自然电位基线会偏移
水平井硬电极测自然电位异常(漂移)的分析与解决
水平井硬电极测自然电位异常(漂移)的分析与解决郭凯;杨文强;刘烙;黄俊;王化伟【摘要】自然电位测井是最早实现的常规测井项目之一,直到现在,自然电位测井曲线在油气勘探中仍然起着重要的作用.测井采集时发现HH2530仪器硬电极测自然电位一直以来存在着曲线正负漂移严重,基线不稳,曲线不分层,干扰大等重要问题,严重影响了测井曲线的质量评价,降低了解释符合率.因此通过对水平井硬电极测自然电位异常(漂移)问题解决,提高了HH2530水平井硬电极测自然电位曲线优等率,测井一次成功率提高到了98％.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2015(000)021【总页数】3页(P91-93)【关键词】水平井;自然电位;硬电极;测井曲线【作者】郭凯;杨文强;刘烙;黄俊;王化伟【作者单位】中国石化河南石油工程有限公司测井公司,河南南阳473132;中国石化河南石油工程有限公司测井公司,河南南阳473132;中国石化河南石油工程有限公司测井公司,河南南阳473132;中国石化河南石油工程有限公司测井公司,河南南阳473132;中国石化河南石油工程有限公司测井公司,河南南阳473132【正文语种】中文【中图分类】P631自然电位测井曲线在油气勘探中仍然起着重要的作用。
自然电位由以下几个部分组成：扩散电位、吸附电位和流动电势。
以上三种电位中，扩散电位和吸附电位都与浓度差有关。
扩散电位是由于地层水含盐浓度与钻井液含盐浓度不同引起离子的扩散作用而形成的。
吸附电位则是岩石老叟对离子的吸附作用形成，扩散电位和吸附电位都与尝试差有关，有时称这两种电位之和为电化学电位或扩散吸附电位。
地层压力与钻井液压力不同时，在地层孔隙中产生的过滤作用形成流动电势。
而通常在分析自然电位测井曲线时忽略流动电势，油井的自然电位主要由扩散吸附作用产生。
流动电势强度与压差有关。
扩散吸附电位和流动电势都是与地层的双层结构有关的现象［1］。
HH2530仪器硬电极测自然电位一直以来存在着曲线正负漂移严重，基线不稳，曲线不分层，干扰大等问题，严重影响了测井曲线的质量评价，降低了解释符合率。
530测井常见问题分析
530常见问题1、自然电位曲线的干扰和影响因素1)电极电位干扰：金属电极在盐水泥浆中，溶解金属使得电极与泥浆之间产生电位差。
并随井深、温度的升高而增大，因此SP曲线的基线向正的方向偏移。
2)电泳电位干扰：即泥浆的稳定性不好，而且静止时间过长，泥浆中带负电荷的粘土颗粒就会沉淀，造成电位随深度的增加而降低。
自然电位曲线基线向负方向偏移。
3)重锤电蚀干扰：测井用的加重，铅锤是用钢筋外浇铸铅制成。
因为铁和铅的化学活动性不同，在泥浆中形成的电极电位不同，这就相当于两个直流的供电电极。
使得SP曲线跟着2m底部梯度曲线走（高阻地层迭加的电蚀电位较大）。
4)工业迷散电流干扰：井场附近大型电力装置在工作，如直流发电机、直流电焊机等的漏电，使N电极的电位作无规则的变化。
SP曲线抖动严重。
5)绞车磁化干扰：如滚筒磁化，当电缆运行时，滚筒转动如同切割磁力线产生感应电动势，电动势进入测量线路，使SP曲线发生异常变化（有规则的摆动）。
6)下井电流（矩形波电流）干扰：当视电阻率曲线与SP曲线并测时，供电频率选用不当，造成SP曲线抖动；特别是在高电阻地层更为明显。
7)缆皮电位的影响：由于缆皮与大地接触不良，造成缆皮电位不稳定而影响SP曲线基线不稳定。
8)地面N电极的影响：当N电极材料选择不当时，容易产生极化电位；或者由于地点选择不当，受干扰因素多而造成SP曲线无法正常测量。
2、磁记号的干扰：电缆磁化、磁记号接收器的绝缘性差或接触不良而造成磁记号基线不稳定。
3、双侧向曲线常出现的问题1) RLLD曲线值低于10ΩM时，常出现不附合地层的曲线抖动或摆动，这种情况的出现，表明井下仪器有问题，排除的办法就是更换下井仪器。
2) RLLD 曲线值在泥岩段低于RLLS曲线值3) 曲线出现双轨：曲线双轨指的是深浅两条曲线的测量值差异始终是一个固定值；4) 双侧向曲线深、浅差异不正常。
如：加长电极、屏敝电极长度不够，造成深、浅电流达不到探测要求，使曲线不能够真实地反映地层。
地球物理测井复习题答案
1、简述扩散电动势形成的机理答：在扩散过程中，各种离子的迁移速度不同，如氯离子迁移速度大于钠离子（后者多带水分子），这样在低浓度溶液一方富集氯离子（负电荷），高浓度溶液富集钠离子（正电荷），形成一个静电场，电场的形成反过来影响离子的迁移速度，最后达到一个动态平衡，如此在接触面附近的电动势保持一定值，这个电动势叫扩散电动势，记为Ed2、简述为什么当水淹时，自然电位曲线出现基线偏移现象？答：如图所示，水淹层位与未水淹层位浓度分别为Cw’、Cw。
则有E=Ed-Ed’-Ed”，Cw’<Cw Ed=Kd*logCw/Cwf Ed’=Kd*logCw/Cw’Ed”=Kd*log Cw’/ Cwf所以E=0 所以水淹层位与未水淹层位之间电位不变，未水淹层位与泥岩直接接触产生的电动势为E1=K*logCw/Cwf，水淹层位与泥岩直接接触产生的总电动势E2=K*logCw/Cwf，因为Cw’<Cwf，所以E2<E1 基线偏移。
3、简述普通电阻率测井原理答：1）均匀各向同性介质：电阻率为R均匀各向同性介质中放一点电源A，发出电流I形成点电场，场中任何一点电流密度为j=I/4πrr，由微观欧姆定律：E=R*j，E=RI/4πrr 而E=-au/ar ；所以-au/ar=RI/4πrr ；U=RI/4πr+C(积分常数)。
根据电场无穷远边界条件C=0，所以U=RI/4πr；即电阻率R=4πr U/I=KΔUmn/I(N在无穷远)2）非均匀各向同性介质：对于非均匀各向同性介质KΔUmn/I，不是岩石的真正电阻率，但它反映电阻率的变化，因此称之为综合条件下的视电阻率Ra= KΔUmn/I4、画出梯度电极系测井曲线并描述其特点和应用答：特点：（1）视电阻率Ra曲线极大极小值正对高阻层的上下界面；（2）厚层：中间平行段视电阻率Ra曲线值为地层电阻率。
应用：一、划分岩性：砂泥岩剖面泥岩电阻率低，砂岩电阻率高；碳酸盐岩剖面致密层电阻率高，裂缝性层电阻率低。
水淹层识别
水淹层测井识别方法一、水淹油层的特征在油田开发工程中，由于注水驱油或是边底水推进，油层都要发生不同程度的水淹，引起储集层物性、电性一系列的变化。
主要有以下特征。
1、水淹油层的地质特征储层含油性和油水分布变化地层水矿化度和电阻率变化孔隙结构变化-孔隙度和渗透率变化岩石的湿润性变化油层水淹后的地层压力与温度变化（1）地层含油性及油水分布的变化在油田注水开发过程中，随着注入水不断驱替地层中的原油，水淹油层的含水饱和度不断增加，剩余油饱和度不断降低，而且它们与水洗程度成比例。
大庆油田根据水驱油岩心实验和试油资料统计分析表明，油层弱水淹时含油饱和度下降约10％；油层中等水淹时降低约20％～30％；油层强水淹时下降30％以上。
在水洗作用下，油层的粘土和泥质含量下降，粒度中值相对变大，随之也使束缚水饱和度相应降低。
在注水开发中，随着注入水不断增加，地层中的油水分布也随之发生很大变化。
一般来说油层的孔隙性和渗透性都有程度不同的非均质性。
显然，注入水在非均质严重的油层中并非活塞式的推进，而是沿着孔隙度大、渗透性好的部位推进，直到高渗透性地带中大部分油被水驱走时，中、低渗透部分的孔隙中仍保留着相当多的原油。
物性好的高孔隙、高渗透性部位早水淹，水洗强度大；低孔隙、低渗透性部位晚水淹，水洗强度小，甚至未被水淹。
这样，在高含水期，原来的好油层变成强水淹层；而较差的油层(包括物性差的油层和薄油层)，则又可能成为“主力油层”。
因此，尽管某些油井的产水率很高，但低孔隙性、低渗透性油层、薄油层或厚油层中的低孔隙性、低渗透性部分仍有可观的潜在产能，它们将成为高和特高含水期油田挖潜稳产的主要对象。
在高含水期，水淹油层的油、水分布一般都有按沉积旋回水淹的规律。
正韵律油层如河道砂、点砂坝油层，岩性自上而下逐渐由细变粗，注入水先沿底部粗岩性高渗透部位突进，形成大孔道的水窜，造成底部先被水淹，上部晚水淹；底部强水淹、上部弱水淹或未水淹。
在反韵律沉积的三角洲河口砂坝等油层，岩性自上而下逐渐由粗变细，注入水先沿顶部突进，但由于受毛细管力和重力的影响，使注入水推进相对稳定，且注入水波及面积、厚度及驱油效率都较高，水洗强度自上而下由强变弱。
电法测井方法原理
1、电学性质表征参数电阻率R 电导率σ 介电常数ε 磁导率μ2、各种测井方法的频率范围自然电位测井--直流 侧向测井--30-300Hz 感应测井--10-40kHz介电测井--几十MHz 电磁波传播--1.1GHz 普通电阻率--方波(<15Hz)3、岩石电阻率、介电常数的频率特性频率↑→导电率↑→电阻率↓介电常数ε →反映介质极化能力的宏观物理量E P 0)1(εε-= P ——极化强度E ——外加电场强度★干岩样不存在频散，饱和油的岩样也不存在频散★饱和水的岩样有明显频散现象频率增高↑→介电常数↓★频散特性分三段：低于100kHz →频散剧烈；100kHz ～100MHz →频散较明显；高于100MHz →频散很弱；超高频（UHF ）段，即200MHz ～3000MHz 基本无频散4、影响岩石电阻率的大小的主要因素不同岩石电阻率不同，岩石电阻率的大小主要取决于下列因素：★岩石的组织结构——岩性★岩石孔隙内地层水的盐类的化学成分、浓度、温度★岩石孔隙度★岩石含水饱和度5、岩石电阻率与岩性、地层水、孔隙度、饱和度的关系沉积岩岩石的电阻率主要取决于岩石孔隙中地层水的电阻率——地层水电阻率↑→地层岩石电阻率↑含油饱和度↑→地层电阻率↑6、阿尔奇公式及其实验过程1、自然电位、静自然电位的概念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2、扩散电动势及其产生机理扩散现象→受渗透压力作用高浓度→低浓度→氯离子迁移率>钠离子迁移率→低(高)浓度→氯（钠）离子富集→接触面正负离子迁移速度相同时→电荷富集停止→离子还在继续扩散→动平衡→动平衡时，电动势保持一定值——扩散电动势Ed3、扩散吸附电动势及其产生机理将两种不同浓度的NaCl 溶液用泥岩隔膜分开，浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷，这种现象起因是泥岩的特殊性质。
泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。
大庆油田高含水期自然电位的变异和校正
文章编号:100020747(2003)0120060202大庆油田高含水期自然电位的变异和校正杨瑞明1,2,王良书1,徐正顺2,陶嘉胜2(1.南京大学;2.大庆油田有限责任公司开发部)摘要:大庆油田经多年注水开发,油层形成多压力系统。
由于低矿化度注入水的影响,不同水淹级别油层的扩散吸附电位发生不同程度变异;由于加密调整井钻井液密度较高,过滤电位对自然电位的影响不能忽略。
过滤电位和变异的扩散吸附电位叠加造成自然电位异常,会影响砂岩有效厚度和水淹层解释结果的正确性。
应用地球物理测井原理,提出计算不同类型油层扩散吸附电位和过滤电位的方法,用于校正自然电位曲线变异。
图2表2参5关键词:自然电位;测井曲线;变异校正;大庆油田中图分类号:TE257.1 文献标识码:A 本文分析大庆油田高含水期自然电位变异的原因,并提出校正方法。
1影响自然电位的主要因素自然电位主要由扩散吸附电位、过滤电位和氧化还原电位叠加而成。
对于砂泥岩剖面,影响扩散吸附电位和过滤电位的主要因素是地层水矿化度、钻井液电阻率及密度和地层压力,可以忽略氧化还原电位。
大庆油田开发初期的钻井液密度为1.20g/cm 3,钻井液柱压力略高于地层孔隙压力,二者之差(液地压差)基本被井壁泥饼承受,地层承受的正压差很小,因此开发初期的自然电位测井结果主要反映钻井液滤液与原始地层水之间扩散吸附作用产生的电位,过滤电位通常可不计[2]。
大庆油田实施早期注水开发以来,由于注入水矿化度低(1.0～2.4g/L ),使原始地层水矿化度(一般为7g/L )降低[1]。
被均匀水淹的油层只出现自然电位曲线幅度下降现象;对于部分水淹的油层,水淹部位的自然电位测井曲线基线发生偏移,水淹程度越高,水淹前后地层水矿化度的比值越大,基线偏移越大[3]。
大庆油田老区实施过多次加密调整,进入注水开发中后期以来,各油层组纵向的高压层、欠压层和正常压力层并存,为了确保安全,钻加密调整井时按全井最高压力层的压力设计钻井液密度(一般为1.6～1.8g/cm 3),欠压层或未水淹层承受极大的正液地压差,使扩散吸附电位变异,同时过滤电位的影响不能像开发初期那样再被忽略,因为二者共同导致自然电位异常。
地球物理测井3(自然电位测井)
3 自然电位测井（SP）
3 自然电位测井（SP）
斯仑贝谢1928年发 现了这样的现象：在未 通电的情况下，井中电 极（M）与位于地面的电 极（N）之间存在着电位 差，而且该电位差随着 地层的不同而变化。另 外，电位差的变化规律 性很强。
3 自然电位测井（SP）
后来、道尔、威利、费多尼、斯卡拉和 安德森等人对这一现象进行了研究，同时， 自然电位测井（SP）也就诞生了。
3.1.2 电化学作用与电化学电位
• 油井中的电化学作用主要包括两种： 一种是扩散作用，另一种是扩散吸附 作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 当具有不同矿化度的两种流体相接 触时，离子将从浓度高的地方向浓 度低的地方移动，这种现象我们称 为扩散作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 第二种为相对刻度 的曲线读值，首先 确定基线然后读取 相对值 。
1.2 自然电位测井曲线
关于相对刻度 的说明： • “-”为电位降低的 方向； • “+”为电位升高 的方向； • |—| 间距是电位的 变化量的大小的刻 度。
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 在泥岩层处自然电位曲线的 测井值比较稳定。
K值的变化，
⑵ 温度对电阻率的 影响明显。
1.3.1 自然电位测井的影响因素
U SP I rm
U SP
rm
ES ri rt
rsh
rm
K lg C w
U SP
rm
ri
C mf rt
பைடு நூலகம்rsh
rm
• 地层厚度的影响 r=R×L/S S=h×井眼的周长
二、自然电位的测量
（a ）（b ）图2-4 自然电位测量原理 图4-1-4 自然电位测量原理二、自然电位的测量1）测量仪器和方法自然电位测井技术在所有测井方法中算是最简单的了。
如图4-1-4a 所示，将一个稳定电极M放入井中，另一个电极N 放在地面上接地，在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。
而在实际测井中，常常是在进行普通视电阻率测井的同时，利用图4-1-4b 所示的原理线路，当电极在井内连续移动时，即可测得井内自然电位沿井剖面的变化曲线，即自然电位曲线。
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。
实际上，这一数值也是不可能测得的。
因此，自然电位测井曲线图上，只用每单位格偏转所代表的毫伏数和正负方向来表示井内自然电位数值的相对高低，而无绝对的零线。
2）常用的自然电位测井仪器（1） 电极（组合仪器）（2） 感应在感应线圈系深感应记录点上有一不闭和的铅环，直接连接7#缆心（3） 侧向测井仪器的加长电极的8#环（4） 1515 线圈系上部不锈钢环三、自然电位测井仪器的缆心分配1）系统内部缆心 7#2）井下仪器（1）普通电极测井可使用任意井下电极接到任意缆心（通常使用2.5米N ）（2）电极组合测井仪(2.5米M(19心)短接7#缆心(3)感应 7#缆心(4)侧向7#缆心接8#环(5)1515HDIL7#心四、测量信号流程井下仪器测量环-电缆-综合控制箱-继电器卡-电极卡SP 测量通道地面电极--------------------------------电极卡SP 测量通道五、测井操作拨码正确曲线延迟无误SP 算法：六、测井曲线特征（1）自然电位曲线的形成要了解自然电位曲线的形成，就要了解自然电流。
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该公式对水层适用， 油气层和薄层计算 的Vsh偏高
意义
Rw是计算储层含油气饱和度的必要参数
Rw确定方法
直接法：试水 间接法：测井(电法测井、SP测井)
理论依据
SSP K lg Rmfe Rwe
Rmfe——等效泥浆滤液电阻率 Rwe——等效地层水电阻率
选择厚度较大、饱含水的纯砂岩层，将其ΔUsp 校正→SSP
d
曲线号码h/d 不同厚度地层自然电位理论曲线
地层厚度h↑→ΔUsp↑。
井径扩大↑→井的截面积加大↑→自然电流 在井内的电位降变小↓→ ΔUsp降低↓。
泥浆侵入地层→泥浆滤液与地层水的接触面 向地层内推移→其效果相当于井径扩大↑→ ΔUsp降低↓
自然电位曲线
判断渗透层 估计渗透层厚度 估算泥质含量 确定地层水电阻率
求纯水砂岩地层水电阻率Rw方法
1、确定静自然电位SSP
查
2、确定等效泥浆滤液电阻率Rmfe
图 版
3、确定地层水电阻率Rw
参见P13-17
注
意用SP法求地层水电阻率——要求地层有一定渗
透率、地层水成分是NaCl、泥浆电阻率不高、 过滤电位可忽略不计。无侵入效果较好。
已 知 含 水 纯 砂 岩 自 然 电 位 ΔUsp ＝ － 30mV ， 地 层 厚 度 h=3m ， 井 径 d=0.25m ， 砂 岩 层 电 阻 率 Rt=10.m，围岩（泥岩）电阻率Rs=2.5 .m， 泥 浆 电 阻 率 Rm=0.5 .m ， 泥 浆 密 度 m=1.44g/cm3，地层温度t=85C，无侵入。
书中P8（1－8）式可写成：
U sp
1
SSP Rsd Rsh
Rm
地层较厚时，由于岩层的截面积比井的截面积大 得多，所以，砂岩和泥岩对自然电流的电阻Rsd、 Rsh比泥浆柱的电阻Rm小得多。此时，对于纯砂岩 来讲， ΔUsp≈SSP。
当地层电阻率增高时， Rsd、Rsh与Rm比较不能忽 略，则ΔUsp<SSP。即地层电阻率↑→ΔUsp↓。
P12→(1-12)
PSP——泥质砂岩假静自然电位 SSP——厚的纯水砂岩层的静自然电位
现场应用：以泥岩的SPsh为基线，分别读出(含泥）砂岩的 自然电位SP和厚的纯水砂岩层的自然电位SPsd，则有：
SSP SPsd SPsh；PSP SP SPsh
计算机 常用Psh
SSP的大小主要取决于岩性、温度、地层水和泥浆中所 含离子成分、泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。
自然电流I的分布主要取决于介质的电阻率、地层厚度、 井径大小。
扩散电动势
Ed＝k d
lg
Cw Cmf
扩散吸附电动势
Eda
K da
lg
Cw Cmf
以泥岩为基线 当Cw>Cmf时，砂岩段出现自然电位负异常 当Cw<Cmf时，砂岩段出现自然电位正异常 当Cw＝Cmf时，不产生自然电场电动势，自然电
自然电位曲线特征
单个 砂岩层
曲线对地层中点对称，地层中点处 异常值（ ΔUsp）最大
地层愈厚，ΔUsp愈接近SSP
地层厚度变小， ΔUsp也随之变小，曲线顶部变尖， 根部变宽
地层厚度达到h/d>4时，自然电位的半幅点对应地 层界面。厚地层可用半幅点确定地层界面
地层变薄时，对应地层界面的自然电位值向曲线顶 部移动。此时不能用半幅点确定地层界面
图中CE连线=砂岩厚度
厚
储
h
层
h h
薄储层
泥质
分散 泥质
层状 泥质
结构 泥质
一般把泥质砂岩中的细粉砂和湿粘土的 混合物叫做泥质 泥质分散在砂岩颗粒间孔隙的表面
泥质在砂岩中呈条带状
泥质颗粒代替了某些砂岩颗粒的位置
泥质的含量及其存在状态对砂岩产生的扩散吸附电动势 有直接影响→可以泥岩自然电位曲线估算泥质含量。
自然电位曲线特征
ab段——泥岩基线 c点——半幅点 d点——地层中部
砂泥岩剖面中
Rw<Rmf 时，以泥岩为 基线，渗透层会出现 负异常；
渗透层（砂岩）越纯， 负异常越大；
泥质含量增加，负异 常幅度变低。
自然电位曲线与自然伽 马曲线配合，划分渗透 层的界面非常有效
确定渗透层界面——半 幅点法
薄层 厚层 图中CE连线>砂岩厚度
求地层水电阻率Rw。
本节要点
位没有异常
以泥岩为基线，砂质岩层自然电位常出现异常变化。
当目的层为纯砂岩时，它与围岩交界处SSP达到最 大值SSPmax。
当温度在18C时：
SSP SSPmax Ed Eda
(11.6 58) lg Rmf 69.6 lg Rmf
Rw
Rw
目的层含泥质时，SSP降低，自然电位异常幅度减小。
Ed和Eda由离子的扩散吸附形成，故当泥浆和地 层水中的化学成分不同时，其所含离子不同，导 致溶液中离子数的差异，不同离子的离子价和迁 移率又不同，这就直接影响扩散吸附电动势系数， 最终使得Ed和Eda变化。
18°C时几种盐溶液的Kd值
溶质 NaCl NaHCO3 CaCl2 MgCl2 Na2SO4 KCl Kd(Mv) -11.6 2.2 -19.7 -22.5 5 -0.4
剖面上泥岩性质变化（Qv变化）时，自然电位基线会 偏移。
绝对温度
Ed
U (xm ) U (xw)
zvu z 2vu
zvu z2vu
RT F
ln
Cmf Cw
P3
Qv→∞时：
Kda
2.3
RT zF
P5→(1-3)
显然，Ed、Eda都和绝对温度T成正比。
估算泥质含量方法
间接法 直接法
直接法
把某地区各种含泥质的砂岩经取样测定， 直接建立自然电位幅度ΔUsp(和相对自然 电位Tsp）与泥质含Vsh的相关关系
Tsp
U sp SPmax
f (Vsh )
P11
SPmax——本地区标准层（一般纯砂岩）的自然电位幅度
间接法
经验公式
Vsh
1
PSP SSP
绪言 第一节 SP的成因 第二节 SP的影响因素 第三节 SP曲线特征及其应用
1、自然电位、静自然电位的概念 2、井下自然电位产生机理
不同井眼和地层条件对所测的自然电位幅度影 响很大。因此，在应用其资料时，必须考虑其 影响因素，否则将影响解释精度。
自然电位的幅度、特点主要取决于自然电场的静自然 电位SSP和自然电流I的分布。