《測(cè)井解釋與生產(chǎn)測(cè)井》第4講自然電位測(cè)井張?jiān)兄袊?guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院.主要內(nèi)容1.自然電位的概念2.自然電場(chǎng)的產(chǎn)生3.自然電位測(cè)井4.自然電位曲線的應(yīng)用

教材第1章：第1節(jié)，第2節(jié)，第4節(jié).1.自然電位的概念電動(dòng)勢(shì)：是一個(gè)表征電源特征的物理量。定義為把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時(shí)，非靜電力所作的功。單位：福特，V。電位：又稱電勢(shì)，是指單位電荷在靜電場(chǎng)中的某一點(diǎn)所具有的電勢(shì)能，大小取決于電勢(shì)零點(diǎn)的選取，其數(shù)值只具有相對(duì)的意義（電勢(shì)差，電位差）。單位：福特，V。.1.自然電位的概念電動(dòng)勢(shì)：表示非靜電力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功。電位（電勢(shì)差）：表示靜電力把單位正電荷從電場(chǎng)中的某一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。.1.自然電位的概念在化學(xué)電池中，非靜電力是一種與離子溶解和沉積過程相聯(lián)系的化學(xué)作用。

非靜電力是指除靜電力外能對(duì)電荷流動(dòng)起作用的力。非靜電力有不同的來源。

溫差電源中，非靜電力是一種與溫度差和電子濃度差相聯(lián)系的擴(kuò)散作用；一般發(fā)電機(jī)中，非靜電力起源于磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，即洛倫茲力。

.1.自然電位的概念電法測(cè)井的一種。也叫SPLog（源自SpontaneousPotentialLog）自然電位測(cè)井SP的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行電阻率測(cè)井時(shí)，目的層測(cè)量結(jié)束、在斷電情況下，發(fā)現(xiàn)記錄儀仍然顯示，井下有電位的變化。測(cè)量井下巖層的電阻率，一般須人為供電。電阻率測(cè)井根據(jù)自然電位曲線研究井內(nèi)地質(zhì)剖面的方法－自然電位測(cè)井（SP，單位：mV）。.2.自然電場(chǎng)的產(chǎn)生自然電場(chǎng)形成鉆井過程中，在井中由于泥漿和地層水的含鹽量（礦化度，電阻率）不同，地層壓力和泥漿柱壓力不同，在井壁附近產(chǎn)生電化學(xué)過程，結(jié)果產(chǎn)生自然電動(dòng)勢(shì)，形成自然電場(chǎng)。.2.自然電場(chǎng)的產(chǎn)生自然電動(dòng)勢(shì)擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)（Ed）過濾電動(dòng)勢(shì)（E）擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)（Eda）.擴(kuò)散現(xiàn)象擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed低濃度→氯離子富集高濃度→鈉離子富集接觸面正負(fù)離子遷移速度相同時(shí)→電荷富集停止→離子還在繼續(xù)擴(kuò)散→動(dòng)平衡動(dòng)平衡時(shí)，電動(dòng)勢(shì)保持一定值——擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed受滲透壓力作用，高濃度→低濃度氯離子遷移率>鈉離子遷移率CwCm滲透性隔板實(shí)驗(yàn).在一定條件下（C<20000PPM），溶液電阻率與其濃度成反比：C=1/RKd——擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)系數(shù)對(duì)于NaCl溶液，在18°C時(shí)，Kd＝-11.6mV

Ed的表達(dá)式.將滲透性隔板換成泥巖濃度大的一方富集負(fù)電荷，濃度小的一方富集正電荷泥巖的特殊性質(zhì)造成泥巖顆粒由含硅或鋁的晶體組成。由于晶格中的硅或鋁離子被低價(jià)（鈉）離子所取代，泥巖顆粒表面帶負(fù)電。為達(dá)到平衡，必須吸附正離子——平衡離子實(shí)驗(yàn)CwCm擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì).平衡離子的多少用Qv表示Qv稱為泥質(zhì)的陽(yáng)離子交換能力——每單位孔隙空間中平衡離子的克當(dāng)量數(shù)。陽(yáng)離子交換的結(jié)果：泥巖（粘土）表面吸附陽(yáng)（正）離子。所以泥質(zhì)（粘土）的表面存在偶電層，里層為負(fù)，外層為正，這樣當(dāng)負(fù)離子穿過時(shí)就會(huì)被吸附，而只有正離子通過。.CwCm擴(kuò)散、吸附的結(jié)果→使?jié)舛鹊偷囊环綆д?，而使?jié)舛雀叩囊环綆ж?fù)電——該過程產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda，也叫薄膜電勢(shì)（因?yàn)槟鄮r選擇性地讓正離子通過）。正離子－擴(kuò)散負(fù)離子－吸附.擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda表達(dá)式

Kda——擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù)對(duì)于NaCL,在18°C時(shí)，Kdamax＝58mV

在一般情況下Kda在－11.6mV(純砂巖，Qv＝0）到58mV（純泥巖，Qv→∞）之間變化。

.過濾電動(dòng)勢(shì)E鉆井過程中，泥漿柱壓力一般大于地層壓力。在壓力差作用下，泥漿濾液滲入地層。在巖石孔隙中的濾液帶有相當(dāng)多的正離子向壓力低的地層一方移動(dòng)聚集，而壓力大的一端聚集較多的負(fù)離子，產(chǎn)生電位差——即過濾電動(dòng)勢(shì)。E主要取決于壓差ΔP，通常忽略不計(jì)。.3.自然電位測(cè)井自然電位測(cè)井時(shí)，測(cè)量電極N放在地面，M電極用電纜放至井下，提升M電極沿井軸測(cè)量自然電位隨井深變化曲線。自然電位測(cè)井通常與電阻率測(cè)井同時(shí)進(jìn)行。.3.自然電位測(cè)井泥巖砂巖泥巖Cw>Cmf在井內(nèi)純砂巖井段所測(cè)量的自然電位——即是擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed造成的。在井內(nèi)純泥巖井段所測(cè)量的自然電位——即是擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda造成的。在井內(nèi)砂巖和泥巖接觸面附近的自然電位為Ed與Eda的疊加。.3.自然電位測(cè)井泥巖砂巖泥巖Cw>Cmf純砂巖井段擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed的幅度稱為砂巖線。純泥巖井段擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda的幅度為泥巖線。實(shí)際測(cè)井中以泥巖線作為自然電位測(cè)井曲線的基線（零線）。.靜自然電位在相當(dāng)厚的砂巖和泥巖接觸面處的自然電位幅度基本上是產(chǎn)生自然電場(chǎng)的總電動(dòng)勢(shì)SSP，也稱靜自然電位。SSP=Ed－Eda

.靜自然電位在18C時(shí)，純砂巖，K=69.6mV。實(shí)測(cè)曲線通常以泥巖為基線，巨厚純砂巖的自然電位幅度就是靜自然電位。SSP變化范圍：＋50mV(淡水巖層)～－200mV(高礦化度鹽水層）。.自然電位曲線的變化與巖性有密切關(guān)系，在滲透層有明顯異常。自然電位測(cè)井曲線一般以泥巖井段的曲線作為基線（相對(duì)零線）來計(jì)算滲透層井段自然電位異常幅度（mV）。異常偏向負(fù)方向—叫負(fù)異常；相反—叫正異常負(fù)異常與正異常砂巖泥巖.

自然電位異常幅度ΔUsp的讀數(shù)是基線到曲線極大值之間的寬度（毫伏：mV）。砂巖厚度有限時(shí)，自然電位異常幅度ΔUsp并不等于SSP。薄層→ΔUsp比SSP小得多。地層愈厚，ΔUsp愈接近SSP。.4.自然電位測(cè)井曲線的應(yīng)用自然電位曲線判斷水淹層判斷滲透層估算泥質(zhì)含量確定地層水電阻率.以泥巖為基線當(dāng)Cw>Cmf時(shí)（淡水泥漿鉆井），砂巖段出現(xiàn)自然電位負(fù)異常；當(dāng)Cw<Cmf（鹽水泥漿鉆井）時(shí)，砂巖段出現(xiàn)自然電位正異常；當(dāng)Cw＝Cmf時(shí)，不產(chǎn)生自然電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)，自然電位沒有異常。劃分滲透性地層的依據(jù).泥質(zhì)含量增加，負(fù)異常幅度變低。滲透層（砂巖）越純，負(fù)異常越大。Rw<Rmf時(shí)，以泥巖為基線，滲透層會(huì)出現(xiàn)負(fù)異常。砂泥巖剖面中.SP泥巖泥巖水層油層△Usp水△Usp油△Usp水>△Usp油.確定滲透層界面——半幅點(diǎn)法條件：h>4d，d為井徑△

Uspha△

Usp/2bPHbHah=Hb-Ha.圖中CE連線=砂巖厚度厚層薄層圖中CE連線>砂巖厚度.泥質(zhì)一般把泥質(zhì)砂巖中的細(xì)粉砂和濕粘土的混合物叫做泥質(zhì)。分散泥質(zhì)泥質(zhì)分散在砂巖顆粒間孔隙的表面層狀泥質(zhì)泥質(zhì)在砂巖中呈條帶狀結(jié)構(gòu)泥質(zhì)泥質(zhì)顆粒代替了某些砂巖顆粒的位置估算泥質(zhì)含量.泥質(zhì)的含量及其存在狀態(tài)對(duì)砂巖產(chǎn)生的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)有直接影響→可以用自然電位曲線估算泥質(zhì)含量。估算泥質(zhì)含量方法計(jì)算法（間接法）圖版法（直接法）.圖版法（直接法）把某地區(qū)各種含泥質(zhì)的砂巖經(jīng)取樣測(cè)定，直接建立自然電位幅度ΔUsp(和相對(duì)自然電位Tsp）與泥質(zhì)含量Vsh（Qsh）的相關(guān)關(guān)系SPmax——本地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層（一般純砂巖）的自然電位幅度.間接法經(jīng)驗(yàn)公式PSP——泥質(zhì)砂巖的自然