第一章 自然电位测井

七、 井径扩大和侵入的影响 井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低； 泥浆侵入，使得测量电极 M 与测量源之间距离增加， M 值减小
四、自然电位测井曲线地质应用
自然电位曲线主要应用于判断岩性、井间地层对比、 划分渗透层、确定地层水电阻率、计算地层泥质含 量及确定水淹层等。 一、划分渗透层 在砂泥岩剖面，自然电位测井曲线以均质泥岩段的自 然电位曲线为基线，出现异常的层段（偏离基线）均可 认为是渗透层段。在淡水泥浆井，渗透层段出现负异常， 在盐水泥浆中，渗透层段出现负异常。
三、自然电位测井曲线的影响因素
三、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。
四、地层水及泥浆滤液中含盐性质 地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含离 子不同，不同离子的离子价及迁移速度率不同，这将 影响Kd及Kda的大小.
负异常：（CW>Cmf) 淡水泥浆
正异常：（CW<Cmf）盐水泥浆
三、自然电位测井曲线的特征
a. 曲线对地层中点对称，地层 中点处异常值最大； b.厚地层（h＞4d）的自然电位 曲线幅度ΔUsp近似等于地层实 际值，曲线的半幅值点深度正 对应着地层界面，因此可用半 幅点法确定地层界面； c. 随地层厚度的变小，自然电 位曲线幅度下降，，曲线顶部 变尖，底部变宽，半幅点向围 岩方向移动。
第一节 自然电位的产生
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)。 实际测井时是与普通电阻率测井同时进行， 其测量原理电路见图，M电极是普通电阻率测井 (亦叫视电阻率测井)和自然电位测井公用的测量 电极，视电阻率测井时由供电电极供电所形成的 人工电场是低频脉动直流场，而自然电场是直流 场，这样只要在视电阻率测量道上加一个隔直元 件C，阻隔自然电位进入该道而不受干扰，同时 在自然电位测量道上加一个隔交元件L，它只允 许自然电场的直流电位信号通过，而阻断了研究 视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。使M电极 同时接收到的两个场的电位信号，互不干扰。 单独进行自然电位测井是极少的。
四、自然电位测井曲线的影响因素
一、地层水和泥浆滤液含盐浓度的比值 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，测井值越高；差异越小，Ed和Eda 越小，产生 的ຫໍສະໝຸດ Baidu场越弱，测井值越低。比值大于1 ，在渗透性层段出线 负异常；比值小于1，在渗透性层段出现正异常。 二、岩性 随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度减小。
四、自然电位测井曲线地质应用
砂 碳 酸 岩
泥
岩 剖 面
剖
面
四、自然电位测井曲线地质应用
二、确定地层泥质含量 泥质：地层中细粉砂岩和湿粘土的混合物叫泥质。 泥质含量：泥质体积占地层体积的百分比。
主要方法：图版法和公式法两种方法
图版法 1）测定泥质砂岩的泥质含量； 2）确定泥质地层的自然电位幅度； 3）对其自然电位幅度进行岩层厚度及 孔隙流体校正；
五、小结
三、自然电位曲线的影响因素 1）Cw/Cmf； 2) 溶液中的盐成分； 3）地层岩性、温度、厚度及导电性；
4）泥浆侵入深度及侵入特征
5）井眼是否扩径。 四、自然电位曲线的应用
1）划分渗透层；
2）确定地层的泥质含量； 3）计算地层水电阻率；
4）判断水淹层
5) 分析沉积环境


第一节 自然电位的产生
一、扩散电位 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： (温度18℃时几种离子运移率) C1、C2-盐类溶液的浓度 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)
4）绘制泥质含量与自然电位幅度的关系
曲线
四、自然电位测井曲线地质应用
二、确定泥质含量
公式法 根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系， 应用下式计算地层的泥质含量：
Vsh=1-PSP/SSP
其中，PSP为泥质砂岩的自然电位幅度 SSP为本区含水纯砂岩的静自然电位 三、确定地层水电阻率Rw 地层水电阻率在评价储层流体性质方面占有相当重要 的位臵。用自然电位确定Rw的依据为： SSP=Klg（Rmfe/Rwe） 其中：K=Kd – Kda ， Rmfe、Rwe为泥浆滤液及地层 水等效电阻率
第一节 自然电位的产生
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 泥浆：钻井时，在井内流动的介质。 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。 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，穿过渗透性的隔膜迁移到低浓度

Rmf· Rw-泥浆滤液和地层水电阻率
第一节 自然电位的产生
一、扩散电位
NaCl
第一节 自然电位的产生
二、扩散吸附电位


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。 因此当浓度不同的NaCl溶液扩散时，粒土颗粒吸附 Cl-离子Na+离子可以自由移动，若Cw＞Cmf，泥浆 带正电荷，泥岩带负电荷，这时形成的电动势为扩 散吸附电动势，这是由于既有扩散作用又有吸附作 用，因此称为扩散吸附电动势，用Eda表示,由下式 求得 Eda=Kdalg(Cw/Cmf) 若Cw=10Cmf，t=25℃时, Kda=-50.1;t=18℃ Kda=-58 井内自然电位势等效电路图
四、自然电位测井曲线地质应用
过程如下：
1、 确定完全含水纯地层的井自然电位SSP； 2、 确定泥浆滤液等效电阻率 Rmfe： 1）确定地层温度：t=t0 + dt×h 其中：t0：地表温度；dt：地温梯度； h：地层深度
2）.地层温度下泥浆电阻率计算 Rm=Rm18/(1+a(t18) ) a=0.021
三、自然电位测井曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩对应的自然电位 曲线。
2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水 的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数之差
3、比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺， 用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差 4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP 曲线的位臵。
2、 盐溶液中的不同离子迁移速度不同； 3、 地层中泥质颗粒对不同性质的离子具有不同的吸附性； 4、井壁地层具有一定的渗透性； 二、自然电位曲线的特点：
1、泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自然电位曲线。
2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水的纯砂岩的 自然电位读数与泥岩基线读数之差。
3、比例尺：SP曲线图头上标有的线性比例尺，用于计算非泥 岩层与泥岩基线间的自然电位差
第一章 自然电位测井
井下自然电场是由钻开岩层时井内钻井液的 矿化度与地层水矿化度不同，井壁附近出现电化 学活动产生的。自然电场的分布特点取决于井孔 剖面岩层的性质。沿井轴测量自然电位变化的测 井方法叫自然电位测井。



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 介质有关。
第一节 自然电位的产生

一、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。
△Esp=
Kdlg(Rzhu/RW)
其中：Rzhu：注入水的电阻率
统计资料表明： △Esp> 8mv 为高含水 5mv< △Esp< 8mv为中含水； △Esp < 5mv 可能为低水淹或岩性变化所致
四、自然电位测井曲线地质应用
五、沉积环境分析
五、小结
一、自然电位产生的机理
1、地层水矿化度（Cw）不同于钻井液矿化度（Cm）；
五、小结
4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP曲线的位臵。
1）负异常： 在砂泥岩剖面井中，当CW>Cmf（淡水泥浆）时， 渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的左侧；
2）正异常：在砂泥岩剖面井中，当Cw<Cmf（盐水泥浆）时， 渗透性地层的SP曲线位于泥岩基线的右侧。
5、曲线形态特征： 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 幅点对应于地层界面； 3）随地层减薄，曲线读书受围岩影响增加，幅度减低，半幅 点向围岩方向移动。
3）确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液Rmf Rmf=0.75Rm 3、 确定地层水电阻率Rw
四、自然电位测井曲线地质应用
四、自然电位测井曲线地质应用
四、判断水淹层 水淹层：含有注入水的油层，称之为水淹层
判断条件：当注入水与原地层水及钻井液的矿化度互不相 同时，与水淹层相邻的你岩层的基线出现偏移，
五、地层的导电性
地层导电性差，测量回路的电流小，在井内泥浆
三、自然电位测井曲线的特征及影响因素
柱上产生的压差小，测量值低 USP= SSP*rm/(rm+rsd+rsh） 其中：SSP-最大 静自然电位； rm- 井内泥浆的等效电阻； rsd- 砂岩等效 电阻；rsh泥岩等效电阻 六、地层厚度
地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实际值差 距加大
四、自然电位测井曲线地质应用
自然电位曲线主要应用于判断岩性、井间地层对比、 划分渗透层、确定地层水电阻率、计算地层泥质含 量及确定水淹层等。 一、划分渗透层 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；
泥岩
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。
砂岩
在回路中有 关参数为Ed、Eda
Cw>Cmf
泥岩
Es = Ed+Eda = Kd • lg(Cw/Cmf)+ Kda • lg(Cw/Cmf) = Ks•lg(Cw/Cmf) Ks=Kd+Kda Ks---总的扩散、扩散吸附电动势系数; Es-井内自然电动势