5第三章 自然电位测井解析

1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
n n _ v C RT Ed 2.3 lg w F Z n z n v C m
式中R—克分子气体常数，等于8.313 J/K； T—绝对温度，K； F—Farady常数．等于96500 C/equiv； n+和n-—每个分子离解后形成的正离子数和负离子数； n和v—正离子和负离子的迁移率，单位是m2﹒s﹒equiv1或s/（m ﹒N）； Z+和Z-—正离子和负离子的离子价； Cw和Cm—两种溶液的浓度。
Eda
Rmf Cw k da lg k da lg Cm Rw
此外组成自然电场的还有过滤电动势，这种电动势是在压力 差作用下，泥浆滤液向地层中渗入时产生的。只有在压力差 很大时，产生的过滤电动势才是不可忽略的，但一般钻井时 要求泥浆柱压力只能稍大于地层压力，因此一般井内过滤电 动势的作用可忽略不计。
地球物理测井课件
主讲人：周俊杰 河北工程大学勘查教研室
第三章 自然电位测井
1.自然电场的产生 2.自然电位测井及曲线特征 3.影响因素 4.自然电位曲线应用
第三章 自然电位测井
在井内及井的周围，由于岩矿石的自然电化学活动性，存在 着一系列产生电动势的物理—化学过程，这种现象称为自然 极化。研究表明，它是在钻开岩层时井壁附近产生的电化学 活动而造成的电场，该场的分布决定于井孔剖面的岩层性质， 把这个场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化曲线， 用以区别岩性，这种测井方法叫自然电位测井。由于自然电 位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此它是划分和研究 储集层的重要方法之一。
1.自然电场的产生 由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，在 井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程， 结果产生电动势造成自然电场。在石油井中自然电场 主要是由扩散电动势和扩散吸附电动势组成的。
1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
用一个渗透性隔膜把玻璃缸分成两部分， 其中分别装入浓度不同的NaCl溶液，溶 液浓度分别为Cw和Cm且Cw>Cm，溶 液中各放入一个电极，并以导线与表头 连接。我们会观察到表头指针偏转，说 明在接触面附近有电位差存在。这是因 为两种不同浓度的NaCl溶液接触时，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， 这叫离子扩散。
1.自然电场的产生
二、扩散吸附电动势的产生
这样就在泥岩隔膜处形成了扩散吸附电动势，记作Eda，其 表达式为 Cw
E da k da lg Cm
式中Kda为扩散吸附电动势系数。它与岩层的泥质阳离子交 换能力Qv有关。在Qv接近极限值的情况下，岩石孔隙中只有 正离子参加扩散，可看作氯离子迁移率为零的扩散
金属电极处于自身盐类的电解质中时，它的金属离子就可以离开 电极进入溶液成为离子状态，电极带负电；溶液中的金属离子接 近电极时，也可以沉淀到电极表面上，电极便带正电。当这两个 过程达到动态平衡时，在固相（金属电极）与溶液（液相）的分 界面上形成电位跃。这种作用称为电极极化作用，而金属电极相 对溶液的电位（即两相界面上的电位差）称为金属电极的电极电 位。 一般井液中几乎不含矿体离子，所以在金属矿层处，矿体很快将 自己的金属离子授给井液而本身带负电，结果在井壁形成电动势。 在矿层与井液或矿层与围岩地层水接触的分界面上，由于氧化— 还原作用，也形成电动势（氧化—还原电动势）
1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
在砂泥岩剖面井中纯砂岩井段，井壁附近地层水和泥浆滤液接 触，且二者矿化度（即浓度）不同而产生扩散电动势Ed
Ed 2.3 RT v C w lg F v C mf
式中Cw—地层水矿化度；Cmf—泥浆滤液矿化度。 在矿化度比较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度有 线性关系， RT v Rmf Ed 2.3 lg F v Rw 式中Rmf—泥浆滤液电阻率；Rw—地层水电阻率。
1.自然电场的产生
二、扩散吸附电动势的产生
由于扩散和吸附作用，在砂岩 井壁上出现扩散电动势，在泥 岩井壁上出现了吸附电动势， 这些电动势通过砂岩、泥岩和 井液放电，从而在砂岩、泥岩 和井液接触部位产生自然电流。 在闭合自然电流回路上，扩散 和吸附电动势是串联的。
1.自然电场的产生 三、电极极化作用
K da
RT Fra Baidu bibliotek 2.3 F
这是扩散吸附电动势系数的上限Kdamax，在温度为18℃时， Kdamax=58.0 mV，Kdamin=-11.6 mV，一般情况下Kda介于两 者之间。
1.自然电场的产生
二、扩散吸附电动势的产生
在砂泥岩剖面中的泥岩井段，井壁是矿化度不同的地层水和 泥浆滤液接触面，在此产生扩散吸附电动势，当井壁附近地 层水和泥浆滤液的矿化度都较低，且Cw>Cm,
1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
从表中看出氯离子迁移率大于钠离子迁移率， 因此，扩散使低浓度溶液中氯离子相对增多， 形成负电荷富集，而高浓度一方钠离子相对 增多形成正电荷富集。此时氯离子受接触面 附近电荷富集带的负电荷的排斥其迁移速度 减慢；相反钠离子的迁移速度加快，这就使 电荷的富集速度减慢，当接触面附近的电荷 富集带使正、负离子迁移速度相同时，电荷 富集停止，但离子还在扩散，这叫动平衡。 此时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，记作Ed。
1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
令 Kd= 2.3 v v
Kd叫扩散电动势系数。在温度为18℃时，氯化钠溶液的 Kd值为-11.6mV。其他温度的Kd值可用上式计算。
E d k d lg
Rmf Rw
1.自然电场的产生
二、扩散吸附电动势的产生
用泥岩隔膜将玻璃缸内的两种不同 浓度的NaCl溶液分开，两种浓度溶 液在此接触面处产生离子扩散，扩 散方向总是从浓度大的Cw一方向浓 度小的Cm一方。由于泥岩隔膜中 的阳离子交换作用，使孔隙内溶液 中的阳离子居多，扩散结果在浓度 小的一方富集了大量的正电荷而带 正电，浓度大的一方带负电。