5第三章 自然电位测井解析
自然电位测井曲线的分析解释
自然电位测井曲线的分析解释自然电位测井曲线是一种常见的地球物理测井方法，通过测量地层自然电位的变化来获取地下地质信息。
本文将对自然电位测井曲线的分析解释进行详细探讨，帮助读者更好地了解和应用该方法。
一、自然电位测井曲线的概述自然电位测井曲线是通过电极在地层中测量地下电场的差异而得到的测井曲线。
电极对地下电场的测量可以反映地层的电性、含水层、岩石类型和地下流体性质等信息。
自然电位测井曲线通常以深度为横坐标，电位值为纵坐标，形成一条随深度变化的曲线。
二、自然电位测井曲线的主要特征1. 深度响应特征：自然电位测井曲线随深度变化，可以发现一些特殊的变化规律，如异常电位值、陡降和平缓变化等。
2. 地层特征反映：自然电位测井曲线能够反映地下地层的一些特征，如含水层界面、地层厚度和地下流体类型等。
3. 岩性识别：不同岩石具有不同的导电特性，自然电位测井曲线可以通过岩性识别来帮助解释地下岩石类型。
4. 地下流体性质分析：自然电位测井曲线的变化可以推测地下流体（如水、油、气）的存在和特性。
三、自然电位测井曲线的解释方法1. 异常值分析：通过对自然电位测井曲线的异常值进行分析，可以判断是否存在异常地层或地下流体的存在。
异常值可能是由含水层边界、地下断层、堆积岩层等引起的。
2. 曲线趋势分析：对自然电位测井曲线的整体趋势进行分析，可以发现地层的变化规律，如地下流体的分布、地层的递增或递减等。
3. 地下流体判别：通过自然电位测井曲线的变化，结合其他地球物理测井数据，可以判别地下流体的类型和性质。
4. 岩性推测：利用自然电位测井曲线与岩石类型的关系，可以对地下岩石进行识别和推测。
四、自然电位测井曲线的应用领域1. 油气勘探：自然电位测井曲线在油气勘探中起到重要的作用，通过分析曲线特征和解释结果，可以确定油气藏的存在和性质。
2. 水源勘探：自然电位测井曲线可以用于水源勘探，通过测量地下含水层的特征，判断水源的位置和质量。
3. 工程应用：自然电位测井曲线在地质工程和水文地质工程中也有广泛应用。
第03章 自然电位SP解读
自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位 变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法；
是最早使用的测井方法之一，简便而实用，是砂泥岩剖 面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。对于区分岩石性质， 尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优 点。
（Spontaneous Potential）
地层水溶液离子浓度与泥浆滤液的离子浓度不同，产生 离子扩散； 岩石颗粒表面对离子有吸附作用； 泥浆滤液向地层中渗透作用。
2019/3/1
中国石油大学（华东）张福明
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1. 扩散电动势 ——纯岩石中地层水与泥浆之间的直接扩散
砂岩孔隙中的地层水与井内 泥浆之间，相当于不同浓度的两 种NaCl溶液直接接触。离子将从 高浓度的岩层一方朝着井内直接 扩散。由于Cl－的迁移率大于Na ＋，扩散结果：低浓度的泥浆一 方出现过多的Cl－，带负电，高 浓度的岩层一方，相对剩余Na＋ 离子，带正电。从而产生了电位 差——地层一方的电位高于泥浆 一方的电位。
厚层可以用“半幅点”确 定地层界面 。
【半幅点即幅度之半，见图示。】
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中国石油大学（华东）张福明
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3. 地层电阻率的影响
含油气饱和度比较高的储集层，其电阻率比它完全含水时 rsd 明显升高，SP略有下降。一般油气层的SP略小于相邻的水层。 Rt/Rm增大，曲线幅度减小。 围岩电阻率Rs增大，则 rsh 增大，使自然电位异常幅度减小。
中国石油大学（华东）张福明
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2. 扩散吸附电动势 ——泥质岩石中地层水与泥浆之间的扩散
扩散的另一个渠道是地层水中的 离子通过泥质隔膜或周围的泥岩向低 浓度的泥浆（井眼）一方进行扩散。 （上页图） 粘土颗粒表面带有较多的负电荷， 在盐溶液中吸附阳离子形成吸附层和 扩散层。泥岩中存在很厚的双电层 （内负外正），能够移动的地层水在 压实过程中排出去了，基本不存在双 电层以外的自由水。
测井教程第3章 自然电位测井
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， 它与曲线的相对位置，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。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 1、地层温度的影响
从扩散和吸附电动Biblioteka 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来
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。
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素 7、岩性的影响
以上的讨论都是假定岩层及其围岩是纯岩石的情况。 当夹于纯泥岩层中的砂岩内含有泥质时，显然，对着砂岩层 处，地层水与泥浆之间的扩散就与前述情况不同。 由于组成泥质的粘土颗粒具有离子选择薄膜的特性，因此， 存在于砂岩中的泥质对溶液的直接扩散产生了一种附加的影响。 使得砂岩层与井之间除了产生扩散电动势之外，还产生一种附 加的吸附电动势。而这两种电动势的极性是相反的，它们部分 抵消的结果，会使得对着砂岩层处的扩散电动势数值同岩石不 含泥质时相比有所降低，从而使总电动势也降低。电动势降低 的程度，与岩石中含泥质的多少有关。显然，岩石含泥质越多， 产生的附加吸附电动势就强，总电动势的降低也越大；反之， 就越小。
第三章自然电位测井
2.计算自然电位系数K
K 7.7 0 27 T 3 /298
TT0GD/100
T ----标准水层深度处的地层温度,°C D----水层中部的深度,m(从测井曲线读取) T0----地表恒温层平均温度,°C G ----地温梯度,深度每增加100m的温 度增量,°C/100m
3.计算比值 Rm feRwe10 SS/K P
4.确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN 我国标准温度为18oC,美国为24oC,现采用24oC （1）确定标准温度(24oC)下的泥浆电阻率RmN
R mN 7.4 1R m 1o8 c/8.2
R2
R1
1.8T1 1.8T2
39 39
Rm18oc——18oc时的泥浆电阻率，测井曲线 图头上记录
3、形成自然电动势的本质原因是泥浆滤液与
地层水的
差异；应用时，自然电位曲线
以
作为基线；当地层水电阻率Rw 明显
小于泥浆滤液电阻率Rmf时，储集层的自然电
位曲线出现
异常。
当溶液浓度较低时（R>0.1•m),电阻率与其 浓度成线性反比，上式可以写成：
Ed
Kdl
gC Cm wfKdl
gRmf Rw
Kd——扩散电动势系数,
18℃时，对于NaCl溶液，Kd= -11.6mv
Rmf—泥浆滤液电阻率 RW—地层水电阻率
2.扩散-吸附电动势（泥质岩石）
1）因为含泥质，所以在岩石颗粒表面有双电 层，岩石孔隙中有粘土水和远水;
当Cw>Cmf时,Ed<0,Eda>0;Ed-Eda<0, 为负异常；反之为正异常
1.静自然电位（SSP）
SSP EdEdaKdKdalgC C m wf
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
《地球物理测井》-课后思考题
思考题第一课自然电位测井SP？*1.分析自然电位的成因，写出扩散电动势、扩散吸附电动势、总电动势表达式。
答：自然电场的产生(原理)扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势1.扩散电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——电化学过程——电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——离子扩散——离子迁移率不同——两边分别富集正、负离子(延缓离子迁移速度)——产生电动势(直到正负离子达到动态平衡为止) 公式：2.扩散吸附电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——产生阳离子交换——产生电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——带电离子扩散——阳离子交换——孔隙内溶液阳离子增多——浓度小的一方富集正电荷，浓度大的一方富集负电荷产生电动势（扩散吸附）公式：3.过滤电动势产生原因：泥浆柱与地层之间的压差造成离子的扩散。
一般在近平衡钻井情况下不考虑。
总电动势公式：*2.不同Cw、Cmf情况下自然电位测井曲线有哪些特征？1.当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）2.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）3.当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效*4.自然电位测井曲线在油田勘探开发中应用于哪些方面？1.划分渗透层（半幅点法，砂泥岩剖面较常用）2.估算泥质含量3.地层对比依据：1)相同沉积环境下沉积的地层岩性特征相似; 2)同一段地层有相同或相似的沉积韵律组合; 3)由1)和2)决定同层、同沉积（相）的SP曲线特征一致。
4.确定、划分沉积相5.确定油水层及油水界面（△USP油小于△USP水）6.识别水淹层(依据Cw <或> Cwz)渗透层水淹后SP基线偏移，偏移量与Cw/Cwz(注入)有关7.确定地层水电阻率Rw3.影响自然电位测井的因素有哪些？1.Cw/Cmf影响（地层水矿化度/泥浆滤液矿化度）当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效2 .岩性影响砂泥岩剖面泥岩(纯泥岩)——基线纯砂岩——SSP(h>4d)当储层Vsh 增大，自然电位幅度△USP（变小）<SSP 靠近泥岩基线3..温度影响温度对离子运动，离子扩散速率有影响不同深度地层温度不同4.地层水、泥浆滤液中含盐性质影响（溶液中离子类型不同，迁移速率不同，直接影响Kd、Kda）5.地层电阻率影响（当地层电阻率较大时，其影响不容忽视。
自然电位测井曲线的分析解释
自然电位测井曲线的分析解释自然电位测井是石油工程领域中一种常用的电测方法，用于获取地下储层的电性信息。
这种测井方法利用了地球本身的电场分布特点，通过测量井眼与地面之间的电位差来获得有关储层性质的信息。
本文将对自然电位测井曲线的分析解释进行阐述和探讨。
自然电位测井曲线能够提供有关地下储层的电性差异以及程度的信息。
测井仪器测量的是井眼电位与地面电位之间的变化情况，通过电导率的计算可以推导得到该井段的电阻率。
电阻率是地下储层的重要参数之一，能够反映储层的含油/气性质、孔隙度、渗透率等重要信息。
在分析自然电位测井曲线时，首先需要注意的是曲线的特征和变化趋势。
一般来说，自然电位测井曲线呈现出较为平缓的趋势，波动性较小。
这是因为地球的电场分布会受到地下储层的影响，而储层电阻率与周围地层相比较高，使得曲线整体上呈现比较平缓的趋势。
根据曲线的特征，我们可以将自然电位测井曲线分为几个主要的部分。
首先是浅层地层部分，这一部分曲线呈现近似平直的趋势，说明浅层地层的电阻率相对较低。
接下来是渗透性较好的油气层，曲线出现波动并开始下降。
这是因为储层电阻率较高，电场在储层中的分布较为均匀，使得测井曲线出现了波动。
曲线下降的幅度和波动的频率可以提供更加详细的信息。
波动的频率越高，说明储层的渗透性越好，油气分布越均匀。
而下降的幅度越大，通常表示储层的电阻率越高，可能是由于含油/气性质较好的区域。
此外，自然电位测井曲线还可以用于判断地下水位的位置。
根据曲线的变化趋势，我们可以推测地下水位的高低。
当地下水位较高时，曲线会出现明显的波动并下降；而地下水位较低时，曲线则比较平缓。
在进行自然电位测井曲线的分析和解释时，我们还需要考虑其他地质因素的影响。
例如，地层的含盐性和含水量等都会对测井曲线产生一定的影响。
因此，在分析测井曲线时，必须将这些地质因素考虑在内，以获得更准确的解释和分析结果。
总结起来，自然电位测井曲线是一种常用的方法，用于获取地下储层的电性差异信息。
自然电位测井曲线解释
自然电位测井曲线解释自然电位测井曲线是一种在油气勘探和地质调查中常用的测井方法，用于评价地下储层的电性特征和盐水储层的分布情况。
该曲线是通过测量井眼周围地层自然电位与参考电极之间的电位差来得出的。
在自然电位测井中，测井仪器通过将参考电极放置在地面上，并将测量电极降至井眼中，记录电极间的电位差。
这种电位差反映了地层中构成井眼周围环境的电性差异。
通过分析测井曲线的起伏和趋势，我们可以获得一些关键的地质信息。
首先，自然电位测井曲线可以帮助我们识别地下储层的边界。
当电位曲线出现剧烈的起伏或突变时，这往往表示存在着不同电性的地层界面。
这些界面可能是岩石层序变化、孔隙度的改变或者含盐水的分布等的结果。
通过分析这些界面的位置和特征，我们可以了解储层的垂向和水平分布情况。
其次，自然电位测井曲线还可以提供有关地下水的信息。
由于地下水中含有溶解的离子，它可能对地层的电性产生影响。
在测井曲线中，我们可以观察到水位附近的曲线起伏和基线的变化。
这些变化往往与地下水的深度、盐度和流动等特征有关，因此，可以使用自然电位测井曲线来研究水文地质条件和水资源的开发潜力。
最后，自然电位测井曲线还可以用于评价岩石的电性特征。
地层中不同岩石的电性差异反映了它们的化学成分和物理性质的差异。
通过分析自然电位测井曲线的特征，如起伏、梯度和峰谷等，我们可以推断出地层中存在的不同岩石类型和岩性特征。
这对于确定地层的岩石组成及岩性有重要意义，进一步帮助我们了解储层的性质和勘探潜力。
总之，自然电位测井曲线是一种有效的工具，可用于评价储层的电性特征、地下水的分布和岩石类型的推断。
通过分析测井曲线，我们能够获得更深入的地质信息，为油气勘探和地质调查提供重要的依据。
自然电位
泥岩 基线
.
自然电位曲线的特点
在泥岩处自然电位曲线平 直（基线），正对砂岩处 为负异常（Rmf>Rw时）. 当地层较厚时在地层界面 处自然电位异常值（相对 基线）为异常幅度的一半 ，称为半幅点。若地层较 薄，异常幅度减小，半幅 点向界面外移动。根据上 述特点可由自然电位负异 常从泥岩中划分出渗透性 砂岩，用曲线上的半幅点 确定较厚地层的界面。
自然电位测井
.
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自然电位测井
自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自 然产生的电位变化，以研究井剖面地层性 质的一种测井方法。它是世界上最早使用 的测井方法之一，是一种最简便而实用意 义很大的测井方法，至今仍然是砂泥岩剖 面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。只要 在井内电缆底端装一个不极化电极M，在 地面泥浆池内放入另一个电极N，将它们 与地面记录仪相连，当匀速上提M电极时 ，记录的电位差变化便是井轴上自然产生 的自然变化。自然电位曲线，各个泥岩层 的曲线大体上在右边形成一条直线，称为 泥岩基线，而各个砂岩储集层则以泥岩基 线为背景形成大小不同的曲线异常，称为 自然电位异常。明显的自然电位异常是砂 岩储集层最明显的特征。
Cl-
Cl-
Cl-
井筒
泥岩
+ Na+
Na+ Na+
- Cl- + Na+
Cl- ClNa+
Cl-
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+ Cl- Na+
Na+ NaC+l-
ClCl-
Na+ 纯砂岩
井内有了自然电流由上而下流动，且井内各 横截面的电流强度逐渐增加时，他产生的电 位降也增加
自然电位测井
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。
测井解释1自然电位测井
1自然电位测井 1 自然电位测井1.1 自然电场产生（原理）1.2 自然电位测井曲线特征1.3 自然电位曲线应用由于物体的高度h 而具有的能量叫重力势E=mgh重力势在A 点，重力势只与A 的高度h 有关，即A 点与参考零点（地面）的势差。
A类似地电场中任何一点的电势,就是该点相对于参考零点的电势差AOA U =ϕφA φBABo+电势1.1 自然电场产生¾电位与电势的关系？¾自然电位的发现。
（20年代电阻率测量）¾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产生电化学过程，结果产生电动势造成自然电场。
（扩散、扩散吸附电动势，牢记！）一、扩散电动势1.1 自然电场产生Cw Cm ------++++++1.1 自然电场产生一、扩散电动势在NaCl溶液中，扩散电动势Ed可写成1.1 自然电场产生二、扩散吸附电动势Cw Cm------++++++阳离子交换1.1 自然电场产生二、扩散吸附电动势Cw>CmfK da 与阳离子交换能力有关若储层中泥质的阳离子交换量较高，则会导致低电阻率油层。
1.2 自然电位曲线特征一、井内总电动势二、自然电位测量（1）自然电位计算1.2 自然电位曲线特征二、自然电位测量（2）曲线测量三、自然电位测井曲线特征曲线以地层中点对称h>4d 时，SP=SSP ，半幅点对应地层界面。
h<4d 时，SP ≠SSP ，h 越小差别越大随h 减小地层界面界线向峰值移动，中点SP 取得最大值。
随h 减小，SP 幅度减小。
三、自然电位测井曲线特征当Cw>Cmf ：负异常（淡水泥浆） 当Cw<Cmf ：正异常（咸水泥浆） 当Cw=Cmf ：无异常¾划分渗透性岩层（半幅点）¾估计泥质含量¾确定地层水电阻率Rw ¾判断水淹层1.3 自然电位曲线应用¾划分渗透性岩层（半幅点）1.3自然电位曲线应用¾估计泥质含量1.3自然电位曲线应用¾确定地层水电阻率（不做要求）1.3自然电位曲线应用¾判断水淹层（不做要求）1.3 自然电位曲线应用。
地球物理测井：第03章 自然电位SP
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3.3 自然电位测井影响因素
1. 影响静自然电位SSP的因素
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第三章 自然电位测井
3.1 井下自然电位的产生 3.2 自然电位的测量 3.3 自然电位测井影响因素 3.4 SP测井的主要应用
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3.1 井下自然电位的产生
钻井后，由于电化学作用，自然产生多种电动势， 包括扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势等。但 对自然电位测井起主要作用的是扩散电动势和扩散吸附 电动势，其它电动势一般可以忽略。
产生自然电场的主要原因：
➢ 地层水溶液离子浓度与泥浆滤液的离子浓度不同，产生 离子扩散；
➢ 岩石颗粒表面对离子有吸附作用； ➢ 泥浆滤液向地层中渗透作用。
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1. 扩散电动势 ——纯岩石中地层水与泥浆之间的直接扩散
砂岩孔隙中的地层水与井内 泥浆之间，相当于不同浓度的两 种NaCl溶液直接接触。离子将从 高浓度的岩层一方朝着井内直接 扩散。由于Cl－的迁移率大于Na ＋，扩散结果：低浓度的泥浆一 方出现过多的Cl－，带负电，高 浓度的岩层一方，相对剩余Na＋ 离子，带正电。从而产生了电位 差——地层一方的电位高于泥浆 一方的电位。
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第三章 自然电位测井
3.1 井下自然电位的产生 3.2 自然电位的测量 3.3 自然电位测井影响因素 3.4 SP测井的主要应用
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3.2 自然电位的测量
1. 自然电位SP的理论计算
自然电流：I SSP rm rsh rsd
测量的自然电位异常幅度值Usp ：自然电流流过井内泥浆柱电
电法测井自然电位测井精讲
质含量表示为：
SSPKlgCw KlgRmf
Cmf
Rw
5.SP曲线的应用
应用4：计算地层水的电阻率Rw；
在评价储油层时，常要计算岩层孔隙度、含油饱和 度等重要参数，在确定这些参数时都需要Rw，用SP曲 线幅度值求Rw是最常用的方法之一。
注意
这种方法不能用于巨厚的碳酸盐岩剖面 ，因为它没有或很少有泥岩，裂缝较发育的 储集层以致密碳酸盐岩为围岩，许多储层要 通过远处的泥岩才能形成自然电流回路，因 而在相邻泥岩间形成巨厚的大片SP异常，不 能用来划分和研究储集层。
因素3.温度 因素4.泥浆和地层水的化学成分
因素5.地层电阻率的影响
研究表明，能产生一定电位值的自然电动势有四种：
扩散吸附电动势
扩散电动势
过滤电动势
氧化还原电动势
在沉积岩地区的油气井中
1.介质
SP是怎样产生的？
钻井液
地层孔隙流体
2.机理：扩散－扩散吸附作用
扩散电动势（Ed ）
扩散吸附电动势（Eda ）
3.结果：产生了电动势，造成自然电场
1 砂泥岩地层
假定： 2 淡水泥浆井
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。
电化学作用
1.自然电位测井（Spontaneous Potential Logging）
1.2 SP测井的装置
一个地面 电极
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)
5第三章-自然电位测井解析PPT课件
kd
lg Rmf Rw
2020年9月28日
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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。
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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
2.3RTvlgCw F v Cmf
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，
Ed
2.3RTvlgRmf F v Rw
式中Rmf—泥浆滤液电阻率；Rw—地层水电阻率。
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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。
Ed
g C w 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。
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。
自然电位测井优质PPT资料
样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)高浓 井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小
偏离泥岩基线为异常幅度
度溶液富集钠离子(正电荷),形成一个静电场, 由自然电场分布特征可以看到,在砂岩和泥岩交界处,自然电位曲线有明显变化
然电位曲线(SP). 在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上,电极M用电缆放在井下,提升M电极,沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自 然电位曲线(SP). 一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移, 这种过程叫离子扩散.
井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小 偏离泥岩基线为异常幅度
岩和泥岩交界处,自然电位曲线有明 Kda:与温度和溶液成分有关的常数
+ -
在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯 一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,
这种过程叫离子扩散. 2厚地层SP=SSP曲线半幅度点正对地层界面;
离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这 扩散电动势Ed大小与温度和浓度差有关
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,记为E
提升M电极,沿井轴测量自然电位(M 通常把E称为静自然电位,记为SSP,Ed的幅度为砂岩线,Eda的幅度为泥岩线.
厚度增加SP增加 一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,
第三章自然电位测井
3、水文地质条件的影响
4、地层倾斜影响 5、邻层的影响
第二节
电极电位测井
一、电极电位法的基本原理
当金属电极与电解溶液接触时，基于： 化学力（ 溶解压） 扩散（渗透压）
金属板（原子） 溶液中（离子） 金属板（原子）
溶液中（离子）
如果溶解压＞渗透压（Zn），溶液带正电， Zn带负电 如果渗透压＞溶解压（Cu），溶液带负电， Cu带正电
图 无烟煤的电极电位曲线 1─电位电极系电阻率曲线；2─电极电位曲线
第三节
电化学测井的应用
一、划分煤层、确定储集层、区分岩性 1、划分煤层 图3-10a中，无烟煤有明显的自然电位正异常， 而 视电阻率反应为零； 而图3-10b的烟煤，也有较突出的 自然电位正异常，其视电阻率现显高异常。
图 自然电位曲线与视电阻率曲线在煤层上的反映 a─无烟煤； b─烟煤
(二)氧化还原作用
在钻孔剖面中电子性导电体，如金属矿、石墨、无烟 煤等与泥浆和围岩中地层水接触时，由于氧化还原的结果， 在接触面处酚基溶于水，H+为一方，带负电荷离子（如O-2） 为一方，形成偶电层，形成正负异常。 煤层或金属矿层因氧化，失去电子而带正电荷，其毗邻 的围岩得到电子而带负电荷，使煤层或金属矿层自然电位 为正异常；反之，处于还原状态时，则呈现负异常。 石墨和无烟煤的氧化反应最强烈，正异常。 气煤和褐煤多处于弱还原状态，负异常。
(三)电极极化电位
当金属电极处于盐类的电解质溶液中时，金属 离子离开电极进入溶液成为离子状态，使电极带负 电；溶液中的金属离子在接近电极时，也有逆过程， 即可以沉淀到电极表面，使电极便带正电。
往往形成于金属矿体上。 金属离子离解给泥浆滤液，使自身带负电，而 泥浆带正电，在金属矿层上,呈现明显的自然电位 正异常（图3-4）。
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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。
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
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。
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。
K da
RT 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
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
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
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。