第一章 自然电位测井

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二、确定地层泥质含量
泥质：地层中细粉砂和湿粘土的混合物叫泥质。
泥质含量：泥质体积占地层体积的百分比。
1 、图版法 1）、测定泥质砂岩的泥质含量；
2）、确定泥质地层的自然电位幅度；
3）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔 隙流体性 质校正； 4）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。
33
2、 公式法
44
求纵坐标
图1-17
SP-1图版
45
四、判断水淹层
水淹层：含有注入水的油层，为水淹层。 SP测井曲线能够反映水淹层的条件及现象:
当注入水与原地层水及钻井液的矿化度互不相
同时，与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移。
如图1-18、1-19所示。
偏移量越大,表明水淹程度越严重。
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Ra
泥岩 基线
图1-18 水淹层测井曲线
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上部SP＝25 电导率增大 微电极幅度 差减小 SP异常幅度 增大
下部SP＝15
图1-21 水淹层实例
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本章小结
一 、自然电位产生的机理
1、地层水矿化度（Cw）不同于钻井液矿化度 （Cm）； 2、盐溶液中,不同离子的迁移速度不同； 3、地层泥质颗粒对不同性质的离子具有不同
的吸附性；
4、井壁地层具有一定的渗透性。
定地层温度下的地层水电阻率。（图1－16）。
例.SSP 87 mv, t 149 0C。由图1－ 17 得到 Rmfe Rwe 7.4. 若R mfe 0.3 m，则R we 0.3 / 7.4 0.04 m.
用图版1－16得到地层温度下地层水电阻率 R w 0.043 m。
含水地层的异常值高于含油气地层的异常值。 如图1-10所示.对于较厚地层（h>4d），可采用半
幅点法确定地层厚度,如图1-11所示.
28
例1－应用SP曲线划分渗透层
29
渗透性差 的非泥岩 层
例2－应用SP曲线划分渗透层
30
例3－应用SP曲线划分渗透层
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渗透性差 的非泥岩 层
例4－应用SP曲线划分渗透层
图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线
20
问题 （1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？ (2)、 自然电位幅度差与地层厚度的关系？ （3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面 的关系的影响？
21
第三节
SP曲线的影响因素
U sp
SSP rm rm rsd rsh
SSP=Ed-Eda rm、rsd、rsh分别为泥浆电阻、砂岩电阻、泥岩电阻。
Cw、Cm —两种溶液的浓度；
U、v —— 正、负离子的迁移率，S/(m· N)
Z 、 Z —正、负离子的离子价；
n 、 n —每个分子离解后形成的正、负离子数；
8
三、扩散吸附电动势产生机理
1、泥浆和地层水的 矿化度不同； 2 、井壁地层具有一
定的渗透性；
3、地层颗粒对不同
极性的离子具有不
2
第一节
一、基本概念
自然电场的产生
泥浆:钻井时,在井内流动的一种介质。 泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地 层孔隙内的泥浆 。
地层水：地层孔隙内的水。
3
一
溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶 液重量之比。单位：ppm(百万分之一） 离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在 渗透压的作用下高浓度溶液中的离子，穿过渗 透性隔膜迁移到低浓度溶液中的现象。
4
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开 岩层后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触 产生电化学过程，产生电动势形成自然电场。 在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散
吸附电动势产生。
5
二、扩散电动势产生机理
氯化钠溶液
1、泥浆、地层水 矿化度不同； 2 、井壁地层具有 渗透性；
3 、正、负离子迁
移速率不同。
的电位降低。
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第四节
自然电位曲线的应用
一、 划分渗透层
在砂泥岩剖面，自
然电位测井曲线以 均质泥岩段的 SP 曲 线为基线，出现异 常层段为渗透层。。
渗 透 层
图1－9 应用SP曲线划分渗透层
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泥岩基线
图1-10、砂岩层上部 含油下部含水时自然 电位曲线
图1-11、半幅点法确定 地层界面示意图
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1 2 3
Cw
Cw C注
Cmf
E1
E2 Cmf
E总
Cw
E3 △Esp
W E总
图1-19 水淹层的SP曲线基线偏移示意图
CW C注 Cmf
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偏移量的计算
在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动
势为
Cw E1 K lg( ) Cmf
在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界 面处的总电动势为
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二、岩性 随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降低。 三、 地层温度 由于 K d 与K da 与绝对温度成正比，因此地层温 度的高低将会影响 K d 与K da 大小，进而影响
Ed 与Eda 的大小。
四、
地层水、泥浆滤液中含盐性质
地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含 离子不同，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影 响
地层的实际值，半幅点对应地层界面；
C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增
加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
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已知纵坐标和曲线号码， 求横坐标 图1-15 估计 Rmf 与
Rmc 的图版
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3）、确定Rmfe。图1－16
当泥浆只含氯化钠、温度为 24 ℃时： Rmf 0.1 m，则 R mfe R mf
（1）、Rmf 0.1 m，则R mfe R mf （2）、Rmf 0.1 m，
氯化钠溶液 图1-2 扩散吸附电动势产生示意图
9
同的吸附性。
扩散吸附电 动势
E
da
K da
Cw lg Cm
（1-3）
RT —扩散吸附电动势系数； 其中：K da 2.3 F
当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时
E
K lg da da
Rmf Rw
(1-4)
10
第二节
自然电位测井及曲线特征
一、自然电位测井 在砂泥岩剖面井中， 当 C C 时，井下自 w mf 然电场的分布如图1-3所 示。
Lm rm Rm 2 a
Lsd rsd Rsd 2aH sd
Lsh rsh Rsh 2aH sh
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一、地层水和泥浆滤液矿化度的比值 地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异,是产生扩 散电动势、扩散吸附电动势的基本原因.
二者差异越大, Ed 和E da 越大，产生的电场越
强，测井值越高；二者差异越小，产生的电场越弱， 测井值越低。
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R注 Cw Esp E1 E3 K d lg K d lg C注 Rw
其中：
R注
－注入水的电阻率。
统计资料表明：
E sp >8mV 为高含水；
5mV < E sp <8mV为中含水；
E sp <5mV可能为低水淹或岩性变化所至。
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图1-20 水淹层测井曲线
SP基线偏移
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三、确定地层水电阻率Rw
SSP K lg
Rmfe Rwe
(1-7)
其中: K K d K da
Rmfe
、
Rwe 分别为泥浆滤液及地层水
等效电阻率.
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步骤：
1、确定完全含水纯地层的静自然电位SSP--（图1-12） ；
2、确定泥浆滤液等效电阻率；
1）、求地层温度 （图1-13）
t t0 dt h
图1-1 扩散电动势产生示意图
6
由Nernst方程表述的扩散电动势：
Hale Waihona Puke Baidu
E
d
Cw n u n v RT 2.3 lg F Z n u Z n v C m
(1-1)
其中：R—克分子气体常数，8.313 J/(K)； T—绝对温度，oK；T=273+t℃
7
F —Farady常数，96520 C/equiv；
SP曲线的位置。
A、负异常：在砂泥岩剖面井中，当Cw>Cm
(淡水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩 基线的左侧； B、正异常：在砂泥岩剖面井中，当Cw<Cm (盐水泥浆）时，渗透性地层的SP曲线位于泥岩
基线的右侧。
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。
5、曲线形态特征: A、曲线关于地层中点对称； B、厚地层（h>4d）的SP曲线幅度近似等于
18
5、曲线形态(图1－8）
地层模型：上、下围岩岩性相同（泥岩），
地层岩性均匀。
1）、曲线关于地层中点对称； 2）、厚地层（h>4d）的SP曲线幅度近似等于地
层的实际值 ，半幅点对应地层界面；
3）、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增加， 幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
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△Usp/∣SSP∣
地层模型
其中： t0 －地表温度; dt－地温梯度； h－地层深度。
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地层电阻率、 围岩-层厚、 泥浆侵入影响 校正。 求纵坐标
图1-12
SP 校正图版（SP-3）
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图1-13
估计地层温度图版
求横坐标
39
求横坐标
图1-14
N a Cl 溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版
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2）、确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率 Rmf或 Rmf=0.75Rm .
K d 与K da 的大小。
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五、地层导电性
地层导电性差， 其SP测量值低。
电阻率高， 幅度差小
电阻率低， 幅度差大
SP幅度差与地层导电性的关系
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六、地层厚度
地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实 际值的差距加大。 七、井径扩大和侵入的影响 井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；
泥浆侵入，使得测量电极M与地层间的距离加大，M
则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率， 用图1－16确定泥浆滤液等效电阻率。
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饱和溶液温度
根据温度， 求纵或横坐标
图1-16
Rw Rwe 或 R Rmfe 的关系曲线（SP-2图版） mf
— —
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3、确定地层水电阻率Rw
（1）、已知SSP、地层温度，确定 Rmfe Rwe ;
（图1－17）
（2）、根据等效地层水电阻率及地层温度，确
第一章
自然电位测井
自然电场的形成机理
自然电位测井及曲线特征
自然电位曲线的影响因素 自然电位曲线的应用 内容小结 思考题
1
本章重点及难点 渗透层SP曲线的异常性质与泥浆特性的关系 利用SP曲线划分渗透层、求地层泥质含量的 方法 利用SP 曲线识别水淹层的条件及方法 利用SP曲线确定地层水电阻率的方法
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二、自然电位曲线的特点：
1 、 泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自 然电位曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水 的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数的差。
3、比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺。
用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差。
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4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的
E2 Ed Ed 注界 Ed 注 C注 Cw Cw K d lg( ) K d lg( ) K d lg( ) Cmf C注 Cmf
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在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势
为
C注 Cw E3 Ed 注 Eda K d lg( ) K da lg( ) Cmf Cmf
3、比例尺：极性、大小。 4、异常：渗透层SP值相对泥岩SP值的大小。 负异常：渗透层的SP值小于泥岩SP值（淡水泥浆）。 正异常：渗透层的SP值大于泥岩SP值（盐水泥浆）。
15
图1－6 SP曲线负异常（淡水泥浆）
16
图1－7a
自然电位正异常—盐水泥浆
17
图1－7b
自然电位正异常---盐水泥浆
根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系，
求地层泥质含量。
PSP Qsh 1 SSP
PSP SPsd SPsh
SSP SP sh 纯水层 SP
SP SPcl I sh SPsh SPcl
Vsh
2
GCUR I sh
2
GCUR
1 1
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（1-6）
例：已知含水纯砂岩地层的SP值为-105毫伏， 泥岩层的SP值为30毫伏，含水泥质砂岩地层的 SP值为-75毫伏。求含水泥质砂岩的泥质含量。 （GCUR=3.7)
深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫
伏。
Usp(h)；8采样点/米
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图1-4、自然电位测井示意图
图1-5、自然电位测井曲线实例
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二、 SP曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP 值与泥岩基线值的差。
SSP U sp |含水纯砂岩 -U sp |泥岩基线
图1-3 井内自然电场分布示意图 CW﹥Cmf
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电源－Eda和Ed；
产生井下
电介质－井内泥浆、地层；
直流电场
电场中的 物理量
电场强度（矢量）
电位（标量）
电场中某点电位与观测点位置、电介质、电源强度有关。
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沿井轴测量自然电场电位，所测电位高低直
接与测量点周围电介质性质有关。 将位于井轴的测量电极M上提，得到随地层