第03章 自然电位SP汇总

阻上的电位降 ：
SSP
SSP
SP Usp I rm rm rsh rsd rm 1 rsh rsd
rm
在巨厚层，砂、泥岩层的截面积远大于井眼的截面积， 故rsh<< rm、rsd<< rm，则SP≈SSP；
厚的纯水层（rsd最小），SP最大，接近SSP。
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中国石油大学（华东）张福明
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➢ 泥质岩石中，一方面仍存在正常的扩散电动势；另一方面，当粘 土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边 （Cw），粘土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，这些阳离 子通过与双电层表面的阳离子交换而向低浓度溶液一方移动，低 浓度溶液（Cm）一方的阳离子将不断增多而带正电 ，另一方 （Cw）则带负电，此电动势与扩散电动势极性相反。这样共同形 成扩散吸附电动势。
Kd
lg
Cw Cmf
K da
lg
Cw Cmf
K lg Cw Cmf
K lg Rmf Rw
(Kd
Kda ) lg
Cw Cmf
【注意：K为负值(Kd－Kda)，如18℃时纯砂岩处，K＝－69.6mV。】
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➢ 井内自然电动势形成之后，与周围的导电介质就构成了电流流动的 闭合回路。在岩层中心的上下有两个这样的闭合回路，均由扩散电 动势Ed、扩散吸附电动势Eda以及井孔泥浆柱、砂岩和泥岩这几部 分的等效电阻rm、rt和rs组成。
➢ 该回路的总电动势（静自然电动势SSP）为该两电动势的代数和：
SSP Ed Eda
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。
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
➢ 泥质就象一种只许带正点荷的Na＋通过，而不允许Cl－通过的离子 选择薄膜一样，有时称为选择吸附作用。
Eda
K da
lg Cw Cmf
K da
lg
Rmf Rw
（纯泥岩v＝0，故
K max da
2.3
RT F
）
18℃时，Kda上限为 58.0mV，下限为－
11.6mV。
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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。
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特别说明：
自然电位测井测量的 是电位的相对值，因此 在曲线图上，只表示出 数值的相对高低，而无 绝对的零线。
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3. 井内总的自然电动势
（1）井壁附近电荷分布
实际地层水和泥浆滤液中的主要盐类常 为NaCl，且地层水的矿化度比泥浆滤液 高(淡水泥浆)。因此，夹于泥岩中的砂岩 层被充满泥浆的井孔穿过时，地层水与泥 浆之间的扩散结果是：
➢ 砂岩与泥浆直接接触处产生扩散电动势， 井孔一方为负，岩层一方为正；
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在NaCl溶液中，扩散电动势Ed表达式为：
Ed
2.3
RT F
uv uv
lg Cw Cm
Kd
lg Cw Cm
Kd
lg
Cw Cmf
Kd
lg
Rmf Rw
温度为18℃时，Kd＝－11.6mV。
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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
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2. 曲线测量
将一个电极M放入井中，另一个电极N放在地面上接地，测量M电极 相对于N电极之间的电位差，便可进行自然电位测井；实际测井中 常在普通视电阻率测井时带测SP。
自然电位测得的是相对电位值，即不同深度上的自然电位与地面上 某点的固定电位值之差。
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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。
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）
➢ 砂岩中地层水通过泥岩向井中扩散，产 生扩散吸附电动势，井孔一方为正，岩层 一方为负。
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等效电路示意图（假设淡水泥浆Cw>Cm）
+
泥岩+
-
砂岩
-
Ed
-
+
+
泥岩
+
Eda
+
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（2） 井内总自然电位（SSP）