第1章2 电法测井-自然电位测井

带正电荷，泥岩带负电荷，这时形成的电动势为扩散吸附电动势，
用Eda表示,由下式求得
这是由于既有扩散作用又有吸附作用，因此称为扩散吸附电动势，
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。
表 1-3-2 溶 液 Kd，mv NaCl -11.6 NaHCO3 +2.2 18℃时几种盐溶液的 Kd 值 CaCl2 -19.7 MgCl2 -22.5 NaSO4 +5 KCl -0.4
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 D、井的影响（包括井径和泥浆电阻率）
如上所述，自然电位异常幅度实际是自然电流在其所经过
1.3 自然电位测井(spontaneous potential log)
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。
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
的泥浆柱上的最大电位降落。因此井径对自然电位异常幅度有 明显的影响，其影响程度可通过来分析。
U sp E s rm Es Irm rm rsd rsh 1 (rsd rsh ) / rm
井径扩大，使井眼的截面积增大，则泥浆柱的电阻rm 减小， 从而导致ΔUsp降低。 井内泥浆电阻率减小，同样使泥浆柱的电阻rm 减小，导致 ΔUsp降低。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 1.曲线特征 (1) 异常幅度及其定量计算。
异常幅度、自然电位泥岩基线概念
Es=I(rs+rt+rm) Usp=I•rm =Es-I(rs+rt) =Es/(I+(rs+rt)/rm) 含水纯砂岩处Usp=SSP
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 (2)曲线特征
也可以这样考虑，rm减小，使得rm在整个电流回路上的分流
作用减弱，也就是Irm变小，自然也就有ΔUsp的降低。 因此在盐水泥浆井中自然电位曲线变化不明显。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素
E、目的层的影响（包括厚度和电阻率） 岩层厚度变薄，或者岩层电阻率增高，自然电位异常幅度 均降低。 这是因为岩层厚度变薄时，电流所经过的岩层部分的横截 面积减小，该部分的等效电阻rsd增加； 而当岩层厚度一定，岩层本身的电阻率增大时，rsd 也增加。 于是，由上式可知，地层的电阻率越高则ΔUsp越低，因此 这两个因素均使自然电位异常幅度降低。 据此不难知道，在岩层厚度、岩性和地层水矿化度等条件 均相同的含水层同含油、气层相比，电阻率较高的含油、气层 的自然电位异常幅度要比含水层的自然电位异常幅度低。根据 这一特点可以用自然电位幅度的差异定性地分辨油、水层。
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
来自百度文库
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)。 实际测井时是与普通电阻率测井同时进行， 其测量原理电路见图，M电极是普通电阻率测井 (亦叫视电阻率测井)和自然电位测井公用的测量 电极，视电阻率测井时由供电电极供电所形成的 人工电场是低频脉动直流场，而自然电场是直流 场，这样只要在视电阻率测量道上加一个隔直元 件C，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元件L，它只允 许自然电场的直流电位信号通过，而阻断了研究 视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。使M电极 同时接收到的两个场的电位信号，互不干扰。 单独进行自然电位测井是极少的。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 F、围岩的影响（包括厚度和电阻率） 泥岩层的电阻率值及其厚度对自然电位异常幅度 也有一定的影响。因为这两个参数决定着自然电流回 路等效电阻rsh 的数值。泥岩层电阻率越高或岩层厚
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 C、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响
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，离子价也不同。由于不同离子的离子价和迁移率均有差异，
直接影响Kd和Ka的大小，因而也就影响了Es的数值。 在纯砂岩井段，溶液中所含化学成分改变时，扩散电动势 系数Kd也随之改变，造成自然电场的电动势也随之改变，参见
来解释。为了研究温度对自然电位的影响程度，常需计算出地 层温度条件下的Kd和Ka值。为计算方便，先计算出18℃时的Kd 和Ka值，然后用下式可计算出任何地层温度t℃的的Kd值。
K d K d |t 180 C 273 t 291
式中Kd|t=18℃ 为温度为18℃时的扩散电动势系数；t为地层
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素
使用自然电位测井曲线时应注意的几个 问题： ⑴自然电位测井曲线没有绝对零点， 而是以泥岩井段的自然电位幅度作基线， 曲线上方标有带极性符号的横向比例尺， 它与曲线的相对位臵，不影响自然电位幅 度的读数。 ⑵自然电位幅度ΔUsp的读数是基线到 曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。 ⑶在砂泥岩剖面井中，一般为淡水泥浆 钻进(Cw>Cmf)，在砂岩渗透层井段自然电 位曲线出现明显的负异常； 在盐水泥浆井中(Cw<Cmf)，则渗透层 井段出现正异常，这是识别渗透层的重要 特征。
的代数和 Es=Ed+Eda=Kd•lg(Cw/Cmf)+ Kda•lg(Cw/Cmf) = Ks•lg(Cw/Cmf) Ks=Kd+Kda
Ks---总的扩散、扩散吸附电动势系数;
Es-井内自然电动势
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
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
通常Ef只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时， 要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中， 通常都认为过滤电动势可忽略不计。
二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
1、总电动势 由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势Ed和Ea是
串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势Es为该两电动势
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。
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
a.曲线对地层中点对称，地层 中点处异常值最大； b.厚地层（h＞4d）的自然电位 曲线幅度ΔUsp近似等于SSP， 曲线的半幅值点深度正对应着 地层界面，因此可用半幅点法 确定地层界面； c.随地层厚度的变小，自然电 位曲线幅度ΔUsp下降，，曲线 顶部变尖，底部变宽，ΔUsp小 于SSP，而且界面位臵离开半幅 值点向曲线峰值移动。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 A、地层温度的影响
从扩散和吸附电动势的产生，我们可以看出，Kd和Ka与温
度有关，因此同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，
也就造成Kd和Ka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。
通常绝对温度T与Kd和Ka成正比关系，这可从离子的活动性
温度。Ka的温度换算公式与Kd的形式相同。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 B、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响
Cw SSP K lg C mf
ΔUsp主要取决于自然电场的总电动势SSP。显然，
ΔUsp与SSP成正比，而SSP的大小取决于岩性和Cw／
Cmf。因此，在一定的范围内，Cw和Cmf差别大，造成 自然电场的电动势高，曲线变化明显。
通常把 E总叫作静自然电位记 作SSP。此时Ed的幅度称砂岩线， Eda的幅度叫泥岩线。实际测井中 以泥岩线作自然电位测井曲线的基 线(即零线)，在180C时的纯砂岩层
处的SSP=-69.6LgRm／Rw。
井中巨厚的纯砂岩层井段的自 然电位幅度近似认为是SSP。
静自然电位的变化范围在含淡
水岩层的+50mV到含高矿化度盐水 岩层的-200mV之间。
一、自然电位产生的原因
过滤电动势Ef的大小与泥饼两边的压力差ΔP和泥浆滤液的 电阻率Rmf成正比，而与泥浆滤液的粘度μ成反比，即
Ef K f
ΔP –压力差，单位为大气压；
μ –过滤溶液的粘度，厘泊；
压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。
P Rmf

Kf –过滤电位系数，与溶液的成分有关；
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 2、影响因素
上述已经提及，在自然电位曲线上有异常出现的地方，该异 常相对于泥岩基线的最大偏转，称自然电位异常幅度。自然电 位异常幅度的大小与许多因素有关，可根据自然电流回路的等 效电路对此进行分析。 Irm Es ( Irsd Irsh ) 在井内测得的自然电位降落仅仅是自然电动势的一部分(该 电动势的另外两部分电位降落分别产生在岩层及其围岩之中)， 它的数值及曲线特点主要决定于造成自然电场的总电动势Es及 自然电流的分布。 Es的大小取决于岩性、地层温度、地层水和泥浆中所含离子 成分以及泥浆滤液电阻率与地层水电阻率之比。 自然电流I的分布则决定于流经路径中介质的电阻率及地层 厚度和井径的大小。
一、自然电位产生的原因
2. 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
粒土颗粒吸附Cl-离子Na+离子可以自由移动，若Cw＞Cmf，泥浆
具有选择吸附负离子的能力。因此当浓度不同的NaCl溶液扩散时，