第一章自然电位测井(教案)

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1、第一章自然电位测井（2学时）在生产实践中发现，在没有人工供电的情况下，测量电极M在井内移动时，仍测量与岩性有关的电位随井深的变化曲线。由于这个电位是口然电位产生的，所以称为口然电位,用SP表示。第一节井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复朵的，对■于油井来说，主要有以下两个原因：地层水矿化度与泥浆矿化度不同，引起离子扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用；地层压力与钻井泥浆柱压力不同时，在地层的微孔隙中产生过滤作用。实践证明：油井的自然电位主要山扩散作用产纶的，只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下，过滤作用才成为较重

2、要的因素。一、扩散电位井内白然电位的产牛也是两种不同浓度的溶液相接触的产物。由于砂岩的渗透性较好,当地层水浓度C“,和泥浆滤液浓度C帧不同时（通常Cw>Cmf）并在井壁附近接触时，离子在渗透压力作用卞，高浓度溶液的离子要穿过砂岩向溶液浓度较低的地层小扩散，由于CT的迁移速率人于NaJ经过一段时间的聚集后，地层内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，见图1-E当扩散最终达到动态平衡时，在砂岩中两种不同浓度溶液的接触面上产牛占然电场，产生白然电位差。此时的电动势称为扩散电动势或扩散电位。经实验测定扩散电动势（匕）可由下式进行表示：(1

3、-1)Ed=Kdlg当溶液浓度不很大吋，溶液浓度•电阻率成反比，所以(1-2)式屮心一扩散电位系数；R吋一泥浆滤液电阻率；心一地层水电阻率.二、扩散吸附电动势（&/“）在井内泥岩表面附近，由于泥浆滤液浓度与地层水的浓度不同（Cw>Cmf）,离了在渗透压力作川下，仍然要rh高浓度溶液向低溶液浓度中扩散，rti于泥岩具冇选择吸附阴离了的能力，在粘土颗粒表面可以大量地吸附阴离了，而血+可以自由扩散，扩散结果是在泥浆滤液中富集大量正电荷，而在地层中富集了负电荷，见图1-1。这样就在泥岩表面处形成扩散吸附电位，记为£如，其表达式为：「R

4、“七7（肯）(1-3)式小：心厂扩散吸附电位系数;久一地层水浓度；C吋一泥浆滤液浓度三、过滤电位在岩石中，颗粒和颗粒Z间有很多孔隙，它们彼此连通，形成很细的孔道，称为毛细管。当泥浆柱的压力人于地层的压力时，泥浆向地层过渡，泥浆滤液通过井壁在岩石孔道屮流过。由于岩石颗粒的选择吸附性，孔道壁上吸附泥浆滤液屮的负离了仅有正离了向地层屮移动,这样在井壁附近聚集了人量负离了，图1-2过滤电位形成示意图在地层内部聚集了大量正离子，这样在地层和泥浆接触面两端形成的电位称为过滤电动势,用表示，如图1-2所示。在泥浆压力大于地层压力的条件下，渗

5、透层处，过滤电位与扩散吸附电位方向一致，其数值与地层和泥浆柱Z间的压力差及过滤溶液的电阻率成止比，与过滤溶液的粘度成反比，即：A/?•R.Ef=Kf—―也（1-4）式中：Ap—压力差，atm；K/一过滤电位系数，与溶液的成分浓度冇关；R吋一过滤溶液的电阻率，Q-m“一过滤溶液粘度，10」Pa・s。过滤电位只有当地层与泥浆柱压力羌很悬殊时,而且在泥饼形成以前，才启较人的显示。但一般钻井时要求泥浆柱压力只能稍人于地层圧力，相差不是很人，而且在测井时已形成泥饼，因此一•般井内过滤电位的作用可忽略不计。在砂泥岩剖面的井屮的H然电场主要

6、由扩散电位和扩散吸附电位组成。第二节自然电位测井曲线特征由于泥岩（或页岩层）岩性稳定，在自然电位测井曲线上显示为一条电位不变的直线,将它称为自然电位的泥岩基线；在渗透性砂岩段，自然电位曲线偏离泥岩基线，在足够厚的砂岩层中，曲线达到固定的偏转幅度，定为砂岩线。自然电位曲线的异常幅度At/sp就是地层中点的自然电位与棊线的差值。如图1-3所示，图1-3为含水纯砂岩的自然电位理论曲线。通常把井中巨厚纯水层砂岩井段的自然电位幅度近似地认为是静自然电位SSP,其值等于扩散电动势与扩散吸附电动势Z和。横坐标为自然电位与静自然电位乙比厶Us

7、p/SSP,纵坐标为地层厚度力，曲线号码为层厚与井径Z比h/do当上下围岩岩性相同时，曲线特征为:（1）当地层泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同时，自然电位曲线关于冃的地层中心对称，地层中心处异常值授大；（2）地层越厚，Up越接近SSP,地层厚度变小，Up下降，曲线顶部变尖，底部变宽卜Usp

8、实测曲线不如理论曲线规则，见图1-4。渗透性砂岩的自然电位对泥岩基线而言，可向左或向右偏移，它主要取决于地层水和泥浆溶液的相对矿化度。当cw>cmf时，砂岩层段自然电位出现负异常，当CwJ-,砂岩层段出现正异常；当Cw=CmfR>J-,不存在造成自然电场的条件，则