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1、 主讲教师：吴 丰 单 位 ：资源与环境学院 二零一二年十一月 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 电法测井是指以研究岩石及其孔隙流体 的导电性、电化学性及介电性为基础的一 大类测井方法。 1 什么是电法测井? 它包括以测量岩层电化学特性、导电特 性和介电特性为基础的三小类测井方法。 电场分类：自然电场和人工电场电场分类：自然电场和人工电场 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 2 岩层的电学性质 岩层的电学特性包括： 电化学特性自然产生的电场，自然电位 导电特性人工电源，电阻率（电导率） 介电特性介电常数 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 u岩层的电化学特
2、性：自然电位测井（SP） u岩层的介电特性：电磁波传播测井（ETP） 3 电法测井的分类 u岩层的导电特性：电阻率测井 双侧向电阻率测井（DLL）、阵列侧向（HAL） 地层倾角测井（SHDT） 微球形聚焦电阻率测井（ MSFL ） 感应测井（ DIL ）、阵列感应成像测井（ HDIL、AIT） 随钻电阻率测井（ LWD ） 过套管电阻率测井（ CHFR ） 方位电阻率成像测井（ ARI ） 地层微电阻率扫描测井（ FMS ） 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 自然电位测井 自然电场的产生 SP曲线的特征 SP曲线的影响因素 SP曲线的应用 1 2 3 4 5 石 油 工 程 测
3、井 11 电法测井电法测井 SP是由井中自然电场产生的电位。 1自然电位测井 （Spontaneous Potential Logging） 1.1 什么是自然电位测井？ SP测井是以钻井液（泥浆滤液）与钻穿岩层 孔隙流体间的扩散扩散吸附现象为基础的 测量方法（它测量扩散扩散吸附电动势在井中产生的 电位差） 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 1.2 SP测井的装置 一个测量电极M,一个地面电极N,用电缆将MN与 电位差计两端相连，测量MN间的电位差。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 1.3 SP曲线的测量原理 将一个电极M放入井中，另一个电极N放在地面上接地， 在
4、不存在任何人工电场的情况下，用测量电位差的仪器测量M 电极相对于N电极之间的电位差，便可以进行自然电位测井。 由于固定在地面上的N电极的电位是一 个恒定值，因此，当M电极在井内移动 时，所测得的M、N之间的电位差的变 化，即自然电位曲线，就反映了井内 某种电位值沿井身的变化情况。显然 ，自然电位测井测的是相对电位值 ，即井内不同深度上的自然电位与地 面上某一点的固定电位值之差，而不 是井中自然电位的绝对数值。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 矿化度：溶液中所含有的各种离子的浓度。 地层水含有一定的矿物离子，主要是Mg+,Ca+ Na+, K+, Cl-, HCO3- 等等. 孔
5、隙流体地层水、石油、天然气 泥浆中含有一定的矿物离子（Na，Cl ） 淡水泥浆和盐水泥浆 水基泥浆和油基泥浆 钻井液泥浆的不同类型： 或 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 自然电动势自然电动势 扩散电动势（扩散电动势（EdEd） 过滤电动势过滤电动势（E E f f ） 扩散吸附电动势（扩散吸附电动势（EdaEda） 2 自然电场的产生 介质：钻井液 地层孔隙流体 机理：扩散作用扩散吸附作用 结果：产生了电动势，造成自然电场 扩散现象扩散现象 受受渗透压力渗透压力作用，高浓度作用，高浓度低浓度低浓度 动平衡时，电动势保持一定值动平衡时，电动势保持一定值 扩散电动势扩散电动势EdE
6、d CL-CL-离子迁移率离子迁移率Na+Na+离子迁移率离子迁移率 低浓度低浓度CL-CL-离子富集离子富集 高浓度高浓度 Na+Na+离子富集离子富集 扩散电动势扩散电动势EdEd 接触面正负离子迁移速度相同时接触面正负离子迁移速度相同时电荷电荷 富集停止富集停止离子还在继续扩散离子还在继续扩散动平衡动平衡 CwCw CmCm 渗渗 透透 性性 隔隔 板板 实实 验验 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 砂砂 岩岩 C C w w C Cmf mf 在井内在井内纯砂岩纯砂岩井段所测量的自然电位井段所测量的自然电位 即是即是扩散电动势（扩散电动势（EdEd）造成的。造成的。 砂砂
7、 岩岩 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 参见参见P5P5 当当C CW WC CM M时，在砂岩段，井内泥浆中积聚 时，在砂岩段，井内泥浆中积聚 负负电荷。电荷。 当当C CW W C Cmf mf 在井内在井内纯泥岩纯泥岩井段所测量的自然电位井段所测量的自然电位 即是即是扩散吸附电动势扩散吸附电动势造成的。造成的。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 2.纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda） 参见参见P6P6 当当C CW WC CM M时，在泥岩段，井内泥浆中积聚 时，在泥岩段，井内泥浆中积聚 正正电荷。电荷。 当当C CW WC C mfmf 石 油 工 程 测
8、井 11 电法测井电法测井 产生以上结果都是在CwCmf的 情况下讨论的，那么那么CwCwC C mfmf 自然电流的等效电路（P7图1-2） 总自然电动势E E S S ：在由砂 岩，泥岩，泥浆所组成的导电 回路中，电动势是呈串联的。 因此，在该回路中由于扩散作 用形成的总电动势为该三电动 势的代数和。 泥泥 岩岩 砂砂 岩岩 泥泥 岩岩 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 静自然电位SSP：纯砂岩与纯泥岩交界面 处的总电化学电动势用SSP来表示。 假静自然电位PSP：泥质砂岩和纯泥岩的总 电动势称为假静自然电位。符号用PSP来表
9、示，反映了泥质的多少，总有SSPPSP。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 自然电位的幅度异常USP（ VSP ） ：自然电 流在井中泥浆柱上产生的电压降。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 对厚层，砂岩和泥岩的截面积比井的截面积大得 多，所以 。因此，在实测 自然电位曲线上，以泥岩为基线，则厚层砂岩有： 巨厚纯砂岩对应的自然电位幅度将等于静自然电位 SSP；而薄层，将比SSP小得多。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 测量时N电极固定在地面,但VN0，因此SP曲线没有 “0”刻度，而是用带正负号的比例尺来表示，为了 读数方便，选泥岩的SP作为基线，在
10、一个地区它是稳 定的，且是一条直线。 SP曲线的泥岩基线 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 SP曲线负异常： 当CWCmf时，SP由泥岩的正电位向砂岩 的负电位降低。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 SP曲线正异常： 当CWCmf,基线处于正电位，渗透性砂岩呈负异 常；相反（CwCmf 即RwRmf)，砂岩（渗透 层）SP（ VSP ）负异常； 盐水泥浆（CwRmf)，砂岩（渗透 层）SP（ VSP ）正异常； Cw= Cmf ，自然电位无异常。 Cw与Cmf的差异越大，则Vsp异常幅度也越大 一般情况 CmfCw 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井
11、石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 因素2.岩性 自然电位幅度随泥质的增加而降低。自然电位 是一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法， SP大小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性 质有关来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥 岩交替出现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面。 这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面，因为它 没有或很少有泥岩，裂缝较发育的储集层以致密碳酸 盐岩为围岩，许多储层要通过远处的泥岩才能形成自 然电流回路，因而在相邻泥岩间形成巨厚的大片SP异 常，不能用来划分和研究储集层。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 石 油 工 程 测 井 11 电法
12、测井电法测井 因素5.地层电阻率的影响 当ri、rt增大，则I降低、Vsp降低。 所以在相同条件下所以在相同条件下, ,油层的油层的V Vsp sp Cmf 即RwRmf) 砂岩SP负异常；泥岩段SP线为基线（正电位） 盐水泥浆（CwRmf) 砂岩SP正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位） 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 应用2：划分渗透层及层界面； SP曲线上一切偏离泥岩基线的明显异常是孔隙 性和渗透性较好的储集层的标志。 对于岩性均匀、厚度较大 、界面清楚（如泥岩与砂岩的突 变界面）的储集层，通常用SP异 常幅度的半幅点（泥岩基
13、线算起 1/2幅度处）确定储集层界面。如 果储集层厚度较小，SP异常较小 ，半幅点厚度将大于实际厚度， 应参考其他曲线确定界面。 自然电位理论曲线 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 1 2 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 砂泥岩剖面中砂泥岩剖面中 泥质含量增加，负异泥质含量增加，负异 常幅度变低。常幅度变低。 渗透层渗透层( (砂岩砂岩) )越纯，越纯， 负异常越大；负异常越大； RwRw RmfRmf时，以泥岩为时，以泥岩为 基线，渗透层会出现基线，渗透层会出现 负异常；负异常； 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 应用3：估算泥质含量； 碎屑岩泥质
14、含量增加，将使其自然电动 势减小，从而使SP幅度减小。因此，以完全 含水、厚度足够大的水层的静自然电位 SSP为标准，某地层SP与SSP的差别将与地 层泥质含量有关。通常把泥质含量表示为： 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 应用4：计算地层水的电阻率Rw； 在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含 油饱和度等重要参数，在确定这些参数时都 需要Rw，用SP曲线幅度值求Rw是最常用的方 法之一。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 确定含水纯岩石静自然电位（SSP） 在地层水含盐量或Rw基本相同的解释井段内， 选择岩性纯（不含泥质或Vsh很小），厚度较大，深 探测电阻率低，
15、SP异常幅度最大，各种资料证明不 含油气的地层为完全含水的纯水层，通常称为标准 水层。其SP异常幅度就是该层的静自然电位SSP。 读数时先画出泥岩基线，再用图上方的横 向比例读SP异常的大小。 应用4：计算地层水的电阻率Rw；(步骤) 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 计算自然电位系数（ K） 计算比值（Rmfe / R we ） 确定地层温度下的地层水电阻率（R w ） 确定含水纯岩石静自然电位（SSP） 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 应用5：判断油气水层和水淹层； SP异常可帮助区分油气水层，但不是主 要依据。一般说来，油气层的SP异常略小 于水层； 在油田
16、开发中，常采用注水方法来提高 采收率。油层发生水淹，利用测井资料判断 水淹层层位及估计水淹程度是目前检查注水 效果的重要任务。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 可根据SP基线偏移确定水 淹层位，并根据偏移量的大小 来判断水淹程度。 水淹层在SP 曲线上出现基 线偏移是因为注入水的矿化度 不同于地层水和泥浆滤液。注 入淡水水淹后的油水同层，被 水淹的底部或顶部的SP异常明 显小于未被水淹部分的SP异常 ，使该层上下部泥岩基线发生 明显偏移。 石 油 工 程 测 井 11 电法测井电法测井 结 论： 1、如果SP曲线的上基线偏移则油层上部被 水淹； 2、SP曲线下基线偏移则油层下部被水淹； 3、
