第1章2 电法测井-自然电位测井
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2-第一章_电法测井(自然电位测井)
一系列的校正求出SSP，据泥浆资料确定Rmf，然后求出Rw。 用SP求Rw有三种方法，都假设SP只是由电化学电动势引起 的。
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）
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）
第1章2 电法测井-自然电位测井
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。
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
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。
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。
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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。
地球物理测井方法课件：1-2 自然电位测井
GaoJ-1-2
7
ELECTRICAL DOUBLE LAYER OF CLAYS
GaoJ-1-2
8
GaoJ-1-2
9
2. 阳离子交换
双电层内的阳离子或其水合离子相互交换位置，或与双 电层之外的阳离子及水合离子交换位置而移动，产生导 电现象，这种现象称为粘土的阳离子交换作用。 交换的难易程度：决定于岩石表面对阳离子的静电引力。
4.35 6.46 5.16 4.50 5.16 4.50 5.16 5.16 3.15 4.35
负离子
Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ SO42－ SO42－ CO32－ HCO3－ HCO3－ OH －
迁移率l(m2.S/mol )
6.55 6.55 6.55 6.55 6.79 6.79 6.00 4.67 4.67 17.4
GaoJ-1-2
4
（3）岩石颗粒与水溶液接触的表面带有固定不动的负电荷， 粘土矿物中最显著；
原因：主要由于粘土晶体的置换作用和破键作用！
置换作用—Si-O四面体中Si4+被 Al3+离子置换，Al-O八 面体中Al3+被Mg2+、 Fe2+等离子置换；
破键作用—粘土结构单位层的四 周边缘发生化学键破 裂，产生多余负电荷。
GaoJ-1-2
15
当溶液浓度较低时（R>0.1.m)，电阻率与 浓度成线性反比：
Cw Rmf
Cmf
Rw
Rmf —泥浆滤液电阻率 Rw—地层水电阻率
Ed
Kd
lg Cw Cmf
Kd
lg
Rmf Rw
GaoJ-1-2
16
2. 扩散-吸附电动势（泥质岩石）
第一章自然电位测井
第⼀章⾃然电位测井第⼀章⾃然电位测井第⼀节⾃然电场的产⽣⼀、扩散电动势产⽣的条件1. 两种溶液的矿化度不同2. 中间具有渗透性隔层3.正负离⼦的迁移率不同井中砂岩剖⾯的扩散电动势:泥浆滤液和地层⽔的矿化度不同;附着在地层上的泥饼具有渗透性;泥浆滤液和地层⽔的正负离⼦迁移率不同。
⼆、扩散吸附电动势组成泥岩的粘⼟矿物，其结晶构造和化学性质只允许阳离⼦通过泥岩扩散，⽽吸附带负电的阴离⼦的作⽤称为阳离⼦交换作⽤。
扩散结果在浓度⼩的⼀⽅富集正电荷带正电，在浓度⼤的⼀⽅富集负电荷，形成扩散吸附电动势E da：扩散吸附电动势产⽣的条件：1.两种溶液的矿化度不同；2.两种溶液⽤渗透性隔层隔离；3.渗透性隔层对不同极性的离⼦具有不同的吸附性。
井中泥岩剖⾯的扩散吸附电动势:1. 泥浆滤液矿化度低于地层⽔矿化度2. 泥岩具有渗透性3.泥岩具有吸附阴离⼦的阳离⼦交换能⼒。
当井壁附近地层⽔和泥浆滤液矿化度都较低时，且C w>C mf时泥岩剖⾯上的扩散吸附电动势为：在矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度成反⽐关系，因此上式可写为：三、氧化还原电位地下煤层与其接触的溶液（地层⽔或钻井液）发⽣氧化还原反应，从⽽在其接触⾯上形成氧化还原电位，最终形成沿井⾝的⾃然电位异常。
当煤层处于氧化状态时，可形成⾃然电位正异常；当煤层处于还原状态时，可形成⾃然电位的负异常。
⽆烟煤和⽯墨的氧化反应最强烈，⾃然电位曲线表现为正异常。
瘦煤、炼焦煤、肥煤氧化反应强度递减，其⾃然电位正异常依次减⼩。
⽓煤和褐煤处于还原状态且强度不⼤⾃然电位表现为不⼤的负异常。
由于烟煤中含有的⾦属硫化物氧化作⽤很强，因此烟煤的⾃然电位正异常与其所含的⾦属硫化物有关。
四、过滤电动势在岩⽯中，岩⽯颗粒之间形成很细的⽑细管孔道，当泥浆柱的压⼒⼤于地层的压⼒时，泥浆滤液通过井壁在岩⽯孔道中流过，形成过滤电动势。
在砂泥岩剖⾯的井中的⾃然电场主要由砂岩井段的扩散电位和泥岩井段扩散吸附电位组成。
电法测井精品PPT课件
岩石电阻率的大小决定 于：
1）矿物骨架（属电子导电） 2）泥质含量及胶结程度（属
离子导电） 3）孔隙流体（属离子导电）
孔隙度（Ø） ； 孔隙形状和分布； 含油饱和度（So） ；
地层水电阻率Rw（岩 石孔隙内地层水中盐类的化 学成分、浓度、温度）。
二、岩石电阻率与Rw的关系
对纯岩石，
Rt>Rw；
Rt>Rw成正比变化；
Cmf－泥浆滤液含盐浓度 (矿化度)； Cw－地层水含盐浓度 (矿化度)
一般Cw Cmf ,当浓度不太大时，有 Rw 1 Cw 和Rmf 则
Ed = kd lg Rmf Rw
B注y L－iu D该ir公en 式Ya的ngt条ze U件ni为ver溶sity液浓度不太大
1 Cmf
2、扩散吸附电动势Eda
二、岩性的影响 三、温度的影响 四、地层水和泥浆滤液中含盐性
质的影响 五、地层电阻率的影响 六、地层厚度的影响 七、扩径与泥浆侵入的影响
U SP
=
pm
+
pm p sd
+
SSP p sh
SSP = E d
E da = ( Kd
K da
) lg
Cw C mf
第4节 SP曲线的应用
一、判断渗透性岩层
对砂泥岩剖面，以泥岩 为基线， 一般情况下（Cw>Cmf) 渗透层为负异常， 岩性越纯，负异常幅度 越大。
《地球物理测井讲义》
电法测井
目录
第1章 自然电位测井 第2章 普通电阻率测井 第3章 侧向测井 第4章 微电阻率测井 第5章 感应测井
《地球物理测井讲义》
第1章 自然电位测井
第1章 自然电位测井
自然电位产生的机理 自然电位测井曲线 影响自然电位测井的因素 SP曲线的应用
第1章 自然电位测井
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
7 /51
1.1 井内自然电位产生的原因
1.1.2 扩散吸附电位
粘土晶体的 置换和破健 作用
扩散时，如果地层的固体
颗粒（泥质）的表面带有了 强的负电荷之后，固体颗粒
将阻止负离子的通过（好象 负离子被吸附住了一样）， 这种现象我们称之为扩散吸 附作用。
2011-2-18
1.2 自然电位曲线的形状
1.2.2 自然电位曲线
回路总电动势等 于扩散电动势和吸附 电动势之和，它相当 于回路中没有电流时 井中地层上下界面的 自然电位差，习惯称 为静自然电位，SSP 表示。
静自然电位曲线是无法 测定的，因为地层和泥浆都 具有导电性。 19 /51
2011-2-18
1.2 自然电位曲线的形状
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
2 /51
1.1 井内自然电位产生的原因
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。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
1 自然电位测井（SP）
1.1 井内自然电位产生的原因 1.2 自然电位测井曲线的形状 1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素 1.4 自然电位曲线的应用
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
1 /51
1.1 井内自然电位产生的原因
电化学测井包括天然电化学测井和人工 电化学测井两类。天然电化学测井分为自然 电位测井和电极电位测井，而激发极化测井 属于人工电化学测井。本章只讲述自然电位 测井方法的原理、基本理论及资料解释的方 法。
第一章 自然电位测井
47
1 2 3
Cw
Cw C注
Cmf
E1
E2 Cmf
E总
Cw
E3 △Esp
W E总
图1-19 水淹层的SP曲线基线偏移示意图
CW C注 Cmf
48
偏移量的计算
在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动
势为
Cw E1 K lg( ) Cmf
在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界 面处的总电动势为
4
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开 岩层后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触 产生电化学过程，产生电动势形成自然电场。 在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散
吸附电动势产生。
5
二、扩散电动势产生机理
氯化钠溶液
1、泥浆、地层水 矿化度不同； 2 、井壁地层具有 渗透性；
3 、正、负离子迁
移速率不同。
地层的实际值，半幅点对应地层界面；
C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增
加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
57
深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫
伏。
Usp(h)；8采样点/米
13
图1-4、自然电位测井示意图
图1-5、自然电位测井曲线实例
14
二、 SP曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP 值与泥岩基线值的差。
SSP U sp |含水纯砂岩 -U sp |泥岩基线
图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线
20
问题 （1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？ (2)、 自然电位幅度差与地层厚度的关系？ （3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面 的关系的影响？
1 2 3
Cw
Cw C注
Cmf
E1
E2 Cmf
E总
Cw
E3 △Esp
W E总
图1-19 水淹层的SP曲线基线偏移示意图
CW C注 Cmf
48
偏移量的计算
在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动
势为
Cw E1 K lg( ) Cmf
在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界 面处的总电动势为
4
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开 岩层后，井壁附近两种不同矿化度的溶液接触 产生电化学过程，产生电动势形成自然电场。 在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散
吸附电动势产生。
5
二、扩散电动势产生机理
氯化钠溶液
1、泥浆、地层水 矿化度不同； 2 、井壁地层具有 渗透性；
3 、正、负离子迁
移速率不同。
地层的实际值，半幅点对应地层界面；
C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增
加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
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深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫
伏。
Usp(h)；8采样点/米
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图1-4、自然电位测井示意图
图1-5、自然电位测井曲线实例
14
二、 SP曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP 值与泥岩基线值的差。
SSP U sp |含水纯砂岩 -U sp |泥岩基线
图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线
20
问题 （1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？ (2)、 自然电位幅度差与地层厚度的关系？ （3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面 的关系的影响？
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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。
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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 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
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
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Βιβλιοθήκη 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
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
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。
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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 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
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
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Βιβλιοθήκη 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
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