第一章 自然电位测井

1、 井下自然电场是由钻开岩层时井内钻井液的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。井方法叫自然电位测井。l其测井的基本方法如下：l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。l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。

2、 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泥浆：钻井时，在井内流动的介质。泥浆滤液泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔隙内的泥浆。地层水地层水：地层孔隙内的水。矿化度矿化度：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l一、扩散电位一、扩散电位l 当当两种不同浓度两种不同浓度的溶液被半透膜隔开，离子的溶液被半透膜隔开，离子在渗透压作用下，高浓度溶液

3、的离子将穿过半在渗透压作用下，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，此种散，形成的电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散有两种途径：扩散有两种途径：l 一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩一是高浓度一方通过砂岩向低浓度泥浆中扩散散;l 二是通过泥岩向泥浆中扩散。其扩散电位大二是通过泥岩向泥浆中扩散。其扩散电位大小取决于小取决于正负离子的运移率正负离子的运移率(单价离子在强度单价离子在强度为为1伏特伏特/厘米的电场作用下的移动速度厘米的电场作用下的移动速度)；温温度、压力；度、压力；两种溶液的浓度

4、差；两种溶液的浓度差；浓度、离浓度、离子类型及浓度差。子类型及浓度差。l 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)lC1、C2-盐类溶液的浓度l Ed=Kdlg(Cw/Cmf)lKd-扩散电位系数，与盐类的化学成份及温度有关。l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lCmfCw-泥浆滤液和地层水矿化度。当溶液

5、矿化度不高时，溶液浓度与电阻率成反比，即lEd=Kdlg(Cw/Cmf)=Kdlg(Rmf/Rw) lRmfRw-泥浆滤液和地层水电阻率 一、扩散电位一、扩散电位一、扩散电位一、扩散电位NaCll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CwCmf，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lEda=Kdalg(Cw/C

6、mf)l 若Cw=10Cmf，t=25时, Kda=-50.1;t=18 Kda=-58l井内自然电位势等效电路图二、扩散吸附电位二、扩散吸附电位 电流线及电位电流线及电位在井中的分布。在井中的分布。 电流流向为泥电流流向为泥岩岩泥浆泥浆砂岩砂岩泥岩。泥岩。 在回路中有在回路中有关参数为关参数为E Ed d、E Edada砂岩砂岩泥岩泥岩CwCmfEs = Ed+Eda = Kd lg(Cw/Cmf)+ Kda lg(Cw/Cmf) = Kslg(Cw/Cmf)Ks=Kd+KdaKs-总的扩散、扩散吸附电动势系数总的扩散、扩散吸附电动势系数; Es-井内自然电动势井内自然电动势泥岩泥岩 进行自

7、然电位测井时，将测量电极进行自然电位测井时，将测量电极N N放在地面，放在地面，M M电极用电缆送至井下，提升电极用电缆送至井下，提升M M电极沿井轴测量自电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线，然电位随井深的变化曲线，该曲线叫自然电位曲该曲线叫自然电位曲线（常称之为线（常称之为SPSP曲线曲线) )。 实际测井时是与普通电阻率测井同时进行，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，其测量原理电路见图，M M电极是普通电阻率测井电极是普通电阻率测井( (亦叫视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

8、的电极，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场，这样只要在视电阻率测量道上加一个隔直元件件C C，阻隔自然电位进入该道而不受干扰，同时，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在自然电位测量道上加一个隔交元件L L，它只允，它只允许自然电场的直流电位信号通过，而阻断了研究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。使视电阻率的脉动直流电场的信号干扰。使M M电极电极同时接收到的两个场的电位信号，互不干扰。同时接

9、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单独进行自然电位测井是极少的。三、自然电位测井曲线的特征三、自然电位测井曲线的特征1、泥岩基线泥岩基线：均质、巨厚的泥岩对应的自然电位：均质、巨厚的泥岩对应的自然电位曲线。曲线。2、最大静自然电位最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水：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、比例尺比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺，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用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差4、异常异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP曲线的位置。曲线的位置。 负异常：（负异常：（CWCmf) 淡水泥浆淡水泥浆 正异常：（正异常：（CW 8mv 为高含水 5mv Esp 8mv为中含水； Esp 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Cw4d）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。三、自然电位曲线的影响因素三、自然