自然电位测井
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Km
(3)确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN
RmfN 0.1 m : RmfeN 0.85RmfN RmfN 0.1 m : RmfeN (146RmfN 5) /(337RmfN 77)
43
5. 确定标准温度下的等效地层水电阻率RweN
RweN RmfeN / Rmfe / Rwe
18
3. 过滤电动势(压力差产生的)
1) 在泥浆与地层间的压力差作用下,泥浆滤 液推动地层中流体移动; 2)带动离子双电层中扩散层中的正离子向同 方向流动; 3) 在低压一侧富集正电荷,高压一侧富集 负电荷,形成过滤电动势; 4) 泥饼形成后便不再有过滤电动势。
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过滤电动势表达式:
E A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Rmf
P
A 4
Rmf——泥浆滤液电阻率,Ω.m μ——泥浆滤液的粘度,Pa.s ΔP—泥浆柱与地层之间的压力差,atm Aφ—过滤电动势系数,mV,渗透岩石0.77mV ε —是泥浆滤液的介电常数 ζ —是与岩石的物理化学性质有关的参数
20
三、纯泥岩的电动势Eda
1.形成
砂岩中Na+、Cl- 通 过泥岩向井内扩散; 泥岩孔隙中阳离子浓 度高,它将排斥Na+;使 其扩散到泥浆中,而Cl被吸附, 在泥浆中形成Na+富集, 泥岩中Cl-富集,达到平 半透膜 衡时,电动势为Eda
1.8T1 39 R2 / R1 1.8T2 39
44
8. 确定地层水矿化度Cw
X [3.562 lg( RwN 0.0123)]/ 0.995
Cw 10
X
Cw——地层水NaCl的矿化度,ppm。
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四、判断水淹层(油层)
油层孔隙中有注入水存在,则该层叫水淹层
基线偏移
46
-
+ +
- + + + -
+++++
-------
+ + -
Cw>C注>Cmf
+ +
-- + +
47
交界面I处的总电动势: - +
EI Ed
+ - + Eda + kd + - + + -+ - + -
CW CW lg kda lg Cmf Cmf
C注 Cw Cw ------- + 注 注界 EII Ed Ed Ed + -Kd lg Kd lg Kd lg Cmf C注 Cmf + + + - - + EII Kd (lg Cw lg Cmf -- lg Cw lg C注 lg C注 lg Cmf )=0 -- + + + +
T T0 G D / 100
T—标准水层深度处的地层温度,oC D—水层中部的深度,m(从测井曲线读取) T0—地表恒温层平均温度, oC G—地温梯度,深度每增加100m的温度 增量, oC/100m
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3. 计算比值
Rmfe Rwe 10
SSP / K
4. 确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN
2.泥岩,砂岩,泥浆 都是导电介质;
3.在砂层与泥岩交界 处形成自然电流; 4.井内不同岩层处电 位的变化构成全井自 然电位曲线。
23
一、自然电位曲线的形成
24
泥岩
+ + + + + + +
砂岩
Ed
+ + + + + + + -
Eda
- 25mv +
自然电位
泥岩
-
+ + + + + + +
Eda
(北京)
本科生课程 《地球物理测井方法》
第3章 自然电位测井
( Spontaneous Potential Logging )
1
自然电位测井
2
自然电位(直流)与电阻率(交流)同时测量
3
§1 井内自然电场产生原因
一、岩石孔隙水中离子的分布
4
1. 离子双电层
(1)地层水中盐分子(如NaCl)充分离解, 与极性水分子形成水合离子; (2)岩石颗粒与水接触的表面带有固定不动 的负电荷,粘土矿物中最显著; (3)带负电的岩石表面吸引极性水分子与Na 的水合离子,形成离子双电层。(内层: 岩石表面负电荷;外层:吸附的阳离子)
T(K)—溶液的绝对温度 Rmfe—等效泥浆滤液电阻率 Rwe —等效地层水电阻率
38
1. 确定SSP 在一个解释井段内,选一个标准水层,读取 其SP作为SSP 标准水层:岩性纯,厚度大,100%含水 如没有标准水层,取最接近的层读SP,用 图版校正为SSP
39
40
2. 计算自然电位系数K
K 70.7273 T / 298
21
2. Eda表达式
在Ed表达式中,令l-=0
Cw RT Cw Eda 2.3 lg K da lg ZF Cmf Cmf
K da
RT 2 .3 ZF
当温度为18℃时,对于 NaCl溶液, Kda=59.1mv
22
§2 自然电位测井及SP曲线
一、自然电位曲线的形成 1.在砂层形成 Ed , 泥岩层形成Eda;
48
交界面Ⅱ处的总电动势: >C注>Cmf +++++ + - Cw + +++++ ------Cw>C注>Cmf + -
9
3. 双水
粘土束缚水:
双电层外层那部分水,阳离子多于阴离子 远水: 双电层以外,离颗粒表面较远的那部分水, 正负离子大体平衡,是正常性质的地层水。
10
二、储集层的自然电动势 1. 扩散电动势(含水纯岩石)Ed Cw>Cmf,且NaCl分 子全部电离,岩性 纯,无双电层, 水是远水
半透膜
11
扩散电动势(含水纯岩石)形成过程
Vsh=0
36
37
三、确定地层水电阻率Rw(自学)
SSP Ed Eda
令 : K Kd Kda 70.7T (K) / 298
Cw K d K da lg Cmf
0
T (K) T ( C) 273
Rmfe Cw SSP K lg K lg Cmf Rwe
Cw Cmf
Cw Cmf
负异常 正异常 无异常 异常幅度↗
30
Cw Cmf
︱Cw - Cmf ︳↗
2. 储层厚度
E E I r r r
d da m t
储层的usp=Irm
sh
h<4m,h---〉rt ----〉I ----〉|usp | 3. 储层含油性和电阻率 Rt -----〉rt -----〉usp 4. 泥浆电阻率和井径 盐水泥浆(Rm<0.1•m), usp 很小,不能用; 扩径:rm -----〉usp
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§3 SP曲线的应用
适用条件:砂泥岩剖面、淡水泥浆的裸眼井 一、定性解释 1. 划分储层 特征:有异常 界面:半幅点 2. 判断岩性: 砂泥岩剖面 偏离基线:含砂
基线:泥岩
34
35
二、估算泥质含量
Vsh=100
SSP SP SP Vsh 1 SSP SSP
SSP—解释井段的静自然电位 SP—解释层的自然电位异常 Vsh——地层的泥质含量
RmfN K m RmN
泥浆密度 (g/cm3)
1.07
Schlumberger公司有实验关系
Km-系数,由泥浆比重确定,泥浆比重由测井图头读出
1.2 0.847 1.32 0.708 1.44 0.584 1.56 0.388 1.68 0.412 1.92 0.380 2.16 0.350
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三、影响储层自然电位异常的因素
等效电流:
E E I r r r
d da m t
sh
储层的usp=Irm Ed-Eda与储层的usp符号一致:
当Cw>Cmf时,Ed<0,Eda>0;Ed-Eda<0, 为负异常;反之为正异常
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1. 静自然电位(SSP)
Cw SSP Ed Eda K d K da lg Cmf Cw/Cmf 的影响:
1)离子从浓度高的一方向浓度低的一方扩散; 2) Cl-的速度>Na+的速度,低浓度一侧的Cl-富集, 高浓度一侧Na+富集,在两种溶液交界处产 生电动势(电场); 3)电场使Cl-迁移速度减慢,而Na+迁移速度 加快,使电荷富集速度减慢;
4) 正负离子迁移速度相同时,电动势不再增加,达 到动态平衡。此时的电动势称为扩散电动势。
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5. 储层泥质含量的影响 Vsh ----〉usp 6. 侵入带直径的影响 d i ---〉自然电流回路的路径 ---〉I ----〉usp 7. 岩性剖面 碳酸盐岩剖面,自然电位异常不能用来区分储层
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四. SP曲线的特点
1. 对称于地层中点 2. h/d>4,曲线的半 幅点对应地层界面 3. 代表值:地层中 部极值
5
ELECTRICAL DOUBLE LAYER OF CLAYS
6
7
(4)吸附阳离子 吸附层:紧贴岩石表面,不能移动 扩散层:吸附层之外阳离子,可正常移动 (5)双电层是在岩石沉积、成岩过程中形成的 砂岩:双电层外层的厚度非常小
泥岩:表面负电荷多,双电层外层的厚度 很大
8
2. 阳离子交换 双电层内的阳离子或其水合离子相互交换位 置,或与双电层之外的阳离子及水合离子交 换位置而移动(等电量交换),交换的难易 程度取决于岩石表面对阳离子的静电引力。 平衡离子:被吸附的正离子
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扩散电动势Ed表达式:
Cw Ed Kd lg Cmf
Kd——扩散电动势系数, 18℃时,对于NaCl溶液,Kd= -11.6mV Cmf——泥浆滤液浓度,Cw——地层水浓度
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当溶液浓度较低时(R>0.1m),电阻率与 浓度成线性反比:
Rmf Cw Cmf Rw
Rmf —泥浆滤液电阻率 Rw—地层水电阻率
Rmf Cw Ed Kd lg Kd lg Cmf Rw
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2. 扩散-吸附电动势(泥质岩石) 1)因为含泥质,所以在岩石颗粒表面有双电
层,岩石孔隙中有粘土水和远水;
2)在浓度差的作用下发生扩散(远水中的钠 离子、氯离子;扩散层中的钠离子),钠离
子的数量比纯岩石情况下多;
17
3)富集的电荷量比纯岩石少,产生电动势 变小; 4)当泥质含量达到一定的程度,电动势反向; 5)泥质岩石中的这种电动势,称为扩散-吸附 电动势。
25
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二、储层的自然电位异常 实测自然电位曲线 没有绝对零点 有带极性的横向比例尺
27
1.泥岩基线: 相邻的泥岩自然电位构成的直线段 2.储层的异常:偏离基线的变化 负异常:偏离基线向低电位一方 正异常:偏离基线向高电位一方 异常幅度:偏离泥岩基线的 最大幅度,负异常为负值, 正异常为正值
我国标准温度为18oC,美国为24oC,现采用24oC
(1)确定标准温度(24oC)下的泥浆电阻率RmN
RmN 71.4Rm18o c / 82.2
1.8T1 39 R2 R1 1.8T2 39
Rm18oc—18oc时的泥浆电阻率,测井曲线图头记录
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(2)确定标准温度下的泥浆滤液电阻率RmfN
6. 确定标准温度下的地层水电阻率RwN
RweN 0.12 m : RwN 0.58 100.69 RweN 0.24 RweN 0.12 m : RwN 77RweN 5 / 146 337RweN
7. 确定地层温度下的地层水电阻率Rw
82.2 RwN Rw 1.8T 39
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常见离子迁移率及电解质溶液的Kd值(18℃时)
溶质化学 成分 NaCl KCl CaCl2 MgCl2 CaSO4 MgSO4 CaCO3 正离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ 迁移率l+ [m2∙S/mol ] 4.35 6.46 5.16 4.50 5.16 4.50 5.16 负离子 Cl- Cl- Cl- Cl- SO42- SO42- CO32- 迁移率l[m2.S/mol ] 6.55 6.55 6.55 6.55 6.79 6.79 6.00 溶液的扩 散电动势 系数(mV) -11.6 -0.4 -19.6 -22.5 -7.9 -11.7 -4.4
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Ed表达式:
l l RT Cw Ed 2.3 lg l l ZF Cmf
l l RT Kd 2.3 l l ZF
l+——正离子迁移率, l-——负离子迁移率 R—气态常数,T—绝对温度 Z——离子价,F——法拉第(Faraday)常数 Kd ——扩散电动势系数 Cmf——泥浆滤液浓度,Cw——地层水浓度