第一章 自然电位
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地球物理测井重点知识
第一章自然电位1 石油钻井中产生自然电场的主要原因是什么？扩散电动势ED扩散吸附式电动势EDA和过滤电动势EF产生的机理和条件是什么？自然电位形成原因：由于泥浆与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发生电化学反应,产生电动势,形成自然电场.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.在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)高浓度溶液富集钠离子(正电荷),形成一个静电场,电场的形成反过来影响离子的迁移速度,最后达到一个动态平衡,如此在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为Ed同样离子将要扩散,但泥岩对负离子有吸附作用,可以吸附一部分氯离子,扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠离子而带正电,浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电,这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda此外还有过滤电动势,这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的,只有在压力差较大时才考虑过滤电动势的影响.2 影响SP曲线幅度的因素是什么？想想在SP曲线解释过程中，如何把影响因素考虑进去，从而得到与实际相符的结论？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).影响因素：1 溶液成分的影响;2岩性的影响砂岩泥岩3温度的影响;4地层电阻率的影响5地层厚度影响厚度增加SP增加6井眼的影响井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小3 SP的单位是什么？毫普第二章普通电阻率测井1 岩石的电阻率和岩性有什么关系？沉积岩属于什么导电类型？沉积岩石在水中沉淀的岩石碎屑或者矿物经胶结压实而成，其结构可视为矿物骨架与空隙中流体的组合。
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）
1 第一章 自然电位测井
是产生自然电场的总电动势E总：
E总=Ed+Eda =Klg(Rmf/Rw)
=SSP
式中:K为自然电位系数。
19
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
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18℃时的纯砂
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
Es-井筒及邻近地层中自然电动势。
17
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
18
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
由自然电场分布特征可知，在 砂岩和泥岩交界处自然电位有明显
变化，变化幅度与Ed、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
第四节 自然电位测井曲线的地质应用
21
1、自然电位测井曲线的特征
（1）异常幅度及其定量计算 （巨厚砂岩） rm比rsd、rsh大得多，所以有
ΔUSP≈SSP
（砂岩有限厚） 自然电位幅度ΔUSP定义为： 自然电流I在流经泥浆等效电阻 rm 上的电位降落， 即ΔUSP=Irm。由于Es=I(rs+rt+rm)，则有 ΔUsp=I×rm
自然电位测井
NaHCO 3
18 °C 时几种盐溶液的 K d 值
CaCl 2
-19.7
MgCl 2
-22.5
NaSO 4
+5
KCl -0.4
K d(mV)
+2.2
五、地层电阻率的影响
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
地层厚,电阻率差异不大时,rsh+rsa远小于rm;当地层电 阻率增高时,rsh、rsa与rm相比不能忽略，此时ΔUSP<SSP。 地层电阻率越高， ΔUSP越低，可定性识别油、水层。 六、地层厚度的影响 地层厚度变薄，rsd增加， ΔUSP降低。 七、井径扩大和泥浆侵入的影响 rm减小， ΔUSP降低
问题: 1、井中自然电位产生的机制有哪些？ 2、以砂泥岩剖面为例，当泥浆电阻率大于地层水电阻率 时，绘制井中自然电动势及其等效电路图，并说明自然电 位测井幅值的计算公式。 3、影响自然电位曲线的七种因素有哪些？ 4、自然电位曲线有哪方面的应用？ 5、简述利用自然电位曲线计算地层水电阻率的4个步骤 6、什么是泥岩基线？
识别出渗透层后，通常可用自然电位测井曲线的半幅点 来确定渗透层界面，进而计算出渗透层厚度。
二、地层对比和研究沉积相 自然电位测井曲线常常作为单层划相、井 间对比、绘制沉积体等值图的手段之一。
S108
0 0 6 SP 100 GR 150 CAL 16 0.2 0.2 0.2 RFOC RILM RILD 20 20 20 45 CNL -15 140 AC 40 2 DEN 3
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
当岩层较厚时,ΔUsp=SSP,对 于纯砂岩,接近自然电动势的 自然电位幅值,称为静自然电 位(SSP).
18 °C 时几种盐溶液的 K d 值
CaCl 2
-19.7
MgCl 2
-22.5
NaSO 4
+5
KCl -0.4
K d(mV)
+2.2
五、地层电阻率的影响
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
地层厚,电阻率差异不大时,rsh+rsa远小于rm;当地层电 阻率增高时,rsh、rsa与rm相比不能忽略，此时ΔUSP<SSP。 地层电阻率越高， ΔUSP越低，可定性识别油、水层。 六、地层厚度的影响 地层厚度变薄，rsd增加， ΔUSP降低。 七、井径扩大和泥浆侵入的影响 rm减小， ΔUSP降低
问题: 1、井中自然电位产生的机制有哪些？ 2、以砂泥岩剖面为例，当泥浆电阻率大于地层水电阻率 时，绘制井中自然电动势及其等效电路图，并说明自然电 位测井幅值的计算公式。 3、影响自然电位曲线的七种因素有哪些？ 4、自然电位曲线有哪方面的应用？ 5、简述利用自然电位曲线计算地层水电阻率的4个步骤 6、什么是泥岩基线？
识别出渗透层后，通常可用自然电位测井曲线的半幅点 来确定渗透层界面，进而计算出渗透层厚度。
二、地层对比和研究沉积相 自然电位测井曲线常常作为单层划相、井 间对比、绘制沉积体等值图的手段之一。
S108
0 0 6 SP 100 GR 150 CAL 16 0.2 0.2 0.2 RFOC RILM RILD 20 20 20 45 CNL -15 140 AC 40 2 DEN 3
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
当岩层较厚时,ΔUsp=SSP,对 于纯砂岩,接近自然电动势的 自然电位幅值,称为静自然电 位(SSP).
第一章 自然电位测井
第十二章 评价含油性的基本方法
第十三章 测井资料计算机解释
第十四章 现代测井技术与应用
第一章 自然电位测井
自然电位---Spontaneous。是划分岩性和
研究储集层性质的基本方法之一。
1.1 自然电位的成因 一、电化学电动势
1、扩散电动势
定义扩散电动势系数
RT u v K d 2.3 F uv
石油测井的目的---识别油气层
应用测井方法可以减少钻井取心工作量，提高勘探 速度，降低勘探成本。在油田有时把测井称为矿场地球 物理勘探、油矿地球物理或地球物理测井。 地球物理测井(简称测井)是地球物理学的重要分支， 它以物理学、数学、地质学为理论基础，采用先进的电 子及传感器、计算机信息论、层析成像和数据处理等技 术，借助专门的探测仪器设备，沿钻井剖面观测岩层的 物理性质(岩石物理性质)，以研究和解决地质问题，进而 发现油气、煤、金属与非金属、放射性、地热、地下水 等矿产资源。近年来已扩展到工程地质、灾害地质、生 态环境、考古研究等应用领域。
RT K da 2.3 F
这是扩散吸附电动势的最大值。在温度为18度时，min （Kda）=-11.6mV， max（Kda）=58.0mV 。
二、 动电学电动势
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.3 自然电位曲线的影响因素
一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值 二、岩性 三、温度 四、地层水和泥浆滤液中含盐性质 五、地层电阻率 六、地层厚度 七、井径和泥浆侵入
油气藏的基础地质问题研究:
1) 利用地球物理测井信息进行地层层序划分和标定。
2) 利用测井资料进行油气藏精细地质构造以及断层研 究。
3) 以构造地质学基本理论为指导，通过构造应力分析，
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。
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？
第1章 sp测井
2018/10/11 测井方法 3
图1-1 扩散电动势产生示意图
2018/10/11 测井方法 4
扩散电动势产生的示意图如图1-1所示。扩散电动势可
由Nernst方程计算：
E
d
Cw RT n u n v 2.3 lg F Z n u Z n v C m
其中：R—克分子气体常数，8.313J/(K)；
T—绝对温度，K；
2018/10/11 测井方法 5
F—Farady常数，96520 C/equiv；
Cw、Cm—两种溶液的浓度；
U、v—— 正、负离子的迁移率，S/(m· N)
Z —正、负离子的离子价； Z 、
n
、n
—每个分子离解后形成的正离子数和负
离子数；
2018/10/11
测井方法
SP曲线位于泥岩基线的左侧；
2018/10/11 测井方法 17
2）正异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为盐水泥
浆( C < w
Cmf
)时，渗透性地层的SP
曲线位于泥岩基线的右侧。
2018/10/11
测井方法
18
5、曲线形态：
1）、曲线关于地层中点对称； 2）、厚地层（h>4d）的SP曲线幅度近似等于 地层的实际值 ，半幅点对应地层界面； 3）、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。
2018/10/11 测井方法 31
四、判断水淹层
水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。 SP测井曲线能够反映水淹层的条件及现象: 当注入水与原地层水及钻井液 的矿化度互不相同时， 与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移，如图1-9、
1-10所示。
图1-1 扩散电动势产生示意图
2018/10/11 测井方法 4
扩散电动势产生的示意图如图1-1所示。扩散电动势可
由Nernst方程计算：
E
d
Cw RT n u n v 2.3 lg F Z n u Z n v C m
其中：R—克分子气体常数，8.313J/(K)；
T—绝对温度，K；
2018/10/11 测井方法 5
F—Farady常数，96520 C/equiv；
Cw、Cm—两种溶液的浓度；
U、v—— 正、负离子的迁移率，S/(m· N)
Z —正、负离子的离子价； Z 、
n
、n
—每个分子离解后形成的正离子数和负
离子数；
2018/10/11
测井方法
SP曲线位于泥岩基线的左侧；
2018/10/11 测井方法 17
2）正异常：在砂泥岩剖面井中，当井内为盐水泥
浆( C < w
Cmf
)时，渗透性地层的SP
曲线位于泥岩基线的右侧。
2018/10/11
测井方法
18
5、曲线形态：
1）、曲线关于地层中点对称； 2）、厚地层（h>4d）的SP曲线幅度近似等于 地层的实际值 ，半幅点对应地层界面； 3）、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。
2018/10/11 测井方法 31
四、判断水淹层
水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层。 SP测井曲线能够反映水淹层的条件及现象: 当注入水与原地层水及钻井液 的矿化度互不相同时， 与水淹层相邻的泥岩层的基线出现偏移，如图1-9、
1-10所示。
地球物理测井-第一章第四节自然电位测井
SSPKlg Rmf Rw
Rmf-泥浆滤液电阻率； Rw-地层水电阻率。
过程：根据SP求出SSP，根据温度求出K，已知钻井液滤液电阻率Rmf，便可求出Rw。
第四节 SP曲线的应用
四、估算泥质含量 泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的扩散吸附电动势有直接关系，因而用自然电位曲线可以 计算泥质含量。目前用的方法是建立在大量的实验工作基础上的，常用方法是图版法和计算法：
当溶液矿化度低或中等时，可表示为：
Ea KalgC Cm wf KalgRRm wf
低浓度
高浓度
泥岩
低浓度
高浓度
Ka
Ka
Ka
9
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）
实际钻井中，泥浆的矿化度一般比地层水低，即aw大于amf。 地层中的Na+和Cl-离子要向井筒内迁移，在不同岩性的地层，有不 同的情况：
一、温度的影响 温度变化导致电动势系数变化。 Kda
二、岩性的影响 在砂泥岩剖面井中，通常以大段泥岩处的SP曲线作基线，在自然电位曲线上出现异常变化的多为砂 质岩层。当目的层为纯砂岩时，其与围岩交界处的SSP达到最大值SSPmax。当目的层含有泥质(其他 条件不变)时，SP降低，因而曲线异常的幅度也减小。此外，当剖面上有部分泥岩的阳离子交换能力 减弱时，渗透层的自然电位异常幅度也会相对降低。
在石油钻井的砂泥岩剖面中，自然电位的幅度和特点主要决定于造成自然电场的静自然电位SSP， 并且受自然电流 I 分布的影响。SSP的大小取决于岩性、地层温度、地层水和钻井液中所含离子成 分和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率之比；而自然电场中自然电流 I 的分布则决定于流经路径 中介质的电阻率及地层的厚度和井径的大小。这些因素对自然电位幅度SP及曲线形状均有影响， 但影响的主次存在差异。
Rmf-泥浆滤液电阻率； Rw-地层水电阻率。
过程：根据SP求出SSP，根据温度求出K，已知钻井液滤液电阻率Rmf，便可求出Rw。
第四节 SP曲线的应用
四、估算泥质含量 泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的扩散吸附电动势有直接关系，因而用自然电位曲线可以 计算泥质含量。目前用的方法是建立在大量的实验工作基础上的，常用方法是图版法和计算法：
当溶液矿化度低或中等时，可表示为：
Ea KalgC Cm wf KalgRRm wf
低浓度
高浓度
泥岩
低浓度
高浓度
Ka
Ka
Ka
9
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）
实际钻井中，泥浆的矿化度一般比地层水低，即aw大于amf。 地层中的Na+和Cl-离子要向井筒内迁移，在不同岩性的地层，有不 同的情况：
一、温度的影响 温度变化导致电动势系数变化。 Kda
二、岩性的影响 在砂泥岩剖面井中，通常以大段泥岩处的SP曲线作基线，在自然电位曲线上出现异常变化的多为砂 质岩层。当目的层为纯砂岩时，其与围岩交界处的SSP达到最大值SSPmax。当目的层含有泥质(其他 条件不变)时，SP降低，因而曲线异常的幅度也减小。此外，当剖面上有部分泥岩的阳离子交换能力 减弱时，渗透层的自然电位异常幅度也会相对降低。
在石油钻井的砂泥岩剖面中，自然电位的幅度和特点主要决定于造成自然电场的静自然电位SSP， 并且受自然电流 I 分布的影响。SSP的大小取决于岩性、地层温度、地层水和钻井液中所含离子成 分和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率之比；而自然电场中自然电流 I 的分布则决定于流经路径 中介质的电阻率及地层的厚度和井径的大小。这些因素对自然电位幅度SP及曲线形状均有影响， 但影响的主次存在差异。
自然电位测井
能力。
09:45 10
第一章 自然电位测井
第一节 自然电场的产生
当井壁附近地层水和泥浆滤液矿化度都较低时，且Cw>Cmf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：
09:45
第一章 自然电位测井
11
第一节 自然电场的产生
三、氧化还原电位
09:45
20
第二节 自然电位测井及曲线特征
使用自然电位曲线时应注意：自然电位曲线没有绝对零点， 是以泥岩井段的自然电位曲线幅度作基线；砂泥岩剖面中自然电 位曲线幅度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。在砂泥岩剖面中，以泥岩作为基线， Cw>Cmf 时，砂岩 层段出现自然电位负异常； Cw<Cmf 时，砂岩层段出现自然电位
09:45
第一章 自然电位测井
14
第一节 自然电场的产生
四、过滤电动势
在压力差的作用下，当溶液通过毛细管时，管的两端产生电位 差。这是由于毛细管壁吸附负离子，使溶液中正离子相对增多。正 离子在压力差的作用下，随同溶液向压力低的一端移动，因此在毛 细管两端富集不同极性的离子，形成过滤电动势。 在岩石中，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。
09:45
第一章 自然电位测井
26
第三节 自然电位测井的影响因素
五、 地层电阻率的影响
地层电阻率Rsd增加和围岩电阻率Rsh增加时，自然电流在地层 内的电位降加大，则ΔＵSP降低。泥浆电阻率Rm下降，则rm下降， ΔＵ SP下降。地层的电阻率越高则 ΔＵSP越低。可以根据自然电位 曲线的这一特点区分油水层。
第1章-1 自然电位测井-print
GaoJ-1-1
3
一、岩石孔隙水中离子的分布
1.离子双电层的形成
（1）岩石中的水分子是一种电荷不完全平衡的极性分子，对 外可显示为正、负两个极性；
H
H
O
（2）地层水中盐分子（主要是NaCl）充分离解，Na+和Cl-可 分别与极性水分子形成水合离子；
GaoJ-1-1
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；
（北京）
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM
研究生课程
油气地球物理测井工程
— 电法测井(1)
地球物理与信息工程学院测井系 2012
Gao J & Fu JW
第1章 电法测井
（Electrical Logging）
第1节 自然电位测井（Spontaneous Potential Log） 第2节 普通电阻率测井（Conventional Electric Logs） 第3节 侧向测井（Laterolog） 第4节 感应测井（Induction Log） 第5节 微电阻率及井壁电成像测井
GaoJ-1-1
15
2. 扩散吸附电动势Eda的产生
产生原因：钻井液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 （泥岩）阳离子交换 孔隙内溶液中阳离子增多 浓度小方富集正电荷，浓度大方富集负电荷 产生电动势（扩散吸附）
GaoJ-1-1
16
纯泥岩的电动势Eda
一部分阳离子紧贴岩石表面，不能移动 → 吸附层
吸附层之外阳离子，可正常移动 → 扩散层
----------
+ + + + + + + + + +
第一章__自然电位测井解析
第二节 自然电位测井及曲线特征
理论上：在砂岩层为有限厚时， ΔUsp定 义为自然电流Ｉ在井内泥浆等效电阻rm上 的电位降，即
ΔUsp=Ｉ.rm
其中，Ｉ为自然电流,可由闭合回路的欧 姆定律求得
I
SSP
rm rsd rsh
第二节 自然电位测井及曲线特征
曲线形态：
曲线关于地层中点对称； 厚地层（h>4d）的SP
Eda Kda lg Cw Cm
Kda 2.3 RT F
地层水和泥浆滤液中含盐浓度的比值
地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异，是产生扩 散电动势及扩散吸附电动势的基本原因。差异 越大，Ed和Eda越大，产生的电场越强，测井 值高。比值大于1，在渗透层段出现负异常； 比值小于1，在渗透层出现正异常。
三、自然电位测井的影响因素
岩性
随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降 低。
三、自然电位测井的影响因素
地层温度
由于Kd及Kda与绝对温度成正比，因此地层温 度的高低将会影响Kd及Kda大小，进而影响Ed 及Eda的大小。
RT Ed 2.3
nunv
lg Cw
F Z n u Z n v Cm
三、自然电位测井的影响因素
Ed Kd lg Rmf Rw
二、扩散吸附电动势产生的机理
泥浆和地层水的 矿化度不同；
井壁地层具有一 定的渗透性；
地层颗粒对不同 极性的离子具有 不同的吸附性。 泥质选择吸附负 离子。
泥岩挡板
二、扩散吸附电动势产生的机理
组成泥岩的粘土，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，这样，当Cw大 于Cmf时，对着泥岩的井眼中建立了正电位。
测井时，将测量电极N放在地面，用电缆 将M电极放置井下，提升M电极，沿井轴 测量自然电位随井深的变化曲线，即为自 然电位曲线。常称SP曲线。实际测井时 与电阻率同时测量，用电极系中的M 电极 即可。
1 自然电位测井(SP)
这三种电动势尤如 三个电池,它们通 过导体(岩石)连 学 学院 大 理 江 接,形成回路,回 物 长 球 程系 路的总电动势: 地 工
井 测
Es = K d
C1 C2 C1 lg + K da lg K da lg C mf C mf C2
1.1.3 油井中的自然电场
这三种电动势尤如三 个电池,它们通过导 体(岩石)连接,形 学院 学 大 理 江 物 系 成回路,回路的总电 长 球 程 动势: 地 工
1.1.1 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 学 学院 大 略大于地层压力), 江 物理 系 长 球 如果地层具有一定 程 地 井工 的渗透性,则泥浆 测 滤液将通过井壁渗 入地层.
1.1.1 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 学 学院 大 理 江 物表面仅带有少量 长 球 程系 的负电荷.而泥 地 井工 测 质或泥饼中固体 颗粒的表面带有 大量的负电荷).
1.1.1 动电学作用与动电学电位
动电学电位(过滤电位)的大小:
学 学院 大 理 A 物Δ P R mf 江 长 球 程系 E k =地 工 井 μ 测
1.1.1 动电学作用与动电学电位
μ 学 学院 大 理 江 物 系 其中:ΔP—泥浆柱与地层间的压力差; 长 球 程 地 井工 Rmf—泥浆滤液的电阻率; 测
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 学 学院 点对应于层界面. 大 理 江 物 系 长 球 程 地 井工 测
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 学 学院 大 极值,测井计算时 江 物理 系 长 球 常利用这一极值. 程 地 井工 测
井 测
Es = K d
C1 C2 C1 lg + K da lg K da lg C mf C mf C2
1.1.3 油井中的自然电场
这三种电动势尤如三 个电池,它们通过导 体(岩石)连接,形 学院 学 大 理 江 物 系 成回路,回路的总电 长 球 程 动势: 地 工
1.1.1 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 学 学院 大 略大于地层压力), 江 物理 系 长 球 如果地层具有一定 程 地 井工 的渗透性,则泥浆 测 滤液将通过井壁渗 入地层.
1.1.1 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 学 学院 大 理 江 物表面仅带有少量 长 球 程系 的负电荷.而泥 地 井工 测 质或泥饼中固体 颗粒的表面带有 大量的负电荷).
1.1.1 动电学作用与动电学电位
动电学电位(过滤电位)的大小:
学 学院 大 理 A 物Δ P R mf 江 长 球 程系 E k =地 工 井 μ 测
1.1.1 动电学作用与动电学电位
μ 学 学院 大 理 江 物 系 其中:ΔP—泥浆柱与地层间的压力差; 长 球 程 地 井工 Rmf—泥浆滤液的电阻率; 测
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 学 学院 点对应于层界面. 大 理 江 物 系 长 球 程 地 井工 测
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 学 学院 大 极值,测井计算时 江 物理 系 长 球 常利用这一极值. 程 地 井工 测
第1章自然电位测井(SP log)
决定于地层的岩性和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率的比值Rmf/Rmc)。
⑵ 钻井液电阻率愈低，则△uSP也愈小，因此，钻井液矿化度特别高的盐水
井，△uSP很小，很难划分地层。井径扩大，也使钻井液电阻R钻井液减小， △uSP随之减小。
⑶ 目的层和围岩的电阻率越高，使自然电流减小，△uSP随之减小；
⑷ 目的层厚度增大，即R砂岩减小，则△usp增大，反之△usp减小。
Ef=Kf(ΔP•Rmf)/μ
Kf –过滤电位系数，与溶液的成分有关； ΔP –压力差，单位为大气压；
μ –过滤溶液的粘度，厘泊；
但只有地层压力与钻井液柱压力很悬殊时，而且在钻井液未形成以前， 过滤电位才有较大的显示。由于油井的钻井液柱压力略高于地层压力，且相 差不大。而且在测井时常已形成泥饼，故过滤电位在油井中的显示一般很小， 常忽略不计。
4个方面：
1．自然电位产生的原因-基本原理 2．电位曲线形状的分析-曲线形态 3．影响自然电位异常幅度的因素-影响因素 4．自然电位曲线的应用-地质应用
测量自然电位随井深变化曲线，用于划分岩性和研究储集层性质。
一、产生原因
1、扩散电位
当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，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。
判断岩性，区分渗透层
泥岩：基线附近；
砂岩：异常幅值和正负 反映岩石渗透性好坏和 泥浆的性能；
⑵ 钻井液电阻率愈低，则△uSP也愈小，因此，钻井液矿化度特别高的盐水
井，△uSP很小，很难划分地层。井径扩大，也使钻井液电阻R钻井液减小， △uSP随之减小。
⑶ 目的层和围岩的电阻率越高，使自然电流减小，△uSP随之减小；
⑷ 目的层厚度增大，即R砂岩减小，则△usp增大，反之△usp减小。
Ef=Kf(ΔP•Rmf)/μ
Kf –过滤电位系数，与溶液的成分有关； ΔP –压力差，单位为大气压；
μ –过滤溶液的粘度，厘泊；
但只有地层压力与钻井液柱压力很悬殊时，而且在钻井液未形成以前， 过滤电位才有较大的显示。由于油井的钻井液柱压力略高于地层压力，且相 差不大。而且在测井时常已形成泥饼，故过滤电位在油井中的显示一般很小， 常忽略不计。
4个方面：
1．自然电位产生的原因-基本原理 2．电位曲线形状的分析-曲线形态 3．影响自然电位异常幅度的因素-影响因素 4．自然电位曲线的应用-地质应用
测量自然电位随井深变化曲线，用于划分岩性和研究储集层性质。
一、产生原因
1、扩散电位
当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，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。
判断岩性，区分渗透层
泥岩：基线附近；
砂岩：异常幅值和正负 反映岩石渗透性好坏和 泥浆的性能；
第一章-自然电位
杨
席状砂
间弯
水下分 流河道 河口砂坝 席状砂 河口砂坝 水下分 流河道
河口砂坝 三
角
间弯
洲
前
水下分
缘
流河道
亚
相
河口砂坝
退
三
积
角
洲
20
沉
积
体
系
水下分 流河道
河口砂坝
水下分 流河道
河口砂坝
席状砂 前三 角洲泥
井
进 积
自然电位曲线的变化与岩性有密
切关系，特别是能用明显的异常显示 出渗透层,这是非常有意义的.
薄地层的SP值不能真实低反映地层的SSP。
1、扩散吸附作用
泥质颗粒选择性地吸附溶液中的负离子,不让它通过泥质 薄膜，只让正离子通过泥质薄膜,这种作用称为吸附作用。
2021/4/9
5
2、扩散吸附电动势: 经理论计算: RT Ea =2.3 Lg(Ct/Cm) F =Ka Lg(Ct/Cm)
RT
Ka=2.3
Ka为吸附电动势系数
F
R,T,F,Ct,Cm的含义同前
基线: 在实测曲线上,泥岩井段的自 然电位曲线比较平直,解释中就以泥岩 井段的自然电位曲线值作为基线。
正负异常:解释中就以泥岩井段的自 然电位曲线值作为基线(相对零线),来 计算渗透层的自然电位异常幅值(mv),
大于基线的异常为正异常，小于基线 的异常为负异常。
2021/4/9
2
第一节 井内自然电位形成的原因 一、 扩散作用以及扩散电动势
例如 在25oC条件下,Ct/Cm=10 的NaCl溶液,则吸附电动势为: Ea=KaLg(Ct/Cm)=Ka=59.1mv
2021/4/9
第一章自然电位
• • • 确定地层水电阻率 Rw； 估算泥质含量 Vsh； 判断水淹；
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；
• • • • 确定地层水电阻率 Rw； 估算泥质含量 Vsh； 判断水淹； 研究沉积环境
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面
• 1.曲线特征及影响因素 • 1.1 异常幅度及其定量计算。
• 异常幅度、自然电位泥岩基线概念 异常幅度、
• Es=I(rs+rt+rm) • Usp=I•rm • •
=Es=Es-I(rs+rt) =Es/(I+(rs+rt)/rm)
Usp=SSP
• 含水纯砂岩处
1.2影响因素 • 4项：①总电动势，泥浆与地层水相对矿化度；
根据图版查 Rmfe/Rwe • 5.换算Rwe • 6.查图版确定Rw 查图版确定Rw
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透
层 •
泥岩：基线附近；
• 砂岩：异常幅值和正负反映 岩石渗透性好坏和泥浆的性 能； • 纯水砂岩：Usp=SSP 含油 后Usp幅值下降，因为电阻 率增大 • 碳酸岩：储集层与非储集层 岩性相同，自然电位曲线区 分不开。其幅值大小只反映 泥质含量的高低。 • 岩盐、膏岩：无渗透性，因 而自然电位无异常显示；
• （2）经验公式法 • SHP1=(SP-SBL+SSP)/SSP
• • • • SP-自然电位读值 SBL-自然电位基线值 SHP=(2c SHP1-1)/(2c-1) C-系数，对于老地层，其值为2，新地层为3
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；
• • • • 确定地层水电阻率 Rw； 估算泥质含量 Vsh； 判断水淹； 研究沉积环境
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面
• 1.曲线特征及影响因素 • 1.1 异常幅度及其定量计算。
• 异常幅度、自然电位泥岩基线概念 异常幅度、
• Es=I(rs+rt+rm) • Usp=I•rm • •
=Es=Es-I(rs+rt) =Es/(I+(rs+rt)/rm)
Usp=SSP
• 含水纯砂岩处
1.2影响因素 • 4项：①总电动势，泥浆与地层水相对矿化度；
根据图版查 Rmfe/Rwe • 5.换算Rwe • 6.查图版确定Rw 查图版确定Rw
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透
层 •
泥岩：基线附近；
• 砂岩：异常幅值和正负反映 岩石渗透性好坏和泥浆的性 能； • 纯水砂岩：Usp=SSP 含油 后Usp幅值下降，因为电阻 率增大 • 碳酸岩：储集层与非储集层 岩性相同，自然电位曲线区 分不开。其幅值大小只反映 泥质含量的高低。 • 岩盐、膏岩：无渗透性，因 而自然电位无异常显示；
• （2）经验公式法 • SHP1=(SP-SBL+SSP)/SSP
• • • • SP-自然电位读值 SBL-自然电位基线值 SHP=(2c SHP1-1)/(2c-1) C-系数，对于老地层，其值为2，新地层为3
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；
第1章-自然电位测井
N
v
井中电极M与地面电极N之间的电位差
图1-1 自然电位 测井原理
M
3
1.1 井内自然电位产生原因
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，结果产生电动势形 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。 几个基本概念 泥浆：钻井时，在井内流动的一种介质。 泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔隙内的泥浆 地层水：地层孔隙内的水 溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。 离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗透压的作用 下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液 中的现象。 自然电场：在钻开岩层时井壁附近产生的电化学活动而造成 4 的电场，它取决于井孔剖面的岩层性质
Ef K
p R mf
f
△p—压力差（atm）；Rmf—过滤溶液电阻率； μ—过滤溶液粘度（10－3Pa·s）； Kf－过滤电位系数，与溶液的成分、浓度有关
油井中的过滤电位常常被忽略不计：
1、钻井液柱压力略高于地层压力； 2、测井时泥饼已经形成；
10
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.2.1 井内自然电场的分布
曲线号码 : h / d
6种厚度不同的地层模型 自然电位测井理论曲线图
18
2、实测自然电位曲线的特征
1).比例尺：SP曲线的图头标有的线性比例尺。可 用于计算非泥岩与泥岩基线间的自然电位 差，单位：mV，左为低电位，右为高电位 2).泥岩基线：均匀、较厚的泥岩地层对应的变化 不大、稳定的自然电位曲线连线，是平行于 深度轴的直线（但也有倾斜或偏移）。 3).自然电位幅度：自然电流在井中的电位降落 4).自然电位异常幅度：在SP曲线上有异常出现的 地方，它是相对于泥岩基线的最大偏转。。 5).异常：指相对于泥岩基线而言，渗透性地层的 SP曲线的位置。 负异常：井内淡水泥浆（Cw＞Cmf）或地层水矿 化度大于钻井液滤液矿化度时，渗透性地层 的SP曲线位于泥岩基线的左侧； 正异常：Cw＜Cmf时，渗透性地层的SP曲线位 于泥岩基线的右侧；
v
井中电极M与地面电极N之间的电位差
图1-1 自然电位 测井原理
M
3
1.1 井内自然电位产生原因
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，结果产生电动势形 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。 几个基本概念 泥浆：钻井时，在井内流动的一种介质。 泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔隙内的泥浆 地层水：地层孔隙内的水 溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。 离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗透压的作用 下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液 中的现象。 自然电场：在钻开岩层时井壁附近产生的电化学活动而造成 4 的电场，它取决于井孔剖面的岩层性质
Ef K
p R mf
f
△p—压力差（atm）；Rmf—过滤溶液电阻率； μ—过滤溶液粘度（10－3Pa·s）； Kf－过滤电位系数，与溶液的成分、浓度有关
油井中的过滤电位常常被忽略不计：
1、钻井液柱压力略高于地层压力； 2、测井时泥饼已经形成；
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1.2 自然电位测井及曲线特征
1.2.1 井内自然电场的分布
曲线号码 : h / d
6种厚度不同的地层模型 自然电位测井理论曲线图
18
2、实测自然电位曲线的特征
1).比例尺：SP曲线的图头标有的线性比例尺。可 用于计算非泥岩与泥岩基线间的自然电位 差，单位：mV，左为低电位，右为高电位 2).泥岩基线：均匀、较厚的泥岩地层对应的变化 不大、稳定的自然电位曲线连线，是平行于 深度轴的直线（但也有倾斜或偏移）。 3).自然电位幅度：自然电流在井中的电位降落 4).自然电位异常幅度：在SP曲线上有异常出现的 地方，它是相对于泥岩基线的最大偏转。。 5).异常：指相对于泥岩基线而言，渗透性地层的 SP曲线的位置。 负异常：井内淡水泥浆（Cw＞Cmf）或地层水矿 化度大于钻井液滤液矿化度时，渗透性地层 的SP曲线位于泥岩基线的左侧； 正异常：Cw＜Cmf时，渗透性地层的SP曲线位 于泥岩基线的右侧；
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5、实测曲线与理论曲线相同，但由于多种因 素的影响，实测曲线不如理论曲线规则。
6、自然电位曲线没有绝对零点，一般把泥岩 作为基线使用相对值。
7、在砂泥岩剖面中，一般淡水泥浆钻进，渗 透砂岩层井段自然电位负异常，盐水泥浆钻进， 渗透层出现正异常。
第三节 自然电位影响因素
在砂泥岩剖面中， 自然电位曲线的幅度及 特点主要决定于造成自 然电场的总电动势E总及 自然电流的分布
SP=I×rm =SSP·rm/(rm+rt+rs)
电阻率越高，SP越低， 这一特点可以用自然电位 幅度的差异性分辨油水层。
6、地层厚度的影响
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
随着地层的变薄，自然电位流经地层的截面积 变小，rt增大，SP变小。
薄地层的SP值不能真实低反映地层的SSP。
高14－3
1-1 1-2 E1f2-2
3 1 2-1
3-1 E1f2-3
4
5
6 7-2
高7－3
高7－13
高11－6
2-2 3-1
3-2 4
7-1 1-1 1-2
6、判断沉积相
GR
SP
超 短 RMM RMN
RT
短期
期旋
旋回
回
GR
SP
超短 短期 期 旋RMMRMN RT 旋回 回
1800
河道间
第二节 自然电位测井及曲线特征
2、自然电位以及与静自然电位的关系
自然电流:扩散电动势和扩散吸附电 动势要通过泥浆,地层,泥岩放电,产生 电流,该电流称为自然电流
根据欧姆定律:
静自然电位：SSP=I(rs+rt+rm)
I=SSP/(rs+rt+rm)
由此可见: (a) SP与SSP成正比 ( b)SP一般小于SSP ( c)当砂岩地层电阻rt增大时, SP减小
Kd=2.3
Kd为扩散电动势系数
F U＋V
U,V分别为正负离子迁移率
R为理想气体常数 R＝8.314J/K.mol
F为法拉第常数 F＝96489C/mol T为绝对温度 T＝273＋t
例如 在18oC条件下,Ct/Cm=10 的NaCl溶液,则扩散电动势为:
Ed=KdLg(Ct/Cm)=Kd=-11.6mv
1、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响
2、岩性的影响
在砂泥岩剖面中，只有在砂质渗透性岩层出才出现自然电 位曲线异常；其它条件相同的情况下，渗透性越高，异常幅 度越大；随着砂岩中泥质含量的增加，曲线幅度降低。
自然电位: SP=I×rm
=SSP·rm/(rm+rt+rs降,即I *rm
根据这一特性可以划分岩性，区别 渗透层和非渗透层。
3、温度的影响
Kd和Kda与温度成正比。 自然电位系数K＝64.25+0.24T
4、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响
不同溶液中所含化学成分 不同，扩散电动势系数不同， 产生的Ed也不同，自然电位 异常幅度也不同。
5、地层电阻率的影响
第一节 井内自然电位形成的原因 一、 扩散作用以及扩散电动势
如图所示:用一个渗透性的半透膜把容器分为两部分,两边分 别为浓度是Ct和Cm(Ct>Cm)Nacl溶液,当我们用如图所示的装置 进行测量时,发现Vmn0, 即回路中有电流流过,这种现象如何 产生? 1、扩散现象
Cl离子迁移速度大于Na离子。
2、扩散吸附电动势: 经理论计算: RT Ea =2.3 Lg(Ct/Cm) F =Ka Lg(Ct/Cm)
RT
Ka=2.3
Ka为吸附电动势系数
F
R,T,F,Ct,Cm的含义同前
例如 在25oC条件下,Ct/Cm=10 的NaCl溶液,则吸附电动势为: Ea=KaLg(Ct/Cm)=Ka=59.1mv
值得注意的是: Ed取决于Kd和Ct/Cm二种条件缺一不可,
例如KCl,由于UkUcl (K和Cl的迁移速度几乎相等),即使Ct/Cm再 大,Kd很小,反过来如果U≠V，但Ct/Cm1,则Ed也为0。
二 、扩散吸附作用以及吸附电动势
1、扩散吸附作用
泥质颗粒选择性地吸附溶液中的负离子,不让它通过泥质 薄膜，只让正离子通过泥质薄膜,这种作用称为吸附作用。
2、扩散电动势
二种离子的扩散速度相等时,使达到动态平衡,。在动态平衡的情况下,电荷 聚集停止,形成了一稳定的电动势,显然,只要二种溶液的浓度差保持不变,在它们 的接触面形成的电动势就保持下去。由离子扩散作用产生的电动势称为扩散电 动势。经理论计算,扩散电动势如下:
Ed=Kd Lg(Ct/Cm)
R T U－V
自然电位曲线的变化与岩性有密 切关系，特别是能用明显的异常显示 出渗透层,这是非常有意义的.
基线: 在实测曲线上,泥岩井段的自 然电位曲线比较平直,解释中就以泥岩 井段的自然电位曲线值作为基线。
正负异常:解释中就以泥岩井段的自 然电位曲线值作为基线(相对零线),来 计算渗透层的自然电位异常幅值(mv), 大于基线的异常为正异常，小于基线 的异常为负异常。
7、井径扩大和泥浆侵入的影响
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
井径扩大，rm随之减小，SP减小 泥浆侵入，SP 减小，侵入越深，减小 幅度越大。
第四节 自然电位曲线的应用
判断岩性、地层对比、划分渗透层、计 算地层水电阻率、估计泥质含量、判断沉积 相、判断油水层、判断水淹层。
1、划分岩性
自然电位:
SP=I×rm
=SSP·rm/(rm+rt+rs)
自然电位的含义是:自然电 流I在泥浆柱上产生的电位降,即 I ×rm
自然电位曲线的特点：
1、曲线对称与地层中心点；
2、厚地层（h>4d）的自然电位曲线幅度值近 似等于静自然电位；
3、曲线的半幅点深度正对着地层的界面；
4、地层中点取得曲线幅度的最大值，随地层 的变薄极大值随之减小，且曲线变得平缓。
2、划分渗透层
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
3、估计泥质含量
Vsh＝1－PSP/SSP
4、确定地层水电阻率
SSP=-Klg(Rmfe/Rwe)
大体过程是这样的： 根据SP求出SSP，根据温度求出K，根据
Rmf求出Rmfe后求出Rwe，然后在根据Rwe求出 Rw
5、地层对比
决口充填 河道间 天然堤
1900
辫状河道
GR
SP
7、作为辅助手段判断油水层
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)SSP
6、自然电位曲线没有绝对零点，一般把泥岩 作为基线使用相对值。
7、在砂泥岩剖面中，一般淡水泥浆钻进，渗 透砂岩层井段自然电位负异常，盐水泥浆钻进， 渗透层出现正异常。
第三节 自然电位影响因素
在砂泥岩剖面中， 自然电位曲线的幅度及 特点主要决定于造成自 然电场的总电动势E总及 自然电流的分布
SP=I×rm =SSP·rm/(rm+rt+rs)
电阻率越高，SP越低， 这一特点可以用自然电位 幅度的差异性分辨油水层。
6、地层厚度的影响
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
随着地层的变薄，自然电位流经地层的截面积 变小，rt增大，SP变小。
薄地层的SP值不能真实低反映地层的SSP。
高14－3
1-1 1-2 E1f2-2
3 1 2-1
3-1 E1f2-3
4
5
6 7-2
高7－3
高7－13
高11－6
2-2 3-1
3-2 4
7-1 1-1 1-2
6、判断沉积相
GR
SP
超 短 RMM RMN
RT
短期
期旋
旋回
回
GR
SP
超短 短期 期 旋RMMRMN RT 旋回 回
1800
河道间
第二节 自然电位测井及曲线特征
2、自然电位以及与静自然电位的关系
自然电流:扩散电动势和扩散吸附电 动势要通过泥浆,地层,泥岩放电,产生 电流,该电流称为自然电流
根据欧姆定律:
静自然电位：SSP=I(rs+rt+rm)
I=SSP/(rs+rt+rm)
由此可见: (a) SP与SSP成正比 ( b)SP一般小于SSP ( c)当砂岩地层电阻rt增大时, SP减小
Kd=2.3
Kd为扩散电动势系数
F U＋V
U,V分别为正负离子迁移率
R为理想气体常数 R＝8.314J/K.mol
F为法拉第常数 F＝96489C/mol T为绝对温度 T＝273＋t
例如 在18oC条件下,Ct/Cm=10 的NaCl溶液,则扩散电动势为:
Ed=KdLg(Ct/Cm)=Kd=-11.6mv
1、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响
2、岩性的影响
在砂泥岩剖面中，只有在砂质渗透性岩层出才出现自然电 位曲线异常；其它条件相同的情况下，渗透性越高，异常幅 度越大；随着砂岩中泥质含量的增加，曲线幅度降低。
自然电位: SP=I×rm
=SSP·rm/(rm+rt+rs降,即I *rm
根据这一特性可以划分岩性，区别 渗透层和非渗透层。
3、温度的影响
Kd和Kda与温度成正比。 自然电位系数K＝64.25+0.24T
4、地层水和泥浆滤液中含盐性质的影响
不同溶液中所含化学成分 不同，扩散电动势系数不同， 产生的Ed也不同，自然电位 异常幅度也不同。
5、地层电阻率的影响
第一节 井内自然电位形成的原因 一、 扩散作用以及扩散电动势
如图所示:用一个渗透性的半透膜把容器分为两部分,两边分 别为浓度是Ct和Cm(Ct>Cm)Nacl溶液,当我们用如图所示的装置 进行测量时,发现Vmn0, 即回路中有电流流过,这种现象如何 产生? 1、扩散现象
Cl离子迁移速度大于Na离子。
2、扩散吸附电动势: 经理论计算: RT Ea =2.3 Lg(Ct/Cm) F =Ka Lg(Ct/Cm)
RT
Ka=2.3
Ka为吸附电动势系数
F
R,T,F,Ct,Cm的含义同前
例如 在25oC条件下,Ct/Cm=10 的NaCl溶液,则吸附电动势为: Ea=KaLg(Ct/Cm)=Ka=59.1mv
值得注意的是: Ed取决于Kd和Ct/Cm二种条件缺一不可,
例如KCl,由于UkUcl (K和Cl的迁移速度几乎相等),即使Ct/Cm再 大,Kd很小,反过来如果U≠V，但Ct/Cm1,则Ed也为0。
二 、扩散吸附作用以及吸附电动势
1、扩散吸附作用
泥质颗粒选择性地吸附溶液中的负离子,不让它通过泥质 薄膜，只让正离子通过泥质薄膜,这种作用称为吸附作用。
2、扩散电动势
二种离子的扩散速度相等时,使达到动态平衡,。在动态平衡的情况下,电荷 聚集停止,形成了一稳定的电动势,显然,只要二种溶液的浓度差保持不变,在它们 的接触面形成的电动势就保持下去。由离子扩散作用产生的电动势称为扩散电 动势。经理论计算,扩散电动势如下:
Ed=Kd Lg(Ct/Cm)
R T U－V
自然电位曲线的变化与岩性有密 切关系，特别是能用明显的异常显示 出渗透层,这是非常有意义的.
基线: 在实测曲线上,泥岩井段的自 然电位曲线比较平直,解释中就以泥岩 井段的自然电位曲线值作为基线。
正负异常:解释中就以泥岩井段的自 然电位曲线值作为基线(相对零线),来 计算渗透层的自然电位异常幅值(mv), 大于基线的异常为正异常，小于基线 的异常为负异常。
7、井径扩大和泥浆侵入的影响
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
井径扩大，rm随之减小，SP减小 泥浆侵入，SP 减小，侵入越深，减小 幅度越大。
第四节 自然电位曲线的应用
判断岩性、地层对比、划分渗透层、计 算地层水电阻率、估计泥质含量、判断沉积 相、判断油水层、判断水淹层。
1、划分岩性
自然电位:
SP=I×rm
=SSP·rm/(rm+rt+rs)
自然电位的含义是:自然电 流I在泥浆柱上产生的电位降,即 I ×rm
自然电位曲线的特点：
1、曲线对称与地层中心点；
2、厚地层（h>4d）的自然电位曲线幅度值近 似等于静自然电位；
3、曲线的半幅点深度正对着地层的界面；
4、地层中点取得曲线幅度的最大值，随地层 的变薄极大值随之减小，且曲线变得平缓。
2、划分渗透层
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)）SSP
3、估计泥质含量
Vsh＝1－PSP/SSP
4、确定地层水电阻率
SSP=-Klg(Rmfe/Rwe)
大体过程是这样的： 根据SP求出SSP，根据温度求出K，根据
Rmf求出Rmfe后求出Rwe，然后在根据Rwe求出 Rw
5、地层对比
决口充填 河道间 天然堤
1900
辫状河道
GR
SP
7、作为辅助手段判断油水层
SP=I×rm =（rm/(rm+rt+rs)SSP