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1、第二章 力学第1页，共56页，编辑于2022年，星期二第一节 自然电位测井一、自然电位产生的原因 二、自然电位曲线特征三、自然电位的影响因素四、自然电位曲线的应用 第2页，共56页，编辑于2022年，星期二概念：自然电位:在没有人工供电的情况下，井内仍可测量到电位的变化，这个电位是自然存在的，故称自然电位（SP）。自然电位测井：用电极测量井剖面自然电位的方法（SP曲线）。它反映了岩层的含泥性，属岩性测井系列的方法之一。第一节第一节 自然电位测井自然电位测井第3页，共56页，编辑于2022年，星期二1)1)泥浆的含盐浓度泥浆的含盐浓度地层水的含盐浓度。地层水的含盐浓度。2 2）离解：）离解：离子
2、，离子，NaClNaNaClNa+Cl+Cl-。3 3）各种盐类和正负离子的迁移速率不同。）各种盐类和正负离子的迁移速率不同。第4页，共56页，编辑于2022年，星期二1 1、（砂岩层的）扩散电动势、（砂岩层的）扩散电动势 CwCw（地地层层水水含含盐盐浓浓度度）CmfCmf（泥泥浆浆的的含含盐盐浓浓度度），离离子子从从高高浓浓度度向向低低浓度迁移。浓度迁移。井井筒筒内内负负离离子子聚聚集集，地地层层中中正正离离子聚集。子聚集。在两种不同浓度的溶液的接触面上。在两种不同浓度的溶液的接触面上。产生了自然电场，因此能测到电位差。产生了自然电场，因此能测到电位差。C1C2C1=Cw,C2=CmfC1
3、随着离子的继续扩散，随着离子的继续扩散，ClCl-受到正极受到正极的吸附减小，而受到负极的排斥作用增的吸附减小，而受到负极的排斥作用增大，扩散速度减慢，而大，扩散速度减慢，而N Na a+正好相反，扩散正好相反，扩散作用增强。最后电荷富集停止，溶液达到一作用增强。最后电荷富集停止，溶液达到一种平衡状态，但电动势保持一定值不变。种平衡状态，但电动势保持一定值不变。第5页，共56页，编辑于2022年，星期二这个电动势称为扩散电动势扩散电位。可用下式表示：称为扩散电位系数 分别为地层水和泥浆滤液的浓度、理论和实验证明：扩散电位的大小取决于溶液的浓度差、溶液的温度和化学成分。与溶液的温度和化学成分有关
4、当t=25，溶液为NaCl，则Kd=-11.6mv 第6页，共56页，编辑于2022年，星期二2薄膜电动势（泥岩的电动势）吸附电位 泥岩内地层水与井壁泥浆滤液接触，产生的电动势，泥岩中的地层水性质（成分和浓度）与相邻砂岩层的地层水是一样的。所不同的是，泥岩表面吸附负电荷，因此，泥岩吸附负离子带负电，它不允许负离子通过，只让正离子通过。因此，在井壁上主要是钠离子的扩散作用。CwCmfCwCw第7页，共56页，编辑于2022年，星期二2 2薄膜电动势（泥岩的电动势）薄膜电动势（泥岩的电动势）吸附电位吸附电位 当当 时，泥浆带正电，泥岩带负电。时，泥浆带正电，泥岩带负电。式中，与溶液的化学成分，温度
5、有关，当，Kda=58mv。实验测定：当地层为纯泥岩时，吸附电位大约为纯砂岩处扩散电位的五倍。CwCmfCwCw第8页，共56页，编辑于2022年，星期二 3 3动化学电动势动化学电动势过滤电位过滤电位 由于在钻井过程中，由于在钻井过程中，PmPm（泥浆柱的压力）（泥浆柱的压力）PfPf（地层压力）（地层压力）泥浆滤液向地层中渗入，为了使离子平衡，岩石孔隙中的滤液带有相当多的正泥浆滤液向地层中渗入，为了使离子平衡，岩石孔隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层一方移动，在压力大的一端聚集较多的负离子，产生电位离子向压力低的地层一方移动，在压力大的一端聚集较多的负离子，产生电位差。差。Cmf
6、CwCmf第11页，共56页，编辑于2022年，星期二2、曲线形状 自然电位变化幅度也最大，向负方向急剧偏转；在地层的中心，电流强度最小，自然电位曲线几乎与井轴平行；在交界处，向正方向急剧偏转，自然电位逐渐增大，大段泥岩处接近直线。（曲线对称于地层中心）3 3）渗透性地层：向泥岩基线左边偏转：负异常（）渗透性地层：向泥岩基线左边偏转：负异常（C Cw wCCmfmf）向泥岩基线右边偏转：正异常（向泥岩基线右边偏转：正异常（C Cw wC4d4d井井径径时时，可可用用半半幅幅点点分分层层，当当h4dnh 真厚度。真厚度。第13页，共56页，编辑于2022年，星期二测测量量的的自自然然电电位位幅幅
7、度度为为井井内内电电位位降降，远远小小于于自自然然电电流流回回路的总电动势。路的总电动势。以以泥泥岩岩为为基基线线，渗渗透透性性砂砂岩岩为为正正异异常常或或负负异异常常的的取取决决于于地地层层水水的的矿矿化化度度与与泥泥浆浆滤滤液液的矿化度。的矿化度。纯纯地地层层，=0,=0,，静静自然电位。自然电位。第14页，共56页，编辑于2022年，星期二测量时，式中，（近似公式）地层（砂岩），围岩（泥岩）及泥浆组成闭合电路而产生自然电流。1厚度的影响，h时：rm，rt 当h4dn时，随h，幅度增高 当h4dn时，h，自然电位不变。2井径的影响 dn，自然电位下降。，电极在井中测得的自然电位降仅仅是自然
8、电流在泥浆中产生的电位降，所以只有当厚度比较大时电位降才主要在泥浆中。第15页，共56页，编辑于2022年，星期二3Rt的影响 Rt SP4油、水层 SP的幅度，油层SP水层SP测量时，式中，（近似公式）地层（砂岩），围岩（泥岩）及泥浆组成闭合电路而产生自然电流。第16页，共56页，编辑于2022年，星期二（一）自然电位曲线可划分岩性 h4dn，半幅点分层，h4dn，不能用半幅点分层。凡砂岩处，SP曲线显示异常。负异常 正异常 无异常第17页，共56页，编辑于2022年，星期二第18页，共56页，编辑于2022年，星期二第19页，共56页，编辑于2022年，星期二第20页，共56页，编辑于20
9、22年，星期二1砂泥岩剖面 1）用Sp异常幅度，可判断泥岩与砂岩 2）随泥岩含量增加，SP曲线幅度值减小 3）确定储集层厚度和判别含泥性经验公式 PSP含泥砂岩的静自然电位，SSP纯水砂岩的静自然电位。4)SP向右偏转还是向左偏转取决于地层水的矿化度和泥浆滤液的相对矿化度。第21页，共56页，编辑于2022年，星期二第22页，共56页，编辑于2022年，星期二2碳酸盐岩剖面 石灰岩、白云岩：自然电位曲线在致密碳酸盐岩地层和裂缝性渗透层处没有明显差异，判断不出岩性。过渡岩、泥岩：主要反映碳酸盐岩中泥质含量的变化。3膏盐岩剖面 致密、不含地层水，反映不出来。第23页，共56页，编辑于2022年，星
10、期二(二）确定地层水电阻率 1、确定SSP值纯砂岩的含水层 标准水层条件：a.纯砂岩：岩性均匀 b.SP8mv，高含水层 5mv基线偏移8mv，中含水层 基线偏移90cm）曲线对称于地层中点，（有极大值或极小值）地层中点有极值，最能反映地层真实的放射性。2）当h3d0时，GR幅度值为常数，半幅点对应岩层界面，曲线半幅点确定的地层厚度=真实厚度。3）具统计起伏特点：曲线上有小的锯齿状高低变化，元素的衰变不同，时间不同，具随机性，但并不是变化很大，总是围绕某一值变化，高值、低值均不具代表性，因此，取平均值。第41页，共56页，编辑于2022年，星期二1地层变薄使泥岩GR，砂岩GR，地层越薄，这种影
11、响就越大，因此，h3d0时，应考虑层厚的影响。当地层厚度探测范围的直径时，有围岩影响。其极大值地层放射性强度，随h，GR 2环境影响井眼内，井径，泥浆，套管，水泥的影响。扩径：意味着套管井水泥环增厚。例如：水泥和泥浆不含放射性，且套管吸收放射性，使地层真实的放射性记录降低。第42页，共56页，编辑于2022年，星期二第43页，共56页，编辑于2022年，星期二第44页，共56页，编辑于2022年，星期二3统计起伏的影响也称放射性涨落，在放射源和其他条件不变的情况下，在相同时间间隔内，对放射性强度进行多次重复测量，每次结果都不同，但总在某一值的附近上下变化。但这种涨落符合统计规律，放射性元素在核
12、衰变时具有偶然性。可以计算其误差。相对误差：测井速度平均计数率（脉冲1/分）地层厚度绝对误差：第45页，共56页，编辑于2022年，星期二1划分岩性，不同地区，必须根据第一手资料建立与GR测井之间的关系。a.砂泥岩剖面：依据泥质含量的不同砂层：砂层：GRminGRmin；泥岩：泥岩：GRmax GRmax；过渡性的岩石介于其间。过渡性的岩石介于其间。但也有特殊的情况，海绿石砂岩，含铀高的砂岩，岩、电对比后决定。但也有特殊的情况，海绿石砂岩，含铀高的砂岩，岩、电对比后决定。b.碳酸盐岩剖面石灰岩、白云岩（纯、致密）：石灰岩、白云岩（纯、致密）：GRmin GRmin；过渡岩、泥质：过渡岩、泥质：
13、GRmaxGRmax特殊：裂缝，溶洞形的岩层，含特殊：裂缝，溶洞形的岩层，含8888U U238238多。多。c.膏盐剖面硬石膏 石膏 盐岩 GRminmid 砂岩GR泥岩 MaxGR 1-5 砂岩，渗透性好 5-7 差砂岩 7 以上泥岩 第46页，共56页，编辑于2022年，星期二2、地层对比 1）GR曲线不受孔隙中流体性质的影响。2）不受泥浆滤液和地层水矿化度的影响。3）容易寻找标准层：找出地层的匹配关系、形态和幅度值，分析地下地质情况。第47页，共56页，编辑于2022年，星期二第48页，共56页，编辑于2022年，星期二3确定泥质含量 相对值法：自然伽马指数与Vsh建立关系 通过实验可
14、以确定该关系式，泥质含量指数。式中：GR实测的标准刻度自然伽马值（目的层的GR值）CHilchie指数（希尔奇常数），是一个经验值，带地区性，通常，老地层取2，第三系地层取3.7。GRmax，GRmin实测曲线上的最大值和最大值。伽马值测出的泥质含量为地层含泥量的上限。第49页，共56页，编辑于2022年，星期二绝对值法，求斯仑贝谢公司，必须借助于密度测井方法 砂岩 目的层的密度测井值；纯泥岩的密度测井；纯砂岩的密度测井；纯泥岩 ；纯砂岩 ；GR 目的层GR。第50页，共56页，编辑于2022年，星期二第51页，共56页，编辑于2022年，星期二1 1、井井中中有有哪哪几几种种自自然然电电位位
15、产产生生？前前提提条条件件是什么？是什么？2 2、为为什什么么自自然然电电位位测测井井可可以以用用来来准准确确计计算算地层中泥质含量？如何计算？地层中泥质含量？如何计算？3 3、地地层层中中主主要要的的放放射射性性元元素素有有哪哪些些？沉沉积积岩的放射性有什么特点？岩的放射性有什么特点？4 4、如如何何用用自自然然伽伽马马测测井井计计算算地地层层中中泥泥质质含含量量？5 5、自自然然伽伽马马能能谱谱测测井井也也可可用用来来计计算算地地层层中中的的泥泥质质含含量量，与与GRGR相相比比，哪哪个个计计算算精精度度更更高高，为为什什么么？6 6、简简述述自自然然电电位位曲曲线线和和自自然然伽伽马马曲曲线线的的特特征征及应用。及应用。第56页，共56页，编辑于2022年，星期二