲線的影響因素柱上產(chǎn)生的壓差小，測量值低USP=SSP*rm/(rm+rsd+rsh）其中：SSP-最大靜自然電位；rm-井內(nèi)泥漿的等效電阻；rsd-砂巖等效電阻；rsh泥巖等效電阻六、地層厚度地層厚度減小，圍巖影響增加，測量值與實(shí)際值差距加大七、井徑擴(kuò)大和侵入的影響井徑擴(kuò)大，造成泥漿柱的電阻減小，壓差降低；泥漿侵入，使得測量電極M與測量源之間距離增加，M值減小第三節(jié)自然電位測井曲線的影響因素第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用自然電位曲線主要應(yīng)用于判斷巖性、井間地層對比、劃分滲透層、確定地層水電阻率、計(jì)算地層泥質(zhì)含量及確定水淹層等。一、劃分滲透層在砂泥巖剖面，自然電位測井曲線以均質(zhì)泥巖段的自然電位曲線為基線，出現(xiàn)異常的層段（偏離基線）均可認(rèn)為是滲透層段。在淡水泥漿井，滲透層段出現(xiàn)負(fù)異常，在鹽水泥漿中，滲透層段出現(xiàn)正異常。自然電位曲線主要應(yīng)用于判斷巖性、井間地層對比、劃分滲透層、確定地層水電阻率、計(jì)算地層泥質(zhì)含量及確定水淹層等。一、劃分滲透層泥巖：基線附近；砂巖：異常幅值和正負(fù)反映巖石滲透性好壞和泥漿的性能；純水砂巖：Usp=SSP含油后Usp幅值下降，因?yàn)殡娮杪试龃筇妓釒r：儲集層與非儲集層巖性相同，自然電位曲線區(qū)分不開。其幅值大小只反映泥質(zhì)含量的高低。巖鹽、膏巖：無滲透性，因而自然電位無異常顯示；第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用砂泥巖剖面碳酸巖剖面第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用二、確定地層泥質(zhì)含量泥質(zhì)：地層中細(xì)粉砂巖和濕粘土的混合物叫泥質(zhì)。泥質(zhì)含量：泥質(zhì)體積占地層體積的百分比。主要方法：圖版法和公式法兩種方法圖版法1）測定泥質(zhì)砂巖的泥質(zhì)含量；2）確定泥質(zhì)地層的自然電位幅度；3）對其自然電位幅度進(jìn)行巖層厚度及孔隙流體校正；4）繪制泥質(zhì)含量與自然電位幅度的關(guān)系曲線第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用二、確定泥質(zhì)含量公式法根據(jù)泥質(zhì)地層的自然電位幅度與泥質(zhì)含量的關(guān)系，應(yīng)用下式計(jì)算地層的泥質(zhì)含量：Vsh=1-PSP/SSP其中，PSP為泥質(zhì)砂巖的自然電位幅度SSP為本區(qū)含水純砂巖的靜自然電位三、確定地層水電阻率Rw地層水電阻率在評價儲層流體性質(zhì)方面占有相當(dāng)重要的位置。用自然電位確定Rw的依據(jù)為：SSP=Klg（Rmfe/Rwe）其中：K=Kd–Kda，Rmfe、Rwe為泥漿濾液及地層水等效電阻率第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用過程如下：1、確定完全含水純地層的井自然電位SSP，Usph/dRtRmRs查圖版；2、確定泥漿濾液等效電阻率Rmfe：1）確定地層溫度：t=t0+dt×h其中：t0：地表溫度；dt：地溫梯度；h：地層深度

2）.地層溫度下泥漿電阻率計(jì)算Rm=Rm18/(1+a(t-18))a=0.0213）確定地層溫度下的泥漿電阻率Rm及泥漿濾液RmfRmf=0.75Rm3、確定地層水電阻率Rw第四節(jié)自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用四、自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用四、判斷水淹層水淹層：含有注入水的油層，稱之為水淹層判斷條件：當(dāng)注入水與原地層水及鉆井液的礦化度互不相同時，與水淹層相鄰的泥巖層的基線出現(xiàn)偏移，△Esp= Kdlg(Rzhu/RW)其中：Rzhu：注入水的電阻率統(tǒng)計(jì)資料表明：△Esp>8mv為高含水5mv<△Esp<8mv為中含水；△Esp<5mv可能為低水淹或巖性變化所致四、自然電位測井曲線地質(zhì)應(yīng)用五、沉積環(huán)境分析五、小結(jié)一、自然電位產(chǎn)生的機(jī)理1、地層水礦化度（Cw）不同于鉆井液礦化度（Cm）；2、鹽溶液中的不同離子遷移速度不同；

3、地層中泥質(zhì)顆粒對不同性質(zhì)的離子具有不同的吸附性；4、井壁地層具有一定的滲透性；二、自然電位曲線的特點(diǎn)：1、泥巖基線：均質(zhì)、巨厚的泥巖地層對應(yīng)的自然電位曲線。2、最大靜自然電位SSP：均質(zhì)、巨厚的完全含水的純砂巖的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)之差。3、比例尺：SP曲線圖頭上標(biāo)有的線性比例尺，用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線間的自然電位差五、小結(jié)4、異常：指相對泥巖基線而言，滲透性地層的SP曲線的位置。1）負(fù)異常：在砂泥巖剖面井中，當(dāng)CW>Cmf（淡水泥漿）時，滲透性地層的SP曲線位于泥巖基線的左側(cè)；2）正異常：在砂泥巖剖面井中，當(dāng)Cw<Cmf（鹽水泥漿）時，滲透性地層的SP曲線位于泥巖基線的右側(cè)。5、曲線形態(tài)特征：1）曲線關(guān)于地層中點(diǎn)對稱；