静自然电位测井仪
2-第一章_电法测井(自然电位测井)
常规法 新方法 换泥浆法
求Rw
(1)常规法
引入等效电阻率的概念，即不论溶液的浓度
高低，都与其电阻率成反比。
SSP K lg
Rmfe Rwe
①确定 SSP
如果渗透层的h/d>40，无侵入，且RtRmRs，则SSP
Es Vsp I rm ri rsh rt 1 rm rm rm
Es=f(Cw、Cmf、T、Vsh、盐类有关）
(1)地层水和泥浆中含盐量的比值（Cw/Cmf）的影响
Cw / Cmf > 1 Cw / Cmf < 1 Cw / Cmf = 1
渗透层的△Vsp有负异常 渗透层的△Vsp有正异常 渗透层的△Vsp无异常
2.SP曲线的特点
(1)自然电位（△VSP）：是指自然电流在井中泥浆柱上产 生的电压降。
Es Vsp Irm rt ri rsh 1 rm rm rm
（△VSP)
< PSP 或者SSP
测量时N电极固定在地面,但VN≠0。因SP 曲线没有“0” 刻度，而是用带正负号的比例尺来表示的，为了读数的方 便，选泥岩的SP作为基线，在一个地区它是稳定的，并且 是一条直线。
所以，E总 =(Kda -
lg(Rmf / Rw ) = Es
则令：K=Kda – Kd；K只与盐类成分、温度有关。
静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电 动势用SSP来表示。
SSP K lg Rmf Rw
当泥质含量 时 QV kd 从负变至正 Es 当 Qv ∞时， kd ≈ Kda Es = 0 泥质砂岩和纯砂岩的总电动势称为假静自然电位。符号用PSP 来 表示，它的大小反映了泥质的多少，总有 SSP>PSP（因K值以负 往正值方向发生变化）
1自然电位测井(定稿)
优先使用的其 它地层水矿化 度方法：
地层水分析资料。
思考题
*1 分析自然电位的成因，写出扩散电动势、扩散吸附 电动势、总电动势表达式。 *2 不同Cw、Cmf情况下自然电位测井曲线有哪些特征？ 3 影响自然电位测井的因素有哪些？ *4 自然电位测井曲线在油田勘探开发中应用于哪些方面？
5 描绘出砂泥岩剖面井筒中自然电场分布示意图。
2.自然电位测井曲线特征
1)曲线特点(本身) A、曲线以地层中点对称 B、h>4d时：SP=SSP,半幅点对应地层界面， C、随h D、随h 地层界线向峰值移动，中点取得最大值 SP幅度减小
2）测量环境 A、当Cw>Cmf：负异常（淡水泥浆） B、当Cw<Cmf：正异常（咸水泥浆） C、当Cw=Cmf：无异常
Rmf<Rw,E>0 Rmf=Rw, E=0 自然电位测 井失效了。
2 .岩性影响
砂泥岩剖面 泥岩(纯泥岩)——基线 纯砂岩——SSP(h>4d) 当储层Vsh 自然电位幅度△USP <SSP 靠近泥岩基线
3.温度影响
温度对离子运动，离子扩散速率有影响 不同深度地层温度不同
Cw Cw RT u v Ed 2.3 lg K d lg F uv Cmf Cmf
3）基线及刻度
自然电位测井理论曲线
A、砂泥岩剖面——泥岩为基线，基线幅度与泥岩的纯度、地层水矿化度等有关。 B、自然电位刻度是相对刻度，没有绝对零点。
2
—
半幅点及半幅点法确定地层界面方法： 半幅点：SP曲线基线与最大值的0.5倍处 半幅点法确定地层界面方法：1~4步
+
0.5△USP a
3
h
4
b
测井自然电位信号的常见故障及其解决方案
测井自然电位信号的常见故障及其解决方案
一、故障一：自然电位信号波形显示不正常
1、故障原因：电位仪设备未及时校正，测量范围设置不当及探头内接触点接触不良等。
2、解决方案：首先，对电位仪应进行校正，以保证测量数值的准确性；其次，检查测量范围设置是否正确，并即时纠正；最后，检查探头接触点是否接触良好，及时清理和更换接触点。
1、故障原因：电位仪电源异常，测量地活动，误差大或传感器受到干扰等原因。
2、解决方案：首先，去检查电位仪电源是否正常；其次，检查测定地是否有活动，如有活动则尽快安排矫正；最后，要检查误差等各项参数是否符合要求，如果有误差，应立即进行补正，并加固传感器以免受到干扰。
1、故障原因：探头总长度变化，探头结构发生变化，传感器内部元器件老化及电位仪应答老化等。
2、解决方案：首先，关闭电位仪，检查探头总长度是否变化，如有变化，应重新安装及校准探头；其次，检查探头结构是否有变化，并及时安装更换；最后，检查传感器内部元器件是否老化，及电位仪应答是否老化，如有，应及时更换。
静自然电位测井方法探讨
２ ０ １ ３年 １ ０月
大 ，电 阻Ｒ 就 越大 ；所 以对于 巨厚 地层 ， Ｒ 。 ｄ 、Ｒ ｈ 趋于
无 穷大 ，自然 电流 接近 于零 ，所测 自然 电位接 近于静
自然 电位 。
图 ３ 静 自然电位测井原理框 图
其 工作 的过程 如下 ： 自然 电流 。 在 井筒 内流动 时
会在 Ｍ１ 、Ｍ２电极 间产生 电位 差 ，如果在 Ａ１和
３ 结 束 语
静 自然 电位 不 是 自然存 在 的 ，是 一种 理 想 的 状 态。 自然 电位 是在 自然 电流 的流 动 回路 中对静 自然 电 位 的重新分 布 ； 要测 量静 自然 电位 ，必须 采 取人 为条 件 阻 止 自然 电流 的流动 ， 从 而达 到测量静 自然电位 的 目的 。 本文对 静 自然 电位测 井方法 的几种 测 量方法 进 行 了分 析探 讨 ，有 待在 实践 中检验 。 参 考 文 献
自然 电位 的分辨 率 ，采用 了如 图 ４的测量 方法 。
［ ４ ４ ］李大潜，蔡志杰，陈 娓，等． 自然电位测井数学模型与
求解方法 ｆ Ｊ 】 ．测井 技术，２ ０ １ ２ ，３ ６（ ３ ） （ 收稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ４ — ０ ８ 编辑 ：姜 婷）
该方 法 与方 法 一原 理 相 同 ，不 同的是 上 下 Ｍ１ 、
Ｍ２ 、Ａ１ 、 Ａ２是 不相通 的 。假 如上 Ｍ Ｉ 、Ｍ２之 间的 电
［ １ ］《 测井学》 编写组． 测井学 【 Ｍ】 ． 北京： 石油工业出版社 ， １ ９ ９ ８ ［ ２ 】 张庚骥 ．电法测井 ［ Ｍ］ ．东营：中国石油大学 出版社，１ ９ ９ ６
自然电位测井的研究与应用
自然电位测井的研究与应用自然电位测井是常规电法测井方法之一，应用范围较广泛，主要用于砂泥岩剖面，是划分和评价储集层的重要方法之一。
文章从自然电位的成因入手，介绍了自然电位的原理，分析了自然电位曲线的特点，结合现场实际测井经验，阐述了影响自然电位测井的实际因数。
标签：电动势；自然电位；岩性；测井1 地层中自然电位的成因1.1 自然电位的理论分析裸眼井中由于泥浆和地层水的矿化度有所不同，地层压力和泥浆柱压力也有差异，会在井壁附近产生电化学过程，产生自然电动势。
（1）扩散电动势（Ed）的产生。
如果将两种不同浓度的NaCl溶液放在一个水槽的两端，中间用渗透性隔膜分离时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，迁移过程中因离子的迁移速率不同，造成溶液接触面两侧富集正负电荷，当接触面附近正、负离子迁移速度相同时，电荷富集停止，但离子还在扩散，达到一种动平衡，此时接触面附近的電动势会保持一定值，这个电动势叫扩散电动势。
（2）扩散吸附电动势（Eda）。
将两种不同浓度的NaCl溶液用泥岩隔膜分开，因为泥岩有一种特殊性质。
泥质颗粒基本由含有硅或铝的晶体组成，由于晶格中的硅或铝离子被低价的离子所取代，泥质颗粒表面带负电，为了达到电平衡，必须吸附阳离子，这样，就相当于泥岩具有渗透阳离子的能力，而阴离子不能通过，在渗透压的作用下，浓度高的溶液中阳离子会通过泥岩向浓度低的方向渗透，这样就会造成浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷。
该过程产生的电动势叫扩散吸附电动势。
1.2 测井过程中自然电动势成因分析在淡水泥浆钻井时，地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度，在井筒内，砂岩段靠近井壁的地方负电荷富集，地层内靠近井壁的地方正电荷富集，导致井筒泥浆的电势低于地层电势，因而在砂岩段形成扩散电位；在泥岩段，在井筒内靠近井壁的地方正电荷富集，地层中负电荷富集，导致井筒泥浆的电势高于地层电势。
1 自然电位测井(SP)
井 测
Es = K d
C1 C2 C1 lg + K da lg K da lg C mf C mf C2
1.1.3 油井中的自然电场
这三种电动势尤如三 个电池,它们通过导 体(岩石)连接,形 学院 学 大 理 江 物 系 成回路,回路的总电 长 球 程 动势: 地 工
1.1.1 动电学作用与动电学电位
当泥浆柱压力与地 层压力不平衡时(一 般是泥浆柱的压力 学 学院 大 略大于地层压力), 江 物理 系 长 球 如果地层具有一定 程 地 井工 的渗透性,则泥浆 测 滤液将通过井壁渗 入地层.
1.1.1 动电学作用与动电学电位
固体表面带有负 电荷(砂岩,石灰 岩等固体颗粒的 学 学院 大 理 江 物表面仅带有少量 长 球 程系 的负电荷.而泥 地 井工 测 质或泥饼中固体 颗粒的表面带有 大量的负电荷).
1.1.1 动电学作用与动电学电位
动电学电位(过滤电位)的大小:
学 学院 大 理 A 物Δ P R mf 江 长 球 程系 E k =地 工 井 μ 测
1.1.1 动电学作用与动电学电位
μ 学 学院 大 理 江 物 系 其中:ΔP—泥浆柱与地层间的压力差; 长 球 程 地 井工 Rmf—泥浆滤液的电阻率; 测
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
对于厚地层(h>4d), 自然电位曲线的半幅 学 学院 点对应于层界面. 大 理 江 物 系 长 球 程 地 井工 测
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
对应于地层中部, 自然电位曲线出现 学 学院 大 极值,测井计算时 江 物理 系 长 球 常利用这一极值. 程 地 井工 测
测井总结【范本模板】
一、自然电位测井（SP）1、概念1）自然电位测井：在钻井的过程中，钻井液(泥浆）（有不同类型：淡水泥浆和盐水泥浆、水基泥浆和油基泥浆）与钻穿的地层孔隙流体（地层水、石油、天然气)之间通过扩散－吸附作用（电化学作用）自然会产生一种电动势,测量这种电位差的测井方法就是SP测井。
2)自然电位曲线：将测量电极N放在地面,M电极用电缆送至井下，提升M电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线成为自然电位曲线（即为SP曲线）2、1）自然电位场的产生：由于钻井液(泥浆）和孔隙流体(地层水、油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同,井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学作（扩散—-扩散吸附作用），产生电动势造成自然电场。
2)机理:扩散－扩散吸附作用（扩散电动势：渗透性隔膜-—砂岩；扩散吸附电动势：泥岩隔膜）3)井内自然电位产生的原因：①不同浓度的盐溶液相接触时的扩散和吸附作用；②盐溶液在岩石孔隙中的渗滤作用;③金属矿物的氧化还原作用等。
3、SP测井1）SP曲线的泥岩基线：实测SP曲线没有绝对的零点，而是以井段中较厚的泥岩层的SP幅度为基线,称泥岩基线2）静自然电位:自然电位的总电动势，即自然电流回路断路时的电压SSP.3）自然电位的幅度：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。
（大小取决于地层与泥浆的离子交换量，所以水层的幅度大于油层）。
测井上定义自然电位SSP：4）自然电位的幅度异常△Vsp ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降.以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值.5）渗透层：相对于泥页岩基线,当Cw>Cmf，基线处于正电位,渗透性砂岩呈负异常.相反异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。
(Cw〈Cmf)则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常。
6）半幅点：幅度变化的中点，a,b，对应厚地层一般对应于地层的界面。
4、影响因素：1）地层水和泥浆中含盐浓度比值；2）岩性：自然电位幅度随泥质的增加而降低；3）温度：T增加，K增加，Es增加,△Vsp增加4）泥浆和地层水的化学成分：当ri、rt增大，则I降低、△Vsp降低.所以在相同条件下，油层的△Vsp〈水层的△Vsp；5）地层电阻率的影响；6）地层厚度h的影响：h增大,则△Vsp增大并趋近于SSP；ΔVSP随厚度的减薄而减小,（薄层的△Vsp≪SSP）；7）井径和侵入带直径的影响：井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小,ΔVSP降低；泥浆侵入相当于扩径影响。
地球物理测#自然电位测井
E d U (x m ) U (x w ) zz 2 v v u u z z v 2 v u u R F T ln C C m wf
Qv→∞时：
RT Kda 2.3 zF
显然，Ed、Eda都和绝对温度T成正比。
地球物理测井——自然电位测井SP
④泥浆和地层水的化学成分的影响
Cw Cmf
Cw＞Cmf砂泥岩剖面离子扩散路径和电荷分 布 如上图所示，浓度大的地层水中的离子有两种路径向浓度小的泥浆中扩散：
①—通过砂岩井壁直接向泥浆中扩散
②—通过砂岩围岩周围的泥岩向泥浆中扩散
地球物理测井——自然电位测井SP
1、纯砂岩的扩散电动势
如果砂岩为纯砂岩，不含泥质， 地层水中的Na+和Cl-在渗透压力作用下， 沿第一条路径扩散，且Na+移动速度较 慢，Cl-较快，因此，低浓度的泥浆中 Cl-富集而带负电，高浓度的地层水中 Na+过剩带正电，在地层水和泥浆滤液 的接触面两侧出现电位差。
地球物理测井——自然电位测井SP
自然电流回路等效电路
Rsh——泥岩等效电阻 Rsd——砂岩等效电阻 Rm——井筒内泥浆等效电阻
地球物理测井——自然电位测井SP
在井内砂岩和泥岩接触面附近的自然电位等效电路中， Ed与Eda是相互叠加的. 静自然电位 在相当厚的砂岩和泥岩接触面处的自
然电位幅度基本上是产生自然电场的 总电动势SSP，也称静自然电位.
地球物理测井——自然电位测井SP
2、自然电位曲线特点
自然电位（△VSP）是指自然电流在井中泥浆柱上产 生的电压降。
Vs pIrm 1
Es rt rirsh
rm rm rm
测量SP时，地面电极N的VN≠0，导致SP曲线没有零刻度，用箭 头上标的正负表示电位的相对高低，通常选择泥岩的自然电位
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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)。
六、仪器的技术指标
●长度：4500毫米
●重量：50公斤
●直径：90毫米
●耐压：140兆帕
●耐温：175℃
●供电电压：180V AC/50赫兹
●测量范围：－1000mV~ +1000mV
●测量精度：5％
●垂直分辨率：0.3米
SSP曲线对地
层界面的反映
比SP清楚
SSP曲线对在厚层中的泥岩夹层反映非常清楚
图五
微电极有差异显示的薄层，SSP曲线有明显的显示，SP曲线则显示不明显。
图六。