自然电位测井技术
第二章 自然电位测井Spontaneous Potential Logging 引入:自然电位现象和自 N 然电位测井 在早期的电阻率测井过程 中，常常发现供电电极不供 电时，仍然可在井内测量到 电位的变化。 这个电位是自然存在的吗, 自然电位测井示意图M第一节 井内自然电位形成的原因一、 扩散作用以及扩散电动势 如图所示:用一个渗透性的半透膜把容器分为两部分，两边分别是浓度为Ct和CmCtCmNacl溶液，当我们用这个装置进行测量时，发现Vmn0 即回路中有电流流过，这种现象如何产生1、扩散现象对于NaCl溶液来说，在两种浓度的溶液之间由半透膜隔开，则在高浓度一侧，由于Cl-比Na的运移速率大，因此聚集多余的正电荷，而在低浓度一侧聚集负电荷。离子量移动到一定程度，形成动态平衡，这种现象叫扩散现象。 2、扩散电动势 两种离子的扩散速度相等时，便达到动态平衡，扩散结束。在动态平衡的情况下，电荷聚集停止，形成了一个稳定的电动势，显然，只要两种溶液的浓度差保持不变，在它们的接触面形成的电动势就保持下去。由离子扩散作用产生的电动势称为扩散电动势。经理论计算，扩散电动势如下: Ed K d lgCt C m RT U V K d 2.3 F U V Kd
为扩散电动势系数 U、V分别为正负离子迁移速度;R为理想气体常数 R,8.314J/K.mol F为法拉第常数 F,96489C/mol; T为绝对温度 T,273，t 例如: 在25?条件下，Ct/Cm10 的NaCl溶液，则扩散电动势为: EdKdlgCt/CmKd-11.6mv 值得注意的是:Ed 取决于Kd 和Ct/Cm 两种条件缺一不可 例如KCl由于 UkUclK和Cl的迁移速度几乎相等，即使Ct/Cm再大，Kd很小，反之如 果U?V，但Ct/Cm1，则Kd也为0。二 、吸附作用以及吸附电动势1、吸附作用 设置一个容器，两种不同浓度CtCm的溶液通过泥质薄膜隔开，泥质颗粒选择性地吸附溶液中的负离子，不让它通过泥质薄膜，只让正离子通过泥质薄膜，这种作用称为吸附作用。2、吸附电动势:经理论计算: RT E a 2. 3 lgCt Cm F K a lgCt Cm RT K a 2.3 F Ka为吸附电动势系数; R、T、F、Ct、Cm的含义同前。例如:在25?条件下，Ct/Cm10的NaCl溶液，则吸附电动势为: EaKalgCt/CmKa59.1mv三、 井内扩散吸附电动势 扩散吸附电动势: Eda Ed Ea K da lgCt Cm RT U V K da 2.3 U V 1 扩散吸附电动势系数 F 例如:在25?条件下，Ct/Cm10 的NaCl溶液，则扩散吸附电动势为: Kda70.7mv Eda,70.7mv。井内自然电位产生的原因 井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油井来说， 主要有以下两个原因: 1 地层水矿化度(含盐量)与泥浆矿化度不同。 2 地层压力不同于泥浆柱压力。 这样在井壁附近产生了电化学过程，结果产生了自然 电动势，形成自然电场。 实践证明:油井的自然电位主要由扩散作用(扩散电 动势和扩散吸附电动势)和过滤作用(过滤电动势)产生 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(过滤电动势)才成为较重要的因素。 过滤电动势E钻井过程中，泥浆柱压力一般大于地层压力。在压力差作用下，泥浆滤液渗入地层。在岩石孔隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低 的地层一方移动聚集，而压力大的一端聚集较多的 负离子，产生电位差——即过滤电动势。 R mf ——泥浆滤液粘度 E A p ΔP——泥浆柱与地层间压差 A——过滤电动势系数 E主要取决于压差ΔP，一般情况下可忽略不计 Cm Ct a b 井中砂、泥岩接触情况下，当地层水浓度 Ct 大于泥浆滤液浓度 Cm 时，离子扩散吸附形成的电荷分布四、氧化,还原作用 存在于地下的煤层，周围存在溶液(地层水、井液等)，煤与它们发生氧 化,还原作用。 当煤处于氧化状态时，在煤与围岩接触面上，煤带正电荷，围岩带负电 荷，形成自然电位为正异常(图a); 当煤处于还原状态时，在煤与围岩接触面
上，煤带负电荷，围岩带正电 荷，形成自然电位为负异常(图b)。煤层处于不同的氧化还原环境时会产生氧化还原电位。这种电位的产生不仅是由于煤中有机物质的氧化和还原作用，而且主要是煤层中硫化物特别是硫铁矿的作用所产生的。自然电位测井反映的主要就是煤层中原煤全硫所产生的电位。当煤层自然电位反映呈强还原环境时，说明煤层中含有大量的硫化物。自然电位还与煤层的渗透性有很大关系。对粒度越粗、渗透性越好的地层，曲线异常值越大，对粒度越细、渗透性越差的地层，曲线异常值越小。而煤层一般来说渗透性很差，因此，其受自然电位的影响可以忽略不计。 使用图示的电路提升M电极测量可得到一条电位变化曲线 这种测量称为自然电位测井。 自然电位曲线的变化与岩性有密切关系，特别是能用明显的异常显示出渗透层，这是非常有意义的。 基线:在实测曲线上泥岩井段的自然电位曲线比较平直解释中就以泥岩井段的自然电位曲线值作为基线。 正负异常:解释中就以泥岩井段的自然电位曲线值作为基线相对零线来计算渗透层的自然电位异常幅值mv大于基线的异常为正异常，小于基线的异常为负异常。 自然电位测井原理第二节自然电位测井曲线定性
分析
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一、自然电位与静自然电位1、静自然电位SSPEda 相当于自然电流回路中没有电流时，扩散吸附电动势之和SSP,Eda,EdEa,70.7mv2、自然电位与静自然电位的关系自然电流:扩散吸附电动势要通过泥浆、地层、泥岩放电，产生电流，该电流称为自然电流。根据欧姆定律: SSPEdaIrsrtrm
IEda/rsrtrm一、自然电位与静自然电位 自然电位: SPIrmSSP-I rtrs 自然电位的含义是:自然电流I在 泥浆柱上产生的电位降， 即I rm 。 由此可见: aSP一般小于SSP; b当地层电阻率Rt 增大时，SP 减小; 由于油层的电阻率大于水层，一般 2 水层的SP幅度大于油层。— 0.5?USP SP a 3 泥岩 h 4 油层 b ? U SP油 水层 ? U SP水 泥岩 ?USP 1 油层、水层SP特征曲线 半幅点分层 N二、自然电位曲线的定性分析假设条件:a厚层 ; b CtCm ;c NaCl溶液; d 记录点在M极;分析
方法
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:分析M点的电位变化。注意几点: 1场强E0时，V0，V常数; 2电流线的方向是电位减小的方向 3电流密度最大处，电位变化最大 M井中自然电场分布 以砂泥岩剖面为例来说明井中自然电场分布特征。通常情况下，钻井过程中采用淡水泥浆钻井，泥浆滤液的浓度往往低于地层水的浓度，井中自然电场分布如下图。 E da
Ed Eda
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