第三章-自然电位测井解析PPT教学课件
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地球物理测井3(自然电位测井)
• 地层厚度的影响 r=R×L/S S=h×井眼的周长
U SP
1.3.1 自然电位测井的影响因素
U SP I rm U SP ES rm rm ri rt rsh Cw K lg Cmf rm ri rt rsh rm
U SP
• 井径和侵入影响 (1) rm=Rm×L/S S—井眼截面积 (2) ri=Ri×L/S L=di/2
• 在砂泥岩剖面中，渗 透层的自然电位曲线 出现明显的异常。 Cw>Cmf时，出现负异常； Cw<Cmf时，出现正异常； Cw=Cmf时，无异常。
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 对于厚地层(h>4d)， 自然电位曲线的半幅 点对应于层界面。
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 对应于地层中部， 自然电位曲线出现 极值，测井计算时 常利用这一极值。
1.1.3 油井中的自然电场
在油井中由于动电学作用和电化 学作用产生了三种电位（电动势）：
Ek A P Rmf
Rmf Cw Ed K d lg K d lg Cmf Rw
Rmf Cw Ea K a lg K a lg Cmf Rw
1.1.3 油井中的自然电场
Ek A P Rmf
3.1.1 动电学作用与动电学电位
• 当泥浆柱压力与地 层压力不平衡时(一 般是泥浆柱的压力 略大于地层压力)， 如果地层具有一定 的渗透性，则泥浆 滤液将通过井壁渗 入地层。
3.1.1 动电学作用与动电学电位
• 固体表面带有负 电荷(砂岩、石灰 岩等固体颗粒的 表面仅带有少量 的负电荷。而泥 质或泥饼中固体 颗粒的表面带有 大量的负电荷)。
1.1.2.2 扩散吸附作用与电荷）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。
第03章 自然电位SP解读
第三章 自然电位测井（SP）
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
3
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。】
2019/3/1
中国石油大学（华东）张福明
20
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
5
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。
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。】
2019/3/1
中国石油大学（华东）张福明
20
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。
《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
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。
地球物理测井：第03章 自然电位SP
2020/12/12
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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
2020/12/12
1
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
2020/12/12
2
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
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。
《电法测井》自然电位测井 ppt课件
盐水泥浆（Cw<Cmf即Rw>Rmf) 砂岩SP正异常；泥岩段SP曲线基线（负电位）。
ppt课件
46
应用1 砂 泥 岩 剖 面 判 断 岩 性
ppt课件
47
5.SP曲线的应用
应用2：划分渗透层及层界面； SP曲线上一切偏离泥岩基线的明显异常是孔隙性
和渗透性较好的储集层的标志。
对于岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如 泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用 SP异常幅度的半幅点（泥岩基线算起1/2幅 度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较 小，SP异常较小，半幅点厚度将大于实际 厚度，应参考其他曲线确定界面。
结果形成高浓度一方 为负，低浓度一方 为正。
ppt课件
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(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）
设纯泥岩单位孔隙体积的补偿阳离子浓度
QV=∞，则认为VCl- = 0。
VNa+
VCL-
Ed
2.3 u u
v v
R.T F
lg
Cw Cmf
Eda
2.3
R.T I
lg
Cw Cmf
kda：扩散吸附电动势系数
一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法，SP大 小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性质有关 来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出
现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面。
ppt课件
39
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。
3.结果：产生了电动势，造成自然电场
ppt课件
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应用1 砂 泥 岩 剖 面 判 断 岩 性
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5.SP曲线的应用
应用2：划分渗透层及层界面； SP曲线上一切偏离泥岩基线的明显异常是孔隙性
和渗透性较好的储集层的标志。
对于岩性均匀、厚度较大、界面清楚（如 泥岩与砂岩的突变界面）的储集层，通常用 SP异常幅度的半幅点（泥岩基线算起1/2幅 度处）确定储集层界面。如果储集层厚度较 小，SP异常较小，半幅点厚度将大于实际 厚度，应参考其他曲线确定界面。
结果形成高浓度一方 为负，低浓度一方 为正。
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(2)纯泥岩的扩散吸附电动势（Eda）
设纯泥岩单位孔隙体积的补偿阳离子浓度
QV=∞，则认为VCl- = 0。
VNa+
VCL-
Ed
2.3 u u
v v
R.T F
lg
Cw Cmf
Eda
2.3
R.T I
lg
Cw Cmf
kda：扩散吸附电动势系数
一种以泥岩为背景来显示储集层性质的测井方法，SP大 小不只与储集层性质有关，而且与相邻泥岩的性质有关 来表示。因此，这种方法只能用于储集层与泥岩交替出
现的岩性剖面，即最常见的砂泥岩剖面。
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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。
3.结果：产生了电动势，造成自然电场
第三章自然电位测井
（4）吸附阳离子 吸附层： 紧贴岩石表面，不能移动 扩散层： 吸附层之外阳离子，可正常移动
（5）双电层是在岩石沉积、压实和成岩过 程中形成的
砂岩：双电层外层的厚度非常小 泥岩：表面负电荷多，双电层外层的厚度很大， 能够移动的地层水在压实过程中排出去，水全 是束缚水
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（等电量交换），交换的难 易程度取决于岩石表面对阳离子的静电引力。 平衡离子：被吸附的正离子 阳离子交换容量 Qv：每单位孔隙体积中平衡 离子的毫克当量数(mmol/cm3)
交界面Ⅱ处的总电动势：
EII Ed Ed
注界
Ed
注
C注 Cw Cw Kd lg Kd lg Kd lg Cmf C注 Cmf
EII Kd (lg Cw lg Cmf lg Cw lg C注 lg C注 lg Cmf )＝0
交界面Ⅲ处的总电动势 C注 C注 注 注 EIII Ed Eda kd lg kda lg Cmf Cmf
mfzfrt负离子迁移率r气态常数t绝对温度z离子价f法拉第常数mf泥浆滤液浓度c地层水浓度zfrt扩散电动势系数溶质化学成分正离子迁移率l负离子迁移率l溶液的扩散电动势系数mvnaclna435cl655116kcl646cl65504cacl516cl655196mgcl450cl655225caso516so67979mgso450so679117caco516co60044常见离子迁移率及电解质溶液的kd值18时当溶液浓度较低时r01m电阻率与其浓度成线性反比上式可以写成
1.静自然电位（SSP）
C SSP E E K K lg C
自然电位测井优质PPT资料
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).
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,
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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Kda2.3RFT
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。 2020/10/16
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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,
Ed
kd
lgRm f Rw
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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
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。
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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，
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。
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1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生 E d 2 .3 R FZ T n n n z _ n v vlg C C m w
地球物理测井课件
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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
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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。
ห้องสมุดไป่ตู้
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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
EdakdalgC Cm w
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
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1.自然电场的产生 三、电极极化作用
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）
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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。
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这叫离子扩散。
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1.自然电场的产生
一、扩散电动势的产生
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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
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，
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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
Ed2.3R FT v vlgC C m wf
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
Eda kda lg C C m wkda lg R R m wf
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。
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。
线性关系，
Ed2.3R FT v vlgR R m wf
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。