地球物理测井

a
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1.1.2.1 扩散作用与扩散电位
Ed KdlgC Cm wfKdlgRRm wf
式中 Cw、Cmf—地层水和泥浆滤液的浓 度；
Rw、Rmf—地层水和泥浆滤液的电 阻率。
a
18
1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位
当两种 不同浓度的 液体相接触， 离子从浓度 高的一侧向 浓度低的地 方扩散
• 泥浆滤液通过孔道进入
地层时，带走正电荷
(阳离子)，在地层一侧
形成正电荷的富集，而
井眼中的正电荷填补被
带走正电荷所形成的空
缺,这样井眼中就有了
过剩的负电荷，从而产
生了过滤电位（动电学
电位）。
a
10
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
a
11
3.1.1 动电学作用与动电学电位
rm
• 地层水和泥浆滤 液中的含盐浓度 及盐的类型
⑴ 矿化度不同时， Cw/Cmf不同；
⑵ 盐的类型不同时， K值不同。
a
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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
C mf ri rt rsh
rm
• 温度的影响：
⑴ 温度的变化引起 K值的变化，
⑵ 温度对电阻率的 影响明显。
a
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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
C mf ri rt rsh
rm
• 地层厚度的影响 r=R×L/S S=h×井眼的周长
• 动电学作用通常 也称为过滤作用, 这里的过滤作用 指的是泥浆中的 正、负离子有选 择性地通过某一 介质(地层) 。具 有解释如下：
a
6
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。
rm
• 岩性的影响：
⑴ K与泥质的类型、 泥质含量及分布 形式有关。
⑵ r=f(R)，不同的 岩性,R不同，其
电阻ri、rt、rsh等 都将受到影响。
a
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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
C mf ri rt rsh
a
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1.2 自然电位测井曲线
• 自然电位曲线的 纵坐标为深度坐 标，其单位有公 制和英制两种。
• 横坐标为自然电 位的变化情况。
a
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1.2 自然电位测井曲线
量值的读取分 两种情况：
• 第一种采取的绝对 刻度时，用读绝对 值的方法进行。
• 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 。
3 自然电位测井（SP）
a
1
3 自然电位测井（SP）
a
2
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。
a
3
3 自然电位测井（SP）
Ea1
Ka
lg
C1 Cmf
a
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1.1.3 油井中的自然电场
• 在砂岩和泥岩的接触面 上，由于扩散吸附作用， 产生的扩散吸附电动势 Ea2为：
Ea2
Ka
lg
C1 C2
a
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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，形成回路，回 路的总电动势：
E sK dlg C C m 2 f K alg C C m 1 f K alg C C 1 2
• 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 。
a
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1.1.3 油井中的自然电场
• 在砂岩处，由于扩散作 用产生扩散电动势Ed为：
Ed
Kd
lg C2 Cm f
a
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1.1.3 油井中的自然电场
• 在泥岩，由于扩散吸附 作用产生扩散吸附电动 势Ea1为：
U SP I rm
U SP
rm
ES ri rt rsh
rm
K lg C w
U SP
rm
C mf ri rt rsh
rm
a
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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
C mf ri rt rsh
a
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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。
a
42
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。
a
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1.3 自然电位测井的影响因素
a
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1.3.1 渗透层处自然电位曲线的异常幅度
其特点与砂泥岩剖面的相同。
a
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1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置
• 对于膏岩剖面：
⑴ 石膏、硬石膏、岩盐等为不含自 由水的致密层，故不产生自然电位
⑵ 泥浆在循环的过程中，溶解盐层， 使于可高能使CCmwf从是泥很而即浆快不使成升产产 为高生生 良，自自 导一然然 体方电电 ，面位位 自可，， 然能另也电使一因位Cm方异Cf接m面很常近 幅度很小。
散电位。
a
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3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
Ed
Kd
log aw amf
式中 K d ——扩散电位系数，主要取决于溶液的
离子成分、溶液的温度；
a w ——地层水的电化学活度，与地层水的含盐
浓度 C w、盐的类型和温度有关， aw fCw ，f 为 活度系数。
a mf ——泥浆滤液的电化学活度， amf fCmf
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)
a
12
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。
所以，膏盐剖面中即使有砂泥岩
交互层存在，也不会有明显的自然电
位异常存在。
a
a
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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
C mf ri rt rsh
rm
• 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
a
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1.3.1 自然电位测井的影响因素
Ek
AP Rmf
Ed KdlgC Cm wfKdlgRRm wf
Ea KalgC Cmwfa KalgRRmwf
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1.1.3 油井中的自然电场
Ek
AP Rmf
Ed KdlgC Cm wfKdlgRRm wf
Ea KalgCCmwfKalgRRmwf
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扩散吸附作用
a
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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。
a
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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。
测井值比较稳定的条件：
⑴泥岩的性质基本相同；
⑵地层水的性质基本相同。
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a
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1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位
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。
a
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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。
任一种条件得不到满足时, 就会引起自然电位曲线的基 线偏移
a
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1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 基线偏移的示例
a
40
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 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。
a
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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 成回路，回路的总电 动势：
Es (Kd Ka)lgCCm2f
a
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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 成回路，回路的总电 动势：
Es
K lg
C2 Cmf
a
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1.1.3 油井中的自然电场
• 在该电动势作用下，就产生了自然电 流，界面处的电流密度最大。
a
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1.2 自然电位测井曲线
• 由于动电学作 用和电化学作 用，使井眼中 存在着自然电 流，而且电流 总是从电位高 的地方流向电 位低的地方。
a
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1.2 自然电位测井曲线
当测量电极 在井中移动时， 就可测得井中各 点的自然电位值， 即自然电位曲线。
• 厚层的半幅点对应于层界面
a
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1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置
对于碳酸盐岩剖面： ⑴纯碳酸盐岩剖面：
①各种致密的的碳酸盐岩因无离子扩 散所以不产生电位；
②致密层中所夹的渗透层，虽然产生 了扩散电位和扩散吸附电位，但在与致 密层的分界处不能构成自然电流的回路， 只能在井内上下扩散。
所以纯地层碳酸盐岩剖面的SP曲线基 本上是一条直线，即无法辨别渗透层。 ⑵泥岩中夹的孔隙性碳酸盐岩：
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。
a
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3.1 自然电位的成因
研究结果表明: 油井中的自然电位是
自然电场的作用而产生的, 而自然电场一般是由地层 与井眼流体之间发生的电 化学作用和动电学作用而 产生的 。
a
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3.1.1 动电学作用与动电学电位
a
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1.1.2.2 扩散吸附作用与扩散吸附电位
Ea KalgC Cm wfKalgRRm wf
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
及化学成分，也和溶液的化学成分、
温度、浓度比等因素有关。
a
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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）：
所产生的。
a
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1.1.3 油井中的自然电场
Ek
AP Rmf
Ed KdlgC Cm wfKdlgRRm wf
Ea KalgCCmwfKalgRRmwf
注意：扩散电位和扩散吸附电位产生的
重要条件是：Cw≠Cmf。
a
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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，
a
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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)。
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3.1.1 动电学作用与动电学电位
• 当岩石中的固体 颗粒被地层水润 湿时，就形成双 电层。
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3.1.1 动电学作用与动电学电位
由于以上因素的影响,通常有：
ΔUsp≤ Es
测井习惯上把Es叫静电自然 电位记作SSP（即SSP=Es）；
ΔUsp为自然电位异常幅度 （或假自然电位）记作PSP（即 PSP=ΔUsp）。
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1.4 自然电位测井曲线的应用
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1.4.1 划分渗透层并确定渗透层界面的位置
• 在砂泥岩剖面中渗透层通常 有自然电曲线异常现象: 曲线为Cw>负Cm异f时常，；渗透层的SP 曲线为Cw<正Cm异f时常，；渗透层的SP C析mf资,对料至某及于一钻Cw地是井区大的可于泥通还浆过是资水小料分于确 认。事实上,根据泥岩基线 这一点已很容易判断,
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3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
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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。
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3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 在扩散过程中，正、负离子迁移率（速度）不同， 通常是负离子快，这样在某一时刻通过同一截面 的正离子数与负离子数不同，结果是浓度低的一 侧形成了负离子（电荷）的富集，而浓度高的一 侧形成了正离子（电荷）的富集，从而产生了扩