第4讲自然电位测井
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地球物理测井第一章 第四节 自然电位测井
自然电位现象： （1）自然电位与岩性有关； （2）自然电位与泥浆及地层水矿化度有关；
SP曲线
前言
■ 三、 自然电位测井的特点
自然电位测井具有测量方法简单、实用价值高等
特点，是划分岩性、研究储集层性质、求取泥质
含量参数以及其它地质应用的基本方法之一。
■ 四、矿化度的概念
定义（矿化度）：溶液的盐浓度，早期用 ppm表示，意为part per million，即百万分之一，
Ea
Ka
lg
Cw Cmf
=Ka
lg
Rmf Rw
其中，Ek产生的前提条件是ΔP≠0 。通常情况下，ΔP很小，所以Ek
很小(可忽略)，所以油井中的自然电位主要是由扩散作用和吸附作
用所产生的。
注意：扩散电位和吸附电位产生的重要条件是：Cw≠Cmf。
17
第一节 自然电场产生的原因
三、油井中的自然电场 －总电动势
动电学电动势Ek（Electrokinetic component of the SP）主要是 过滤电动势。
7
第一节 自然电场产生的原因
一、电化学电动势
■ 1. 吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential）
产生的条件： 1.泥浆和地层水矿化度不同；
2.井壁地层有渗透性；
1928年，斯伦贝谢发现，井中电极与 放在远处的参考电极之间有电位差， 且该电位差随地层而变化。 当地层中没有外加电流时，通过仪器 测量井眼内自然电场中电位随井深变 化的测井方法。
只能用于导电泥浆的井中。
3
前言
■ 二、自然电场的特点
自然电场的分布和岩性有密切的关系，特 别是在砂/泥岩剖面中能够以明显的曲线 异常变化来显示渗透性地层。因此，研究 井眼内自然电场中的电位变化即可反映井 眼穿过地层的特征。
SP曲线
前言
■ 三、 自然电位测井的特点
自然电位测井具有测量方法简单、实用价值高等
特点，是划分岩性、研究储集层性质、求取泥质
含量参数以及其它地质应用的基本方法之一。
■ 四、矿化度的概念
定义（矿化度）：溶液的盐浓度，早期用 ppm表示，意为part per million，即百万分之一，
Ea
Ka
lg
Cw Cmf
=Ka
lg
Rmf Rw
其中，Ek产生的前提条件是ΔP≠0 。通常情况下，ΔP很小，所以Ek
很小(可忽略)，所以油井中的自然电位主要是由扩散作用和吸附作
用所产生的。
注意：扩散电位和吸附电位产生的重要条件是：Cw≠Cmf。
17
第一节 自然电场产生的原因
三、油井中的自然电场 －总电动势
动电学电动势Ek（Electrokinetic component of the SP）主要是 过滤电动势。
7
第一节 自然电场产生的原因
一、电化学电动势
■ 1. 吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential）
产生的条件： 1.泥浆和地层水矿化度不同；
2.井壁地层有渗透性；
1928年，斯伦贝谢发现，井中电极与 放在远处的参考电极之间有电位差， 且该电位差随地层而变化。 当地层中没有外加电流时，通过仪器 测量井眼内自然电场中电位随井深变 化的测井方法。
只能用于导电泥浆的井中。
3
前言
■ 二、自然电场的特点
自然电场的分布和岩性有密切的关系，特 别是在砂/泥岩剖面中能够以明显的曲线 异常变化来显示渗透性地层。因此，研究 井眼内自然电场中的电位变化即可反映井 眼穿过地层的特征。
《电法测井》_自然电位测井共66页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
《自然电位测井》课件
《自然电位测井》PPT课 件
欢迎来到《自然电位测井》PPT课件。在本课程中，我们将深入探讨自然电位 测井的定义、应用领域、仪器设备、数据分析方法以及优势和局限性。通过 实际案例分析，让我们一起领略自然电位测井的魅力吧。
定义和原理
自然电位测井利用地下地壳中的电性性质，通过测量地球表面与地下电势差的变化，从而获取地下岩石和水的 信息。该测井技术是地球物理勘探的重要方法之一。
优势和局限性
1 优势
·非侵入性测量，对地壳没有破坏 ·直接测量地下电性特征，提供重要信息 ·成本低廉，测井时间短
2 局限性
·受地下水位变化等因素的影响 ·数据采集和解释难度较大 ·适用范围和深度有限
实际案例分析
1
油田勘探
利用自然电位测井技术，成功找到大量高产油田的开发层位，提高勘探与开发效 率。
仪器和设备
自然电位测井仪
自然电位测井仪是用于测量地下 电位差的专用仪器，具备高精度 和稳定性。
测井仪器连接线缆
测井仪器连接线缆用于将仪器和 地面测井系统连接，实现数据传 输和控制。
测井数据处理软件
测井数据处理软件用于对测井数 据进行处理和分析，提取地下岩 石和水的相关信息。
数据分析方法
自然电位测井数据分析方法包括：电位差曲线解释、电性剖面分析、电性计算模型等。通过这些方法，我 们可以综合分析地下结构和物性参数。
应用领域
石油勘探
自然电位测井可用于研究油 田区域的地下电性特征，帮 助确定油气储集层的位置和 性质。
地热能利用
通过自然电位测井，可以评 估地下地热能资源的分布和 利用潜力，为地热能开发提 供重要依据。
地质灾害预测
自然电位测井可以帮助监测 地下水位、土壤湿度等地下 环境参数的变化，从而预测 地质灾害的风险。
欢迎来到《自然电位测井》PPT课件。在本课程中，我们将深入探讨自然电位 测井的定义、应用领域、仪器设备、数据分析方法以及优势和局限性。通过 实际案例分析，让我们一起领略自然电位测井的魅力吧。
定义和原理
自然电位测井利用地下地壳中的电性性质，通过测量地球表面与地下电势差的变化，从而获取地下岩石和水的 信息。该测井技术是地球物理勘探的重要方法之一。
优势和局限性
1 优势
·非侵入性测量，对地壳没有破坏 ·直接测量地下电性特征，提供重要信息 ·成本低廉，测井时间短
2 局限性
·受地下水位变化等因素的影响 ·数据采集和解释难度较大 ·适用范围和深度有限
实际案例分析
1
油田勘探
利用自然电位测井技术，成功找到大量高产油田的开发层位，提高勘探与开发效 率。
仪器和设备
自然电位测井仪
自然电位测井仪是用于测量地下 电位差的专用仪器，具备高精度 和稳定性。
测井仪器连接线缆
测井仪器连接线缆用于将仪器和 地面测井系统连接，实现数据传 输和控制。
测井数据处理软件
测井数据处理软件用于对测井数 据进行处理和分析，提取地下岩 石和水的相关信息。
数据分析方法
自然电位测井数据分析方法包括：电位差曲线解释、电性剖面分析、电性计算模型等。通过这些方法，我 们可以综合分析地下结构和物性参数。
应用领域
石油勘探
自然电位测井可用于研究油 田区域的地下电性特征，帮 助确定油气储集层的位置和 性质。
地热能利用
通过自然电位测井，可以评 估地下地热能资源的分布和 利用潜力，为地热能开发提 供重要依据。
地质灾害预测
自然电位测井可以帮助监测 地下水位、土壤湿度等地下 环境参数的变化，从而预测 地质灾害的风险。
自然电位测井
求地层水电阻率
4、求地层水电阻率（Rw是计算地层含油饱和度的重要参数之一） 求地层水电阻率（Rw是计算地层含油饱和度的重要参数之一
图版法： 图版法：
略
判断水淹层
5、判断水淹层
在油田开发中，常采用注水的方法来提高采收率。 在油田开发中，常采用注水的方法来提高采收率。 注水的方法来提高采收率 如果油田见到了注水则该层为水淹层。利用测井资料判断水 如果油田见到了注水则该层为水淹层。 淹层层位及估计水淹层是目前检查注水效果的重要课题， 淹层层位及估计水淹层是目前检查注水效果的重要课题，目 前有些油田利用SP曲线根据基线偏移确定水淹层位， SP曲线根据基线偏移确定水淹层位 前有些油田利用SP曲线根据基线偏移确定水淹层位，并根据 偏移量的大小来估计水淹程度。水淹层在SP SP曲线上出现基线 偏移量的大小来估计水淹程度。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。当Cw 偏移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。 Cmf，且为均匀的纯砂岩， > C 注 > Cmf ， 且为均匀的纯砂岩 ， 可以证明在水淹水平界 面处SP曲线上无异常变化，而只发生基线偏移， SP曲线上无异常变化 面处SP曲线上无异常变化，而只发生基线偏移，可以计算出 偏移量的大小。 偏移量的大小。
常规测井
——之自然电位测井
地物 韩善朋
知识回顾
• 测井：也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩 层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理 特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法 （包括重、磁、电、震、测井）之一。 • 常规测井：?????
常规测井的分类
一、划分岩性 1、自然电位测井（SP） 2、自然伽马测井（GR） 3、井径（CAL） 二、孔隙度的计算 1、声波测井 2、中子测井 3、密度测井 三、电阻率的计算 1、深层电阻率测井 2、中层电阻率测井 3、浅层电阻率测井
自然电位测井
原理
自然电位(SP)曲线是井眼中移动电极的电位与地面 电极固定电位的差的反映。SP曲线上的偏移是电流在井 筒内的钻井液中流动的结果，电流是井壁两侧流体所含 离子浓度差形成的电化学作用所造成。
天津分公司勘探部
1
自然电位测井
天津分公司勘探部
2
用途
· 探测渗透层； · 确定地层界面位置，地层对比； · 确定地层水电阻率(Rw)的值； · 定性判断地层泥质含量
天津分公司勘探部
8
注意事项
1.
天津分公司勘探部
9
泥质含量的影响
天津分公司勘探部
10
油水的影响
天津分公司勘探部
11
注意事项2.ຫໍສະໝຸດ 天津分公司勘探部12
注意事项
3.
天津分公司勘探部
13
天津分公司勘探部
6
6.测速不应超过30m／min； 7.每次测井的横向刻度比例尽可能相同。在响应幅度低的井段或地区 已定好刻度时，也可有例外； 8.泥岩线的位置应与前次测井相同； 9.操作工程师在移动泥岩基线时，应在胶片或蓝图上作出标记，且不 得在目的层进行； 10.将较纯水层(最好为砂岩)的毫伏电压偏移与前次或邻井测得的曲线 进行比较； 11.在油基或不导电钻井液中不应测SP曲线；
天津分公司勘探部
7
如发现曲线有受干扰的迹象，则需查清，常见的干扰源有：
干扰源 磁性影响 双金属作用 大地电流 随机电子干扰(发电机) 电缆噪声 焊接
干扰表现 周期性地出现，与电缆滚筒速度有关 无特别的正负偏差。通常干扰来自阴极 保护装置 表现为数值的偏移 50／60Hz的随机脉冲 表现为与电缆卷绕有关的随机噪声 与焊接周期(热／冷)有关的周期性噪声
天津分公司勘探部
自然电位(SP)曲线是井眼中移动电极的电位与地面 电极固定电位的差的反映。SP曲线上的偏移是电流在井 筒内的钻井液中流动的结果，电流是井壁两侧流体所含 离子浓度差形成的电化学作用所造成。
天津分公司勘探部
1
自然电位测井
天津分公司勘探部
2
用途
· 探测渗透层； · 确定地层界面位置，地层对比； · 确定地层水电阻率(Rw)的值； · 定性判断地层泥质含量
天津分公司勘探部
8
注意事项
1.
天津分公司勘探部
9
泥质含量的影响
天津分公司勘探部
10
油水的影响
天津分公司勘探部
11
注意事项2.ຫໍສະໝຸດ 天津分公司勘探部12
注意事项
3.
天津分公司勘探部
13
天津分公司勘探部
6
6.测速不应超过30m／min； 7.每次测井的横向刻度比例尽可能相同。在响应幅度低的井段或地区 已定好刻度时，也可有例外； 8.泥岩线的位置应与前次测井相同； 9.操作工程师在移动泥岩基线时，应在胶片或蓝图上作出标记，且不 得在目的层进行； 10.将较纯水层(最好为砂岩)的毫伏电压偏移与前次或邻井测得的曲线 进行比较； 11.在油基或不导电钻井液中不应测SP曲线；
天津分公司勘探部
7
如发现曲线有受干扰的迹象，则需查清，常见的干扰源有：
干扰源 磁性影响 双金属作用 大地电流 随机电子干扰(发电机) 电缆噪声 焊接
干扰表现 周期性地出现，与电缆滚筒速度有关 无特别的正负偏差。通常干扰来自阴极 保护装置 表现为数值的偏移 50／60Hz的随机脉冲 表现为与电缆卷绕有关的随机噪声 与焊接周期(热／冷)有关的周期性噪声
天津分公司勘探部
电法测井自然电位测井优秀课件
(2)曲线特征
a.曲线对地层中点对称，地层 中点处异常值最大；
电法测井自然电位测井
一、自然电位产生的原因
井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井 来说，主要有以下两个原因： ①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动 势和吸附电动势。 ②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动 势。
实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散 电动势和吸附电动势占绝对优势。
一、自然电位产生的原因
单独进行自然电位测井是极少的。
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
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Ed和Eda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电 动势E总：
式中K为自然电位系数。通 常把
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
电流线及电位 在井中的分布。
电流流向为泥 岩→泥浆→砂岩 →泥岩。
在回路中有关 参数为Ed、Eda
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
2、电位分布
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
进行自然电位测井时，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，该曲线叫自然 电位曲线（常称之为SP曲线)。
Eda=Kdalg(Cw/Cmf)
若Cw=10Cmf, t=18℃ Kda=-58
一、自然电位产生的原因
3.过滤电位：
这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆 滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。
通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透性岩层(如砂 岩层)处，都不同程度的有泥饼存在。由于组成泥饼的泥质颗 粒表面有一层松散的阳离子扩散层，在压力差的作用下，这 些阳离子就会随着泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。 于是在地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而 在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从而产生了 电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电动势。显然它的极 性与扩散电动势相同，即井的一方为负，岩层的一方为正。
a.曲线对地层中点对称，地层 中点处异常值最大；
电法测井自然电位测井
一、自然电位产生的原因
井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井 来说，主要有以下两个原因： ①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动 势和吸附电动势。 ②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动 势。
实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散 电动势和吸附电动势占绝对优势。
一、自然电位产生的原因
单独进行自然电位测井是极少的。
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
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Ed和Eda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电 动势E总：
式中K为自然电位系数。通 常把
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
电流线及电位 在井中的分布。
电流流向为泥 岩→泥浆→砂岩 →泥岩。
在回路中有关 参数为Ed、Eda
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
2、电位分布
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
进行自然电位测井时，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，该曲线叫自然 电位曲线（常称之为SP曲线)。
Eda=Kdalg(Cw/Cmf)
若Cw=10Cmf, t=18℃ Kda=-58
一、自然电位产生的原因
3.过滤电位：
这种电动势是由于泥浆柱与地层之间存在压力差，泥浆 滤液通过泥饼或泥质岩石渗滤形成的。
通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透性岩层(如砂 岩层)处，都不同程度的有泥饼存在。由于组成泥饼的泥质颗 粒表面有一层松散的阳离子扩散层，在压力差的作用下，这 些阳离子就会随着泥浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。 于是在地层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而 在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从而产生了 电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电动势。显然它的极 性与扩散电动势相同，即井的一方为负，岩层的一方为正。
测井方法原理4-自然电位测井
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↓
判断渗透层
估计渗透层厚度
自然电位曲线
估算泥质含量
确定地层水电阻率
绝对温度
z vu zvu R T Cmf Ed U ( xm ) U ( xw ) 2 ln 2 Cw z vu z vu F
R T K da 2.3 zF
P3
Qv→∞时：
P5→(1-3)
显然，Ed、Eda都和绝对温度T成正比。
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
选择厚度较大、饱含水的纯砂岩层，将其ΔUsp 校正→SSP
求纯水砂岩地层水电阻率Rw方法
1、确定静自然电位SSP 2、确定等效泥浆滤液电阻率Rmfe 3、确定地层水电阻率Rw
参见P13-17
查 图 版
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。
自然电位测井
自然电位测井获取的是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。自然电位测井曲线图上用每厘米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。
通常把自然电位曲线上对应厚层泥岩的自然电位值的连线当作基线，称为泥岩基线。某一地层的自然电位相对于泥岩基线发生偏离时，则称为自然电位异常；曲线偏向泥岩基线的左方为负异常，偏向泥岩基线的右方为正异常。
这一偏转方向，主要取决于井筒内泥浆滤液矿化度与地层水矿化度的相对大小。在一般情况下，测井时泥浆滤液矿化度必须小于地层水矿化度，因此自然电位显示为负异常。在自然电位曲线上有异常出现的地方，该异常相对于泥岩基线越好、厚度越大，自然电位曲线负偏幅度越大。纯砂岩的自然电位负偏幅度最大。随着砂岩中泥质含量的增加或粒度减小或孔隙减少，自然电位曲线负偏幅度随之减小。因此，根据自然电位曲线负偏幅度变化，可以区分地层的岩石性质，定性判断砂岩的渗透性、旋回性、粒度等。自然电位测井。常用曲线的半幅点来进行分层。
通常把自然电位曲线上对应厚层泥岩的自然电位值的连线当作基线，称为泥岩基线。某一地层的自然电位相对于泥岩基线发生偏离时，则称为自然电位异常；曲线偏向泥岩基线的左方为负异常，偏向泥岩基线的右方为正异常。
这一偏转方向，主要取决于井筒内泥浆滤液矿化度与地层水矿化度的相对大小。在一般情况下，测井时泥浆滤液矿化度必须小于地层水矿化度，因此自然电位显示为负异常。在自然电位曲线上有异常出现的地方，该异常相对于泥岩基线越好、厚度越大，自然电位曲线负偏幅度越大。纯砂岩的自然电位负偏幅度最大。随着砂岩中泥质含量的增加或粒度减小或孔隙减少，自然电位曲线负偏幅度随之减小。因此，根据自然电位曲线负偏幅度变化，可以区分地层的岩石性质，定性判断砂岩的渗透性、旋回性、粒度等。自然电位测井。常用曲线的半幅点来进行分层。
《电法测井》自然电位测井 ppt课件
SP是由井中自然电场产生的电位
淡水泥浆和盐水泥浆
有不同类型：
地层水、石油、天然气
水基泥浆和油基泥浆
在钻井的过程中，钻井液（泥浆）与钻穿
的地层孔隙流体之间通过扩散－吸附作用自然
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。
ppt课件
电化学作用
6
1.自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）
中的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，
泥岩颗粒表面带负电。为达到平衡，必须吸 附正离子——平衡离子（补偿阳离子）
ppt课件
18
(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）
扩散方向
Na+ - +
CL- -- ++
Na+ CLNa+ CL-
-
+ +
--
++ + +
因同性相斥、异性相吸 ，泥岩中有补偿阳离子 存在, VCl-不能离开
ppt课件
8
注意
N电极的电位恒定
是井中自然电位 的绝对数值吗？
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N电极
的固定电位值之差。
ppt课件
9
2.自然电场的产生
井内有自然存 在的电位变化
说明井内有自 然电流流动
必然有自然产 生的电动势
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用，产生电动势造成 自然电场。
扩散ppt课—件 —扩散吸附作用 10
2.自然电场的产生
地球物理测井自然电位测井
Cw Cmf
Kd
lg
Rmf Rw
Ea
Ka
lg
Cw Cmf
Ka
lg
Rmf Rw
注意：扩散电位和扩散吸附电位产生
的要条件是：Cw≠Cmf。
1.1.3 油井中的自然电场
• 若砂岩的地层水矿化 度为C2，泥岩的地层 水矿化度为C1，泥浆 滤夜的矿化度为Cmf，
• 设 C1 ≥ C2 ≥ Cmf， 则由扩散作用和扩散 吸附作用所产生的电 位如图所示 。
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
1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位
由于扩散吸附作用，其结果是浓 度高的一侧形成了负离子（电荷）的 富集，而浓度低的一侧形成了正离子 （电荷）的富集，从而产生了扩散吸 附电位。
1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位
Ea
Ka
lg
Cw Cmf
Ka
lg
Rmf Rw
式中 Ka—扩散吸附电位系数，它的大 小和符号主要决定于岩石颗粒的大小
3.1.1 动电学作用与动电学电位
• 动电学电位（过滤电位）的大小：
Ek
A P Rmf
3.1.1 动电学作用与动电学电位
Ek
A P Rmf
其中:ΔP—泥浆柱与地层间的压力差；
Rmf—泥浆滤液的电阻率； μ—泥浆滤液的粘度 A—过滤电位系数(与地层水的矿化度、化 学成分、所通过的介质的类型及泥浆滤液的 性质有关)
自然电位测井
自然电位测井自然电位测井的基本原理、曲线形态、影响因素、地质应用。
测量自然电位随井深变化的曲线，用于划分岩性和研究储集层性质。
其测井的基本方法如下：如图所示，在井内放一测量电极M，地面放一测量电极N，将M 电极沿井筒移动，即可测出一条井内自然电位变化的曲线。
要对所测的SP曲线进行地质解释，首先应该了解自然电位是怎样产生的，它与地层的那些件质有关.一、自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势。
②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。
实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。
1.扩散电位当两种不同浓度的溶液被半透膜隔开，离子在渗透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜向较低浓度的溶液中移动。
这种现象叫扩散，形成的电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散有两种途径：一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散;二是通过泥岩向泥浆中扩散。
其扩散电位大小取决于①正负离子的运移率(单价离子在强度为1伏特/厘米的电场作用下的移动速度)；②温度、压力；③两种溶液的浓度差；④浓度、离子类型及浓度差。
离子由砂岩向泥浆中扩散时，由于Cl-比Na+的运移率大，因此在砂岩高浓度一侧聚集多余的正电荷，而在泥浆中聚集负电荷。
离子量移动到一定程度，形成动态平衡，此时电位叫扩散电位，经实验，扩散电位Ed可由以下公式求得：Ed=Kdlg(Cw/Cmf)Kd-扩散电位系数，与盐类的化学成份及温度有关。
在井中，18℃时若地层水浓度Cw 等于10倍的泥浆溶液矿化度Cmf时,经理论推算：kd=-11.6mv，其中负号表示低度一方井中的电位低Cmf、Cw-泥浆滤液和地层水矿化度。
当溶液矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即Ed=Kdlg(Cw/Cmf)=Kdlg(Rmf/Rw) Rmf,Rw-泥浆滤液和地层水电阻率12. 吸附电位(隔膜作用-砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子)因为泥岩结构、化学成分等与砂岩不同，因此与泥浆之间形成的电位差大，且符号与扩散电位相反，这是由于粘土矿物表面具有选择吸附负离子的能力。
自然电位测井及应用
自然电位测井及应用一、自然电位的产生井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势。
②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。
实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。
二、自然电位的曲线特征由于泥岩（或页岩层）岩性稳定，在一个井段内邻近的泥岩自然电位测井曲线显示为一条电位不变的直线，将它作为自然电位的基线，这就是所谓的泥岩基线。
在渗透性砂岩地层处，自然电位曲线偏离泥岩基线。
在足够厚度的地层中，曲线达到固定的偏移程度，后者定为砂岩线。
自然电位曲线的异常幅度就是地层中点的自然电位与基线的差值。
渗透性地层的自然电位可以偏向泥岩基线的左边（负异常），或右边（正异常），它主要取决于地层水和泥浆滤液的对比矿化度，当地层水矿化度大于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为负异常。
当地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为正异常。
如果泥浆滤液的矿化度与地层水矿化度大致相等时，自然电位偏转幅度很小，曲线无显著异常。
综上所述，自然电位曲线具有如下特点：（1）当地层、泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同时，自然电位曲线对地层中心对称；（2）在地层顶底界面处，自然电位变化最大，当地层较厚（大于四倍井径）时，可用曲线“半幅点”确定地层界面；（3）测量的自然电位幅度，为自然电流在井内产生的电位降，它永远小于自然电流回路总的电动势；（4）渗透性砂岩的自然电位，对泥岩基线而言，可向左（“负”）或向右（“正”）偏转，它主要取决于地层水和泥浆滤液的相对矿化度。
自然电位曲线的影响因素：A、地层温度的影响：同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成K d（扩散电位系数）和K da（扩散吸附电位系数）值有差别，这就导致了同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，产生的自然电位曲线幅度有差异。
B、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响：∆U sp主要取决于自然电场的总电动势SSP，而SSP的大小取决于岩性和C w，因此，在一定的范围内，C w和C mf差别大，造成自然C mf电场的电动势高，曲线变化明显。
测井方法4-自然电位解释
估算泥质含量方法
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
T sp
U sp
SP m ax
f( V ) sh
P11
SPmax——本地区标准层（一般纯砂岩）的自然电位幅度
间接法
Vsh
经验公式
PSP 1 SSP
Kd(Mv) -11.6
2.2
-19.7 -22.5
5
-0.4
书中P8（1－8）式可写成：
Usp
SSP Rsd Rsh 1 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↓。
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
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
自然电位
储集层自然电位异常的影响因素
❖储集层含油性和电阻率 ：含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时要高3-5倍以上，这使rt明显升高，使SP 略有减小。故在测井图上，油气层的SP略小于邻近的水层，而厚度较大的油水同层，当其向下Sw增加时，SP异常逐渐增大
储集层自然电位异常的影响因素
❖储集层厚度 ：储集层厚度是影响SP幅度的常见因素，一般4m以下的地层，SP随其厚度的减小而减小
（2）多层曲线形态反映一个沉积 单位的纵向沉积序列，可作为划分沉积 亚相的标志之一。
（3）SP曲线形态简单，又很有地 质特征，因而便于井间对比，研究砂体 空间形态。后者是研究沉积相的重要依 据之一。
（4）SP曲线分层简单，便于计算 砂泥岩厚度、一个沉积体总厚度、沉积 体内砂岩总厚度、沉积体的砂泥岩比等 参数，按一个沉积体画出，也是研究沉 积环境和沉积相的重要资料。如沉积体 最厚的地方指示盆地中心，泥岩最厚的 地方指出沉降中心，砂岩厚度和砂地比 最高的地方指出物源方向。沉积体的平 面分布则则指出沉积环境。
.
估计粘土含量
Vsh=1－SP/SSP=(SSPSP)/SSP
Vsh地层泥质含量(小数), SP解释层的SP幅度, SSP解释井段的最大静自然电位.
.
确定地层水矿化度变化
SP异常主要决定于Cw和 Cmf,而泥浆性质较稳定， Cmf变化不大，Cw与地质 层位有关，不同层位差别较 大，故SP异常将指示地层 水矿化度变化。一般来说， 地层水矿化度随其埋藏深度 增加而增加，如在浅部淡水 层看到SP正异常，随深度 增加，正异常减小，而后开 始出现负异常，且负异常有 增大的趋势。但也有矿化度 反转现象,即在浅部发现高 矿化度地层水或深部发现低 矿化度地层水.在存在超压 地层的地区,在超压层正上 方或其它地层中,常有地层 水矿化度减小.
自然电位测井(SP)
§1井内自然电场
导线 + — + — + — + — Cw + — Cm 电极
渗透性薄膜ຫໍສະໝຸດ 一、扩散电动势“负”离子Cl迁移率》“正” 离子Na迁移率
Nacl溶液
Cw>Cm
扩散电动势产生示意图
纯砂岩层的扩散电动势
在纯砂岩层，井壁处地层水矿化度 Cw，泥浆滤液矿化度Cmf，对于淡 水泥浆，则Cmf<Cw，将泥饼看成 是渗透性隔膜，则由于离子的扩散 作用：
§2 自然电位测井原理及曲线特征 第一章 自然电位测井（SP）
2、总电动势
E总 Ed Eda K lg Rmf def Rw SSP
通常把 E 称为静自然电位，记 作SSP； 总 Ed的幅度称为砂岩线； Eda的幅度叫泥岩线。 在18 oC，极限情况下，静自然电 位系数: K=Kd-Kda=-11.6-58=69.6 （ mv ） ， 所以，在18℃时的纯砂岩层处的 SSP为：
图1-6 自然电位测井理论曲线
厚层砂岩总电动势(静自然电位)：
rsh rsd
rm
SSP I rm I rsd I rsh
总电流：
I
SSP rm rsd rsh
有限厚砂岩层自然电位幅度：
U sp
SSP rm I rm rm rsd rsh
与静自然电位关系：
SSP 69.6 lg Rmf Rw
§2 自然电位测井原理及曲线特征
2、SP（ Usp ）曲线及其特点
①SP曲线要素
随电极M的上升，测量一条随井深变化的曲线， 即为SP曲线，曲线的基本形态如图所示。 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，称为泥岩基 线； 异常—在砂岩层处SP曲线相对于泥岩基线发生 偏转，对应的曲线峰称为异常。曲线相对于泥岩 基线可以向正方向偏转，称为正异常；也可以向 负方向偏转，称为负异常。 正异常：盐水泥浆 负异常：淡水泥浆
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电 法 测 井 的 一 种 。 也 叫 SP Log （ 源 自 Spontaneous Potential Log）
测量井下岩层的电阻率，一 般须人为供电。
进行电阻率测井时，目的层 测量结束、在断电情况下， 发现记录仪仍然显示，井下 有电位的变化。
根据自然电位曲线研究井内地质剖面的方法－ 自然电位测井（SP，单位：mV）。
Ed KdlgC Cm wfKdlgR Rm wf
Kd——扩散电动势系数 对于NaCl溶液，在18°C时，Kd＝-11.6mV
扩散吸附电动势
实
将渗透性隔板换成泥岩 验
浓度大的一方富集负电 荷，浓度小的一方富集正 电荷
Cw
Cm
泥岩的特殊性质造成
泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中 的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，泥岩颗 粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子— —平衡离子
扩散吸附电动势Eda表达式
EdaKdalgC Cm wfKdalgR Rm wf
Kda——扩散吸附电动势系数 对于NaCL, 在18°C时，Kdamax＝58mV 在一般情况下Kda在－11.6mV(纯砂岩，Qv＝ 0）到58mV（纯泥岩，Qv→∞）之间变化。
过滤电动势E
钻井过程中，泥浆柱压力一般大于地层压力。 在压力差作用下，泥浆滤液渗入地层。在岩石孔 隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层 一方移动聚集，而压力大的一端聚集较多的负离 子，产生电位差——即过滤电动势。
E主要取决于压差ΔP，通常忽略不计。
3. 自然电位测井
自然电位测井时，测量 电极N放在地面，M电极 用电缆放至井下，提升M 电极沿井轴测量自然电位 随井深变化曲线。
自然电位测井通常与电 阻率测井同时进行。
3. 自然电位测井
在井内纯砂岩井段所测 量 的 自 然 电 位 —— 即 是 扩 散电动势Ed造成的。
电动势：是一个表征电源特征的物理量。定 义为把单位正电荷从负极通过电源内部移到正 极时，非静电力所作的功。单位：福特，V。
1. 自然电位的概念
电位（电势差）：表示静电力把单位正电荷 从电场中的某一点移到另一点所做的功。
电动势：表示非静电力把单位正电荷从负极 经电源内部移到正极所做的功。
1. 自然电位的概念
在井内纯泥岩井段所测量 的自然电位——即是扩散吸 附电动势Eda造成的。
在井内砂岩和泥岩接触面 附近的自然电位为Ed与Eda 的叠加。
泥 岩
砂 岩
泥 岩
Cw>Cmf
3. 自然电位测井
纯 砂 岩 井 段 扩 散 电 动 势 Ed的幅度称为砂岩线。
纯泥岩井段扩散吸附电动 势Eda的幅度为泥岩线。
实际测井中以泥岩线作为 自然电位测井曲线的基线 （零线）。
泥 岩
砂 岩
泥 岩
Cw>Cmf
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。
SSP=Ed－Eda
SSP(K dK da)lgR R m w f KlgR R m w f
静自然电位
SSP(K dK da)lgR R m w f KlgR R m w f 在18C时，纯砂岩，K=69.6mV。 实测曲线通常以泥岩为基线，巨厚纯砂岩的自 然电位幅度就是静自然电位。
非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用 的力。非静电力有不同的来源。
在化学电池中，非静电力是一种与离子溶解和 沉积过程相联系的化学作用。
温差电源中，非静电力是一种与温度差和电子 浓度差相联系的扩散作用；一般发电机中，非静 电力起源于磁场对运动电荷的作用，即洛伦兹力。
1. 自然电位的概念
自然电位测井 电阻率测井 SP的发现
验
透
受渗透压力作用，高浓度
性
→低浓度
隔
氯离子迁移率>钠离子迁移率
板
低浓度→氯离子富集 高浓度→钠离子富集
Cw
Cm
接触面正负离子迁移速度相同时→电荷 富集停止→离子还在继续扩时，电动势保持一 定值——扩散电动势Ed
Ed的表达式
Ed＝kd
lg
Cw Cmf
在一定条件下（C<20000PPM），溶液电阻率 与其浓度成反比：C = 1/R
平衡离子的多少用Qv表示
Qv
称为泥质的阳离子交换能力——每单 位孔隙空间中平衡离子的克当量数。
阳离子交换的结果：泥岩（粘 土）表面吸附阳（正）离子。所 以泥质（粘土）的表面存在偶电 层，里层为负，外层为正，这样 当负离子穿过时就会被吸附，而 只有正离子通过。
正离子－扩散 负离子－吸附
Cw
Cm
扩散、吸附的结果→使浓度低的一方带正电， 而使浓度高的一方带负电——该过程产生的电动 势叫扩散吸附电动势Eda，也叫薄膜电势（因为 泥岩选择性地让正离子通过）。
《测井解释与生产测井》
第4讲 自然电位测井
张元中
中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院
主要内容
1. 自然电位的概念 2. 自然电场的产生 3. 自然电位测井 4. 自然电位曲线的应用
教材 第1章：第1节，第2节，第4节
1. 自然电位的概念
电位：又称电势，是指单位电荷在静电场中 的某一点所具有的电势能，大小取决于电势 零点的选取，其数值只具有相对的意义（电 势差，电位差）。单位：福特，V。
方向—叫负异常；相反—
叫正异常
自然电位异常幅度ΔUsp的读数是基线到曲线 极大值之间的宽度（毫伏：mV）。
砂岩厚度有限时，自然电位异常幅度ΔUsp并 不等于SSP。
薄 层 → ΔUsp比SSP小得多。地层愈厚，ΔUsp 愈接近SSP。
2. 自然电场的产生
自然电场形成
钻井过程中，在井中由于泥浆和地层 水的含盐量（矿化度，电阻率）不同，地 层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产 生电化学过程，结果产生自然电动势，形 成自然电场。
2. 自然电场的产生
自然电动势
扩散电动势（Ed） 扩散吸附电动势（Eda）
过滤电动势（E）
扩散现象
实
渗
SSP 变 化 范 围 ： ＋ 50mV( 淡 水 岩 层 ) ～ － 200mV(高矿化度盐水层）。
自然电位曲线的变化 与岩性有密切关系，在 渗透层有明显异常。
负异常与正异常
泥
自然电位测井曲线一般
岩
以泥岩井段的曲线作为基
砂
线（相对零线）来计算渗
岩
透层井段自然电位异常幅
度 （ mV ） 。 异 常 偏 向 负