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1、1 1 长江大学地物学院教学课件 地球物理测井电子教案 第一章 自然电位测井 Spontaneous Potential Logging(SP) 主讲教师：宋红伟E-mail: shw98wj 第一章 自然电位测井 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟 2 2 Yangtze UniversityYangtze University 主要内容主要内容 前言 第一节 自然电场产生的原因 第二节 自然电位测井曲线SP 第三节 影响SP曲线的因素 第四节 SP曲线的应用 主要讲解自然电位测井的基本原理、曲线形态、影响因素、地质应用。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟 3 3 Yangtze Univer
2、sityYangtze University 前前 言言 一、自然电位测井SP 1928年，斯伦贝谢发现，井中电极与 放在远处的参考电极之间有电位差， 且该电位差随地层而变化。 当地层中没有外加电流时，通过仪器 测量井眼内自然电场中电位随井深变 化的测井方法。 只能由于导电泥浆的井中。 前前 言言 二、自然电场的特点 SP曲线 自然电场的分布和岩性有密切的关系，特 别是在砂/泥岩剖面中能够以明显的曲线 异常变化来显示渗透性地层。因此，研究 井眼内自然电场中的电位变化即可反映井 眼穿过地层的特征。 自然电位现象： （1）自然电位与岩性有关； （2）自然电位与泥浆及地层水矿化度有关； （3）个别井
3、中浅层砂岩与深层砂岩自然电位幅度不同，甚至有反向现象。 自然电位测井： 在一些钻井中存在着天然电场，通过测量电极在井内移动，就可以记录到 地层上电位的变化，这种测井方法即为自然电位测井。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟 5 5 Yangtze UniversityYangtze University 前前 言言 三、 自然电位测井的特点 自然电位测井 储层 自然电位测井具有测量方法简单、实用价值高等 特点，是划分岩性、研究储集层性质、求取泥质 含量参数以及其它地质应用的基本方法之一。 四、矿化度的概念 钻井时，为了安全井并获取全面的测井资料，一般使泥浆柱压力稍大于地 层压力，并且很多情况下使
4、用淡水泥浆（泥浆的矿化度CmCm， 因此地层水中离子向泥浆滤液中扩散，由于Cl比 Na移动快，所用地层水中富集Na ，泥浆中富集 Cl ，在动态平衡的情况下，接触面就有稳定的扩 散电动势。当溶液矿化度低或中等时，可表示为： 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1111Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 一、电化学电动势 2. 扩散吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential） 泥质半渗透隔板吸附电位形成实验 泥岩隔膜 u 产生的条件： 浓度不同的地层水和泥浆滤液被泥岩隔 膜分开 u 泥岩
5、的性质： 因泥岩由颗粒很细的粘土组成，粘土晶 格中价数较高的正离子被溶液中价数较 低的正离子所取代，使得粘土表面带负 电，表面带负电的粘土又以库仑力吸引 溶液中的正离子组成双电层。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1212Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 一、电化学电动势 2. 扩散吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential） p 从电位的形成来看，负离子不能移动，好 像岩石具有选择吸附性，于是把这种电位 叫做扩散吸附电位，用Eda表示。 p 也有人称之为薄膜电位，用Em表示，因
6、 为泥岩好像一个离子选择薄膜，只让正离 子通过。 p 当溶液矿化度低或中等时，可表示为： 低浓度高浓度 低浓度高浓度 泥岩 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1313Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 一、电化学电动势 实际钻实际钻 井中，泥浆浆的矿矿化度一般比地层层水低 ，即aw大于amf。地层层中的Na+和Cl-离子要向井筒 内迁移，在不同岩性的地层层，有不同的情况： 1、砂岩地层，Na+和Cl-同时迁移，由于Cl- 迁移快，在井筒中形成富集。 2、泥岩地层，由于泥岩的阳离子交换作用， 使得Na+迁移到
7、井筒中富集。 上述作用形成的电场为扩散-吸附电位。 2. 扩散吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential） 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1414Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 一、电化学电动势 2. 扩散吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential） 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1515Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 二、动电学电动势（又称过滤电势） 在钻
8、井过程中，一般泥浆柱压力略大于地层压 力，如果地层具有一定的渗透性，泥浆滤液将 通过井壁流入地层孔道。由于岩石中存在双电 层，过滤液体中正离子较多，在压力差的作用 下，有较多的正离子随着泥浆滤液进入地层， 于是在地层内便多余正电量而带正电，泥浆中 带负电，产生负的过滤电势。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1616Yangtze UniversityYangtze University 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 泥饼 测井仪器车 电缆 井下测量仪 压井液 井筒 f b fPb 二、动电学电动势（又称过滤电势） 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1717Yangtze U
9、niversityYangtze University 三、油井中的自然电场 总电动势 在油井中由于动电学作用和电化学作用产生了三种电位（电动势）： 动电学电动势： 扩散吸附电动势 ： 扩散电动势： 其中，Ek产产生的前提条件是P0 。通常情况下，P很小，所以Ek 很小(可忽略)，所以油井中的自然电电位主要是由扩扩散作用和扩扩散吸 附作用所产产生的。 注意：扩扩散电电位和扩扩散吸附电电位产产生的重要条件是：CwCmf。 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1818Yangtze UniversityYangtze University 三、油井中
10、的自然电场 总电动势 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 由于动电学作用和电化学作用，使井 眼中存在着自然电流，而且电流总是 从电位高的地方流向电位低的地方。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟1919Yangtze UniversityYangtze University 三、油井中的自然电场 总电动势 第一节第一节 自然电场产生的原因自然电场产生的原因 泥浆柱在自然电位环路 上相当于一个电阻，SP 电极在测井中穿过这个 电阻。 泥浆的矿化度越小，则 电阻越大，流过泥浆的 电流就越小，产生的静 自然电位相当于砂岩变 薄。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2020 Yangtze
11、 UniversityYangtze University 第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SPSP 一、自然电位测井 进行自然电位测井时，将电极N放在地面，电极M用电缆送至井下， 沿井轴提升电极M测量自然电位随井深的变化，所记录的自然电位 随井深变化的曲线叫自然电位测井曲线（常称之为SP曲线）。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2121Yangtze UniversityYangtze University 二、自然电位理论曲线 第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SPSP 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2222Yangtze UniversityYangtze U
12、niversity 三、关于SP曲线的几个相关概念 第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SPSP 1. 自然电位的基线： 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2323Yangtze UniversityYangtze University 三、关于SP曲线的几个相关概念 第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SPSP 2. 静自然电位： 也叫总自然电位，指回路中没有电流时地层界面上下的自然电位差 ，用SSP表示。 为了使用方便，一般取居厚纯砂岩部分的自然电位幅度为SSP值。 测井自然电位SP： 井中自然电位等效电路图如右图所示，自然电动 势通过泥浆、地层和围岩三部分导电介质放电，
13、 形成自然电流回路。自然电流强度I为 用M电极在井中测得的自然电位曲线异常幅度值SP 只是自然电流在泥浆中产生的电位 阵，即 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2424Yangtze UniversityYangtze University 四、SP曲线特征 第二节第二节 自然电位测井曲线自然电位测井曲线SPSP 根据砂岩地层模型，上、下围岩（泥岩）足够厚。对不同厚度的砂岩目 的层进行理论计算，得到一系列自然电位理论曲线。 u 特点： 1）曲线关于地层中点对称，地层中点处异 常值最大； 2）地层越厚，SP越接近于SSP，地层厚度变 小，SP下降，且曲线顶部变尖，底部变宽， SP Cmf 时，砂岩
14、层段则出现自 然电位负异常； 当Cw Cmf 时，砂岩层段出现自然 电位的正异常； 当Cw = Cmf 时，没有造成自然电场 的电动势产生，则没有自然电位异 常出现。 Cw与Cmf 的差别越大，造成自然电 场的电动势越大。 地层水和钻井液滤液中含盐量的差异是造成自然电场中扩散电动势Ed和扩散 吸附电动势Ea的基本原因。这两个电动势的大小决定于CwCmf值。以泥岩 作垂线， 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2828Yangtze UniversityYangtze University 第三节第三节 影响影响SPSP曲线的因素曲线的因素 二、岩性的影响 在砂泥岩剖面井中，通常SP曲线以大段泥岩处
15、的SP曲线作基线，在自然 电位曲线上出现异常变化的多为砂质岩层。当目的层为纯砂岩时，其与 围岩交界处的SSP达到最大值SSPmax。当目的层含有泥质(其他条件不变 )时，SP降低，因而曲线异常的幅度也减小。此外，当剖面上有部分泥岩 的阳离子交换能力减弱时，渗透层的自然电位异常幅度也会相对降低。 三、温度的影响 扩散电动势系数Kd和扩散吸附电动势系数Ka都是和绝对温度T成正比的 ，但同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，所以Kd(或Ka) 值有差别。这就导致不同埋藏深度的相同岩性的岩层的SP曲线上异常幅 度有差异。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟2929Yangtze Universi
16、tyYangtze University 第三节第三节 影响影响SPSP曲线的因素曲线的因素 四、地层水和钻井液滤波中所含电解质的性质的影响 井内钻井液滤液和地层水中所含电解质不同，则溶液中所含离子不同，不 同离子的离子价和迁移率均不同，直接影响扩散电动势系数Kd和扩散吸附 电动势系数Ka值，由此影响Ed和Ea值。 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟3030Yangtze UniversityYangtze University 第三节第三节 影响影响SPSP曲线的因素曲线的因素 五、地层电阻率的影响 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟3131Yangtze UniversityYangtze University 第三节第三节 影响影响SPSP曲线的因素曲线的因素 六、地层厚度的影响 主讲教师：宋红伟主讲教师：宋红伟3232Yangtze UniversityYangtze University 第三节第三节 影响影响SPSP曲线的因素曲线的因素 七
