《地球物理测井》PPT课件.ppt

3 自然电位测井（SP）,3 自然电位测井（SP）,3 自然电位测井（SP）,斯仑贝谢1928年发现了这样的现象：在未通电的情况下，井中电极（M）与位于地面的电极（N）之间存在着电位差，而且该电位差随着地层的不同而变化。另外，电位差的变化规律性很强。,3 自然电位测井（SP）,后来、道尔、威利、费多尼、斯卡拉和安德森等人对这一现象进行了研究，同时，自然电位测井（SP）也就诞生了。,3.1 自然电位的成因,研究结果表明:油井中的自然电位是自然电场的作用而产生的,而自然电场一般是由地层与井眼流体之间发生的电化学作用和动电学作用而产生的。,3.1.1 动电学作用与动电学电位,动电学作用通常也称为过滤作用,这里的过滤作用指的是泥浆中的正、负离子有选择性地通过某一介质(地层)。具有解释如下：,3.1.1 动电学作用与动电学电位,当泥浆柱压力与地层压力不平衡时(一般是泥浆柱的压力略大于地层压力)，如果地层具有一定的渗透性，则泥浆滤液将通过井壁渗入地层。,3.1.1 动电学作用与动电学电位,固体表面带有负电荷(砂岩、石灰岩等固体颗粒的表面仅带有少量的负电荷。而泥质或泥饼中固体颗粒的表面带有大量的负电荷)。,3.1.1 动电学作用与动电学电位,当岩石中的固体颗粒被地层水润湿时，就形成双电层。,3.1.1 动电学作用与动电学电位,泥浆滤液通过孔道进入地层时，带走正电荷(阳离子)，在地层一侧形成正电荷的富集，而井眼中的正电荷填补被带走正电荷所形成的空缺,这样井眼中就有了过剩的负电荷，从而产生了过滤电位（动电学电位）。,3.1.1 动电学作用与动电学电位,动电学电位（过滤电位）的大小：,3.1.1 动电学作用与动电学电位,其中:P泥浆柱与地层间的压力差；Rmf泥浆滤液的电阻率；泥浆滤液的粘度 A过滤电位系数(与地层水的矿化度、化学成分、所通过的介质的类型及泥浆滤液的性质有关),3.1.2 电化学作用与电化学电位,油井中的电化学作用主要包括两种：一种是扩散作用，另一种是扩散吸附作用。,3.1.2.1 扩散作用与扩散电位,3.1.2.1 扩散作用与扩散电位,当具有不同矿化度的两种流体相接触时，离子将从浓度高的地方向浓度低的地方移动，这种现象我们称为扩散作用。,3.1.2.1 扩散作用与扩散电位,在扩散过程中，正、负离子迁移率（速度）不同，通常是负离子快，这样在某一时刻通过同一截面的正离子数与负离子数不同，结果是浓度低的一侧形成了负离子（电荷）的富集，而浓度高的一侧形成了正离子（电荷）的富集，从而产生了扩散电位。,3.1.2.1 扩散作用与扩散电位,式中 扩散电位系数，主要取决于溶液的离子成分、溶液的温度；地层水的电化学活度，与地层水的含盐浓度、盐的类型和温度有关，为活度系数。泥浆滤液的电化学活度，,1.1.2.1 扩散作用与扩散电位,式中 Cw、Cmf地层水和泥浆滤液的浓度；Rw、Rmf地层水和泥浆滤液的电阻率。,1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位,当两种不同浓度的液体相接触，离子从浓度高的一侧向浓度低的地方扩散,1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位,扩散时，如果地层的固体颗粒（泥质）的表面带有了强的负电荷之后，固体颗粒将阻止负离子的通过（好象负离子被吸附住了一样），这种现象我们称之为扩散吸附作用。,1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位,由于扩散吸附作用，其结果是浓度高的一侧形成了负离子（电荷）的富集，而浓度低的一侧形成了正离子（电荷）的富集，从而产生了扩散吸附电位。,1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位,式中 Ka扩散吸附电位系数，它的大小和符号主要决定于岩石颗粒的大小及化学成分，也和溶液的化学成分、温度、浓度比等因素有关。,1.1.3 油井中的自然电场,在油井中由于动电学作用和电化学作用产生了三种电位（电动势）：,1.1.3 油井中的自然电场,其中，Ek产生的前提条件是P0。通常情况下，P很小，所以Ek很小(可忽略)，所以油井中的自然电位主要是由扩散作用和扩散吸附作用所产生的。,1.1.3 油井中的自然电场,注意：扩散电位和扩散吸附电位产生的重要条件是：CwCmf。,1.1.3 油井中的自然电场,若砂岩的地层水矿化度为C2，泥岩的地层水矿化度为C1，泥浆滤夜的矿化度为Cmf，设 C1 C2 Cmf，则由扩散作用和扩散吸附作用所产生的电位如图所示。,1.1.3 油井中的自然电场,在砂岩处，由于扩散作用产生扩散电动势Ed为：,1.1.3 油井中的自然电场,在泥岩，由于扩散吸附作用产生扩散吸附电动势Ea1为：,1.1.3 油井中的自然电场,在砂岩和泥岩的接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势Ea2为：,1.1.3 油井中的自然电场,这三种电动势尤如三个电池，它们通过导体（岩石）连接，形成回路，回路的总电动势：,1.1.3 油井中的自然电场,这三种电动势尤如三个电池，它们通过导体（岩石）连接，形成回路，回路的总电动势：,1.1.3 油井中的自然电场,这三种电动势尤如三个电池，它们通过导体（岩石）连接，形成回路，回路的总电动势：,1.1.3 油井中的自然电场,在该电动势作用下，就产生了自然电流，界面处的电流密度最大。,1.2 自然电位测井曲线,由于动电学作用和电化学作用，使井眼中存在着自然电流，而且电流总是从电位高的地方流向电位低的地方。,1.2 自然电位测井曲线,当测量电极在井中移动时，就可测得井中各点的自然电位值，即自然电位曲线。,1.2 自然电位测井曲线,自然电位曲线的纵坐标为深度坐标，其单位有公制和英制两种。横坐标为自然电位的变化情况。,1.2 自然电位测井曲线,量值的读取分两种情况：第一种采取的绝对刻度时，用读绝对值的方法进行。第二种为相对刻度的曲线读值，首先确定基线然后读取相对值。,1.2 自然电位测井曲线,关于相对刻度的说明：“-”为电位降低的方向；“+”为电位升高的方向；|间距是电位的变化量的大小的刻度。,1.2.1 自然电位测井曲线的特点,在泥岩层处自然电位曲线的测井值比较稳定。测井值比较稳定的条件：泥岩的性质基本相同；地层水的性质基本相同。任一种条件得不到满足时,就会引起自然电位曲线的基线偏移,1.2.1 自然电位测井曲线的特点,基线偏移的示例,1.2.1 自然电位测井曲线的特点,在砂泥岩剖面中，渗透层的自然电位曲线出现明显的异常。CwCmf时，出现负异常；CwCmf时，出现正异常；Cw=Cmf时，无异常。,1.2.1 自然电位测井曲线的特点,对于厚地层(h4d)，自然电位曲线的半幅点对应于层界面。,1.2.1 自然电位测井曲线的特点,对应于地层中部，自然电位曲线出现极值，测井计算时常利用这一极值。,1.3 自然电位测井的影响因素,1.3.1 渗透层处自然电位曲线的异常幅度,1.3.1 自然电位测井的影响因素,岩性的影响：K与泥质的类型、泥质含量及分布形式有关。r=f(R)，不同的岩性,R不同，其电阻ri、rt、rsh等都将受到影响。,1.3.1 自然电位测井的影响因素,地层水和泥浆滤液中的含盐浓度及盐的类型 矿化度不同时，Cw/Cmf不同；盐的类型不同时，K值不同。,1.3.1 自然电位测井的影响因素,温度的影响：温度的变化引起K值的变化，温度对电阻率的影响明显。,1.3.1 自然电位测井的影响因素,地层厚度的影响 r=RL/S S=h井眼的周长,1.3.1 自然电位测井的影响因素,井径和侵入影响(1)rm=RmL/S S井眼截面积(2)ri=RiL/S L=di/2,1.3.1 自然电位测井的影响因素,由于以上因素的影响,通常有：Usp Es 测井习惯上把Es叫静电自然电位记作SSP（即SSP=Es）；Usp为自然电位异常幅度（或假自然电位）记作PSP（即PSP=Usp）。,1.4 自然电位测井曲线的应用,1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置,在砂泥岩剖面中渗透层通常有自然电曲线异常现象:CwCmf时，渗透层的SP曲线为负异常；CwCmf时，渗透层的SP曲线为正异常；至于Cw是大于还是小于Cmf,对某一地区可通过水分析资料及钻井的泥浆资料确认。事实上,根据泥岩基线这一点已很容易判断,厚层的半幅点对应于层界面,1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置,对于碳酸盐岩剖面：纯碳酸盐岩剖面：各种致密的的碳酸盐岩因无离子扩散所以不产生电位；致密层中所夹的渗透层，虽然产生了扩散电位和扩散吸附电位，但在与致密层的分界处不能构成自然电流的回路，只能在井内上下扩散。所以纯地层碳酸盐岩剖面的SP曲线基本上是一条直线，即无法辨别渗透层。泥岩中夹的孔隙性碳酸盐岩：其特点与砂泥岩剖面的相同。,1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置,对于膏岩剖面：石膏、硬石膏、岩盐等为不含自由水的致密层，故不产生自然电位 泥浆在循环的过程中，溶解盐层，使Cmf很快升高，一方面可能使Cmf接近于Cw从而不产生自然电位，另一方面可能是即使产生自然电位，也因Cm很高使泥浆成为良导体，自然电位异常幅度很小。所以，膏盐剖面中即使有砂泥岩交互层存在，也不会有明显的自然电位异常存在。,1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置,自然电位测井只能较好地应用于砂剖面之中。,1.4.2 估计地层中的泥质含量,1.4.2.1 泥质对Usp的影响,无泥质时,1.4.2.1 泥质对Usp的影响,有泥质时,1.4.2.1 泥质对Usp的影响,地层的泥质含量增加时,异常幅度减小。一旦地层中的泥质含量增加到100%时,实际上就变为了泥岩,这时,自然电位曲线将处于泥岩基线上(即异常幅度为0)。,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,用自然电位曲线估计泥含量的条件是：自然电位曲线异常幅度的变化完全取决于泥质含量的变化。,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,方法一：对岩样测定其泥质含量Vsh,从SP曲线上读出相应的Usp，用数学的方法回归出泥质含量与自然电位异常幅度之间的关系Vsh=f（Usp）对某一测量值利用该关系就可计算出Vsh。,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,方法二：以泥质含量与自然电位测井异常幅度的变化为线性关系为基础进行推导：,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,以泥岩为基线的目的层自然电位异常幅度 以泥岩为基线的纯砂岩自然电位异常幅度,1.4.2.2 估计泥质含量的方法,可以看出，第二种方法的关键在于准确确定SSp 或。在 正确的情况下，计算的也应较为理想。,1.4.3 判断水淹层,在采油过程中,如果某一口井的某一油层见到了注入水,则该层就叫水淹层。,1.4.3 判断水淹层,水淹层在SP曲线的特征：自然电位曲线在局部水淹层的上、下将发生基线偏移。,1.4.3 判断水淹层,引起基线偏移的原因是注入水与原地层水的不同而引起的。,1.4.3 判断水淹层,1.4.3 判断水淹层,可以看出：,1.4.4 确定地层水电阻率Rw,由自然电位确定Rw的依据,1.4.4 确定地层水电阻率Rw,由自然电位确定Rw的步骤,1.4.4 确定地层水电阻率Rw,确定静自然电位（SSP）Es选择厚的水层,正确读取Usp=PSPEs=I(rt+ri+rsh)+Usp SSP=Usp+对Usp做必要的校正确定SSP(Es),1.4.4 确定地层水电阻率Rw,由泥浆资料及井温资料确定Rmfe确定目的层和温度:方法一:计算法,即T=TO+D*H方法二:图版法确定目的层中泥浆滤液的等效电阻率Rmfe:确定地面Rm 确定地面Rmf 确定目的层的Rmf 确定目的层的Rmfe,1.4.4 确定地层水电阻率Rw,确定Rwe方法一：根据地层岩性、地层水性质、温度等确定K值;由Es=Klg(Rmfe/Rwe)计算Rwe方法二：由图版确定Rwe,1.4.4 确定地层水电阻率Rw,由Rwe确定Rw 用相关的经验公式或图版进行确定,