矿场地球物理 第一章 自然电位测井

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
– 有泥浆侵入时,地层水和泥浆滤液的接触面向地层内推移,所 产生的效果相当于井径扩大,使ΔUSP降低,侵入越深,ΔUSP越 低。
15:59
第一章 自然电位测井
28
第四节 自然电位曲线的应用
一、划分渗透性岩层
– 在 砂 泥 岩 剖 面 中 , 当 Rw<Rmf (Cw>Cmf) 时,在自然电位曲线上,以 泥岩为基线,出现负异常的井段可认 为是渗透性岩层,其中纯砂岩井段出 现最大的负异常;含泥质的砂岩层, 负异常幅度较低,而且随泥质含量的 增多,异常幅度下降。 – 砂岩的 Δ U SP 还决定于砂岩渗透层孔隙 中所含流体的性质,一般含水砂岩的 Δ U水SP比含油砂岩的ΔU油SP要高。
– Δ U SP 主要决定于自然电场的总电动势 SSP, Δ U SP 与 SSP成正比, 而SSP的大小决定于盐性和(Cw/Cmf) 值。 Cw/Cmf决定自然电
位的异常状态和异常幅度。
15:59 第一章 自然电位测井 23
第三节 自然电位测井的影响因素
二、岩性的影响
– 在砂泥岩剖面,自然电位曲线以泥岩为基线, 在自然电位曲线上出现异常变化的多为砂岩 层。在巨厚的含水纯砂岩层,自然电位幅度 最大, ΔUSP ≈ SSP;随泥质含量的增加SSP下
15:59
第一章 自然电位测井
25
第三节 自然电位测井的影响因素
四、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响
– 井内相接触的溶液所含的盐类不同,液体中所含的离子不同,由 于不同离子的离子价及迁移率均有差别,在泥岩井段就直接影响 Kda ,因而影响了 Eda 。在纯砂岩中,水中所含盐类的化学成分改 变时,Kd和Ed也随之改变,造成自然电场的电动势也随之改变。
第一章 自然电位测井
自然电位测井:是在裸眼井中测量井壁上自然产生 的电位变化,以研究井剖面地层性质的一种测井方 法。由于这个电位是自然产生的,所以称为自然电 位,用SP( Spontaneous potential)表示。
第一章 自然电位测井
第一节 自然电场的产生 地二节 自然电位测井及曲线特征 第三节 自然电位测井的影响因素 第四节 自然电位曲线的应用
15:59
第一章 自然电位测井
2
第一节 自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
渗透性 – 在渗透压力作用下,高浓度溶液的离子要 半透膜 穿过半透膜,移向较低浓度的溶液,这种 现象称为扩散。 – 对Nacl溶液来说, Cl-的迁移率大于 Na+的 迁移率,经过一段时间的迁移后, Cw 中 有多余正离子, Cm 中有多余负离子。在 两种不同浓度 NaCl 溶液的接触面上产生 自然电场,可以测到电位差。 – 离子继续扩散时,Na+和Cl-的迁移速度趋 于相等,最终达到扩散的动态平衡,此时 两侧的电动势可用Nernst方程计算。
15:59
第一章 自然电位测井
9
第一节 自然电场的产生
二、扩散吸附电动势
– 扩散吸附电动势产生的条件: 1.两种溶液的矿化度不同; 泥浆 3.渗透性隔层对不同极性的离子具有不同的吸附性。滤液 – 井中泥岩剖面的扩散吸附电动势 1. 泥浆滤液矿化度低于地层水矿化度 2. 泥岩具有渗透性 3. 泥岩具有吸附阴离子的阳离子交换 地层 水 2.两种溶液用渗透性隔层隔离;
15:59
第一章 自然电位测井
12
第一节 自然电场的产生
三、氧化还原电位
氧化状态
还原状态
15:59
第一章 自然电位测井
13
第一节 自然电场的产生
三、氧化还原电位
– 无烟煤和石墨的氧化反应最强烈,自然电位曲线表现为正 异常。 – 瘦煤、炼焦煤、肥煤氧化反应强度递减,其自然电位正异 常依次减小。 – 气煤和褐煤处于还原状态且强度不大自然电位表现为不大 的负异常。 – 由于烟煤中含有的金属硫化物氧化作用很强,因此烟煤的 自然电位正异常与其所含的金属硫化物有关。
15:59
第一章 自然电位测井
15
第一节 自然电场的产生
在砂泥岩剖面的井中的自然电场主要由砂岩井段的扩散电位 和泥岩井段扩散吸附电位组成。 在煤层中自然电位以氧化还原电位为主。 过滤电位只有当地层与泥浆柱压力差很悬殊时,而且在泥饼 形成以前,才有较大的显示。一般钻井时要求泥浆柱压力只 能稍大于地层压力,相差不是很大,而且在测井时已形成泥 饼,因此一般井内过滤电位的作用可忽略不计。
15:59
第一章 自然电位测井
26
第三节 自然电位测井的影响因素
五、 地层电阻率的影响
– 地层电阻率 Rsd 增加和围岩电阻率 Rsh 增加时,自然电流在地层 内的电位降加大,则ΔUSP降低。泥浆电阻率Rm下降,则rm下降, Δ U SP 下降。地层的电阻率越高则 Δ U SP越低。可以根据自然电 位曲线的这一特点区分油水层。
– 实际测井时以泥岩基线作自然电位曲线的基线 (即零线 ) ,当 Cw> Cmf 时,砂岩的自然电位异常为负值。把井中巨厚的纯砂岩井段的自然电 位幅度近似认为是SSP。
15:59 第一章 自然电位测井 18
第二节 自然电位测井及曲线特征
如果中间的渗透层是含水砂岩层,上下围岩均为泥岩,令井内泥浆、砂 岩、泥岩各段电阻分别为rm,rsd,rsh,由kirchoff定律得:
能力。
15:59
第一章 自然电位测井
10
第一节 自然电场的产生
当井壁附近地层水和泥浆滤液矿化度都较低时,且Cw>Cmf时泥 岩剖面上的扩散吸附电动势为:
在矿化度较低的情况下,溶液的电阻率与溶液的矿化度成反比关 系,因此上式可写为:
15:59
第一章 自然电位测井
11
第一节 自然电场的产生
三、氧化还原电位
15:59
第一章 自然电位测井
27
第三节 自然电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测井的影响因素
六、地层厚度的影响
– 自然电位幅度ΔUSP随目的层地层厚度h减小而下降,且曲线变 得平缓。这是由于h下降,自然电流经过地层的截面积减小, 地层电阻增大,ΔUSP与SSP差别加大的缘故。
七、 井径扩大和泥浆侵入的影响 – 井径扩大使井的横截面积增大,泥浆电阻rm 降低,自然电流在 井内的电位降下降,ΔUSP下降。
15:59 第一章 自然电位测井 3
NaCl溶液
NaCl溶液
第一节 自然电场的产生
Nernst方程:
其中
15:59
第一章 自然电位测井
4
第一节 自然电场的产生
在NaCl溶液中
可简化为
15:59
第一章 自然电位测井
5
第一节 自然电场的产生
扩散电动势产生的条件
– 1. 两种溶液的矿化度不同 – 2. 中间具有渗透性隔层 – 3.正负离子的迁移率不同
然电位异常出现,Cw与Cmf 差别愈大,造成自然电场的电动
势愈大。 这是自然电位曲线识别渗透性砂岩层的重要特征。
15:59
第一章 自然电位测井
21
第二节 自然电位测井及曲线特征
15:59
第一章 自然电位测井
22
第三节 自然电位测井的影响因素
一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值(Cw/Cmf)的影响
15:59 第一章 自然电位测井 14
第一节 自然电场的产生
四、过滤电动势
– 在压力差的作用下,当溶液通过毛细管时,管的两端产生电位差。 这是由于毛细管壁吸附负离子,使溶液中正离子相对增多。正离 子在压力差的作用下,随同溶液向压力低的一端移动,因此在毛 细管两端富集不同极性的离子,形成过滤电动势。 – 在岩石中,岩石颗粒之间形成很细的毛细管孔道,当泥浆柱的压 力大于地层的压力时,泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过,形 成过滤电动势。
降,从而导致 Δ U SP 下降;当剖面中部分泥岩
井段由于岩性不纯等原因导致泥岩的阳离子 交换能力减弱时,往往会产生基线偏移,也 使 ΔUSP下降。
15:59
第一章 自然电位测井
24
第三节 自然电位测井的影响因素
三、温度的影响
– Kd和Kda都和绝对温度T成正比,同样条件的岩层由于 埋藏深度不同,其温度不同,因此Kd和Kda值有差别, 产生的自然电位曲线幅度有差异。 – 在一般情况下往往把某一岩层温度为18℃时的Kd 和Kda 求出来,当地层温度为t℃ 时,有
井中砂岩剖面的扩散电动势
– 泥浆滤液和地层水的矿化度不同 – 附着在地层上的泥饼具有渗透性 – 泥浆滤液和地层水的正负离子迁 移率不同。
15:59
第一章 自然电位测井
6
第一节 自然电场的产生
如果泥浆滤液为NaCl溶液,扩散电动势的表达式为:
– 其中 Cw—地层水的矿化度,Cmf—泥浆滤液矿化度。
15:59
20
第二节 自然电位测井及曲线特征
使用自然电位曲线时应注意:
– 自然电位曲线没有绝对零点,是以泥岩井段的自然电位曲线幅 度作基线; – 砂泥岩剖面中自然电位曲线幅度ΔUSP的读数是基线到曲线极大 值之间的宽度所代表的毫伏数。 – 在砂泥岩剖面中,以泥岩作为基线,Cw>Cmf时,砂岩层段出 现自然电位负异常; Cw<Cmf时,砂岩层段出现自然电位正异 常;Cw=Cmf时,没有造成自然电场的电动势产生,则没有自
15:59 第一章 自然电位测井
NaCl溶液
NaCl溶液
渗透性泥岩 隔膜
8
第一节 自然电场的产生
二、扩散吸附电动势
– 扩散吸附电动势Eda计算公式:
– 其中Kda为扩散吸附电动势系数。 – NaCl溶液中扩散电动势系数公式为
– 在NaCl溶液中,当泥岩的阳离子交换能力接近极值,岩石孔 隙中只有正离子参加扩散,Cl-迁移率为零。此时Kda为:
井轴测量自然电位随井深的变化曲线该曲线
称为自然电位曲线(SP曲线)。
15:59
第一章 自然电位测井
17
第二节 自然电位测井及曲线特征
二、自然电位测井曲线的特征
– 静自然电位:在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附近的自然电位变化 最大其电动势E总称为静自然电位SSP:
– 泥岩基线:均质、巨厚的泥岩地层所对应的自然电位曲线,即Eda的幅 度。而Ed的幅度称为砂岩线。所以静自然电位SSP是均质、巨厚的砂岩 地层的自然电位读数与泥岩基线的幅度差。
上式适用于Cw和Cmf为低矿化度或中等矿化度溶液。在矿化度较低的情 况下,溶液的电阻率与溶液的矿化度成反比关系,因此上式可写为:
扩散电动势系数
15:59 第一章 自然电位测井 7
第一节 自然电场的产生
二、扩散吸附电动势
– 组成泥岩的粘土矿物,其 结晶构造和化学性质只允 许阳离子通过泥岩扩散, 而吸附带负电的阴离子的 作用称为阳离子交换作用。 – 扩散结果 在浓度小的一方 富集正电荷带正电,在浓 度大的一方富集负电荷, 形成扩散吸附电动势Eda:
– 地下煤层与其接触的溶液(地层水或钻井液)发生氧化还原 反应,从而在其接触面上形成氧化还原电位,最终形成沿井 身的自然电位异常。 – 煤层自然电位的正负和大小取决于有机体的分解、碳化、及 氧化过程中发生的氧化还原反应的方向和强度。当煤层处于 氧化状态时,可形成自然电位正异常;当煤层处于还原状态 时,可形成自然电位的负异常。
实际测量的Δ Usp是自然电流在井内泥浆电阻上的电位降,即:
对于巨厚地层,砂岩层和泥岩层的截面积比井的截面积大得多,所以rm 比rsd、rsh大得多,有SP≈SSP ;而对于一般有限厚地层, Δ Usp <SSP。
15:59 第一章 自然电位测井 19
第二节 自然电位测井及曲线特征
淡水泥浆上下围岩为泥岩有限厚度的砂岩的 自然电位曲线特征: – 1. 曲线关于地层中点对称,地层中点处异 常值最大; – 2. 地层越厚,ΔUSP越接近SSP,地层厚度 变小,ΔUSP下降,且曲线顶部变尖,底部 变宽,ΔUSP≤SSP; – 3. 当h>4d时,ΔUSP的半幅点对应地层的界 面,较厚地层可用半幅点法确定地层界面, 地层变薄时,不能用半幅点法分层。 – 4. 实测曲线与理论曲线特点基本相同,由 于测井时受多方面因素的影响,实测曲线 不如理论曲线规则。 第一章 自然电位测井
15:59
第一章 自然电位测井
16
第二节 自然电位测井及曲线特征
一、自然电位测井(Spontaneous Potential Logging)
– 在砂泥岩剖面井中,当Cw>Cmf时,在砂岩层段井内形成扩散电动势,在 井壁上富集负电荷;而在泥岩层段井内形成扩散吸附电动势,在井壁上 富集正电荷。在砂泥岩剖面井中自然电场分布如图: – 进行自然电位测井时将对比电极N放在地面 测量电极M用电缆送至井下,提升M电极沿
相关文档
最新文档