自然电位测井课件

Spontaneous potential logging自然电位测井自然电位测井自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容1 1、方法特点、方法特点 钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的电场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化电场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。SPSP测井的基本方法为：测井的基本方法为：如图，在井内放一测量电极如图，在井内放一测量电极M M，地面放一测，地面放一测量电极量电极N N，将，将M M电极沿井筒移动，即可测出一条井电极沿井筒移动，即可测出一条井内自然电位变化的曲线。内自然电位变化的曲线。自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)要对所测的要对所测的SP曲线进行地质解释，首先曲线进行地质解释，首先应该了解自然电位是怎样产生的，它与地应该了解自然电位是怎样产生的，它与地层的那些性质有关。层的那些性质有关。自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：主要有以下两个原因：地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势。附电动势。地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。吸附电动势占绝对优势。（1 1）扩散电位）扩散电位 当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，离子在当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，离子在渗透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜向渗透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜向较低浓度的溶液中移动。这种现象叫扩散，形成的较低浓度的溶液中移动。这种现象叫扩散，形成的电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散有两种途径：电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散有两种途径：2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散;二是通过泥岩向泥浆中扩散。二是通过泥岩向泥浆中扩散。其扩散电位大小其扩散电位大小取决于取决于正负离子的运移率正负离子的运移率(单价离子在强度为单价离子在强度为1 1伏伏特特/厘米的电场作用下的移动速度厘米的电场作用下的移动速度)；温度、压力；温度、压力；两种溶液的浓度差；两种溶液的浓度差；浓度、离子类型及浓度差。浓度、离子类型及浓度差。离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，由于由于ClCl-比比NaNa+的迁移率大，因此在砂岩高的迁移率大，因此在砂岩高浓度一侧聚集多余的正电荷，而在泥浆浓度一侧聚集多余的正电荷，而在泥浆中聚集负电荷。离子量移动到一定程度，中聚集负电荷。离子量移动到一定程度，形成动态平衡，此时电位叫扩散电位，形成动态平衡，此时电位叫扩散电位，经实验证实，扩散电位经实验证实，扩散电位EdEd可由以下公式可由以下公式求得求得（涅耳斯特方程，（涅耳斯特方程，NernstNernst）E Ed d=K Kd dlg(Clg(Cw w/C/Cmfmf)K Kd d-扩散电位系数，与盐类的化学成扩散电位系数，与盐类的化学成份及温度有关。份及温度有关。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（1 1）扩散电位）扩散电位对于石油钻井而言：对于石油钻井而言：下面列举常见盐溶液的迁移率和KdKd值2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（1 1）扩散电位）扩散电位2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因 在井中，在井中，1818时若地层水浓度时若地层水浓度CwCw等于等于1010倍的泥浆溶液矿化度倍的泥浆溶液矿化度CmfCmf时时,经理论推算：经理论推算：k kd d=-11.6mv=-11.6mv，其中负号表示低度一方井中的其中负号表示低度一方井中的电位低；电位低；CmfCmf、CwCw-泥浆滤液和地层水矿化度。泥浆滤液和地层水矿化度。当溶液矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即当溶液矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即E Ed d=K Kd dlg(Clg(Cw w/C/Cmfmf)=)=K Kd dlg(Rlg(Rmfmf/R/Rw w)Rmf,RwRmf,Rw-泥浆滤液和地层水电阻率。泥浆滤液和地层水电阻率。（1 1）扩散电位）扩散电位 因因为为泥泥岩岩结结构构、化化学学成成分分等等与与砂砂岩岩不不同同，因因此此与与泥泥浆浆之之间间形形成成的的电电位位差差大大，且且符符号号与与扩扩散散电电位位相相反反，这这是是由由于于粘粘土土矿矿物物表表面面具具有有选选择择吸吸附附负负离离子子的的能能力力。因因此此当当浓浓度度不不同同的的NaCl溶溶液液扩扩散散时时，粘粘土土颗颗粒粒吸吸附附Cl-离离子子，而而Na+离离子子可可以以自自由由移移动动，若若CwCmf，泥泥浆浆带带正正电电荷荷，储储集集层层与与泥泥岩岩界界面面处处带带负负电电荷荷，这这时时形形成成的的电电动动势势为为扩扩散散吸吸附附电电动动势势，这这是是由由于于既既有有扩扩散散作用又有吸附作用，因此称为扩散吸附电动势，作用又有吸附作用，因此称为扩散吸附电动势，用用Eda表示表示,由下式求由下式求 E Edada=K Kdadalg(Cw/Cmflg(Cw/Cmf)若若CwCw=10Cmf,t=18 =10Cmf,t=18 K Kdada=58mV=58mV。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（2 2）吸附电位）吸附电位（隔膜作用（隔膜作用-砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子)这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆滤液通这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（3 3）过滤电位）过滤电位 通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透性岩层性岩层(如砂岩层如砂岩层)处，都不同程度的有泥饼存在。处，都不同程度的有泥饼存在。由于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子由于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子扩散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着扩散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。于是在泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。于是在地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，而在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从而产生了电动势。由此形成的电动势，叫做过滤从而产生了电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电动势。显然它的极性与扩散电动势相同，即井的电动势。显然它的极性与扩散电动势相同，即井的一方为负，岩层的一方为正。一方为负，岩层的一方为正。过滤电动势过滤电动势E Ef f的大小与泥饼两边的压力差的大小与泥饼两边的压力差PP和泥浆滤液的电阻率和泥浆滤液的电阻率R Rmfmf成正比，而与泥浆滤液的粘度成正比，而与泥浆滤液的粘度成反比，即成反比，即 K Kf f 过滤电位系数，与溶液的成分有关；过滤电位系数，与溶液的成分有关；PP 压力差，单位为大气压；压力差，单位为大气压；过滤溶液的粘度，厘泊；过滤溶液的粘度，厘泊；当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。通常通常E Ef f只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥浆只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电动势柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电动势可忽略不计。可忽略不计。2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因（3 3）过滤电位）过滤电位自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（1 1）总电动势）总电动势结合等效电路进行分结合等效电路进行分析析 由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势EdEd和和EdaEda是是串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势EsEs为该两电动势的为该两电动势的代数和代数和 Es=Es=Ed+EdaEd+Eda =KdKdlg(Cw/Cmflg(Cw/Cmf)+)+KdaKdalg(Cw/Cmflg(Cw/Cmf)=KsKslg(Cw/Cmflg(Cw/Cmf)Ks=Ks=Kd+KdaKd+Kda Ks-Ks-总的扩散、扩散吸附电动势系数总的扩散、扩散吸附电动势系数;Es-Es-井内自然电动势井内自然电动势3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（1 1）总电动势）总电动势 3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布 SPSP测井测井时是与普通电阻率测井同时进行，其时是与普通电阻率测井同时进行，其测量原理电路测量原理电路见图。见图。M M电极是电极是普通电阻率测井和普通电阻率测井和自然电位测井公自然电位测井公用的测量电极，用的测量电极，视电阻率视电阻率测井时，由测井时，由供电电极供电电极供供电形成电形成的人工电场是的人工电场是低频脉动直流场低频脉动直流场，而自然电，而自然电场是场是直流场直流场，在，在视电阻率测量道上加一个隔直元视电阻率测量道上加一个隔直元件件C C，阻隔自然电位进入，阻隔自然电位进入该道，该道，同时在自然电位同时在自然电位测量道上加一个隔交元件测量道上加一个隔交元件L L，它只允许自然电场，它只允许自然电场的直流电位信号通过的直流电位信号通过，从而，从而阻断了研究视电阻率阻断了研究视电阻率的脉动直流电场的信号的脉动直流电场的信号干扰。干扰。3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布 由自然电场分布特征可知，在砂由自然电场分布特征可知，在砂岩和泥岩交界处自然电位有明显变化，岩和泥岩交界处自然电位有明显变化，变化幅度与变化幅度与Ed和和Eda有关。有关。在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自然电位变化最大。它是产生附近的自然电位变化最大。它是产生自然电场的总电动势自然电场的总电动势E总：总：E总总=Ed-Eda =Klg(Rmf/Rw)=SSP 式中式中K为自然电位系数。通常把为自然电位系数。通常把E总总叫作静自然电位，记作叫作静自然电位，记作SSP。把把 E E总总叫作静自然电位，记叫作静自然电位，记作作SSPSSP。此时此时EdEd的的幅度称砂岩线，幅度称砂岩线，EdaEda的幅度的幅度叫泥岩线叫泥岩线。实际测井中以泥岩线作自。实际测井中以泥岩线作自然电位测井曲线的基线然电位测井曲线的基线(即零线即零线)，在，在18180 0C C时的纯砂岩层处时的纯砂岩层处的的SSPSSP：SSP=-69.6lg(RmSSP=-69.6lg(RmRwRw)。井中巨厚的纯砂岩层井段的自然井中巨厚的纯砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是电位幅度近似认为是SSPSSP。静自然电位静自然电位的变化范围在含淡水的变化范围在含淡水岩层的岩层的+50mV+50mV到含高矿化度盐水岩层到含高矿化度盐水岩层的的-200mV-200mV之间。之间。3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析（2 2）电位分布）电位分布自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（1 1）曲线特征）曲线特征 异常幅度及其定量计算。异常幅度及其定量计算。（砂岩有限厚）（砂岩有限厚）自然电位幅度自然电位幅度U USPSP定义为：自然定义为：自然电流电流I I在流经泥浆等效电阻在流经泥浆等效电阻rmrm上的电位降，即上的电位降，即U USPSP=IrIrm m。（巨厚砂岩）（巨厚砂岩）r rm m比比r rsdsd、r rshsh大得多，所以有大得多，所以有USPUSPSSPSSP E Es s=I(rI(rs s+r+rt t+r+rm m)U Uspsp=I I r rm m =E=Es s-I(rI(rs s+r+rt t)=E =Es s/(1+(r/(1+(rs s+r+rt t)/r)/rm m)A A、曲曲线线对对地地层层中中点点对对称称，地地层层中中点点处处异常值最大；异常值最大；B B、厚厚地地层层（h h4d4d）的的自自然然电电位位曲曲线线幅幅度度UspUsp近近似似等等于于SSPSSP，曲曲线线的的半半幅幅值值点点深深度度正正对对应应着着地地层层界界面面，因因此此可可用用半半幅幅点点法法确定地层界面；确定地层界面；C C、随随地地层层厚厚度度的的变变小小，自自然然电电位位曲曲线线幅幅度度UspUsp下下降降，曲曲线线顶顶部部变变尖尖，底底部部变变宽宽，UspUsp小小于于SSPSSP，而而且且界界面面位位置置离离开开半幅值点向曲线峰值移动。半幅值点向曲线峰值移动。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（1 1）曲线特征）曲线特征 SPSP曲线特征曲线特征 A A、自自然然电电位位测测井井曲曲线线没没有有绝绝对对零零点点，而而是是以以泥泥岩岩井井段段的的自自然然电电位位幅幅度度作作基基线线，曲曲线线上上方方标标有有带带极极性性符符号号的的横横向向比比例例尺尺，它它与与曲曲线线的相对位置，不影响自然电位幅度的读数。的相对位置，不影响自然电位幅度的读数。B B、自自然然电电位位幅幅度度UspUsp的的读读数数是是基基线线到到曲曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。C C、在在砂砂泥泥岩岩剖剖面面井井中中，一一般般为为淡淡水水泥泥浆浆钻钻进进(CwCw CmfCmf)，在在砂砂岩岩渗渗透透层层井井段段自自然然电电位位曲曲线出现明显的负异常；线出现明显的负异常；在在盐盐水水泥泥浆浆井井中中(CwCw CmfCmf)，渗渗透透层层井井段段出现正异常，这是识别渗透层的重要特征。出现正异常，这是识别渗透层的重要特征。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 使用使用SPSP曲线应注意的几个问题曲线应注意的几个问题（1 1）曲线特征）曲线特征 上上述述已已经经提提及及，在在自自然然电电位位曲曲线线上上有有异异常常出出现现的的地地方方，该该异异常常相相对对于于泥泥岩岩基基线线的的最最大大偏偏转转，称称自自然然电电位位异异常常幅幅度度。自自然然电电位位异异常常幅幅度度的的大大小小与许多因素有关，可根据自然电流回路的等效电路对此进行分析。与许多因素有关，可根据自然电流回路的等效电路对此进行分析。在在井井内内测测得得的的自自然然电电位位降降落落仅仅仅仅是是自自然然电电动动势势的的一一部部分分(该该电电动动势势的的另另外外两两部部分分电电位位降降落落分分别别产产生生在在砂砂岩岩层层及及其其围围岩岩之之中中)，它它的的数数值值及及曲曲线线特点主要决定于造成自然电场的总电动势特点主要决定于造成自然电场的总电动势Es及自然电流的分布。及自然电流的分布。Es的的大大小小取取决决于于岩岩性性、地地层层温温度度、地地层层水水和和泥泥浆浆中中所所含含离离子子成成分分以以及泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。及泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。自自然然电电流流I的的分分布布则则决决定定于于流流经经路路径径中中介介质质的的电电阻阻率率及及地地层层厚厚度度和和井井径的大小。径的大小。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素 从从扩扩散散和和吸吸附附电电动动势势的的产产生生，我我们们可可以以看看出出，KdKd和和KaKa与与温温度度有有关关，因因此此同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成KdKd和和KaKa值有差别。值有差别。通通常常绝绝对对温温度度T T与与KdKd和和KaKa成成正正比比关关系系，这这可可从从离离子子的的活活动动性性来来解解释释。为为了了研研究究温温度度对对自自然然电电位位的的影影响响程程度度，常常需需计计算算出出地地层层温温度度条条件件下下的的KdKd和和KaKa值值。为为计计算算方方便便，先先计计算算出出1818时时的的KdKd和和KaKa值值，然然后后用用下下式式可可计计算算出出任任何何地地层层温温度度tt的的的的KdKd值。值。式式中中K Kd d|t t=18=18为为温温度度为为1818时时的的扩扩散散电电动动势势系系数数；t t为为地地层层温温度度。KaKa的的温温度换算公式与度换算公式与KdKd的形式相同。的形式相同。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素地层温度的影响地层温度的影响（2 2）影响因素）影响因素 UspUsp主要取决于自然电场的总电动势主要取决于自然电场的总电动势SSPSSP。显然，显然，UspUsp与与SSPSSP成正比，而成正比，而SSPSSP的大小取决于岩性和的大小取决于岩性和CwCwCmfCmf。因此，在一定的范围内，因此，在一定的范围内，CwCw和和CmfCmf差别大，造成自然电场的电动势差别大，造成自然电场的电动势高，曲线变化明显。高，曲线变化明显。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响（2 2）影响因素）影响因素 地地层层水水和和泥泥浆浆滤滤液液内内所所含含盐盐类类不不同同，则则溶溶液液中中所所含含离离子子不不同同，离离子子价价也也不不同同。由由于于不不同同离离子子的的离离子子价价和和迁迁移移率率均均有有差差异异，直直接接影影响响KdKd和和KaKa的的大大小，因而也就影响了小，因而也就影响了EsEs的数值。的数值。在在纯纯砂砂岩岩井井段段，溶溶液液中中所所含含化化学学成成分分改改变变时时，扩扩散散电电动动势势系系数数KdKd也也随随之改变，造成自然电场的电动势也随之改变，参见下表：之改变，造成自然电场的电动势也随之改变，参见下表：4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响（2 2）影响因素）影响因素 自自然然电电位位异异常常幅幅度度实实际际是是自自然然电电流流在在其其所所经经过过的的泥泥浆浆柱柱上上的的最最大大电电位位降降落落。因因此此井井径径对对自自然然电电位位异异常常幅幅度度有有明明显显影影响响，其其影影响响程程度度可可通通过过等效电路来分析。等效电路来分析。井井径径扩扩大大，使使井井眼眼的的截截面面积积增增大大，则则泥泥浆浆柱柱的的电电阻阻r rm m减减小小，从从而而导导致致UspUsp降低。降低。井内泥浆电阻率减小，同样使泥浆柱电阻井内泥浆电阻率减小，同样使泥浆柱电阻r rm m减小，则导致减小，则导致UspUsp降低。降低。也也可可以以这这样样考考虑虑，r rm m减减小小，使使得得r rm m在在整整个个电电流流回回路路上上的的分分压压作作用用减减弱，也就是弱，也就是IrIrm m变小，自然也就有变小，自然也就有UspUsp的降低。的降低。因此在盐水泥浆井中自然电位曲线变化不明显。因此在盐水泥浆井中自然电位曲线变化不明显。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素井的影响（包括井径和泥浆电阻率）井的影响（包括井径和泥浆电阻率）（2 2）影响因素）影响因素 岩层厚度变薄，或岩层电阻率增高，自然电位异常幅度均降低。岩层厚度变薄，或岩层电阻率增高，自然电位异常幅度均降低。这是因为岩层厚度变薄时，电流所经过的岩层部分横截面积减小，该部分等效电阻rsd增加；而当岩层厚度一定，岩层本身的电阻率增大时，rsd也增加。于是，由上式可知，地层的电阻率越高则Usp越低，因此这两个因素均使自然电位异常幅度降低。据据此此不不难难知知道道，在在岩岩层层厚厚度度、岩岩性性和和地地层层水水矿矿化化度度等等条条件件均均相相同同的的含含水水层层同同含含油油、气气层层相相比比，电电阻阻率率较较高高的的含含油油、气气层层的的自自然然电电位位异异常常幅幅度度要要比比含含水水层层的的自自然然电电位位异异常常幅幅度度低低。根根据据这这一一特特点点可可以以用用自自然然电位幅度的差异定性地分辨油、水层。电位幅度的差异定性地分辨油、水层。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素 目的层的影响（包括厚度和电阻率）目的层的影响（包括厚度和电阻率）（2 2）影响因素）影响因素围岩的影响（包括厚度和电阻率）围岩的影响（包括厚度和电阻率）4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素 泥岩层的电阻率值及其厚度对自然电位异常幅度也有一定的影响。因为这两个参数决定着自然电流回路等效电阻rsh的数值。泥岩层电阻率越高或岩层厚度越薄，泥岩层电阻率越高或岩层厚度越薄，r rshsh增高，自然电位异常幅度会增高，自然电位异常幅度会降低。降低。但通常泥岩的电阻率都比较低，自然电流在其中所产生的电位降落但通常泥岩的电阻率都比较低，自然电流在其中所产生的电位降落较小，特别是当泥岩层厚度较大时，泥岩层的这两个因素对自然电位异较小，特别是当泥岩层厚度较大时，泥岩层的这两个因素对自然电位异常幅度的影响并不十分显著。常幅度的影响并不十分显著。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素岩性的影响岩性的影响 当夹于纯泥岩层中的砂岩内含有泥质时，显然，对着砂岩层处，地层当夹于纯泥岩层中的砂岩内含有泥质时，显然，对着砂岩层处，地层水与泥浆之间的扩散就与前述情况不同。水与泥浆之间的扩散就与前述情况不同。由于组成泥质的粘土颗粒具有离子选择薄膜的特性，由于组成泥质的粘土颗粒具有离子选择薄膜的特性，因此，因此，存在于砂存在于砂岩中的泥质对溶液的直接扩散产生了一种附加的影响。使得砂岩层与井之岩中的泥质对溶液的直接扩散产生了一种附加的影响。使得砂岩层与井之间除了产生扩散电动势之外，还产生一种附加的吸附电动势。而这两种电间除了产生扩散电动势之外，还产生一种附加的吸附电动势。而这两种电动势的极性是相反的，它们部分抵消的结果，会使得对着砂岩层处的扩散动势的极性是相反的，它们部分抵消的结果，会使得对着砂岩层处的扩散电动势数值同岩石不含泥质时相比有所降低，从而使总电动势也降低。电动势数值同岩石不含泥质时相比有所降低，从而使总电动势也降低。电电动势降低的程度，与岩石中含泥质的多少有关。动势降低的程度，与岩石中含泥质的多少有关。显然，岩石含泥质越多，产生的附加吸附电动势就强，总电动势的降显然，岩石含泥质越多，产生的附加吸附电动势就强，总电动势的降低也越大；反之，就越小。低也越大；反之，就越小。据据此此不不难难推推论论，在在条条件件相相同同的的情情况况下下，纯纯砂砂岩岩的的自自然然电电位位异异常常幅幅度度要要比比泥泥质质岩岩石石的的异异常常幅幅度度大大，而而且且随随着着砂砂岩岩中中泥泥质质含含量量的的增增加加，自自然然电电位位异异常常幅幅度度会会随随之之减减小小。因因此此，根根据据砂砂岩岩层层上上的的自自然然电电位位异异常常幅幅度度大大小小，可可以以定量估计地层的泥质含量，和定性判断地层渗透性的好坏。定量估计地层的泥质含量，和定性判断地层渗透性的好坏。根根据据同同样样的的道道理理，当当泥泥岩岩层层岩岩性性不不纯纯时时，对对着着该该层层的的自自然然电电位位曲曲线线将将偏偏离离泥泥岩岩基基线线。泥泥岩岩层层中中含含的的砂砂质质(或或石石灰灰质质、白白云云质质)越越多多，这这种种偏偏离离会会更加显著。更加显著。可可见见，含含泥泥质质的的砂砂岩岩和和含含砂砂质质的的泥泥岩岩，其其自自然然电电位位异异常常幅幅度度界界于于曲曲线线上纯砂岩线与纯泥岩线之间。上纯砂岩线与纯泥岩线之间。4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素（2 2）影响因素）影响因素岩性的影响岩性的影响自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1 1、方法特点、方法特点2 2、自然电位产生的原因、自然电位产生的原因3 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析4 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素、自然电位测井曲线的特征及影响因素5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用学习内容学习内容 主要包括：主要包括：判断岩性、划分渗透层判断岩性、划分渗透层;判断储层中流体性质；判断储层中流体性质；计算地层水电阻率计算地层水电阻率;估计泥质含量估计泥质含量;判断水淹层判断水淹层;地层对比和沉积相研究等。地层对比和沉积相研究等。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)泥岩：泥岩：基线附近；基线附近；砂岩：砂岩：异常幅值和正负反映岩石异常幅值和正负反映岩石渗透性好坏和泥浆的性能；渗透性好坏和泥浆的性能；纯水砂岩：纯水砂岩：UspUsp=SSP =SSP 含油后含油后UspUsp幅值下降，因为电阻率增大。幅值下降，因为电阻率增大。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（1 1）判断岩性，区分渗透层判断岩性，区分渗透层砂砂泥泥岩岩剖剖面面自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（1 1）判断岩性，区分渗透层判断岩性，区分渗透层碳碳酸酸岩岩剖剖面面 碳酸岩：碳酸岩：储集层与非储集层岩储集层与非储集层岩性相同，自然电位曲线区分不开。性相同，自然电位曲线区分不开。其幅值大小只反映泥质含量的高低。其幅值大小只反映泥质含量的高低。岩盐、膏岩：岩盐、膏岩：无渗透性，因而无渗透性，因而自然电位无异常显示；自然电位无异常显示；自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)自然电位异常幅度还可用来判自然电位异常幅度还可用来判断砂岩渗透层孔隙中所含流体的性断砂岩渗透层孔隙中所含流体的性质（油？气？水？质（油？气？水？）。）。一般含水砂岩的自然电位幅度一般含水砂岩的自然电位幅度UspUsp比含油砂岩的自然电位幅度比含油砂岩的自然电位幅度UspUsp要高，据此可判断油水层。如要高，据此可判断油水层。如图，同一砂岩层中图，同一砂岩层中，上部含油下部上部含油下部含水时，自然电位曲线上表明了上含水时，自然电位曲线上表明了上述结论。述结论。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（2 2）判断储层中流体性质判断储层中流体性质岩层上部含油下部含水5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（3 3）估算泥质含量估算泥质含量V Vshsh泥质系数法泥质系数法 厚层纯水层砂岩厚层纯水层砂岩 SSP SSP，厚层含泥质的砂岩层，厚层含泥质的砂岩层 PSPPSP，泥质系数泥质系数=PSP/SSP=PSP/SSP，VshVsh=1-=1-。经验公式法经验公式法 SHP1=(SP-SBL+SSP)/SSPSHP1=(SP-SBL+SSP)/SSP SP-SP-自然电位读值，自然电位读值，SBL-SBL-自然电位基线值自然电位基线值 SHP=(2SHP=(2c c*SHP1*SHP1-1)/(-1)/(2 2c c-1)-1)C-C-系数，对于老地层，其值为系数，对于老地层，其值为2 2，新地层为，新地层为3 3关系曲线法关系曲线法 对存在的各种含泥质砂岩进行取样，通过岩心分析，测定其泥质对存在的各种含泥质砂岩进行取样，通过岩心分析，测定其泥质含量，然后绘制和统计出含量，然后绘制和统计出V Vshsh与与 关系曲线，然后再根据关系曲线，然后再根据SPSP确定地确定地层的层的V Vshsh值。值。在在评评价价油油气气储储集集层层时时，含含油油气气饱饱和和度度是是一一个个非非常常重重要要的的参参数数，而而要要确确定定含含油油饱饱和和度度S So o，则则必必须须知知道道地地层层水水电电阻阻率率R Rw w。用用自自然然电电位位测测井井资资料料确确定定地层水电阻率是常用的方法之一。地层水电阻率是常用的方法之一。其其方方法法是是：选选择择剖剖面面中中较较厚厚的的饱饱含含水水的的纯纯净净砂砂岩岩层层，读读出出该该层层的的自自然然电电位位异异常常幅幅度度U Uspsp，并并根根据据泥泥浆浆资资料料确确定定泥泥浆浆滤滤液液电电阻阻率率R Rmfmf，然然后后根根据据下式即可确定出下式即可确定出R Rw w。这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说，所得到的这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说，所得到的R Rw w是正确的。是正确的。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w 但但当当上上述述溶溶液液矿矿化化度度较较高高时时，由由于于矿矿化化度度与与溶溶液液电电阻阻率率不不是是线线性性关关系系，如如果果仍仍用用上上式式确确定定R Rw w，则则会会有有一一定定的的误误差差。为为此此引引入入“等等效效电电阻阻率率”的的概概念念，即即不不论论溶溶液液矿矿化化度度范范围围，溶溶液液的的等等效效电电阻阻率率和和溶溶液液的的矿矿化化度度总总是是保保持持线性关系，线性关系，即即 式中：式中：R Rmfemfe为泥浆滤液等效电阻率；为泥浆滤液等效电阻率；R Rwewe为地层水等效电阻率。为地层水等效电阻率。该式适用于任何矿化度的溶液，但求出的结果是地层水等效电阻率该式适用于任何矿化度的溶液，但求出的结果是地层水等效电阻率R Rwewe，然后再用然后再用SP-2SP-2图版求出图版求出R Rw w。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用确定地层水电阻率确定地层水电阻率RwRw方法和步骤方法和步骤 确定含水层的静自然电位值确定含水层的静自然电位值SSPSSP 选择厚的砂岩水层，此时，选择厚的砂岩水层，此时，r rsdsd和和r rshsh均趋于零，可以直接读出该含均趋于零，可以直接读出该含水层的自然电位幅度值水层的自然电位幅度值UspUsp近似作为近似作为SSPSSP使用。否则，需对使用。否则，需对UspUsp进行进行厚度、电阻率和侵入情况校正。厚度、电阻率和侵入情况校正。确定确定R Rmfemfe 为了确定为了确定RmfeRmfe，需要知道地层温度，需要知道地层温度t t和地层温度下的泥浆电阻率和地层温度下的泥浆电阻率RmtRmt，确定方法如下：，确定方法如下：A.A.确定地层温度确定地层温度t t，已知解释目的层深度后，则用已知地温梯度公已知解释目的层深度后，则用已知地温梯度公式来确定地层温度。式来确定地层温度。（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw wB.B.确定地层温度下的泥浆电阻率确定地层温度下的泥浆电阻率R Rm mt t 首首先先在在测测井井曲曲线线图图头头上上查查出出1818时时的的泥泥浆浆电电阻阻率率R Rm m1818值值；然然后后换换算算为为R Rm mt t，转转换换是是通通过过“NaClNaCl溶溶液液电电阻阻率率与与其浓度和温度关系图版其浓度和温度关系图版”。C.C.确定确定RmfRmf 由由R Rm mt t和和泥泥浆浆密密度度（一一般般可可由由测测井井图图头头上上查查得得）用用“估估计计RmfRmf和和RmcRmc图图版版”确确定定RmfRmf。或或通通过过近近似似式式RmfRmf0.75R0.75Rm mt t计算。计算。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw wD.D.确定确定RmfeRmfe 如果溶液中仅有如果溶液中仅有NaClNaCl且温度为且温度为2424（7575）时）时 若若RmfRmf0.1.m0.1.m，则根据经验取则根据经验取RmfeRmfe0.85Rmf0.85Rmf；若若RmfRmf0.1.m(0.1.m(矿化度较高矿化度较高)，则需要用上图，则需要用上图，由，由RmfRmf确定确定RmfeRmfe。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用确定地层水电阻率确定地层水电阻率 RmfeRmfe方法和步骤方法和步骤 确定确定RwRw值值 首先通过首先通过SP-lSP-l图版，由图版，由SSPSSP和和R Rmfemfe确确定出等效地层水电阻率定出等效地层水电阻率R Rwewe，然后通过，然后通过SP-2SP-2图版由图版由RweRwe确定地层水电阻率确定地层水电阻率RwRw。SP-1SP-1图版是一组曲线号码为温度的图版是一组曲线号码为温度的Rmfe/RweRmfe/Rwe与与SSPSSP关系曲线。先由横坐标关系曲线。先由横坐标SSPSSP与已知地层温度曲线相交，得到交与已知地层温度曲线相交，得到交点纵坐标点纵坐标x x，则在已知，则在已知RweRwe的情况下，由的情况下，由SP-2SP-2图版即可确定地层水电阻率图版即可确定地层水电阻率RwRw。（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w 另外也可以通过计算的方法来确定地层水电阻率，其方法如下：另外也可以通过计算的方法来确定地层水电阻率，其方法如下：利用自然电位基本方程式利用自然电位基本方程式 在在该该式式中中，SSPSSP和和R Rmfemfe通通过过上上述述方方法法确确定定，而而扩扩散散吸吸附附电电动动势势系系数数可可以以通过式来计算通过式来计算 式式中中K|K|t=18t=18为为温温度度为为1818时时的的扩扩散散电电动动势势系系数数，对对于于NaClNaCl溶溶液液而而言言，其大小为其大小为69.6mv69.6mv；t t为地层温度。为地层温度。故此式中未知数仅故此式中未知数仅R Rwewe一个，因此可以计算出一个，因此可以计算出R Rwewe，然后通过然后通过SP-2SP-2图版图版得到地层水电阻率。得到地层水电阻率。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w 对对于于砂砂泥泥岩岩剖剖面面，由由自自然然电电位位曲曲线线大大多多可可以以求求得得较较准准确确的的R Rw w值值。但但在在有有些些情情况况下下，如如非非NaClNaCl的的盐盐类类存存在在，自自然然电电位位基基线线偏偏移移或或R Rw w在在井井剖剖面面上变化不定时应特别谨慎。上变化不定时应特别谨慎。用用自自然然电电位位曲曲线线求求R Rw w，必必须须是是厚厚度度较较大大的的含含水水纯纯砂砂岩岩层层，若若储储集集层层含含泥泥质质，将将使使得得所所求求R Rw w偏偏高高(R Rw wR Rmfmf时时)；若若储储集集层层含含钙钙质质，可可能能使使RwRw偏偏低。低。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（4 4）确定地层水电阻率确定地层水电阻率 R Rw w 在在油油田田开开发发过过程程中中，常常采采用用注注水水的的方方法法提提高高采采收收率率，由由于于注注水水驱驱油油或或是是边水推进，如果储层见到了注入水或边水，则该层叫水淹层。边水推进，如果储层见到了注入水或边水，则该层叫水淹层。储储集集层层被被水水淹淹的的部部位位决决定定于于岩岩层层各各部部分分的的渗渗透透性性，一一般般规规律律是是渗渗透透性性好好的的部部分分首首先先被被水水淹淹，利利用用测测井井资资料料判判断断水水淹淹层层位位及及估估计计水水淹淹程程度度已已是是检检查查注注水效果的重要方法。水效果的重要方法。水水淹淹层层在在自自然然电电位位曲曲线线上上的的显显示示特特点点较较多多，在在工工作作时时，要要根根据据每每个个地地区区的的实实际际情情况况进进行行分分析析。对对部部分分水水淹淹层层（油油层层底底部部或或顶顶部部见见水水），自自然然电电位位曲曲线线的的基基线线在在该该层层上上下下发发生生偏偏移移，出出现现台台阶阶，这这是是一一种种比比较较普普遍遍的的现现象象，这这是是由于注入水与油田水的矿化度不同造成的。由于注入水与油田水的矿化度不同造成的。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层判断水淹层5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层判断水淹层 右图中展示了水淹层测井右图中展示了水淹层测井曲线，在自然电位测井曲线上，曲线，在自然电位测井曲线上，下部基线偏移，偏移量下部基线偏移，偏移量EspEsp30mv30mv属高含水层，经射孔后属高含水层，经射孔后得知含水率达到得知含水率达到9999。水水淹淹层层在在自自然然电电位位曲曲线线上上出出现现基基线线偏偏移移是是因因为为注注入入水水的的矿矿化化度度C C注注界界于于地地层层水水和和泥泥浆浆滤滤液液矿矿化化度度之之间间，即即CwCwC C注注CmfCmf。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（5 5）判断水淹层判断水淹层5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（6 6）沉积相研究沉积相研究 “测井相测井相”或或“电相电相”（ElectrofaciesElectrofacies）是在）是在19701970年提出来的，它是年提出来的，它是指能反映某一沉积物特征，并能使这个沉积物与其他沉积物区别开来的一组指能反映某一沉积物特征，并能使这个沉积物与其他沉积物区别开来的一组测井（参数）响应。测井（参数）响应。测井沉积相研究就是应用各种测井信息来研究沉积环境和沉积物的岩石测井沉积相研究就是应用各种测井信息来研究沉积环境和沉积物的岩石特征。特征。沉积相由特定的相标志表示，而测井相由特定测井响应来代表。不同沉积相由特定的相标志表示，而测井相由特定测井响应来代表。不同沉积相因其成分、结构、构造等不同而造成测井响应不同，故可以利用测井沉积相因其成分、结构、构造等不同而造成测井响应不同，故可以利用测井曲线这种电性响应特征进行沉积相分析，即测井相分析。曲线这种电性响应特征进行沉积相分析，即测井相分析。由于测井曲线的多由于测井曲线的多解性，沉积相和测井相两者之间并不是一一对应关系，因此，必须用已知沉解性，沉积相和测井相两者之间并不是一一对应关系，因此，必须用已知沉积相对测井相进行标定。积相对测井相进行标定。测井相分析的基本方法是：首先建立岩心相与测井相之间的对应关系，测井相分析的基本方法是：首先建立岩心相与测井相之间的对应关系，建立测井相库；然后，依据测井相库资料对各井层段划分沉积相；最后归纳建立测井相库；然后，依据测井相库资料对各井层段划分沉积相；最后归纳建立全区和整个沉积过程的沉积相模式。建立全区和整个沉积过程的沉积相模式。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（6 6）沉积相研究沉积相研究 测井相分析的相标志主要反映在曲线的幅度、形态、顶底接触关系、光测井相分析的相标志主要反映在曲线的幅度、形态、顶底接触关系、光滑程度、齿中线、多层组合包络线和形态组合方式七个要素方面。这些要素滑程度、齿中线、多层组合包络线和形态组合方式七个要素方面。这些要素可以定性地反映岩层的岩性、粒度和泥质含量的变化及垂向演化序列。常用可以定性地反映岩层的岩性、粒度和泥质含量的变化及垂向演化序列。常用的测井划相曲线主要有自然电位、自然伽马、电阻率等，其中自然电位最常的测井划相曲线主要有自然电位、自然伽马、电阻率等，其中自然电位最常用。用。5 5、自然电位测井曲线的应用、自然电位测井曲线的应用（6 6）沉积相研究沉积相研究微相微相类型型砂岩砂岩厚度厚度mGR或或SP相相对幅幅度（度（%）GR或或SP曲曲线形形态顶底接底接触关系触关系微微电极极曲曲线水下分水下分流河道流河道102165钟形或箱形或箱形形底部突底部突变或或渐变幅度差幅度差大大河口河口坝7165060漏斗形漏斗形底部底部渐变幅度差幅度差较大大水下天水下天然堤然堤5144050小型小型钟形、形、箱形箱形底部底部渐变幅度差幅度差较小小分流分流间湾湾泥岩泥岩为主主15微小微小锯齿状、平直状、平直顶部突部突变或或渐变呈呈锯齿状状XXX区长区长XX三角洲前缘沉积微相划分知识库三角洲前缘沉积微相划分知识库本小节作业本小节作业自然电位测井自然电位测井(SP)(SP)1.1.简述扩散电动势和吸附电动势的产生过程。简述扩散电动势和吸附电动势的产生过程。2.2.在什么条件下，自然电位异常异常幅度接近于静自然电位？为什么？在什么条件下，自然电位异常异常幅度接近于静自然电位？为什么？3.3.用自然电位曲线计算泥质含量的依据是什么？用自然电位曲线计算泥质含量的依据是什么？4.SP4.SP曲线上，地质条件完全一致情况下，油气层与水层的差别是什么？曲线上，地质条件完全一致情况下，油气层与水层的差别是什么？5.5.自然电位曲线的特征和影响因素主要包括那些？自然电位曲线的特征和影响因素主要包括那些？6.6.简述自然电位测井的应用。简述自然电位测井的应用。什么是测井相？如何开展测井相分析？什么是测井相？如何开展测井相分析？-选做题选做题谢谢大家谢谢大家!