地球物理測(cè)井-第一章第四節(jié)自然電位測(cè)井

地球物理測(cè)井-第一章第四節(jié)自然電位測(cè)井地球物理測(cè)井-第一章第四節(jié)自然電位測(cè)井地球物理測(cè)井-第一章第四節(jié)自然電位測(cè)井第一章自然電位測(cè)井主要內(nèi)容前言第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP第三節(jié)影響SP曲線的因素第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用2由于本人工作能力和接觸項(xiàng)目有限，希望借此機(jī)會(huì)將自己的體會(huì)與大家分享，更希望大家能提出更多更為深刻的意見!謝謝地球物理測(cè)井-第一章第四節(jié)自然電位測(cè)井地球物理測(cè)井-第一章第1第一章自然電位測(cè)井主要內(nèi)容前言第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP第三節(jié)影響SP曲線的因素第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用2第一章自然電位測(cè)井主要內(nèi)容前言第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因第前言■一、自然電位測(cè)井SP1928年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，井中電極與放在遠(yuǎn)處的參考電極之間有電位差，且該電位差隨地層而變化。當(dāng)?shù)貙又袥]有外加電流時(shí)，通過儀器測(cè)量井眼內(nèi)自然電場(chǎng)中電位隨井深變化的測(cè)井方法。只能用于導(dǎo)電泥漿的井中。3前言■一、自然電位測(cè)井SP1928年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，前言■二、自然電場(chǎng)的特點(diǎn)SP曲線自然電場(chǎng)的分布和巖性有密切的關(guān)系，特別是在砂/泥巖剖面中能夠以明顯的曲線異常變化來顯示滲透性地層。因此，研究井眼內(nèi)自然電場(chǎng)中的電位變化即可反映井眼穿過地層的特征。自然電位現(xiàn)象：（1）自然電位與巖性有關(guān)；（2）自然電位與泥漿及地層水礦化度有關(guān)；4前言■二、自然電場(chǎng)的特點(diǎn)SP曲線自然電場(chǎng)的分布和巖性前言■三、

自然電位測(cè)井的特點(diǎn)自然電位測(cè)井儲(chǔ)層自然電位測(cè)井具有測(cè)量方法簡(jiǎn)單、實(shí)用價(jià)值高等特點(diǎn)，是劃分巖性、研究?jī)?chǔ)集層性質(zhì)、求取泥質(zhì)含量參數(shù)以及其它地質(zhì)應(yīng)用的基本方法之一。鉆井時(shí)，為了安全并且能獲取全面的測(cè)井資料，一般使泥漿柱壓力稍大于地層壓力，并且很多情況下使用淡水泥漿（泥漿的礦化度Cm<地層水的礦化度Cw）?！鏊?、礦化度的概念定義（礦化度）：溶液的鹽濃度，早期用ppm表示，意為partpermillion，即百萬分之一，相當(dāng)于1kg溶液中有若干mg鹽（mg/kg）。目前按法定計(jì)量單位為mg/L。5前言■三、自然電位測(cè)井的特點(diǎn)自然電位測(cè)井儲(chǔ)層自然電前言■五、

離子遷移率（溫度18℃時(shí)幾種離子遷移率）Na＋：4.35m2/mol；Cl－：6.55m2/mol.6前言■五、離子遷移率（溫度18℃時(shí)幾種離子遷移率）第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆開巖層后，在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(dòng)勢(shì)造成自然電場(chǎng)。在油井中的自然電場(chǎng)一般是由地層和泥漿間發(fā)生的電化學(xué)作用和動(dòng)電學(xué)作用產(chǎn)生的，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)分別稱為電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢(shì)。電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)Ec（ElectrochemicalcomponentoftheSP）包括擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)，吸附電動(dòng)勢(shì)和氧化還原電動(dòng)勢(shì)；動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢(shì)Ek（ElectrokineticcomponentoftheSP）主要是過濾電動(dòng)勢(shì)。7第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆8第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■1.吸附電動(dòng)勢(shì)又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）泥質(zhì)半滲透隔板吸附電位形成實(shí)驗(yàn)?zāi)鄮r隔膜產(chǎn)生的條件：1.泥漿和地層水礦化度不同；2.井壁地層有滲透性；3.地層顆粒對(duì)不同極性離子有不同吸附性泥巖的性質(zhì)：從電位的形成來看，負(fù)離子不能移動(dòng)，好像巖石具有選擇吸附性，于是把這種電位叫做吸附電位，用Ea表示。離子交換作用88第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■1.吸附9第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■1.吸附電動(dòng)勢(shì)又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）也有人稱之為薄膜電位，因?yàn)槟鄮r好像一個(gè)離子選擇薄膜，只讓正離子通過。低濃度高濃度低濃度高濃度泥巖當(dāng)溶液礦化度低或中等時(shí)，可表示為：KaKaKaKaKaKa當(dāng)溶液礦化度低或中等時(shí)，可表示為：KaKaKa當(dāng)溶液礦化度低或中等時(shí)，可表示為：KaKaKa當(dāng)溶液礦化度低或中等時(shí)，可表示為：99第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■1.吸附10第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)

實(shí)際鉆井中，泥漿的礦化度一般比地層水低，即aw大于amf。地層中的Na+和Cl-離子要向井筒內(nèi)遷移，在不同巖性的地層，有不同的情況：■1.吸附電動(dòng)勢(shì)又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）1、砂巖地層，Na+和Cl-同時(shí)遷移，由于Cl-

遷移快，在井筒中形成富集。2、泥巖地層，由于泥巖的陽離子交換作用，

使得Na+遷移到井筒中富集。上述作用形成的電場(chǎng)為吸附電位。1010第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)實(shí)際鉆第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■2.擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)又稱流體接觸電動(dòng)勢(shì)

（DiffusionPotential）擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)形成示意圖兩種濃度不同的溶液，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(dòng)，這種現(xiàn)象叫擴(kuò)散。半滲透薄膜擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)形成條件：

1.泥漿和地層水礦化度不同；2.地層有滲透性；3.離子遷移率不同。11第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■2.擴(kuò)散電第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因在滲透性砂巖中，若地層水礦化度大于泥漿濾液礦化度，則地層中的鈉離子Na＋與氯離子Cl－將向泥漿濾液中擴(kuò)散。一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■2.擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)又稱流體接觸電動(dòng)勢(shì)

（DiffusionPotential）低濃度低濃度高濃度高濃度氯離子Cl－遷移速度比鈉離子Na＋快，濃度大的一邊正離子多。12第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因在滲透性砂巖中，若地層水礦化度大于第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■2.擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)又稱流體接觸電動(dòng)勢(shì)

（DiffusionPotential）在動(dòng)態(tài)平衡的情況下，接觸面就有穩(wěn)定的擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)溶液礦化度低或中等時(shí)，可表示為：13第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■2.擴(kuò)散電14第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■3.氧化還原電動(dòng)勢(shì)當(dāng)金屬與溶液接觸時(shí)，金屬會(huì)得到或者失去電子而帶電，從而與溶液一起形成電動(dòng)勢(shì)。金屬礦層、煤層的自然電位形成原理石油勘探開發(fā)中不予考慮1414第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因一、電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)■3.氧化第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因二、動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢(shì)（又稱過濾電勢(shì)）在鉆井過程中，一般泥漿柱壓力略大于地層壓力，如果地層具有一定的滲透性，泥漿濾液將通過井壁流入地層孔道。由于巖石中存在雙電層，過濾液體中正離子較多，在壓力差的作用下，有較多的正離子隨著泥漿濾液進(jìn)入地層，于是在地層內(nèi)便多余正電量而帶正電，泥漿中帶負(fù)電，產(chǎn)生負(fù)的過濾電勢(shì)。書P4115第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因二、動(dòng)電學(xué)電動(dòng)勢(shì)（又稱過濾電勢(shì)）一般可忽略KlKlKlKl第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因16一般可忽略KlKlKlKl第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原三、油井中的自然電場(chǎng)－總電動(dòng)勢(shì)在油井中由于動(dòng)電學(xué)作用和電化學(xué)作用產(chǎn)生了三種電位（電動(dòng)勢(shì)）：過濾電動(dòng)勢(shì)：吸附電動(dòng)勢(shì)：擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)：其中，Ek產(chǎn)生的前提條件是ΔP≠0。通常情況下，ΔP很小，所以Ek很小(可忽略)，所以油井中的自然電位主要是由擴(kuò)散作用和吸附作用所產(chǎn)生的。注意：擴(kuò)散電位和吸附電位產(chǎn)生的重要條件是：Cw≠Cmf。第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因17三、油井中的自然電場(chǎng)－總電動(dòng)勢(shì)在油井中由于動(dòng)電學(xué)作用和電化18第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)與吸附電動(dòng)勢(shì)之和，可表示為：三、油井中的自然電場(chǎng)－總電動(dòng)勢(shì)書P43Kda——擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；對(duì)NaCl而言，Kda=70.7mV書P431818第一節(jié)自然電場(chǎng)產(chǎn)生的原因擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)與吸第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP一、自然電位測(cè)井進(jìn)行自然電位測(cè)井時(shí)，將電極N放在地面，電極M用電纜送至井下，沿井軸提升電極M測(cè)量自然電位隨井深的變化，所記錄的自然電位隨井深變化的曲線叫自然電位測(cè)井曲線（常稱之為SP曲線）。19第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP一、自然電位測(cè)井進(jìn)行自然電位測(cè)井二、關(guān)于SP曲線的幾個(gè)相關(guān)概念第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP■1.自然電位的基線：Cw>CmfP45純砂巖層自然電位——SSP靜自然電位20二、關(guān)于SP曲線的幾個(gè)相關(guān)概念第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP■三、SP曲線特征第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP根據(jù)砂巖地層模型，上、下圍巖（泥巖）足夠厚。對(duì)不同厚度的砂巖目的層進(jìn)行理論計(jì)算，得到一系列自然電位理論曲線。特點(diǎn)：1）曲線關(guān)于地層中點(diǎn)對(duì)稱，地層中點(diǎn)處異常值最大；2）地層越厚，SP越接近于SSP，地層厚度變小，SP下降，且曲線頂部變尖，底部變寬，SP<<SSP;3）當(dāng)h>4d時(shí)，SP的半幅點(diǎn)對(duì)應(yīng)地層的界面，因此較厚地層可用半幅點(diǎn)法確定地層界面，地層變薄時(shí)，不能用半幅點(diǎn)法分層。21三、SP曲線特征第二節(jié)自然電位測(cè)井曲線SP根據(jù)砂巖地層模型第三節(jié)影響SP曲線的因素在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電位的幅度和特點(diǎn)主要決定于造成自然電場(chǎng)的靜自然電位SSP，并且受自然電流I分布的影響。SSP的大小取決于巖性、地層溫度、地層水和鉆井液中所含離子成分和鉆井液濾液電阻率與地層水電阻率之比；而自然電場(chǎng)中自然電流I的分布則決定于流經(jīng)路徑中介質(zhì)的電阻率及地層的厚度和井徑的大小。這些因素對(duì)自然電位幅度SP及曲線形狀均有影響，但影響的主次存在差異。1．溫度的影響2.巖性的影響

3．電解質(zhì)成分的影響4.地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值（Cw／Cmf）的影響5.地層厚度的影響6.地層電阻率的影響7．井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響自然電流通過鉆井液電阻上的電位降22第三節(jié)影響SP曲線的因素在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電第三節(jié)影響SP曲線的因素一、溫度的影響溫度變化導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)系數(shù)變化。Kda二、巖性的影響在砂泥巖剖面井中，通常以大段泥巖處的SP曲線作基線，在自然電位曲線上出現(xiàn)異常變化的多為砂質(zhì)巖層。當(dāng)目的層為純砂巖時(shí)，其與圍巖交界處的SSP達(dá)到最大值SSPmax。當(dāng)目的層含有泥質(zhì)(其他條件不變)時(shí)，SP降低，因而曲線異常的幅度也減小。此外，當(dāng)剖面上有部分泥巖的陽離子交換能力減弱時(shí)，滲透層的自然電位異常幅度也會(huì)相對(duì)降低。三、電解質(zhì)成分的影響離子遷移率Kda23第三節(jié)影響SP曲線的因素一、溫度的影響溫度變化導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)第三節(jié)影響SP曲線的因素四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值的影響當(dāng)Cw>Cmf時(shí)，砂巖層段則出現(xiàn)自然電位負(fù)異常；當(dāng)Cw<Cmf時(shí)，砂巖層段出現(xiàn)自然電位的正異常；當(dāng)Cw

=Cmf時(shí)，沒有造成自然電場(chǎng)的電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，則沒有自然電位異常出現(xiàn)。Cw與Cmf的差別越大，造成自然電場(chǎng)的電動(dòng)勢(shì)越大。地層水和鉆井液濾液中含鹽量的差異是造成自然電場(chǎng)中擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed和吸附電動(dòng)勢(shì)Ea的基本原因。這兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小決定于Cw/Cmf值。以泥巖作垂線:24第三節(jié)影響SP曲線的因素四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度第三節(jié)影響SP曲線的因素五、地層厚度的影響25第三節(jié)影響SP曲線的因素五、地層厚度的影響25第三節(jié)影響SP曲線的因素六、地層電阻率的影響rtrt26第三節(jié)影響SP曲線的因素六、地層電阻率的影響rtrt26第三節(jié)影響SP曲線的因素七、井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響井徑擴(kuò)大使井的橫截面積增大，泥漿電阻rm降低，自然電流在井內(nèi)的電位幅度降低，Usp下降。有泥漿侵入時(shí)，地層水和泥漿濾液的接觸面向地層內(nèi)推移，所產(chǎn)生的效果相當(dāng)于井徑擴(kuò)大，使Usp降低，侵入越深，Usp越低。27第三節(jié)影響SP曲線的因素七、井徑擴(kuò)大和鉆井液侵入的影響井第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用

28第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用28第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用一、判斷滲透性巖層29第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用一、判斷滲透性巖層29第四節(jié)SP曲線的應(yīng)用二、估算滲透性砂巖厚度層界面層界面