《教学课件：第三章-自然电位测井.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学课件：第三章-自然电位测井.ppt（49页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、地球物理测井课件主讲人：周俊杰河北工程大学勘查教研室第三章 自然电位测井 1.自然电场的产生2.自然电位测井及曲线特征3.影响因素4.自然电位曲线应用第三章 自然电位测井 在井内及井的周围，由于岩矿石的自然电化学活动性，存在井内及井的周围，由于岩矿石的自然电化学活动性，存在井内及井的周围，由于岩矿石的自然电化学活动性，存在井内及井的周围，由于岩矿石的自然电化学活动性，存在着一系列产生电动势的物理在着一系列产生电动势的物理在着一系列产生电动势的物理在着一系列产生电动势的物理化学过程，这种现象称为自化学过程，这种现象称为自化学过程，这种现象称为自化学过程，这种现象称为自然极化。研究表明，它是在钻开
2、岩层时井壁附近产生的电化然极化。研究表明，它是在钻开岩层时井壁附近产生的电化然极化。研究表明，它是在钻开岩层时井壁附近产生的电化然极化。研究表明，它是在钻开岩层时井壁附近产生的电化学活动而造成的电场，该场的分布决定于井孔剖面的岩层性学活动而造成的电场，该场的分布决定于井孔剖面的岩层性学活动而造成的电场，该场的分布决定于井孔剖面的岩层性学活动而造成的电场，该场的分布决定于井孔剖面的岩层性质，把这个场叫质，把这个场叫质，把这个场叫质，把这个场叫自然电场自然电场自然电场自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化曲。沿井轴测量记录自然电位变化曲。沿井轴测量记录自然电位变化曲。沿井轴测量记录自然电位变化曲线，
3、用以区别岩性，这种测井方法叫线，用以区别岩性，这种测井方法叫线，用以区别岩性，这种测井方法叫线，用以区别岩性，这种测井方法叫自然电位测井自然电位测井自然电位测井自然电位测井。由于自。由于自。由于自。由于自然电位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此它是划分和然电位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此它是划分和然电位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此它是划分和然电位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此它是划分和研究储集层的重要方法之一。研究储集层的重要方法之一。研究储集层的重要方法之一。研究储集层的重要方法之一。1.1.自然电场的产生自然电场的产生 由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，由
4、于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过在井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程，结果产生电动势造成自然电场。在井中自然电场程，结果产生电动势造成自然电场。在井中自然电场程，结果产生电动势造成自然电场。在井中自然电场程，结果产生电动势造成自然电场。在井中自然电场主要是由主要是由主要是由主要是由扩散电动势扩散电动势扩散电动势扩散电动势和和和和扩散吸附电动势扩散吸附
5、电动势扩散吸附电动势扩散吸附电动势组成的。组成的。组成的。组成的。一、扩散电动势的产生 用一个渗透性隔膜把玻璃缸分成两部用一个渗透性隔膜把玻璃缸分成两部分，其中分别装入浓度不同的分，其中分别装入浓度不同的NaCl溶液，溶液，溶液浓度分别为溶液浓度分别为Cw和和Cm且且CwCm，溶液，溶液中各放入一个电极，并以导线与表头连接。中各放入一个电极，并以导线与表头连接。我们会观察到表头指针偏转，说明在接触我们会观察到表头指针偏转，说明在接触面附近有电位差存在。面附近有电位差存在。这是因为两种不同浓度的这是因为两种不同浓度的NaCl溶液接溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，触时，存在着使浓度达到
6、平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这叫这叫离子扩散离子扩散。一、扩散电动势的产生 一、扩散电动势的产生 从表中看出氯离子迁移率大于钠离子迁从表中看出氯离子迁移率大于钠离子迁移率，因此，扩散使低浓度溶液中氯离子相移率，因此，扩散使低浓度溶液中氯离子相对增多，形成负电荷富集，而高浓度一方钠对增多，形成负电荷富集，而高浓度一方钠离子相对增多形成正电荷富集。此时氯离子离子相对增多形成正电荷富集。此时氯离子受接触面附近电荷富集带的负电荷的排斥其受接触面附近电荷富集带的负电荷的排斥
7、其迁移速度减慢；相反钠离子的迁移速度加快，迁移速度减慢；相反钠离子的迁移速度加快，这就使电荷的富集速度减慢，当接触面附近这就使电荷的富集速度减慢，当接触面附近的电荷富集带使正、负离子迁移速度相同时，的电荷富集带使正、负离子迁移速度相同时，电荷富集停止，但离子还在扩散，这叫电荷富集停止，但离子还在扩散，这叫动平动平衡衡。此时接触面附近的电动势保持一定值，。此时接触面附近的电动势保持一定值，这个电动势叫这个电动势叫扩散电动势扩散电动势，记作，记作Ed。一、扩散电动势的产生 式中式中R克分子气体常数，等于克分子气体常数，等于8.313 J/K；T绝对温度，绝对温度，K；FFarady常数等于常数等于
8、96500 C/equiv；n+和和n-每个分子离解后形成的正离子数和负离子数；每个分子离解后形成的正离子数和负离子数；n和和v正离子和负离子的迁移率，单位是正离子和负离子的迁移率，单位是m2sequiv-1或或s/（m N）；）；Z+和和Z-正离子和负离子的离子价；正离子和负离子的离子价；Cw和和Cm两种溶液的浓度。两种溶液的浓度。一、扩散电动势的产生 在砂泥岩剖面井中纯砂岩井段，井壁附近地层水和泥浆滤液在砂泥岩剖面井中纯砂岩井段，井壁附近地层水和泥浆滤液接触，且二者矿化度（即浓度）不同而产生扩散电动势接触，且二者矿化度（即浓度）不同而产生扩散电动势Ed 式中Cw地层水矿化度；Cmf泥浆滤液
9、矿化度。在矿化度比较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度在矿化度比较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度有线性关系，有线性关系，式中Rmf泥浆滤液电阻率；Rw地层水电阻率。一、扩散电动势的产生 令 Kd=Kd叫扩散电动势系数。在温度为18时，氯化钠溶液的Kd值为-11.6mV。其他温度的Kd值可用上式计算。二、扩散吸附电动势的产生二、扩散吸附电动势的产生 用泥岩隔膜将玻璃缸内的两种不用泥岩隔膜将玻璃缸内的两种不同浓度的同浓度的NaCl溶液分开，两种浓度溶液分开，两种浓度溶液在此接触面处产生离子扩散，溶液在此接触面处产生离子扩散，扩散方向总是从浓度大的扩散方向总是从浓度大的Cw一方向一方向浓
10、度小的浓度小的Cm一方。由于泥岩隔膜中一方。由于泥岩隔膜中的阳离子交换作用，使孔隙内溶液的阳离子交换作用，使孔隙内溶液中的阳离子居多，扩散结果在浓度中的阳离子居多，扩散结果在浓度小的一方富集了大量的正电荷而带小的一方富集了大量的正电荷而带正电，浓度大的一方带负电。正电，浓度大的一方带负电。二、扩散吸附电动势的产生二、扩散吸附电动势的产生 这样就在泥岩隔膜处形成了这样就在泥岩隔膜处形成了扩散吸附电动势扩散吸附电动势，记作，记作Eda，其，其表达式为表达式为 式中Kda为扩散吸附电动势系数。它与岩层的泥质阳离子交换能力Qv有关。在Qv接近极限值的情况下，岩石孔隙中只有正离子参加扩散，可看作氯离子迁
11、移率为零的扩散 这是扩散吸附电动势系数的上限Kdamax，在温度为18时，Kdamax=58.0 mV，Kdamin=-11.6 mV，一般情况下Kda介于两者之间。二、扩散吸附电动势的产生二、扩散吸附电动势的产生 在砂泥岩剖面中的泥岩井段，井壁是矿化度不同的地层水在砂泥岩剖面中的泥岩井段，井壁是矿化度不同的地层水和泥浆滤液接触面，在此产生和泥浆滤液接触面，在此产生扩散吸附电动势扩散吸附电动势，当井壁附近地，当井壁附近地层水和泥浆滤液的矿化度都较低，且层水和泥浆滤液的矿化度都较低，且CwCm,此外组成自然电场的还有过滤电动势，这种电动势是在压力差作用下，泥浆滤液向地层中渗入时产生的。只有在压力
12、差很大时，产生的过滤电动势才是不可忽略的，但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，因此一般井内过滤电动势的作用可忽略不计。二、扩散吸附电动势的产生二、扩散吸附电动势的产生 由于扩散和吸附作用，在砂岩由于扩散和吸附作用，在砂岩井壁上出现扩散电动势，在泥岩井壁上出现扩散电动势，在泥岩井壁上出现了吸附电动势，这些井壁上出现了吸附电动势，这些电动势通过砂岩、泥岩和井液放电动势通过砂岩、泥岩和井液放电，从而在砂岩、泥岩和井液接电，从而在砂岩、泥岩和井液接触部位产生自然电流。在闭合自触部位产生自然电流。在闭合自然电流回路上，扩散和吸附电动然电流回路上，扩散和吸附电动势是串联的。势是串联的。三、电极极
13、化作用三、电极极化作用 金属电极处于自身盐类的电解质中时，它的金属离子就可以离金属电极处于自身盐类的电解质中时，它的金属离子就可以离开电极进入溶液成为离子状态，电极带负电；溶液中的金属离子开电极进入溶液成为离子状态，电极带负电；溶液中的金属离子接近电极时，也可以沉淀到电极表面上，电极便带正电。当这两接近电极时，也可以沉淀到电极表面上，电极便带正电。当这两个过程达到动态平衡时，在固相（金属电极）与溶液（液相）的个过程达到动态平衡时，在固相（金属电极）与溶液（液相）的分界面上形成电位跃。这种作用称为电极极化作用，而金属电极分界面上形成电位跃。这种作用称为电极极化作用，而金属电极相对溶液的电位（即两
14、相界面上的电位差）称为金属电极的相对溶液的电位（即两相界面上的电位差）称为金属电极的电极电极电位电位。一般井液中几乎不含矿体离子，所以在金属矿层处，矿体很快一般井液中几乎不含矿体离子，所以在金属矿层处，矿体很快将自己的金属离子授给井液而本身带负电，结果在井壁形成电动将自己的金属离子授给井液而本身带负电，结果在井壁形成电动势。势。在矿层与井液或矿层与围岩地层水接触的分界面上，由于氧化在矿层与井液或矿层与围岩地层水接触的分界面上，由于氧化还原作用，也形成电动势（还原作用，也形成电动势（氧化氧化还原电动势还原电动势）进行自然电位测井时，将测量电极进行自然电位测井时，将测量电极进行自然电位测井时，将测
15、量电极进行自然电位测井时，将测量电极N N放在地面，放在地面，放在地面，放在地面，MM电极用电缆送至井下，电极用电缆送至井下，电极用电缆送至井下，电极用电缆送至井下，提升提升提升提升MM电极沿井轴测量自然电位随井电极沿井轴测量自然电位随井电极沿井轴测量自然电位随井电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线，该曲线叫深的变化曲线，该曲线叫深的变化曲线，该曲线叫深的变化曲线，该曲线叫自然电位曲自然电位曲自然电位曲自然电位曲线（常称之为线（常称之为线（常称之为线（常称之为SPSP曲线）曲线）曲线）曲线）。实际测井。实际测井。实际测井。实际测井时是与普通电阻率测井同时进行，其时是与普通电阻率测井同时进行，
16、其时是与普通电阻率测井同时进行，其时是与普通电阻率测井同时进行，其测量原理电路见图测量原理电路见图测量原理电路见图测量原理电路见图1-41-4。MM电极是普电极是普电极是普电极是普通电阻率测井（亦叫视电阻率测井）通电阻率测井（亦叫视电阻率测井）通电阻率测井（亦叫视电阻率测井）通电阻率测井（亦叫视电阻率测井）和自然电位测井公用的测量电极。和自然电位测井公用的测量电极。和自然电位测井公用的测量电极。和自然电位测井公用的测量电极。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 视电阻率测井时由供电电极供电所视电阻率测井时由供电电极供电所视电阻率测井时由供电电极供电所视电阻率测井时由供电电极供电
17、所形成的人工电场是低频脉动直流场，形成的人工电场是低频脉动直流场，形成的人工电场是低频脉动直流场，形成的人工电场是低频脉动直流场，而自然电场是直流场，这样只要在视而自然电场是直流场，这样只要在视而自然电场是直流场，这样只要在视而自然电场是直流场，这样只要在视电阻率测量道上加一个隔直元件电阻率测量道上加一个隔直元件电阻率测量道上加一个隔直元件电阻率测量道上加一个隔直元件C C，阻隔自然电位进入该道而不受干扰；阻隔自然电位进入该道而不受干扰；阻隔自然电位进入该道而不受干扰；阻隔自然电位进入该道而不受干扰；同时在自然电位测量道上加一个隔交同时在自然电位测量道上加一个隔交同时在自然电位测量道上加一个隔
18、交同时在自然电位测量道上加一个隔交元件元件元件元件L L，它只允许自然电场的直流电，它只允许自然电场的直流电，它只允许自然电场的直流电，它只允许自然电场的直流电位信号通过，而阻断了研究视电阻率位信号通过，而阻断了研究视电阻率位信号通过，而阻断了研究视电阻率位信号通过，而阻断了研究视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。使的脉动直流电场的信号干扰。使的脉动直流电场的信号干扰。使的脉动直流电场的信号干扰。使MM电电电电极同时接收到的两个场的电位信号分极同时接收到的两个场的电位信号分极同时接收到的两个场的电位信号分极同时接收到的两个场的电位信号分离互不干扰。单独进行自然电位测井离互不干扰。单独进行自然电位
19、测井离互不干扰。单独进行自然电位测井离互不干扰。单独进行自然电位测井是极少的。是极少的。是极少的。是极少的。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 由自然电场分布特征可以看出在砂岩和泥岩交界由自然电场分布特征可以看出在砂岩和泥岩交界由自然电场分布特征可以看出在砂岩和泥岩交界由自然电场分布特征可以看出在砂岩和泥岩交界处自然电位有明显的变化，变化的幅度与处自然电位有明显的变化，变化的幅度与处自然电位有明显的变化，变化的幅度与处自然电位有明显的变化，变化的幅度与E Ed d和和和和E Edada有关。在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附有关。在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交界面附有关。在相当厚的
20、纯砂岩和纯泥岩交界面附有关。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，它是产生自然电场的总近的自然电位变化最大，它是产生自然电场的总近的自然电位变化最大，它是产生自然电场的总近的自然电位变化最大，它是产生自然电场的总电动势电动势电动势电动势E E总总总总。E E总总总总=E=Ed dEEdada=Klg=Klg 2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 式中K为自然电位系数。通常把E总叫作静自然电位记作SSP。此时此时此时此时E Ed d的幅度称的幅度称的幅度称的幅度称砂岩线砂岩线砂岩线砂岩线，E Edada的幅度叫的幅度叫的幅度叫的幅度叫泥岩线泥岩线泥岩线泥岩线。实际
21、测井中。实际测井中。实际测井中。实际测井中以泥岩线作自然电位测井曲线的基线（即以泥岩线作自然电位测井曲线的基线（即以泥岩线作自然电位测井曲线的基线（即以泥岩线作自然电位测井曲线的基线（即零线零线零线零线），在），在），在），在1818时的纯砂岩层处的时的纯砂岩层处的时的纯砂岩层处的时的纯砂岩层处的SSP=69.6 lg RSSP=69.6 lg Rmfmf/R/Rww，井中巨厚的纯，井中巨厚的纯，井中巨厚的纯，井中巨厚的纯砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是砂岩层井段的自然电位幅度近似认为是SSPSSP。静自然电位。静自然电位。
22、静自然电位。静自然电位的变化范围在含淡水岩层的的变化范围在含淡水岩层的的变化范围在含淡水岩层的的变化范围在含淡水岩层的+50 mV+50 mV到含高矿化度盐水岩层到含高矿化度盐水岩层到含高矿化度盐水岩层到含高矿化度盐水岩层的的的的200 mV200 mV之间。之间。之间。之间。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 按照图按照图按照图按照图1-5(b)1-5(b)中等效电路，假设自然电流中等效电路，假设自然电流中等效电路，假设自然电流中等效电路，假设自然电流I I所流经所流经所流经所流经的泥浆、砂岩、泥岩各段等效电阻分别为的泥浆、砂岩、泥岩各段等效电阻分别为的泥浆、砂岩、泥岩各段
23、等效电阻分别为的泥浆、砂岩、泥岩各段等效电阻分别为r rmm、r rsdsd、r rshsh，根据，根据，根据，根据KirchhoffKirchhoff定律得：定律得：定律得：定律得：SSP=Ir SSP=IrmmI rI rsdsdIr Irshsh 2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 自然电流 I=在砂岩层为有限厚时，它的自然电位幅度Usp 自然电位测井理论曲线，它是在上、自然电位测井理论曲线，它是在上、自然电位测井理论曲线，它是在上、自然电位测井理论曲线，它是在上、下围岩相同，目的层岩性不变，六种下围岩相同，目的层岩性不变，六种下围岩相同，目的层岩性不变，六种下围岩相同
24、，目的层岩性不变，六种厚度不同的地层模型中经理论计算得厚度不同的地层模型中经理论计算得厚度不同的地层模型中经理论计算得厚度不同的地层模型中经理论计算得到的一族曲线。到的一族曲线。到的一族曲线。到的一族曲线。曲线特点曲线特点曲线特点曲线特点：曲线对地层中点对称；：曲线对地层中点对称；：曲线对地层中点对称；：曲线对地层中点对称；厚地层（厚地层（厚地层（厚地层（h4dh4d）的自然电位曲线幅度）的自然电位曲线幅度）的自然电位曲线幅度）的自然电位曲线幅度值近似等于静自然电位，且曲线的半值近似等于静自然电位，且曲线的半值近似等于静自然电位，且曲线的半值近似等于静自然电位，且曲线的半幅点深度正对着地层的界
25、面，随着厚幅点深度正对着地层的界面，随着厚幅点深度正对着地层的界面，随着厚幅点深度正对着地层的界面，随着厚度的变小对着界面的曲线幅度值离开度的变小对着界面的曲线幅度值离开度的变小对着界面的曲线幅度值离开度的变小对着界面的曲线幅度值离开半幅点向曲线峰值移动；地层中点取半幅点向曲线峰值移动；地层中点取半幅点向曲线峰值移动；地层中点取半幅点向曲线峰值移动；地层中点取得曲线幅度的最大值，随地层的变薄得曲线幅度的最大值，随地层的变薄得曲线幅度的最大值，随地层的变薄得曲线幅度的最大值，随地层的变薄极大值随之减小且曲线变得平缓。极大值随之减小且曲线变得平缓。极大值随之减小且曲线变得平缓。极大值随之减小且曲线
26、变得平缓。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 实测曲线与理论曲线特点基本相同，实测曲线与理论曲线特点基本相同，实测曲线与理论曲线特点基本相同，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由于测井时受多方面因素的影响实测由于测井时受多方面因素的影响实测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（见图曲线不如理论曲线规则（见图曲线不如理论曲线规则（见图曲线不如理论曲线规则（见图1-7)1-7)。使用自然电位测井曲线时应注意：它使用自然电位测井曲线时应注意：它使用自然电位测井曲线时应注意：它使用自然电位测井曲线时应注意：它没有绝对零点，是以没有绝对零点
27、，是以没有绝对零点，是以没有绝对零点，是以厚层泥岩井段的厚层泥岩井段的厚层泥岩井段的厚层泥岩井段的自然电位幅度作基线自然电位幅度作基线自然电位幅度作基线自然电位幅度作基线；曲线上方标有；曲线上方标有；曲线上方标有；曲线上方标有带极性符号的横向比例尺，它与曲线带极性符号的横向比例尺，它与曲线带极性符号的横向比例尺，它与曲线带极性符号的横向比例尺，它与曲线的相对位置，不影响自然电位幅度的的相对位置，不影响自然电位幅度的的相对位置，不影响自然电位幅度的的相对位置，不影响自然电位幅度的读数。自然电位幅度读数。自然电位幅度读数。自然电位幅度读数。自然电位幅度U Uspsp的读数是基的读数是基的读数是基的
28、读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的线到曲线极大值之间的宽度所代表的线到曲线极大值之间的宽度所代表的线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。毫伏数。毫伏数。毫伏数。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 在泥岩层中，在泥岩层中，在泥岩层中，在泥岩层中，SPSP曲线通常接曲线通常接曲线通常接曲线通常接近一条直线，即所谓近一条直线，即所谓近一条直线，即所谓近一条直线，即所谓泥岩基线泥岩基线泥岩基线泥岩基线。在渗透性地层，在渗透性地层，在渗透性地层，在渗透性地层，SpSp偏离泥岩基偏离泥岩基偏离泥岩基偏离泥岩基线，当地层相当厚时，曲线将线，当地层相当厚时，曲线将线，当地层相当厚时，
29、曲线将线，当地层相当厚时，曲线将达到一个基本固定的偏移幅度，达到一个基本固定的偏移幅度，达到一个基本固定的偏移幅度，达到一个基本固定的偏移幅度，定义为定义为定义为定义为砂岩线砂岩线砂岩线砂岩线。偏移可以向左。偏移可以向左。偏移可以向左。偏移可以向左（负的）或者向右（正的），（负的）或者向右（正的），（负的）或者向右（正的），（负的）或者向右（正的），主要取决于地层水矿化度大于主要取决于地层水矿化度大于主要取决于地层水矿化度大于主要取决于地层水矿化度大于泥浆滤液矿化度，则曲线向左泥浆滤液矿化度，则曲线向左泥浆滤液矿化度，则曲线向左泥浆滤液矿化度，则曲线向左偏转，矿化度的关系相反，偏偏转，矿化度的
30、关系相反，偏偏转，矿化度的关系相反，偏偏转，矿化度的关系相反，偏移则向右偏。移则向右偏。移则向右偏。移则向右偏。2.2.自然电位测井及曲线特征自然电位测井及曲线特征 在砂泥岩剖面中钻井，一般为淡水泥浆钻进（在砂泥岩剖面中钻井，一般为淡水泥浆钻进（在砂泥岩剖面中钻井，一般为淡水泥浆钻进（在砂泥岩剖面中钻井，一般为淡水泥浆钻进（C CwwCCmfmf)，故在，故在，故在，故在砂岩渗透层井段自然电位曲线出现明显的负异常；在盐水泥浆井砂岩渗透层井段自然电位曲线出现明显的负异常；在盐水泥浆井砂岩渗透层井段自然电位曲线出现明显的负异常；在盐水泥浆井砂岩渗透层井段自然电位曲线出现明显的负异常；在盐水泥浆井中
31、（中（中（中（C CwwCCmf时，在时，在SP曲线曲线上砂岩层段则出现负异常，即离开基线向横向比例尺标有上砂岩层段则出现负异常，即离开基线向横向比例尺标有“一一”号方向偏移的曲线变化；当号方向偏移的曲线变化；当Cw Cmf时，砂岩层段则时，砂岩层段则出现正异常，即从基线向横向比例尺标有出现正异常，即从基线向横向比例尺标有“十十”号方向偏号方向偏移的曲线变化；当移的曲线变化；当Cw=Cmf时，没有造成自然电场的电动势时，没有造成自然电场的电动势产生。在一定的范围内，产生。在一定的范围内，Cw和和Cmf差别大，造成自然电场差别大，造成自然电场的电动势高，曲线变化明显。的电动势高，曲线变化明显。二
32、、岩性的影响二、岩性的影响3.影响因素 在砂泥岩剖面中，自然电位曲线以泥岩为在砂泥岩剖面中，自然电位曲线以泥岩为基线，只有在砂质渗透性岩层处才出现自然电基线，只有在砂质渗透性岩层处才出现自然电位曲线异常。目的层为较厚的纯砂岩时，它与位曲线异常。目的层为较厚的纯砂岩时，它与围岩之间的围岩之间的E总总达到最大即达到最大即静自然电位静自然电位，此时，此时在自然电位曲线上出现最大的负异常幅度。在在自然电位曲线上出现最大的负异常幅度。在其他条件均不改变的情况下，若目的层含有泥其他条件均不改变的情况下，若目的层含有泥质时，质时，E总总会随目的层泥质含量的增加而下降，会随目的层泥质含量的增加而下降，因而所测
33、曲线的幅度也随之减小。此外在剖面因而所测曲线的幅度也随之减小。此外在剖面上由于部分泥岩的阳离子交换能力减弱会产生上由于部分泥岩的阳离子交换能力减弱会产生基线偏移，渗透层的自然电位曲线异常幅度也基线偏移，渗透层的自然电位曲线异常幅度也会相对变低。会相对变低。二、岩性的影响二、岩性的影响3.影响因素 随着电阻率增大时，自然电位幅随着电阻率增大时，自然电位幅值减小；值减小；地层越薄时，自然电位幅值越小。地层越薄时，自然电位幅值越小。二、岩性的影响二、岩性的影响3.影响因素岩层倾角的影响岩层倾角的影响 当倾角小于当倾角小于45度时，岩层度时，岩层的倾斜会使自然电位曲线的的倾斜会使自然电位曲线的幅值减小
34、，在岩层地界面上幅值减小，在岩层地界面上出现不大的出现不大的“台阶台阶”，随着随着倾角的增大，曲线幅值越来倾角的增大，曲线幅值越来越小，越小，“台阶台阶”越来越明显。越来越明显。当倾角大于当倾角大于45度时，自然电度时，自然电位位出现双峰值出现双峰值，正对岩层中，正对岩层中心的自然电位值反而减小。心的自然电位值反而减小。二、岩性的影响二、岩性的影响3.影响因素 实线表示实测的自然电位幅实线表示实测的自然电位幅值；值；虚线表示把两层看作一层是虚线表示把两层看作一层是对应的自然电位幅值。对应的自然电位幅值。夹层越大，自然电位幅值越夹层越大，自然电位幅值越小；小；薄层越多，产生的幅值越低。薄层越多，
35、产生的幅值越低。三、温度的影响三、温度的影响3.影响因素 同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，产生的自然电位曲线同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，产生的自然电位曲线幅度有差异。为了研究温度对自然电位的影响程度常需计算出幅度有差异。为了研究温度对自然电位的影响程度常需计算出地层温度地层温度t时的时的Kd和和Kda值。为计算方便，先计算出值。为计算方便，先计算出18时的时的Kd和和Kda值，然后用下式可计算出任何地层温度值，然后用下式可计算出任何地层温度t时的时的Kda值。值。Kda=Kda t=18 式中式中Kda t=18为温度为为温度为18时的扩散吸附电动势系数；时的扩散吸附电动势系数；t为地
36、层为地层温度。温度。Kd的温度换算公式与的温度换算公式与Kda的形式相同。异常幅度也会相的形式相同。异常幅度也会相对变低。对变低。四、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响四、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响3.影响因素 地层水和泥浆滤液内所含盐类不同，则溶液中所含离子不同，地层水和泥浆滤液内所含盐类不同，则溶液中所含离子不同，不同离子的离子价和迁移率均有差异，直接影响不同离子的离子价和迁移率均有差异，直接影响Kd和和Kda值。值。在纯砂岩井段，溶液中所含化学成分改变时，扩散电动势系在纯砂岩井段，溶液中所含化学成分改变时，扩散电动势系数数Kd也随之改变，参见表也随之改变，参见表1-2，因此不同溶质的
37、溶液，即使在其，因此不同溶质的溶液，即使在其他环境条件都相同的情况下，所产生的他环境条件都相同的情况下，所产生的Ed值各异。值各异。五、地层电阻率的影响五、地层电阻率的影响3.影响因素 当井内各部分电阻率相差不大当井内各部分电阻率相差不大且地层很厚时，公式（且地层很厚时，公式（1-12)中的中的rsd和和rsh均比均比rm小得多而可以忽略，小得多而可以忽略，此时此时UspSSP。当目的层电阻。当目的层电阻率很高时率很高时rsh与与rm相比已不可忽视，相比已不可忽视，此时此时Usp4时时，半半幅幅点点法法是是可可信信的的，地地层层越越厚厚精精度度越越高高。薄薄渗渗透透层层一一般般是是以以微微电电
38、极极系系或或短短电电极极距距的的视视电电阻阻率率曲曲线为主配合以自然电位曲线来划分渗透层界面。线为主配合以自然电位曲线来划分渗透层界面。三、划分矿层三、划分矿层 4.自然电位曲线应用 在在金金属属矿矿、煤煤田田等等测测井井中中，自自然然电电位位曲曲线线可可以以用用来来配配合合其其他他测测井井曲曲线线划划分分矿矿层层，确确定定矿矿层层深深度度，并并了了解解矿矿层层的的结结构构。通通常常，在在金金属属硫硫化化物物、石石墨墨以以及及高高碳碳化化的的煤煤层层上上，都都能能看看见见明明显显的的自自然然电电位位异异常常。因因此此，用用自自然然电电位位曲曲线线来来划划分分这这些些矿矿层层，一一般般能能取取得
39、得较较好好的的地质效果。地质效果。三、划分矿层三、划分矿层 4.自然电位曲线应用 图图为为辽辽宁宁某某多多金金属属矿矿区区自自然然电电位位曲曲线线。该该矿矿体体位位于于碳碳酸酸盐盐岩岩层层中中，围围岩岩简简单单，但但侵侵染染发发育育，矿矿石石成成分分以以黄黄铁铁矿矿、方方铅铅矿矿、闪闪锌锌矿矿为为主主，呈呈致致密密状状及及侵侵染染状状。矿矿层层上上，自自然然电电位位曲曲线线显显示示出出幅幅值值达达100200MV的的正正异异常常。根根据据自自然然电电位位曲曲线线，可可以以确确定定矿矿层层的的富富集集带带的的位位置置。同同时时，自自然然电电位位幅幅值值的的变变化化正正反反映映了了该该层层上上下下
40、部部分分金金属属矿矿物物含量的贫富变化。含量的贫富变化。在在某某些些情情况况，如如在在高高阻阻围围岩岩中中的的稀稀疏疏侵侵染染状状矿矿体体，在在低低硫硫化化煤煤层层和和褐褐煤煤层层上上，自自然电位异常往往很小，甚至没有异常。然电位异常往往很小，甚至没有异常。四、确定砂岩的粒度中值四、确定砂岩的粒度中值 4.自然电位曲线应用 在在石石油油、煤煤、石石膏膏等等沉沉积积矿矿产产的的研研究究中中，砂砂岩岩的的粒粒度度中中值值Md是是一一个个重重要要的的成成因因参参数数。知知道道了了粒粒度度中中值值，就就可可以以更更好好的的划划分分不不同同粒粒级级的的砂砂岩岩层层。经经验验表表明明，在在砂砂泥泥剖剖面面
41、中中，自自然然电电位位测测井井曲曲线线的相对值的相对值SP与砂岩的粒度中值与砂岩的粒度中值Md之间存在指数相关关系，即之间存在指数相关关系，即Md=A A、K为经验系数为经验系数SP=（SP-SPsh）/（SPsd-SPsh）SPsh、SPsd分分别别为为厚厚层层纯纯泥泥岩和纯砂岩的自然电位幅值，岩和纯砂岩的自然电位幅值，sp为解释层的自然电位幅值。为解释层的自然电位幅值。两边取对数两边取对数 lgMd=lgA+KlgeSP LgMd=C0+C1SP这这就就是是粒粒度度中中值值的的经经验验公公式式。在在工工作作区区，对对已已知知样样品品进进行行一一元元线线性性回回归归分分析析，可可以以确确定定
42、常常数数C0和和C1的的具具体体数数值值，用用此此公公式式，根根据据解释层的解释层的SP值值 估计出该层的粒度中值。估计出该层的粒度中值。五、估计泥质含量五、估计泥质含量 4.自然电位曲线应用 鉴于砂岩的自然电位异常幅值与其泥质含量之间有着较密切的相鉴于砂岩的自然电位异常幅值与其泥质含量之间有着较密切的相关关系，在测井解释中已经提出了根据砂岩的自然电位异常幅值来关关系，在测井解释中已经提出了根据砂岩的自然电位异常幅值来确定其泥质含量的多种方法。仅介绍较常用的一种方法。确定其泥质含量的多种方法。仅介绍较常用的一种方法。在其他条件不变的情况下，砂岩的自然电位异常幅值随其泥质含在其他条件不变的情况下
43、，砂岩的自然电位异常幅值随其泥质含量的增大而减小。可以近似地将砂岩的自然电位异常幅值量的增大而减小。可以近似地将砂岩的自然电位异常幅值SP与其泥与其泥质含量（体积含量）质含量（体积含量）Q之间的关系看作是线性关系，即之间的关系看作是线性关系，即 SP=a+bQ对于纯砂岩，对于纯砂岩，Q=0，故，故SPsd=a；对于纯泥岩，对于纯泥岩，Q=1，故，故SPsh=a十十b，或者，或者，b=SPsh-a=SPsh-SP-SPsd。由此得到由此得到SP=SPsd十（十（SPsh-SPsd）Q即即 Q=（SP-SPsd）/（SPsh-SPsd）SP是在厚层砂岩年层上测得的自然电位上异常幅值；是在厚层砂岩年
44、层上测得的自然电位上异常幅值；SPsd和和SPsh分别为厚层纯砂岩和纯泥岩上测得的自然电位异常幅值。分别为厚层纯砂岩和纯泥岩上测得的自然电位异常幅值。五、估计泥质含量五、估计泥质含量 4.自然电位曲线应用Q=（SP-SPsd）/（SPsh-SPsd）SP是在厚层砂岩层上测得的自然电位上异常幅值；SPsd和SPsh分别为厚层纯砂岩和纯泥岩上测得的自然电位异常幅值。六、确定地层水电阻率六、确定地层水电阻率RwRw4.自然电位曲线应用在求地层水电阻率Rw时，要选择剖面中较厚的饱含水的纯净砂岩层。读出该层的自然电位幅度USp，并根据泥浆资料确定泥浆滤液电阻率Rmf，根据式（1-9）中关系可以求出Rw值
45、。这对于低矿化度的地层水和泥浆滤液来说，所得到的Rw是正确的。但当上述溶液矿化度较高时，由于矿化度与溶液电阻率不是线性关系、如果仍用式（1-9）中关系求Rw则会产生误差。为此引入“等效电阻率”概念，即不论溶液矿化度范围，溶液的等效电阻率和溶液的矿化度总是保持线性关系，此时公式（1-9）可改写为 SSP=Klg (1-15)式中Rmfe为泥浆滤液等效电阻率，Rwe为地层水等效电阻率。式（1-15)适用于任何矿化度的溶液，但求出的结果是地层水等效电阻率Rwe，然后再用SP-2图版求出Rw。六、确定地层水电阻率六、确定地层水电阻率RwRw4.自然电位曲线应用1确定含水层的静自然电位值SSP如果所选含
46、水层相当厚。无侵入，而且目的层与围岩和泥浆的电阻率相差不大时，可以直接读出该含水层的自然电位幅度值Usp近似作为SSP使用。如果含水层不满足上述条件时，则必须对该层的Usp进行厚度、电阻率和侵入情况的校正得到SSP。这项工作使用的工具是SP-3图版（图1-10)。六、确定地层水电阻率六、确定地层水电阻率RwRw4.自然电位曲线应用1确定含水层的静自然电位值SSPSP-3图版是由12块图版组合成的复合图版。其中左边一列是在无侵入条件下绘制的；右边三列均为有侵入，且侵入带直径di与井径d比值为5（di/d=5）的条件下绘制的。每块图版是在Rxo/Rt（Rxo是冲洗带电阻率，Rt是原状地层电阻率）、
47、Rs/Rm（Rs是围岩电阻率，Rm是泥浆电阻率）取不同数值时，所作的Usp/SSP与h/d的关系曲线族，曲线号码为Rt/Rm无侵入）或Rxo/Rm(有侵入）。使用图版时，首先按实际侵入情况及测井提供的Rs/Rm,Rxo/Rt值选出与之最接近的一块图版；然后用Rt/Rm（或Rxo/Rm）值在选出的图版中选择一条曲线，在横坐标轴上找到目的层的h/d值，过该点作纵轴的平行线与选定曲线得一交点，该点的纵坐标v就是所求校正系数，因为v=Usp/SSP，所以该水层的静自然电位SSP=Usp/v。六、确定地层水电阻率六、确定地层水电阻率RwRw4.自然电位曲线应用确定Rw值首先用SP-1图版（图1-15）求
48、出地层水的等效电阻率Rwe。作法是用地层温度t在图版中选一条曲线，并在图版的横轴上找到目的层的SSP值点，过此点作横轴的垂线与选定的曲线相交，交点的纵坐标即校正系数=Rmfe/Rwe，将第2步骤中确定的Rmfe值代入，则Rwe=Rmfe/；然后用SP-2图版求出Rw值。例如SSP=87 mV，地层温度t=149时，对应得到的校正系数为7.4，即7.4=Rmfe/Rwe，如果Rmfe=0.3m则Rwe=Rmfe/7.4=0.04m，用SP-2图版求出的Rw=0.043 m。六、确定地层水电阻率六、确定地层水电阻率RwRw4.自然电位曲线应用确定Rw值利用自然电位测井资料求地层水电阻率，只适合于在
49、一定渗透性的地层，地层水中主要化学成分是Nacl，且泥浆电阻率不高，自然电位中过滤电位可以忽略不计的条件下使用。我国有的油田使用此方法求地层水电阻率取得较好的效果。七、七、判断水淹层判断水淹层4.自然电位曲线应用在油田开发过程中，常采用注水的方法提高采收率，如果储层见到了注入水则该层叫水淹层。储集层哪部分被水淹决定于岩层各部分的渗透性，一般规律是渗透性好的部分容易被水淹，利用测井资料判断水淹层位及估计水淹程度是检查注水效果的重要课题。目前有些油田利用SP曲线上出现基线偏移确定水淹层位，并根据偏移量ESP（原基线与偏移后基线之间所代表的毫伏数）的大小估计水淹程度。由统计资料表明，ESP 8 mV为高含水层；5 mvESP 8 mV为中含水层；当ESP 5 mV时，则可能是低含水层或由于岩性变化引起的基线偏移。图1-16中展示了水淹层测井曲线，在自然电位测井曲线上，下部基线偏移。偏移量ESP=30 mV属高含水层，经射孔后得知其含水率达到99。