1 自然电位测井解析
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由于Cl-比Na+的迁移率大，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，经实验证实，扩散电位Ed可由以下
公式求得（涅耳斯特方程，Nernst）
Ed=Kdlg(Cw/Cmf) Kd-扩散电位系数，与盐类的化学成 下面列举常见盐溶 液的迁移率和Kd值
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。
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
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) Rmf,Rw-
自然电位测井
Spontaneous potential logging
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
自然电位测井(SP)
1、方法特点
钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的
2、自然电位产生的原因 （2）吸附电位 （隔膜作用-砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子)
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，粘土颗粒吸附 Cl- 离子， 而Na+离子可以自由移动，若Cw＞Cmf，泥浆带正电荷，储集层与泥岩界
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（1）总电动势
结合等效电路进行分 析
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 （1）总电动势
由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势 Ed和Eda是
串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势 Es为该两电动势 的代数和
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-
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
2、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
面处带负电荷，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
Eda=Kdalg(Cw/Cmf)
若Cw=10Cmf, t=18℃ Kda=58mV。
2、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
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
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
SP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 供电形成的人工电场是低频脉动直流场，而自 然电场是直流场，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，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，从而阻断了研究 视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。
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。
2、自然电位产生的原因
（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。
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
对于石油钻井而言： 离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，
2、自然电位产生的原因 （3）过滤电位
过滤电动势Ef的大小与泥饼两边的压力差ΔP和泥浆滤液的电阻率Rmf 成正比，而与泥浆滤液的粘度μ成反比，即
Ef K f
P Fra Baidu bibliotekRmf
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 –
当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。 通常Ef只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥 浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电 动势可忽略不计。
电场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化 曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。
SP测井的基本方法为：
如图，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 地层的那些性质有关。
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，经实验证实，扩散电位Ed可由以下
公式求得（涅耳斯特方程，Nernst）
Ed=Kdlg(Cw/Cmf) Kd-扩散电位系数，与盐类的化学成 下面列举常见盐溶 液的迁移率和Kd值
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。
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
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) Rmf,Rw-
自然电位测井
Spontaneous potential logging
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
自然电位测井(SP)
1、方法特点
钻井后由于井壁附近的电化学活动性造成的
2、自然电位产生的原因 （2）吸附电位 （隔膜作用-砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子)
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，粘土颗粒吸附 Cl- 离子， 而Na+离子可以自由移动，若Cw＞Cmf，泥浆带正电荷，储集层与泥岩界
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（1）总电动势
结合等效电路进行分 析
3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 （1）总电动势
由砂岩，泥岩、泥浆所组成的导电回路中，电动势 Ed和Eda是
串联的，因此，在该回路中扩散作用的总电动势 Es为该两电动势 的代数和
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-
自然电位测井(SP)
学习内容
1、方法特点 2、自然电位产生的原因 3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析 4、自然电位测井曲线的特征及影响因素 5、自然电位测井曲线的应用
2、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
面处带负电荷，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
Eda=Kdalg(Cw/Cmf)
若Cw=10Cmf, t=18℃ Kda=58mV。
2、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
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
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
SP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 供电形成的人工电场是低频脉动直流场，而自 然电场是直流场，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，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，从而阻断了研究 视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。
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。
2、自然电位产生的原因
（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。
2、自然电位产生的原因
（1）扩散电位
对于石油钻井而言： 离子由砂岩向泥浆中直接扩散时，
2、自然电位产生的原因 （3）过滤电位
过滤电动势Ef的大小与泥饼两边的压力差ΔP和泥浆滤液的电阻率Rmf 成正比，而与泥浆滤液的粘度μ成反比，即
Ef K f
P Fra Baidu bibliotekRmf
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 –
当压差悬殊，泥饼未形成以前，过滤电位有较大的显示。 通常Ef只有在压力差很大时，才不可忽略，但一般钻井时，要求泥 浆柱压力只能稍大于地层压力，因此在实际工作中，通常都认为过滤电 动势可忽略不计。
电场叫自然电场。沿井轴测量记录自然电位变化 曲线，可以用于区别岩性和研究钻井剖面性质。
SP测井的基本方法为：
如图，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 地层的那些性质有关。