第1章2 电法测井-自然电位测井

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1、1.3自然电位测井(spontaneouspotentiallog)自然电位测井的基本原理、曲线形态、影响因素、地质应用。测量自然电位随井深变化的曲线，用于划分岩性和研究储集层性质。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，它与地层的那些件质有关。一、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附电动势。②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电

2、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。一、自然电位产生的原因1.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。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

3、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：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)Rmf,Rw-泥浆滤液和地层水电阻率2.吸附电位(隔膜作用-砂岩通过泥岩与泥浆之间交换离子)一、自然电

4、位产生的原因因为泥岩结构、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=18℃Kda=-58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

5、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。一、自然电位产生的原因过滤电动势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–过

6、滤溶液的粘度，厘泊；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。一、自然电位产生的原因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Ea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+KdaKs---总的扩散、扩散吸附电动势系数;Es-井内自然电动势二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析

7、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。在回路中有关参数为Ed、Eda2、电位分布二、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析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