静自然电位测井仪

高分辨率静自然电位测井仪（HRSSPT）

前言

静自然电位测井SSP是求取地层水电阻率Rw非常有效的测井方法，但由于目前的自然电位测井SP测量的并不是SSP，所以直接用SP资料求取地层水电阻率Rw会遇到许多问题。新研制的高分辨率静自然电位测井仪可以直接测量SSP。该仪器经过多口井的现场试验，所录取的资料达到了预期的设计目标，已能满足工程的需要。

一、自然电位SP测井原理

自然电位SP测井测量的是自然电位随井深变化的曲线。其原理测量线

路如图1所示。

图1 裸眼井SP测量原理

在井内放一个测量电极，地面放一个参考电极，将测量电极沿井筒移动时，即可测量出一条随深度变化的自然电位SP曲线。

二、井内自然电位产生的原因

对于油井来说，井内自然电位产生的原因主要有两个：

1．地层水矿化度Cw和钻井泥浆矿化度Cm的不同，引起离子的扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用，产生扩散吸附电位；

2．地层压力与泥浆柱压力不同时，在孔隙型地层会发生过滤作用，产生过滤电位。

实践证明，油井的自然电位主要是扩散吸附电位，只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下，才考虑过滤电位的影响。

扩散吸附电位产生的原理

在油井中，扩散吸附电位产生的原理可用图2来说明。

参照图2，当地层被钻穿后：

1.在砂岩孔隙性地层段，泥浆滤液和孔隙中的地层水直接接触。由于在

一般的情况下，泥浆的矿化度小于地层水的矿化度，并假定泥浆和地层水所含的盐类都为氯化钠NaCl，所以氯离子Cl－和钠离子Na+ 会从含有矿化度较高地层水的储集层一侧向矿化度低的井眼泥浆一侧进行扩散。由于氯离子Cl－的迁移速率比钠离子Na+ 快，所以当扩散达到平衡时，在储集层内带正电荷的钠离子Na+含量会比带负电荷的氯离子Cl－多，产生正电位；而在井筒内带负电荷氯离子Cl－会比带正电荷的钠离子Na+多，产生负电位。这样在井眼和储层之间形成负的扩散电位差Ej，Ej的大小与地层水的矿化度和泥浆的矿化度有关。

2.在泥岩地层段，由于泥岩所含的粘土矿物对带负电的氯离子Cl－有非

常强的吸附能力，氯离子Cl－无法进行扩散迁移，只有带正电的钠离子Na+可以扩散迁移到井筒内，在井眼和泥岩层之间形成正的吸附电位差Em，Em的大小与泥岩地层水的矿化度和泥浆的矿化度有关。

3. 在致密岩性地层段，由于致密层没有孔隙不含地层水，不会有扩散现象发生，所以在井筒内也不会产生电位差。

我们将Ej 与Em 的和称作静自然电位SSP ，

即： Rw Rmf lg K Em Ej SSP ⨯=+=

其中：SSP --- 静自然电位

K --- 自然电位系数

Rmf --- 泥浆滤液电阻率

Rw --- 地层水电阻率

图2 扩散吸附电位产生的原理

三、自然电位SP测井主要影响因素

通常所测量的自然电位SP曲线幅度Usp由于受多种因素的影响要比静自然电位SSP低。其影响因素有许多种，但最主要的是地层厚度的影响。可用图3来进行说明。

图3 影响自然电位测量示意图

在图3中，Rm----泥浆的等效电阻；

Rsh----泥岩的等效电阻；

Rxo----冲洗带等效电阻；

Rt-------原状地层等效电阻；

Em------泥岩吸附电位；

Ej----砂岩吸附电位；

Ek----过滤电位，一般情况下不予考虑；

Isp---自然电流。

根据图3，我们知道自然电位的幅度Usp 可表示为如下方程：

Rt Rxo Rsh Rm Rm

SSP Isp Rm Usp +++⨯=⨯= （1）

在泥浆电阻率和地层电阻率一定的条件下，随着目的层（砂岩）厚度变薄，等效电阻Rxo 和Rt 会增大，从而导致自然电位SP 测量幅度Usp 变小。

四、静自然电位测井原理

从方程（1）可以看出，如果Rm ＞＞Rsh+Rxo+Rt

即： 1Rt Rxo Rsh Rm Rm

≈+++ (2)

则有： Usp ≈SSP

为了使（2）式成立，就必须想办法增大泥浆等效电阻Rm 。

为了增大泥浆等效电阻Rm ，不能要求泥浆的电阻率非常高，实际在工程上也是无法做到的，为此我们设计了全新的SSP 测井电极系，如图4所示。

在图4中，M0为SSP 测量电极，M1、M2为监督电极，A1、A2为调整电极。其工作的过程如下：自然电流Isp 在井筒内流动时会在M1、M2电极间产生电位差Vm ，如果在A1和A2电极间供一个合适的电位差使得M1、M2电极间的电位相等，这时Vm ＝0， M1、M2电极间不再有电流流过，相当于M1、M2电极间的泥浆等效电阻Rm 趋于无穷大，即：

Rm ＞＞Rsh+Rxo+Rt ，

1Rt Rxo Rsh Rm Rm

≈+++

此时M0电极的电位Usp ≈SSP 。

图4 高分辨SSP 测量电极系

五、高分辨率静自然电位测井的特点及应用

1． 特点 高分辨静自然电位SSP 测井受地层厚度、地层电阻率和井眼的

影响非常小。以泥岩为基线（自然电位为＋），在储集层段SSP 测井曲线的幅度差远大于传统SP 曲线的幅度差；在致密层段自然电位为零，相对于泥岩为基线（自然电位为＋）SSP 曲线也有幅度差，这些都真实地反映了地层情况。见图五、图六。

2． 应用

● 高分辨静自然电位SSP 测井有助于确定渗透层的有效厚度。

在图五、图六中我们看到，传统SP 曲线对地层界面的反映非常不灵敏，而SSP 曲线SSP 测井曲线对地层界面反映清楚，与高分辨率侧向曲线相当，这非常有利于确定渗透层的有效厚度。

● 高分辨率静自然电位SSP 测井可用于划分薄层地层的岩性

在微电极曲线有差异显示的渗透性地层SSP 曲线都有显示。尤其在厚度小于0.5米的渗透性地层，传统SP 曲线幅度差异很小，甚至没有幅度差，而SSP 曲线确有很好的显示。在一些存在泥岩夹层储层中，传统SP 曲线无法区分储层中的泥岩夹层，SSP 曲线却区分的十分清楚。见图五、图六 ● SSP 曲线可以用来估算地层水电阻率Rw

地层水电阻率Rw 是常规测井方法确定储层含油饱和度必不可少的重要参数。而与地层水电阻率Rw 直接相关的测井方法只有静自然电位测井。如果有了SSP 测井曲线，根据静自然电位SSP 理论公式 Rw Rmf

lg K SSP ⨯=

我们就可以求出地层水电阻率Rw 。(泥浆滤液电阻率Rmf 可由Rm 得到)。