地球物理測井-第一章第四節(jié)自然電位測井地球物理測井-第一章第四節(jié)自然電位測井地球物理測井-第一章第四節(jié)自然電位測井第一章自然電位測井主要內容前言第一節(jié)自然電場產生的原因第二節(jié)自然電位測井曲線SP第三節(jié)影響SP曲線的因素第四節(jié)SP曲線的應用2由于本人工作能力和接觸項目有限，希望借此機會將自己的體會與大家分享，更希望大家能提出更多更為深刻的意見!謝謝地球物理測井-第一章第四節(jié)自然電位測井地球物理測井-第一章第1第一章自然電位測井主要內容前言第一節(jié)自然電場產生的原因第二節(jié)自然電位測井曲線SP第三節(jié)影響SP曲線的因素第四節(jié)SP曲線的應用2第一章自然電位測井主要內容前言第一節(jié)自然電場產生的原因第前言■一、自然電位測井SP1928年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，井中電極與放在遠處的參考電極之間有電位差，且該電位差隨地層而變化。當?shù)貙又袥]有外加電流時，通過儀器測量井眼內自然電場中電位隨井深變化的測井方法。只能用于導電泥漿的井中。3前言■一、自然電位測井SP1928年，斯倫貝謝發(fā)現(xiàn)，前言■二、自然電場的特點SP曲線自然電場的分布和巖性有密切的關系，特別是在砂/泥巖剖面中能夠以明顯的曲線異常變化來顯示滲透性地層。因此，研究井眼內自然電場中的電位變化即可反映井眼穿過地層的特征。自然電位現(xiàn)象：（1）自然電位與巖性有關；（2）自然電位與泥漿及地層水礦化度有關；4前言■二、自然電場的特點SP曲線自然電場的分布和巖性前言■三、

自然電位測井的特點自然電位測井儲層自然電位測井具有測量方法簡單、實用價值高等特點，是劃分巖性、研究儲集層性質、求取泥質含量參數(shù)以及其它地質應用的基本方法之一。鉆井時，為了安全并且能獲取全面的測井資料，一般使泥漿柱壓力稍大于地層壓力，并且很多情況下使用淡水泥漿（泥漿的礦化度Cm<地層水的礦化度Cw）?！鏊?、礦化度的概念定義（礦化度）：溶液的鹽濃度，早期用ppm表示，意為partpermillion，即百萬分之一，相當于1kg溶液中有若干mg鹽（mg/kg）。目前按法定計量單位為mg/L。5前言■三、自然電位測井的特點自然電位測井儲層自然電前言■五、

離子遷移率（溫度18℃時幾種離子遷移率）Na＋：4.35m2/mol；Cl－：6.55m2/mol.6前言■五、離子遷移率（溫度18℃時幾種離子遷移率）第一節(jié)自然電場產生的原因由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆開巖層后，在井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸產生電化學過程，結果產生電動勢造成自然電場。在油井中的自然電場一般是由地層和泥漿間發(fā)生的電化學作用和動電學作用產生的，所產生的電動勢分別稱為電化學電動勢和動電學電動勢。電化學電動勢Ec（ElectrochemicalcomponentoftheSP）包括擴散電動勢，吸附電動勢和氧化還原電動勢；動電學電動勢Ek（ElectrokineticcomponentoftheSP）主要是過濾電動勢。7第一節(jié)自然電場產生的原因由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆8第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■1.吸附電動勢又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）泥質半滲透隔板吸附電位形成實驗泥巖隔膜產生的條件：1.泥漿和地層水礦化度不同；2.井壁地層有滲透性；3.地層顆粒對不同極性離子有不同吸附性泥巖的性質：從電位的形成來看，負離子不能移動，好像巖石具有選擇吸附性，于是把這種電位叫做吸附電位，用Ea表示。離子交換作用88第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■1.吸附9第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■1.吸附電動勢又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）也有人稱之為薄膜電位，因為泥巖好像一個離子選擇薄膜，只讓正離子通過。低濃度高濃度低濃度高濃度泥巖當溶液礦化度低或中等時，可表示為：KaKaKaKaKaKa當溶液礦化度低或中等時，可表示為：KaKaKa當溶液礦化度低或中等時，可表示為：KaKaKa當溶液礦化度低或中等時，可表示為：99第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■1.吸附10第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢

實際鉆井中，泥漿的礦化度一般比地層水低，即aw大于amf。地層中的Na+和Cl-離子要向井筒內遷移，在不同巖性的地層，有不同的情況：■1.吸附電動勢又稱泥巖薄膜電位

（MembranePotential）1、砂巖地層，Na+和Cl-同時遷移，由于Cl-

遷移快，在井筒中形成富集。2、泥巖地層，由于泥巖的陽離子交換作用，

使得Na+遷移到井筒中富集。上述作用形成的電場為吸附電位。1010第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢實際鉆第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■2.擴散電動勢又稱流體接觸電動勢

（DiffusionPotential）擴散電動勢形成示意圖兩種濃度不同的溶液，被半透膜隔開，離子在滲透壓作用下，高濃度溶液的離子將穿過半透膜向較低濃度的溶液中移動，這種現(xiàn)象叫擴散。半滲透薄膜擴散電動勢形成條件：

1.泥漿和地層水礦化度不同；2.地層有滲透性；3.離子遷移率不同。11第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■2.擴散電第一節(jié)自然電場產生的原因在滲透性砂巖中，若地層水礦化度大于泥漿濾液礦化度，則地層中的鈉離子Na＋與氯離子Cl－將向泥漿濾液中擴散。一、電化學電動勢■2.擴散電動勢又稱流體接觸電動勢

（DiffusionPotential）低濃度低濃度高濃度高濃度氯離子Cl－遷移速度比鈉離子Na＋快，濃度大的一邊正離子多。12第一節(jié)自然電場產生的原因在滲透性砂巖中，若地層水礦化度大于第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■2.擴散電動勢又稱流體接觸電動勢

（DiffusionPotential）在動態(tài)平衡的情況下，接觸面就有穩(wěn)定的擴散電動勢。當溶液礦化度低或中等時，可表示為：13第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■2.擴散電14第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■3.氧化還原電動勢當金屬與溶液接觸時，金屬會得到或者失去電子而帶電，從而與溶液一起形成電動勢。金屬礦層、煤層的自然電位形成原理石油勘探開發(fā)中不予考慮1414第一節(jié)自然電場產生的原因一、電化學電動勢■3.氧化第一節(jié)自然電場產生的原因二、動電學電動勢（又稱過濾電勢）在鉆井過程中，一般泥漿柱壓力略大于地層壓力，如果地層具有一定的滲透性，泥漿濾液將通過井壁流入地層孔道。由于巖石中存在雙電層，過濾液體中正離子較多，在壓力差的作用下，有較多的正離子隨著泥漿濾液進入地層，于是在地層內便多余正電量而帶正電，泥漿中帶負電，產生負的過濾電勢。書P4115第一節(jié)自然電場產生的原因二、動電學電動勢（又稱過濾電勢）一般可忽略KlKlKlKl第一節(jié)自然電場產生的原因16一般可忽略KlKlKlKl第一節(jié)自然電場產生的原三、油井中的自然電場－總電動勢在油井中由于動電學作用和電化學作用產生了三種電位（電動勢）：過濾電動勢：吸附電動勢：擴散電動勢：其中，Ek產生的前提條件是ΔP≠0。通常情況下，ΔP很小，所以Ek很小(可忽略)，所以油井中的自然電位主要是由擴散作用和吸附作用所產生的。注意：擴散電位和吸附電位產生的重要條件是：Cw≠Cmf。第一節(jié)自然電場產生的原因17三、油井中的自然電場－總電動勢在油井中由于動電學作用和電化18第一節(jié)自然電場產生的原因擴散電動勢與吸附電動勢之和，可表示為：三、油井中的自然電場－總電動勢書P43Kda——擴散吸附電動勢系數(shù)；對NaCl而言，Kda=70.7mV書P431818第一節(jié)自然電場產生的原因擴散電動勢與吸第二節(jié)自然電位測井曲線SP一、自然電位測井進行自然電位測井時，將電極N放在地面，電極M用電纜送至井下，沿井軸提升電極M測量自然電位隨井深的變化，所記錄的自然電位隨井深變化的曲線叫自然電位測井曲線（常稱之為SP曲線）。19第二節(jié)自然電位測井曲線SP一、自然電位測井進行自然電位測井二、關于SP曲線的幾個相關概念第二節(jié)自然電位測井曲線SP■1.自然電位的基線：Cw>CmfP45純砂巖層自然電位——SSP靜自然電位20二、關于SP曲線的幾個相關概念第二節(jié)自然電位測井曲線SP■三、SP曲線特征第二節(jié)自然電位測井曲線SP根據砂巖地層模型，上、下圍巖（泥巖）足夠厚。對不同厚度的砂巖目的層進行理論計算，得到一系列自然電位理論曲線。特點：1）曲線關于地層中點對稱，地層中點處異常值最大；2）地層越厚，SP越接近于SSP，地層厚度變小，SP下降，且曲線頂部變尖，底部變寬，SP<<SSP;3）當h>4d時，SP的半幅點對應地層的界面，因此較厚地層可用半幅點法確定地層界面，地層變薄時，不能用半幅點法分層。21三、SP曲線特征第二節(jié)自然電位測井曲線SP根據砂巖地層模型第三節(jié)影響SP曲線的因素在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電位的幅度和特點主要決定于造成自然電場的靜自然電位SSP，并且受自然電流I分布的影響。SSP的大小取決于巖性、地層溫度、地層水和鉆井液中所含離子成分和鉆井液濾液電阻率與地層水電阻率之比；而自然電場中自然電流I的分布則決定于流經路徑中介質的電阻率及地層的厚度和井徑的大小。這些因素對自然電位幅度SP及曲線形狀均有影響，但影響的主次存在差異。1．溫度的影響2.巖性的影響

3．電解質成分的影響4.地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值（Cw／Cmf）的影響5.地層厚度的影響6.地層電阻率的影響7．井徑擴大和鉆井液侵入的影響自然電流通過鉆井液電阻上的電位降22第三節(jié)影響SP曲線的因素在石油鉆井的砂泥巖剖面中，自然電第三節(jié)影響SP曲線的因素一、溫度的影響溫度變化導致電動勢系數(shù)變化。Kda二、巖性的影響在砂泥巖剖面井中，通常以大段泥巖處的SP曲線作基線，在自然電位曲線上出現(xiàn)異常變化的多為砂質巖層。當目的層為純砂巖時，其與圍巖交界處的SSP達到最大值SSPmax。當目的層含有泥質(其他條件不變)時，SP降低，因而曲線異常的幅度也減小。此外，當剖面上有部分泥巖的陽離子交換能力減弱時，滲透層的自然電位異常幅度也會相對降低。三、電解質成分的影響離子遷移率Kda23第三節(jié)影響SP曲線的因素一、溫度的影響溫度變化導致電動勢第三節(jié)影響SP曲線的因素四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度比值的影響當Cw>Cmf時，砂巖層段則出現(xiàn)自然電位負異常；當Cw<Cmf時，砂巖層段出現(xiàn)自然電位的正異常；當Cw

=Cmf時，沒有造成自然電場的電動勢產生，則沒有自然電位異常出現(xiàn)。Cw與Cmf的差別越大，造成自然電場的電動勢越大。地層水和鉆井液濾液中含鹽量的差異是造成自然電場中擴散電動勢Ed和吸附電動勢Ea的基本原因。這兩個電動勢的大小決定于Cw/Cmf值。以泥巖作垂線:24第三節(jié)影響SP曲線的因素四、地層水和鉆井液濾波中含鹽濃度第三節(jié)影響SP曲線的因素五、地層厚度的影響25第三節(jié)影響SP曲線的因素五、地層厚度的影響25第三節(jié)影響SP曲線的因素六、地層電阻率的影響rtrt26第三節(jié)影響SP曲線的因素六、地層電阻率的影響rtrt26第三節(jié)影響SP曲線的因素七、井徑擴大和鉆井液侵入的影響井徑擴大使井的橫截面積增大，泥漿電阻rm降低，自然電流在井內的電位幅度降低，Usp下降。有泥漿侵入時，地層水和泥漿濾液的接觸面向地層內推移，所產生的效果相當于井徑擴大，使Usp降低，侵入越深，Usp越低。27第三節(jié)影響SP曲線的因素七、井徑擴大和鉆井液侵入的影響井第四節(jié)SP曲線的應用

28第四節(jié)SP曲線的應用28第四節(jié)SP曲線的應用一、判斷滲透性巖層29第四節(jié)SP曲線的應用一、判斷滲透性巖層29第四節(jié)SP曲線的應用二、估算滲透性砂巖厚度層界面層界面