自然电位测井

1、2021-2-18地球物理测井方法与原理1 /511 自然电位测井SP1.1 井内自然电位产生的原因1.2 自然电位测井曲线的形状1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素1.4 自然电位曲线的应用2021-2-18地球物理测井方法与原理2 /511.1 井内自然电位产生的原因 电化学测井包括天然电化学测井和人工电化学测井两类。天然电化学测井分为自然电位测井和电极电位测井，而激发极化测井属于人工电化学测井。本章只讲述自然电位测井方法的原理、根本理论及资料解释的方法。2021-2-18地球物理测井方法与原理3 /511.1 井内自然电位产生的原因自然电位测井原理电路 斯仑贝谢1928年发现了这样的

2、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。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2021-2-18地球物理测井方法与原理4 /511.1 井内自然电位产生的原因 研究说明：对于油井来说，主要有两个原因，1地层水含盐浓度和泥浆含盐浓度不同，引起离子的扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用；2地层压力与泥浆柱压力不同时，在地层孔隙中产生过滤作用。2021-2-18地球物理测井方法与原理5 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.1 扩散电位 当具有

3、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。 2021-2-18地球物理测井方法与原理6 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.1 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，从而产生了扩散电位。 2021-2-18地球物理测井方法与原理7 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.1 扩散电位扩散电位系数，主要取决于溶液的离子成分、溶液的温度2021-2-18地球物理测井方法与原理

4、8 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.2 扩散吸附电位 扩散时，如果地层的固体颗粒泥质的外表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。 粘土晶体的置换和破健作用2021-2-18地球物理测井方法与原理9 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.2 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。 2021-2-18地球物理测井方法与原理10 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.2 扩散吸附电位扩散吸附电位系数，它的大小和

5、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。 2021-2-18地球物理测井方法与原理11 /511.1 井内自然电位产生的原因1.1.3 过滤电位 在岩石中，颗粒与颗粒之间有很多孔隙，它们彼此连通，形成很细的孔道，类似毛细管。当泥浆柱的压力大于地层的压力时，泥浆向地层过滤，泥浆滤液通过井壁在岩石孔道中流过。由于岩石颗粒的选择吸附性，孔道壁上吸附泥浆滤液中的负离子，仅正离子随着泥浆滤液向地层中移动，这样在井壁附近聚集大量负离子，在地层内部富集大量正离子，其地层和泥浆接触面两端形成的电位称为过滤电位。2021-2-18地球物理测井方法与原理12 /511.

6、1 井内自然电位产生的原因1.1.3 过滤电位 其中P泥浆柱与地层间的压力差； Rmf泥浆滤液的电阻率； 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) 。压差大，泥饼未形成2021-2-18地球物理测井方法与原理13 /511 自然电位测井SP1.1 井内自然电位产生的原因1.2 自然电位测井曲线的形状1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素1.4 自然电位曲线的应用2021-2-18地球物理测井方法与原理14 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.1 井中总自然电动势假设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

7、矿化度为Cmf，设 C1 C2 Cmf，那么由扩散作用和扩散吸附作用所产生的电位如下图 。 2021-2-18地球物理测井方法与原理15 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.1 井中总自然电动势 在砂岩处，由于扩散作用产生扩散电动势Ed为： 2021-2-18地球物理测井方法与原理16 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.1 井中总自然电动势 在泥岩，由于扩散吸附作用产生扩散吸附电动势Ea1为：2021-2-18地球物理测井方法与原理17 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.1 井中总自然电动势 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： 2021-2

8、-1818 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.1 井中总自然电动势 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： 2021-2-1819 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.2 自然电位曲线 回路总电动势等于扩散电动势和吸附电动势之和，它相当于回路中没有电流时井中地层上下界面的自然电位差，习惯称为静自然电位，SSP表示。 静自然电位曲线是无法测定的，因为地层和泥浆都具有导电性。2021-2-1820 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.2 自然电位曲线 实际上，在井中电流从泥岩流向砂岩，电位值沿电流方向降低，界面处全部电流都在井中，电流线最密，电位变

9、化最大，反映井中自然电位变化的自然电位曲线如图b。2021-2-1821 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.2 自然电位曲线 显然，在砂岩处，自然电位曲线的异常幅度Usp小于静自然电位曲线的异常幅度SSP。2021-2-1822 /511.2 自然电位曲线的形状1.2.2 自然电位曲线 SP是Spontaneous Potential的简称。 单位：mv；淡水泥浆， 砂岩处自然电位负异常。2021-2-18地球物理测井方法与原理23 /511 自然电位测井SP1.1 井内自然电位产生的原因1.2 自然电位测井曲线的形状1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素1.4 自然电位曲线的应用20

10、21-2-1824 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻2021-2-1825 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻1、岩性的影响K与泥质的类型、泥质含量及分布形式有关。r=f(R)，不同的岩性,R不同，其电阻ri、rt等都将受到影响。2021-2-1826 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻2、地层水和泥浆滤液中的含盐浓度及盐的类型矿化度不同时，Cw/Cmf 不同；盐的类型不同时，K值 不同。2021-2-1827 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻3、

11、温度的影响温度的变化引起K 值的变化， 温度对电阻率的影 响明显。 2021-2-1828 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻4、地层厚度的影响 r=RL/SS=h井眼的周长2021-2-1829 /511.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素泥浆电阻围岩电阻地层电阻5、井径和侵入影响rm=RmL/SL=di/22021-2-18地球物理测井方法与原理30 /511 自然电位测井SP1.1 井内自然电位产生的原因1.2 自然电位测井曲线的形状1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素1.4 自然电位曲线的应用2021-2-1831 /511.4 自然电位曲线的

12、应用1、划分渗透层并确定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: CwCmf时，渗透层的SP曲线为负异常； CwCmf时，渗透层的SP曲线为正异常；厚层的半幅点对应于层界面 2021-2-1832 /511.4 自然电位曲线的应用2、求取地层水电阻率Rw 首先根据SP求SSP,然后根据温度求出K，根据Rmf求出Rmfe,最后根据Rwe求解Rw。2021-2-1833 /511.4 自然电位曲线的应用2、求取地层水电阻率RwSSP求取 首先在井内找出纯含水砂岩层，并在SP曲线上读出该层的自然电位幅度Usp。 如果含水砂岩层厚度较大，无侵入，而且RtRmRs,可直接用该水层的自然

13、电位幅度值作为SSP。 如果水层厚度不大，那么必须对该层的Usp进行厚度、电阻率和侵入情况的校正，把Usp换算成SSP。2021-2-1834 /51SSP求取h/dRs/RmUsp/SSPRt/RmRxo/RmRxo/Rtdi/d2021-2-1835 /511.4 自然电位曲线的应用2、求取地层水电阻率Rw确定KKTT为地层温度，2021-2-1836 /512、求取地层水电阻率Rw确定Rmfe地层温度下的Rm Rm2为地层温度下的泥浆电阻率；Rm1为地面温度下的泥浆电阻率；T1为地面温度；T2为井下温度。确定地层温度下的泥浆滤液电阻率Rmf泥浆（g/cm3)1.21.321.441.561.681.922.16C0.8470.7080.5840.4880.4120.3800.3502021