电法测井自然电位测井精讲.pptx

主讲教师：主讲教师：主讲教师：主讲教师：程程程程 超超超超资源与环境学院资源与环境学院石油工程测井石油工程测井电法测井电法测井自然电位测井自然电位测井一、什么是测井？一、什么是测井？二、岩石的物理特性有哪些？二、岩石的物理特性有哪些？三、测井方法的分类？三、测井方法的分类？电化学性电化学性 导电性导电性 介电性介电性自然电位测井（自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）什么是电法测井什么是电法测井?电法测井电法测井是是指以研究岩石及其孔隙流体的指以研究岩石及其孔隙流体的导导电性电性、电化学性电化学性及及介电性介电性为基础的一大类测井为基础的一大类测井方法方法。电场分类：自然电场和人工电场电场分类：自然电场和人工电场电法测井的分类电法测井的分类岩层的电化学特性：岩层的电化学特性：自然电位测井（自然电位测井（SP）岩层的导电特性：岩层的导电特性：电阻率测井电阻率测井岩层的介电特性：岩层的介电特性：电磁波传播测井电磁波传播测井（ETP）双侧向电阻率测井（双侧向电阻率测井（DLL）地层倾角测井（地层倾角测井（SHDT）微球形聚焦电阻率测井（微球形聚焦电阻率测井（MSFL）感应测井（感应测井（DIL）、阵列感应成像测井）、阵列感应成像测井随钻电阻率测井（随钻电阻率测井（LWD）过套管电阻率测井（过套管电阻率测井（CHFR）方位电阻率成像测井（方位电阻率成像测井（ARI）地层微电阻率扫描测井（地层微电阻率扫描测井（FMS）123 自然电位测井自然电位测井1 自然电场的产生自然电场的产生2 SP曲线的特征曲线的特征3 SP曲线的影响因素曲线的影响因素4 SP曲线的应用曲线的应用51.自然电位测井自然电位测井主 要 内 容 重点？重点？难点难点？在钻井的过程中，在钻井的过程中，钻井液（泥浆）钻井液（泥浆）与钻穿与钻穿的的地层孔隙流体地层孔隙流体之间通过扩散吸附作用自然之间通过扩散吸附作用自然会产生一种电动势，测量这种电位差的测井方会产生一种电动势，测量这种电位差的测井方法就是法就是SP测井。测井。什么是自然电位测井？什么是自然电位测井？1.11.自然电位测井自然电位测井SP是由井中自然电场产生的电位是由井中自然电场产生的电位（Spontaneous Potential Logging）地层水、石油、天然气地层水、石油、天然气淡水泥浆和盐水泥浆淡水泥浆和盐水泥浆水基泥浆和油基泥浆水基泥浆和油基泥浆有不同类型：有不同类型：电化学作用电化学作用 SP测井的装置测井的装置1.21.自然电位测井自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）一个测量一个测量一个测量一个测量电极电极电极电极一个地面一个地面一个地面一个地面电极电极电极电极用电缆将用电缆将MN与电位与电位差计两端相连，测量差计两端相连，测量MN间的电位差。间的电位差。1.3 SP曲线的测量原理曲线的测量原理 将一个电极将一个电极M放入井中，另一放入井中，另一个电极个电极N放在地面上接地，在不存放在地面上接地，在不存在任何人工电场的情况下，用测量在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量电位差的仪器测量M电极相对于电极相对于N电极之间的电位差，便可以进行自电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。然电位测井。注意注意显然，自然电位测井测的是显然，自然电位测井测的是相对电位值相对电位值，即井内不同深度上的自然电位与地面上即井内不同深度上的自然电位与地面上N电极电极的固定电位值之差。的固定电位值之差。N电极的电位恒定电极的电位恒定是井中自然电位是井中自然电位的绝对数值吗？的绝对数值吗？井内有自然存井内有自然存在的电位变化在的电位变化说明井内有自说明井内有自然电流流动然电流流动必然有自然产必然有自然产生的电动势生的电动势2.自然电场的产生自然电场的产生 由于钻井液（由于钻井液（泥浆泥浆）和孔隙流体（）和孔隙流体（地层水、地层水、油、气油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同，井壁附近两种不同矿化度的溶液浓度不同，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生接触产生电化学作用电化学作用，产生电动势造成自然，产生电动势造成自然电场。电场。扩散扩散扩散吸附作用扩散吸附作用扩散电动势扩散电动势扩散吸附电动势扩散吸附电动势过滤电动势过滤电动势氧化还原电动势氧化还原电动势研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：2.自然电场的产生自然电场的产生在在在在沉积岩沉积岩沉积岩沉积岩地区的油气井中地区的油气井中地区的油气井中地区的油气井中扩散电动势扩散电动势（Ed）扩散吸附电动势扩散吸附电动势（Eda）2.机理：扩散扩散吸附作用机理：扩散扩散吸附作用3.结果：产生了电动势，造成自然电场结果：产生了电动势，造成自然电场SP是怎样产生的？是怎样产生的？钻井液钻井液1.介质介质地层孔隙流体地层孔隙流体假定：假定：砂泥岩地层砂泥岩地层1淡水泥浆井淡水泥浆井23其中的盐类均为其中的盐类均为NaCLCmfCw 当两种不同浓度的溶液当两种不同浓度的溶液相接触时，高浓度溶液中的相接触时，高浓度溶液中的离子向低浓度一方移动（扩离子向低浓度一方移动（扩散现象）。散现象）。在砂泥岩地层中扩散有两条路径：在砂泥岩地层中扩散有两条路径：通过砂岩直接向通过砂岩直接向泥浆中扩散；泥浆中扩散；通过砂岩周围的泥通过砂岩周围的泥岩向泥浆中扩散。岩向泥浆中扩散。1 1212(1)(1)纯砂岩扩散电动势（纯砂岩扩散电动势（E Ed d）孔隙流体孔隙流体与与钻井液钻井液(泥浆泥浆)之间的之间的 直接直接 扩散。扩散。不同离子扩散的速度不不同离子扩散的速度不同，研究表明同，研究表明Na的移的移动速度小于动速度小于Cl的移动的移动速度，即速度，即VNa11u、v的大小决定了的大小决定了Ed的极性，在纯的极性，在纯砂岩情况下，因为砂岩情况下，因为uv，所以，所以EdCmf泥泥泥泥岩岩岩岩砂砂砂砂岩岩岩岩泥泥泥泥岩岩岩岩CwCmf(1)(1)纯砂岩扩散电动势（纯砂岩扩散电动势（E Ed d）(2)(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（E Edada）孔隙流体孔隙流体通过泥岩通过泥岩与钻井液与钻井液(泥浆泥浆)之间的扩散。之间的扩散。吸附：指泥岩的颗粒表面吸附的矿物离子。吸附：指泥岩的颗粒表面吸附的矿物离子。泥岩的特殊性质泥岩的特殊性质吸附吸附泥泥岩岩颗颗粒粒由由含含硅硅或或铝铝的的晶晶体体组组成成。由由于于晶晶格格中中的的硅硅或或铝铝离离子子被被低低价价（钠钠）离离子子所所取取代代，泥泥岩岩颗颗粒粒表表面面带带负负电电。为为达达到到平平衡衡，必必须须吸吸附正离子附正离子平衡离子（补偿阳离子）平衡离子（补偿阳离子）扩散方向扩散方向因同性相斥、异性相吸，因同性相斥、异性相吸，泥岩中有补偿阳离子存泥岩中有补偿阳离子存在在,VCl-不能离开不能离开结果形成结果形成高浓度一方高浓度一方为负，低浓度一方为负，低浓度一方为正为正。Na+CL-Na+Na+CL-CL-+-(2)(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（E Edada）(2)(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（E Edada）设纯泥岩单位孔隙体积的补偿阳离子浓度设纯泥岩单位孔隙体积的补偿阳离子浓度QV=，则认为，则认为VCl-=0。因因 Kda0，所以，所以 Eda0V VNaNa+V VCLCL-k kdada：扩散吸附电动势系数：扩散吸附电动势系数：扩散吸附电动势系数：扩散吸附电动势系数CwCmf泥泥泥泥岩岩岩岩砂砂砂砂岩岩岩岩泥泥泥泥岩岩岩岩CwCmf(2)(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（纯泥岩的扩散吸附电动势（E Edada）当泥质砂岩的泥质含量较小时，当泥质砂岩的泥质含量较小时，Qv小，小，vu，低浓度一方为负，高浓度，低浓度一方为负，高浓度一方为正，具有纯砂岩的性质；一方为正，具有纯砂岩的性质；当泥质砂岩的泥质含量较大时，当泥质砂岩的泥质含量较大时，Qv大，大，vCmf的的情况下讨论的，那么情况下讨论的，那么CwCmf 井内井内总的自然电动势总的自然电动势（Es）：在由砂岩，泥：在由砂岩，泥岩，泥浆所组成的导电回路中，电动势是呈串联的。岩，泥浆所组成的导电回路中，电动势是呈串联的。因此，在该回路中由于扩散作用形成的总电动势为因此，在该回路中由于扩散作用形成的总电动势为该三电动势的代数和。该三电动势的代数和。几个重要的概念几个重要的概念静自然电位：静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电动势用总电化学电动势用SSP来表示。来表示。注意注意假静自然电位：假静自然电位：泥质砂岩和纯泥岩的总电动泥质砂岩和纯泥岩的总电动势称为假静自然电位。符号用势称为假静自然电位。符号用PSP来表示，来表示，反映了泥质的多少，总有反映了泥质的多少，总有SSPPSP。自然电位的幅度异常自然电位的幅度异常VSP：自然电流在井自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。中泥浆柱上产生的电压降。1 123 3自自然然电电位位的的幅幅度度异异常常VSP自自然然电电位位的的幅幅度度异异常常VSP对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得多，所以大得多，所以。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为。因此，在实测自然电位曲线上，以泥岩为基线，则厚层砂岩有：基线，则厚层砂岩有：巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自然电位然电位SSP；而薄层，将比；而薄层，将比SSP小得多。小得多。SP曲线的泥岩基线曲线的泥岩基线 测量时测量时N电极固定在地面电极固定在地面,但但VN0，因此，因此SP曲线没曲线没有有“0”刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了读刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了读数方便，选泥岩的数方便，选泥岩的SP作为基线，在一个地区它是稳定的，作为基线，在一个地区它是稳定的，且是一条直线。且是一条直线。SP曲线负异常：曲线负异常：几个重要的概念几个重要的概念当当CWCmf时，时，SP由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低由泥岩的正电位向砂岩的负电位降低几个重要的概念几个重要的概念SP曲线正异常：曲线正异常：当当CWCmf，基线，基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；处于正电位，渗透性砂岩呈负异常；相反相反（CwCmf）则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正）则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常；异常；异常幅度与粘土含量成反比，异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正成正比。比。CwCmf，不产生，不产生SP；3.SP曲线的特征曲线的特征SP幅度（幅度（SP）随地层厚度的增大而增大并趋）随地层厚度的增大而增大并趋近于静自然电位；随着地层厚度变小，也随之变近于静自然电位；随着地层厚度变小，也随之变小，且曲线顶部变尖而根部变宽。小，且曲线顶部变尖而根部变宽。随着地层中含油气饱和度（随着地层中含油气饱和度（So，Sg）增加，地）增加，地层电阻率（层电阻率（Rt）增高，自然电位（）增高，自然电位（SP）曲线幅度）曲线幅度逐渐下降。逐渐下降。3.SP曲线的特征曲线的特征当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，当砂岩储集层上、下围岩很厚且岩性相同时，自然电位曲线将对称于地层中部，并在地层中部自然电位曲线将对称于地层中部，并在地层中部取得自然电位最大值；取得自然电位最大值；当井径扩大和侵入严重，自然电位幅度逐渐下当井径扩大和侵入严重，自然电位幅度逐渐下降。降。4.SP曲线的影响因素曲线的影响因素自然电位的幅度异常自然电位的幅度异常VSP：自然电流在井自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。以泥岩为基线，中泥浆柱上产生的电压降。以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值。渗透层偏移基线的幅度值。Es=f（Cw、Cmf、T、Vsh、Rt、盐类有关）、盐类有关）因素因素1：地层水和泥浆中含盐浓度比值：地层水和泥浆中含盐浓度比值+-因素因素2.岩性岩性 自然电位幅度随泥质的增加而降低自然电位幅度随泥质的增加而降低。自然电位是自然电位是一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法，一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法，SP大大小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性质有关小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性质有关来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出现的岩性剖面，即最常见的现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面砂泥岩剖面。这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，因为它没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储因为它没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储集层以致密碳酸盐岩为围岩，许多储层要通集层以致密碳酸盐岩为围岩，许多储层要通过远处的泥岩才能形成自然电流回路，因而过远处的泥岩才能形成自然电流回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片在相邻泥岩间形成巨厚的大片SP异常，不能异常，不能用来划分和研究储集层。用来划分和研究储集层。注意注意因素因素3.温度温度因素因素4.泥浆和地层水的化学成分泥浆和地层水的化学成分因素因素5.地层电阻率的影响地层电阻率的影响当当ri、rt增大，则增大，则I降低、降低、Vsp降低。降低。所以在相所以在相同条件下，油层的同条件下，油层的VspCmf 即即RwRmf)砂岩砂岩SP负异常；泥岩段负异常；泥岩段SP线为基线（正电位）。线为基线（正电位）。盐水泥浆（盐水泥浆（CwRmf)砂岩砂岩SP正异常；泥岩段正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）。曲线基线（负电位）。应用应用1 1砂砂泥泥岩岩剖剖面面判判断断岩岩性性应用应用2 2：划分渗透层及层界面；：划分渗透层及层界面；5.SP曲线的应用曲线的应用SP曲线上一切曲线上一切偏离泥岩基线偏离泥岩基线的的明显异常明显异常是是孔隙性孔隙性和渗透性较好的储集层的标志和渗透性较好的储集层的标志。对于对于岩性均匀、厚度较大岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如、界面清楚（如泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用SP异常幅度的异常幅度的半幅点半幅点（泥岩基线算起（泥岩基线算起1/2幅幅度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较小，小，SP异常较小，半幅点厚度将大于实际厚异常较小，半幅点厚度将大于实际厚度，应参考其他曲线确定界面。度，应参考其他曲线确定界面。自然电位理论曲线自然电位理论曲线应用应用2 2划划分分渗渗透透层层及及层层界界面面砂泥岩剖面中砂泥岩剖面中泥泥泥泥质质质质含含含含量量量量增增增增加加加加，负负负负异异异异常幅度变低。常幅度变低。常幅度变低。常幅度变低。渗渗渗渗透透透透层层层层(砂砂砂砂岩岩岩岩)越越越越纯纯纯纯，负负负负异常越大；异常越大；异常越大；异常越大；R Rw wRRmfmf时时时时，以以以以泥泥泥泥岩岩岩岩为为为为基基基基线线线线，渗渗渗渗透透透透层层层层会会会会出出出出现现现现负异常；负异常；负异常；负异常；应用应用3 3：估算泥质含量；：估算泥质含量；5.SP曲线的应用曲线的应用 碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，碎屑岩泥质含量增加，将使其自然电动势减小，从而使从而使SP幅度减小。因此，以幅度减小。因此，以完全含水完全含水、厚度厚度足够大的水层足够大的水层的静自然电位的静自然电位SSP为标准，某地层为标准，某地层SP与与SSP的差别将与地层泥质含量有关。通常把泥的差别将与地层泥质含量有关。通常把泥质含量表示为：质含量表示为：应用应用4：计算地层水的电阻率：计算地层水的电阻率Rw；在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含油饱和在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含油饱和度等重要参数，在确定这些参数时都需要度等重要参数，在确定这些参数时都需要Rw，用，用SP曲曲线幅度值求线幅度值求Rw是最常用的方法之一。是最常用的方法之一。5.SP曲线的应用曲线的应用(步骤步骤)应用应用4计计算算地地层层水水的的电电阻阻率率Rw 确定含水纯岩石确定含水纯岩石静自然电位静自然电位（SSP）计算自然电位系数（计算自然电位系数（K）计算比值（计算比值（Rmfe/R we）确定地层温度下的地层水电阻率（确定地层温度下的地层水电阻率（R w）读数时先画出泥岩基线，再用图上读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横向比例读方的横向比例读SP异常的大小。异常的大小。在地层水含盐量或在地层水含盐量或Rw基本相同的解释井基本相同的解释井段内，选择段内，选择岩性纯岩性纯（不含泥质或（不含泥质或Vsh很小），很小），厚度较大厚度较大，深探测电阻率低，深探测电阻率低，SP异常幅度最异常幅度最大，各种资料证明不含油气的地层为完全含大，各种资料证明不含油气的地层为完全含水的纯水层，通常称为水的纯水层，通常称为标准水层标准水层。其。其SP异常异常幅度就是该层的静自然电位幅度就是该层的静自然电位SSP。含水纯岩石：含水纯岩石：5.SP曲线的应用曲线的应用应用应用5：判断油气水层和水淹层；：判断油气水层和水淹层；(P162)SP异常可帮助区分油气水层，但不是主要依异常可帮助区分油气水层，但不是主要依据。一般说来，油气层的据。一般说来，油气层的SP异常略小于水层。异常略小于水层。在油田开发中，常采用注水方法来提高采收率。在油田开发中，常采用注水方法来提高采收率。油层发生水淹，利用测井资料判断水淹层层位及估油层发生水淹，利用测井资料判断水淹层层位及估计水淹程度是目前检查注水效果的重要任务。计水淹程度是目前检查注水效果的重要任务。可根据可根据SP基线偏移确定水淹层基线偏移确定水淹层位，并根据偏移量的大小来判断水位，并根据偏移量的大小来判断水淹程度。淹程度。水淹层在水淹层在SP 曲线上出现基线偏曲线上出现基线偏移是因为注入水的矿化度不同于地移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。注入淡水水淹后层水和泥浆滤液。注入淡水水淹后的油水同层，被水淹的底部或顶部的油水同层，被水淹的底部或顶部的的SP异常明显小于未被水淹部分的异常明显小于未被水淹部分的SP异常，使该层上下部泥岩基线发异常，使该层上下部泥岩基线发生明显偏移。生明显偏移。结结 论论1、如果、如果SP曲线的上基线偏移则油层上部被水淹曲线的上基线偏移则油层上部被水淹2、SP曲线下基线偏移则油层下部被水淹曲线下基线偏移则油层下部被水淹3、地层中部或者全部被水淹，、地层中部或者全部被水淹，SP基线不发生基线不发生偏移，而是表现为异常幅度减小。偏移，而是表现为异常幅度减小。应用应用7 7：研究沉积相。研究沉积相。应用应用6 6：与其他资料结合进行地层对比：与其他资料结合进行地层对比5.SP曲线的应用曲线的应用应用应用7 7：研究沉积相。研究沉积相。5.SP曲线的应用曲线的应用榆榆林林子子洲洲地地区区山山西西组组测测井井相相解解释释图图版版 5.SP曲线的应用曲线的应用应用应用1 1：砂泥岩剖面判断岩性；：砂泥岩剖面判断岩性；应用应用2 2：划分渗透层及层界面；：划分渗透层及层界面；应用应用3 3：估算泥质含量；：估算泥质含量；应用应用4：计算地层水的电阻率：计算地层水的电阻率Rw；应用应用5：判断油气水层和水淹层；：判断油气水层和水淹层；应用应用6 6：与其他资料结合进行地层对比：与其他资料结合进行地层对比应用应用7 7：研究沉积相。研究沉积相。如如何何看看测测井井曲曲线线？道道深度深度曲线名称曲线名称曲线刻度曲线刻度单位单位曲线增大方向曲线增大方向自然电位测井（自然电位测井（SP）自然电场的产生（自然电场的产生（Ed、Eda）课堂小结课堂小结自然电位测井曲线特征及应用自然电位测井曲线特征及应用