自然电位测井教材

第四节 自然电位测井曲线的应用
第四节 自然电位测井曲线的应用
二、确定地层泥质含量
泥质：地层中细粉砂和湿粘土的混合物叫泥
质。 泥质含量：泥质体积占地层体积的百分比。 泥质在地层中的存在的状态：分散泥质、层 状泥质、结构泥质。 用自然电位测井曲线确定泥质含量的方法： 图版法和公式法两种。
第四节 自然电位测井曲线的应用
Rmf Ed Kd lg Rw
二、扩散吸附电动势产生的机理
泥浆和地层水的
矿化度不同； 井壁地层具有一 定的渗透性； 地层颗粒对不同 极性的离子具有 不同的吸附性。 泥质选择吸附负 离子。
泥岩挡板
二、扩散吸附电动势产生的机理
组成泥岩的粘土，其结晶构造和化学性质只允许阳离子
通过泥岩扩散，而吸附带负电的阴离子，这样，当Cw大 于Cmf时，对着泥岩的井眼中建立了正电位。
第二节 自然电位测井 及曲线特征
异常：指相对泥岩基线而
言，渗透性地层的SP曲线 的位置。
负异常：在砂泥岩剖面井中，
当井内为淡水泥浆 （Cw>Cmf）时，渗透性地 层的SP曲线位于泥岩基线的 左侧； 正异常：在砂泥岩剖面井中， 当井内为盐水泥浆 （Cw<Cmf）时，渗透性地 层的SP曲线位于泥岩基线的 右侧。
几个重要概念：
泥浆：钻井时在井内流动的一种介质。 泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔
隙内的液体。 地层水：地层孔隙内的水。 溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与 溶液重量之比。 离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在 渗透压的作用下高浓度溶液中的离子，穿过渗 透性隔膜迁移到低浓度溶液中的现象。
地层水和泥浆滤液中含盐浓度的比值
地层水和泥浆滤液含盐浓度的差异，是产生扩

一系列的校正求出SSP，据泥浆资料确定Rmf，然后求出Rw。 用SP求Rw有三种方法，都假设SP只是由电化学电动势引起 的。
常规法 新方法 换泥浆法
求Rw
(1)常规法
引入等效电阻率的概念，即不论溶液的浓度
高低，都与其电阻率成反比。
SSP K lg
Rmfe Rwe
①确定 SSP
如果渗透层的h/d>40，无侵入，且RtRmRs，则SSP
Es Vsp I rm ri rsh rt 1 rm rm rm
Es=f(Cw、Cmf、T、Vsh、盐类有关）
(1)地层水和泥浆中含盐量的比值（Cw/Cmf）的影响
Cw / Cmf > 1 Cw / Cmf < 1 Cw / Cmf = 1
渗透层的△Vsp有负异常 渗透层的△Vsp有正异常 渗透层的△Vsp无异常
2.SP曲线的特点
(1)自然电位（△VSP）：是指自然电流在井中泥浆柱上产 生的电压降。
Es Vsp Irm rt ri rsh 1 rm rm rm
（△VSP)
< PSP 或者SSP
测量时N电极固定在地面,但VN≠0。因SP 曲线没有“0” 刻度，而是用带正负号的比例尺来表示的，为了读数的方 便，选泥岩的SP作为基线，在一个地区它是稳定的，并且 是一条直线。
所以，E总 =(Kda -
lg(Rmf / Rw ) = Es
则令：K=Kda – Kd；K只与盐类成分、温度有关。
静自然电位：纯砂岩与纯泥岩交界面处的总电化学电 动势用SSP来表示。
SSP K lg Rmf Rw
当泥质含量 时 QV kd 从负变至正 Es 当 Qv ∞时， kd ≈ Kda Es = 0 泥质砂岩和纯砂岩的总电动势称为假静自然电位。符号用PSP 来 表示，它的大小反映了泥质的多少，总有 SSP>PSP（因K值以负 往正值方向发生变化）

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；
SP曲线
前言
■ 三、 自然电位测井的特点
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
定义（矿化度）：溶液的盐浓度，早期用 ppm表示，意为part per million，即百万分之一，
Ea

Ka
lg
Cw Cmf
=Ka
lg
Rmf Rw
其中，Ek产生的前提条件是ΔP≠0 。通常情况下，ΔP很小，所以Ek
很小(可忽略)，所以油井中的自然电位主要是由扩散作用和吸附作
用所产生的。
注意：扩散电位和吸附电位产生的重要条件是：Cw≠Cmf。
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第一节 自然电场产生的原因
三、油井中的自然电场 －总电动势
动电学电动势Ek（Electrokinetic component of the SP）主要是 过滤电动势。
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第一节 自然电场产生的原因
一、电化学电动势
■ 1. 吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential）
产生的条件： 1.泥浆和地层水矿化度不同；
2.井壁地层有渗透性；
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。
只能用于导电泥浆的井中。
3
前言
■ 二、自然电场的特点
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。

是产生自然电场的总电动势E总：
E总=Ed+Eda =Klg(Rmf/Rw)
=SSP
式中:K为自然电位系数。
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3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
把 E总叫作静自然电位，记作SSP。
此时Ed的幅度称砂岩线，Eda的幅度叫泥 岩线。实际测井中以泥岩线作自然电位测
井曲线的基线(即零线)，在18℃时的纯砂
通常，泥浆柱的压力大于地层压力，并在渗透 性岩层(如砂岩层)处，都不同程度的有泥饼存在。由 于组成泥饼的泥质颗粒表面有一层松散的阳离子扩 散层，在压力差的作用下，这些阳离子就会随着泥 浆滤液的渗入向压力低的地层内部移动。于是在地
层内部一方出现了过多的阳离子，使其带正电，而
在井内泥饼一方正离子相对减少，使其带负电，从 而产生了电动势。由此形成的电动势，叫做过滤电
Es-井筒及邻近地层中自然电动势。
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3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
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3、扩散作用在井内形成的总电动势及电位分析
（2）电位分布
由自然电场分布特征可知，在 砂岩和泥岩交界处自然电位有明显
变化，变化幅度与Ed、Eda有关。
在相当厚的纯砂岩和纯泥岩交 界面附近的自然电位变化最大。它
第四节 自然电位测井曲线的地质应用
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1、自然电位测井曲线的特征
（1）异常幅度及其定量计算 （巨厚砂岩） rm比rsd、rsh大得多，所以有
ΔUSP≈SSP
（砂岩有限厚） 自然电位幅度ΔUSP定义为： 自然电流I在流经泥浆等效电阻 rm 上的电位降落， 即ΔUSP=Irm。由于Es=I(rs+rt+rm)，则有 ΔUsp=I×rm

电 法 测 井 的 一 种 。 也 叫 SP Log （ 源 自 Spontaneous Potential Log）
测量井下岩层的电阻率，一 般须人为供电。
进行电阻率测井时，目的层 测量结束、在断电情况下， 发现记录仪仍然显示，井下 有电位的变化。
根据自然电位曲线研究井内地质剖面的方法－ 自然电位测井（SP，单位：mV）。
Ed KdlgC Cm wfKdlgR Rm wf
Kd——扩散电动势系数 对于NaCl溶液，在18°C时，Kd＝-11.6mV
扩散吸附电动势
实
将渗透性隔板换成泥岩 验
浓度大的一方富集负电 荷，浓度小的一方富集正 电荷
Cw
Cm
泥岩的特殊性质造成
泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中 的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，泥岩颗 粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子— —平衡离子
扩散吸附电动势Eda表达式
EdaKdalgC Cm wfKdalgR Rm wf
Kda——扩散吸附电动势系数 对于NaCL, 在18°C时，Kdamax＝58mV 在一般情况下Kda在－11.6mV(纯砂岩，Qv＝ 0）到58mV（纯泥岩，Qv→∞）之间变化。
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。
E主要取决于压差ΔP，通常忽略不计。
3. 自然电位测井
自然电位测井时，测量 电极N放在地面，M电极 用电缆放至井下，提升M 电极沿井轴测量自然电位 随井深变化曲线。
自然电位测井通常与电 阻率测井同时进行。

第⼀章⾃然电位测井第⼀章⾃然电位测井第⼀节⾃然电场的产⽣⼀、扩散电动势产⽣的条件1. 两种溶液的矿化度不同2. 中间具有渗透性隔层3.正负离⼦的迁移率不同井中砂岩剖⾯的扩散电动势:泥浆滤液和地层⽔的矿化度不同;附着在地层上的泥饼具有渗透性;泥浆滤液和地层⽔的正负离⼦迁移率不同。

⼆、扩散吸附电动势组成泥岩的粘⼟矿物，其结晶构造和化学性质只允许阳离⼦通过泥岩扩散，⽽吸附带负电的阴离⼦的作⽤称为阳离⼦交换作⽤。

扩散结果在浓度⼩的⼀⽅富集正电荷带正电，在浓度⼤的⼀⽅富集负电荷，形成扩散吸附电动势E da：扩散吸附电动势产⽣的条件：1.两种溶液的矿化度不同；2.两种溶液⽤渗透性隔层隔离；3.渗透性隔层对不同极性的离⼦具有不同的吸附性。

井中泥岩剖⾯的扩散吸附电动势:1. 泥浆滤液矿化度低于地层⽔矿化度2. 泥岩具有渗透性3.泥岩具有吸附阴离⼦的阳离⼦交换能⼒。

当井壁附近地层⽔和泥浆滤液矿化度都较低时，且C w>C mf时泥岩剖⾯上的扩散吸附电动势为：在矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶液的矿化度成反⽐关系，因此上式可写为：三、氧化还原电位地下煤层与其接触的溶液（地层⽔或钻井液）发⽣氧化还原反应，从⽽在其接触⾯上形成氧化还原电位，最终形成沿井⾝的⾃然电位异常。

当煤层处于氧化状态时，可形成⾃然电位正异常；当煤层处于还原状态时，可形成⾃然电位的负异常。

⽆烟煤和⽯墨的氧化反应最强烈，⾃然电位曲线表现为正异常。

瘦煤、炼焦煤、肥煤氧化反应强度递减，其⾃然电位正异常依次减⼩。

⽓煤和褐煤处于还原状态且强度不⼤⾃然电位表现为不⼤的负异常。

由于烟煤中含有的⾦属硫化物氧化作⽤很强，因此烟煤的⾃然电位正异常与其所含的⾦属硫化物有关。

四、过滤电动势在岩⽯中，岩⽯颗粒之间形成很细的⽑细管孔道，当泥浆柱的压⼒⼤于地层的压⼒时，泥浆滤液通过井壁在岩⽯孔道中流过，形成过滤电动势。

在砂泥岩剖⾯的井中的⾃然电场主要由砂岩井段的扩散电位和泥岩井段扩散吸附电位组成。

2011-2-18
地球物理测井方法与原理
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1.1 井内自然电位产生的原因
1.1.2 扩散吸附电位
粘土晶体的 置换和破健 作用
扩散时，如果地层的固体
颗粒（泥质）的表面带有了 强的负电荷之后，固体颗粒
将阻止负离子的通过（好象 负离子被吸附住了一样）， 这种现象我们称之为扩散吸 附作用。
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1.2 自然电位曲线的形状
1.2.2 自然电位曲线
回路总电动势等 于扩散电动势和吸附 电动势之和，它相当 于回路中没有电流时 井中地层上下界面的 自然电位差，习惯称 为静自然电位，SSP 表示。
静自然电位曲线是无法 测定的，因为地层和泥浆都 具有导电性。 19 /51
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1.2 自然电位曲线的形状
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地球物理测井方法与原理
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1.1 井内自然电位产生的原因
斯仑贝谢1928年发现了这样的 现象：在未通电的情况下，井中电 极（M）与位于地面的电极（N）之 间存在着电位差，而且该电位差随 着地层的不同而变化。另外，电位 差的变化规律性很强。后来、道尔 、威利、费多尼、斯卡拉和安德森 等人对这一现象进行了研究，同时 ，自然电位测井（SP）也就诞生了
1 自然电位测井（SP）
1.1 井内自然电位产生的原因 1.2 自然电位测井曲线的形状 1.3 影响渗透层自然电位曲线的主要因素 1.4 自然电位曲线的应用
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地球物理测井方法与原理
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1.1 井内自然电位产生的原因
电化学测井包括天然电化学测井和人工 电化学测井两类。天然电化学测井分为自然 电位测井和电极电位测井，而激发极化测井 属于人工电化学测井。本章只讲述自然电位 测井方法的原理、基本理论及资料解释的方 法。

SSPKlg Rmf Rw
Rmf-泥浆滤液电阻率； Rw-地层水电阻率。
过程：根据SP求出SSP，根据温度求出K，已知钻井液滤液电阻率Rmf，便可求出Rw。
第四节 SP曲线的应用
四、估算泥质含量 泥质含量及其存在状态与砂岩井段产生的扩散吸附电动势有直接关系，因而用自然电位曲线可以 计算泥质含量。目前用的方法是建立在大量的实验工作基础上的，常用方法是图版法和计算法：
当溶液矿化度低或中等时，可表示为：
Ea KalgC Cm wf KalgRRm wf
低浓度
高浓度
泥岩
低浓度
高浓度
Ka
Ka
Ka
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第一节 自然电场产生的原因
一、电化学电动势 ■ 1. 吸附电动势又称泥岩薄膜电位 （Membrane Potential）
实际钻井中，泥浆的矿化度一般比地层水低，即aw大于amf。 地层中的Na+和Cl-离子要向井筒内迁移，在不同岩性的地层，有不 同的情况：
一、温度的影响 温度变化导致电动势系数变化。 Kda
二、岩性的影响 在砂泥岩剖面井中，通常以大段泥岩处的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。
在石油钻井的砂泥岩剖面中，自然电位的幅度和特点主要决定于造成自然电场的静自然电位SSP， 并且受自然电流 I 分布的影响。SSP的大小取决于岩性、地层温度、地层水和钻井液中所含离子成 分和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率之比；而自然电场中自然电流 I 的分布则决定于流经路径 中介质的电阻率及地层的厚度和井径的大小。这些因素对自然电位幅度SP及曲线形状均有影响， 但影响的主次存在差异。

2.计算自然电位系数K
K 7.7 0 27 T 3 /298
TT0GD/100
T ----标准水层深度处的地层温度,°C D----水层中部的深度,m(从测井曲线读取) T0----地表恒温层平均温度,°C G ----地温梯度,深度每增加100m的温 度增量,°C/100m
3.计算比值 Rm feRwe10 SS/K P
4.确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN 我国标准温度为18oC,美国为24oC,现采用24oC （1）确定标准温度(24oC)下的泥浆电阻率RmN
R mN 7.4 1R m 1o8 c/8.2
R2
R1
1.8T1 1.8T2
39 39
Rm18oc——18oc时的泥浆电阻率，测井曲线 图头上记录
3、形成自然电动势的本质原因是泥浆滤液与
地层水的
差异；应用时，自然电位曲线
以
作为基线；当地层水电阻率Rw 明显
小于泥浆滤液电阻率Rmf时，储集层的自然电
位曲线出现
异常。
当溶液浓度较低时（R>0.1•m),电阻率与其 浓度成线性反比，上式可以写成：
Ed
Kdl
gC Cm wfKdl
gRmf Rw
Kd——扩散电动势系数,
18℃时，对于NaCl溶液，Kd= -11.6mv
Rmf—泥浆滤液电阻率 RW—地层水电阻率
2.扩散-吸附电动势（泥质岩石）
1）因为含泥质，所以在岩石颗粒表面有双电 层，岩石孔隙中有粘土水和远水;
当Cw>Cmf时,Ed<0,Eda>0;Ed-Eda<0, 为负异常；反之为正异常
1.静自然电位（SSP）
SSP EdEdaKdKdalgC C m wf

GaoJ-1-1
3
一、岩石孔隙水中离子的分布
1.离子双电层的形成
（1）岩石中的水分子是一种电荷不完全平衡的极性分子，对 外可显示为正、负两个极性；
H
H
O
（2）地层水中盐分子（主要是NaCl）充分离解，Na+和Cl-可 分别与极性水分子形成水合离子；
GaoJ-1-1
4
（3）岩石颗粒与水溶液接触的表面带有固定不动的负电荷， 粘土矿物中最显著；
（北京）
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM
研究生课程
油气地球物理测井工程
— 电法测井(1)
地球物理与信息工程学院测井系 2012
Gao J & Fu JW
第1章 电法测井
（Electrical Logging）
第1节 自然电位测井（Spontaneous Potential Log） 第2节 普通电阻率测井（Conventional Electric Logs） 第3节 侧向测井（Laterolog） 第4节 感应测井（Induction Log） 第5节 微电阻率及井壁电成像测井
GaoJ-1-1
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2. 扩散吸附电动势Eda的产生
产生原因：钻井液和地层水矿化度不同 产生阳离子交换 产生电动势 自然电场
产生过程：溶液浓度不同 带电离子扩散 （泥岩）阳离子交换 孔隙内溶液中阳离子增多 浓度小方富集正电荷，浓度大方富集负电荷 产生电动势（扩散吸附）
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纯泥岩的电动势Eda
一部分阳离子紧贴岩石表面，不能移动 → 吸附层
吸附层之外阳离子，可正常移动 → 扩散层
----------
+ + + + + + + + + +

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扩散吸附电动势产生示意图
导线
— — — —
+ + + + Cm + Nacl溶液 电极
泥岩隔板
Cw
—
Cw>Cm
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Gao J & Fu JW
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《油气地球物理测井工程》
纯泥岩的电动势Eda
砂岩中Na+、Cl- 通过泥岩向井内扩散; 泥岩孔隙中阳离子浓度高，它将排斥Na+; 使其扩散到泥浆中，而Cl- 被吸附， 在泥浆中形成Na+富集，泥岩中Cl-富集，达到平 衡时，电动势为Eda
6
《油气地球物理测井工程》
Ed形成过程：
① 离子从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散； ② Cl-的迁移率>Na+的迁移率, 使得泥浆滤液(低浓度)一 侧的Cl-富集，地层水(高浓度)一侧Na+富集，形成正负 电荷的富集，在两种溶液交界处产生电动势； ③ 电动势使Cl-迁移速度减慢，而Na+迁移速度加快，使电 荷富集速度减慢； ④到正、负离子迁移速度相同时， 电荷富集停止，溶液 达到动态平衡，电动势保持为一定值，此时的电动势称 为扩散电动势。
自然电位测井理论曲线
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Gao J & Fu JW
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《油气地球物理测井工程》
测量环境 1）当Cw>Cmf：负异常（淡水泥浆） 2）当Cw<Cmf：正异常（咸水泥浆） 3）当Cw=Cmf：无异常
基线及刻度 1）砂泥岩剖面： 泥岩为基线，基线幅度与泥岩纯度、 地层水矿化度等有关。 2）自然电位刻度是相对刻度，没有绝 对零点
— — —
+ —

图1-6 自然电位测井理论曲线
厚层砂岩总电动势(静自然电位 ： 厚层砂岩总电动势 静自然电位)： 静自然电位
rsh rsd
rm
SSP = I ⋅ rm + I ⋅ rsd + I ⋅ rsh
总电流： 总电流：
I=
SSP rm + rsd + rsh
有限厚砂岩层自然电位幅度： 有限厚砂岩层自然电位幅度：
自然电位测井（SP） 自然电位测井（SP）
本章的主要内容 1、井内自然电场 2、自然电位测井原理及曲线特征 3、自然电位曲线的主要用途 划分岩性（储集层）、确定Rw、计 划分岩性（储集层）、确定Rw、 ）、确定Rw Vsh、判断水淹层。 算Vsh、判断水淹层。
§1井内自然电场 井内自然电场
导线 + — + — + — + — Cw + — Nacl溶液 Cm 电极
扩散吸附电动势系数：Kda——与阳离子交换能力有关 若储层中泥值的阳离子交换量较高，则会导致低电阻率油层。
§2自然电位测井原理及曲线特征 自然电位测井原理及曲线特征
2 自然电位测井原理及曲线特征 §第一章 自然电位测井（SP） 自然电位测井（ ） 2、总电动势 、
E总 = E d − E da = K lg Rmf def Rw SSP
∆U sp
SSP ⋅ rm = I ⋅ rm = rm + rsd + rsh
与静自然电位关系： 与静自然电位关系：
等效电路图
∆U SP = SSp
1 rsd + rsh 1+ rm
自然电位测井（ ） 第一章 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征

这三种电动势尤如 三个电池,它们通 过导体(岩石)连 学 学院 大 理 江 接,形成回路,回 物 长 球 程系 路的总电动势: 地 工
井 测
Es = K d
C1 C2 C1 lg + K da lg K da lg C mf C mf C2
1.1.3 油井中的自然电场
这三种电动势尤如三 个电池,它们通过导 体(岩石)连接,形 学院 学 大 理 江 物 系 成回路,回路的总电 长 球 程 动势: 地 工
1.1.1 动电学作用与动电学电位
当泥浆柱压力与地 层压力不平衡时(一 般是泥浆柱的压力 学 学院 大 略大于地层压力), 江 物理 系 长 球 如果地层具有一定 程 地 井工 的渗透性,则泥浆 测 滤液将通过井壁渗 入地层.
1.1.1 动电学作用与动电学电位
固体表面带有负 电荷(砂岩,石灰 岩等固体颗粒的 学 学院 大 理 江 物表面仅带有少量 长 球 程系 的负电荷.而泥 地 井工 测 质或泥饼中固体 颗粒的表面带有 大量的负电荷).
1.1.1 动电学作用与动电学电位
动电学电位(过滤电位)的大小:
学 学院 大 理 A 物Δ P R mf 江 长 球 程系 E k =地 工 井 μ 测
1.1.1 动电学作用与动电学电位
μ 学 学院 大 理 江 物 系 其中:ΔP—泥浆柱与地层间的压力差; 长 球 程 地 井工 Rmf—泥浆滤液的电阻率; 测
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
对于厚地层(h>4d), 自然电位曲线的半幅 学 学院 点对应于层界面. 大 理 江 物 系 长 球 程 地 井工 测
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
对应于地层中部, 自然电位曲线出现 学 学院 大 极值,测井计算时 江 物理 系 长 球 常利用这一极值. 程 地 井工 测

决定于地层的岩性和钻井液滤液电阻率与地层水电阻率的比值Rmf/Rmc)。
⑵ 钻井液电阻率愈低，则△uSP也愈小，因此，钻井液矿化度特别高的盐水
井，△uSP很小，很难划分地层。井径扩大，也使钻井液电阻R钻井液减小， △uSP随之减小。
⑶ 目的层和围岩的电阻率越高，使自然电流减小，△uSP随之减小；
⑷ 目的层厚度增大，即R砂岩减小，则△usp增大，反之△usp减小。
Ef=Kf(ΔP•Rmf)/μ
Kf –过滤电位系数，与溶液的成分有关； ΔP –压力差，单位为大气压；
μ –过滤溶液的粘度，厘泊；
但只有地层压力与钻井液柱压力很悬殊时，而且在钻井液未形成以前， 过滤电位才有较大的显示。由于油井的钻井液柱压力略高于地层压力，且相 差不大。而且在测井时常已形成泥饼，故过滤电位在油井中的显示一般很小， 常忽略不计。
4个方面：
1．自然电位产生的原因-基本原理 2．电位曲线形状的分析-曲线形态 3．影响自然电位异常幅度的因素-影响因素 4．自然电位曲线的应用-地质应用
测量自然电位随井深变化曲线，用于划分岩性和研究储集层性质。
一、产生原因
1、扩散电位
当两种不同浓度的深液被半透膜隔开，离子在渗 透压作用下，高浓度溶液的离子将穿过半透膜 向较低浓度的溶液中移动。这种现象叫扩散， 形成的电位叫扩散电位，在油井中，此种扩散 有两种途径：一是高浓度一方通过砂岩向低浓 度泥浆中扩散，二是通过泥岩向泥浆中扩散。 其扩散电位大小取决于①正负离子的运移率(单 价离子在强度为1伏特/厘米的电场作用下的移 动速度)；②温度、压力；③两种溶液的浓度差； ④浓度、离子类型及浓度差。
判断岩性，区分渗透层
泥岩：基线附近；
砂岩：异常幅值和正负 反映岩石渗透性好坏和 泥浆的性能；

• • • 确定地层水电阻率 Rw； 估算泥质含量 Vsh； 判断水淹；
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；
• • • • 确定地层水电阻率 Rw； 估算泥质含量 Vsh； 判断水淹； 研究沉积环境
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面
• 1.曲线特征及影响因素 • 1.1 异常幅度及其定量计算。
• 异常幅度、自然电位泥岩基线概念 异常幅度、
• Es=I(rs+rt+rm) • Usp=I•rm • •
=Es=Es-I(rs+rt) =Es/(I+(rs+rt)/rm)
Usp=SSP
• 含水纯砂岩处
1.2影响因素 • 4项：①总电动势，泥浆与地层水相对矿化度；
根据图版查 Rmfe/Rwe • 5.换算Rwe • 6.查图版确定Rw 查图版确定Rw
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透
层 •
泥岩：基线附近；
• 砂岩：异常幅值和正负反映 岩石渗透性好坏和泥浆的性 能； • 纯水砂岩：Usp=SSP 含油 后Usp幅值下降，因为电阻 率增大 • 碳酸岩：储集层与非储集层 岩性相同，自然电位曲线区 分不开。其幅值大小只反映 泥质含量的高低。 • 岩盐、膏岩：无渗透性，因 而自然电位无异常显示；
• （2）经验公式法 • SHP1=(SP-SBL+SSP)/SSP
• • • • SP-自然电位读值 SBL-自然电位基线值 SHP=(2c SHP1-1)/(2c-1) C-系数，对于老地层，其值为2，新地层为3
五个方面) 四、地质应用(五个方面 地质应用 五个方面 • 判断岩性，区分渗透层；

N
v
井中电极M与地面电极N之间的电位差
图1-1 自然电位 测井原理
M
3
1.1 井内自然电位产生原因
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，井壁附近两 种不同矿化度的溶液接触产生电化学过程，结果产生电动势形 成自然电场。在石油井中自然电场主要是由扩散电动势和扩散 吸附电动势组成。 几个基本概念 泥浆：钻井时，在井内流动的一种介质。 泥浆滤液：在一定压差下，进入到井壁地层孔隙内的泥浆 地层水：地层孔隙内的水 溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶液重量之比。 离子扩散：两种不同浓度的盐溶液接触时，在渗透压的作用 下高浓度溶液中的离子，穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液 中的现象。 自然电场：在钻开岩层时井壁附近产生的电化学活动而造成 4 的电场，它取决于井孔剖面的岩层性质
Ef K
p R mf
f

△p—压力差（atm）；Rmf—过滤溶液电阻率； μ—过滤溶液粘度（10－3Pa·s）； Kf－过滤电位系数，与溶液的成分、浓度有关
油井中的过滤电位常常被忽略不计：
1、钻井液柱压力略高于地层压力； 2、测井时泥饼已经形成；
10
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.2.1 井内自然电场的分布
曲线号码 : h / d
6种厚度不同的地层模型 自然电位测井理论曲线图
18
2、实测自然电位曲线的特征
1).比例尺：SP曲线的图头标有的线性比例尺。可 用于计算非泥岩与泥岩基线间的自然电位 差，单位：mV，左为低电位，右为高电位 2).泥岩基线：均匀、较厚的泥岩地层对应的变化 不大、稳定的自然电位曲线连线，是平行于 深度轴的直线（但也有倾斜或偏移）。 3).自然电位幅度：自然电流在井中的电位降落 4).自然电位异常幅度：在SP曲线上有异常出现的 地方，它是相对于泥岩基线的最大偏转。。 5).异常：指相对于泥岩基线而言，渗透性地层的 SP曲线的位置。 负异常：井内淡水泥浆（Cw＞Cmf）或地层水矿 化度大于钻井液滤液矿化度时，渗透性地层 的SP曲线位于泥岩基线的左侧； 正异常：Cw＜Cmf时，渗透性地层的SP曲线位 于泥岩基线的右侧；

W
Cmf
，产生扩散电动势：
Cw Ed Kd lg Cmf
①适用条件：低矿化度和中等矿化度溶液自 由接触面附近 ②矿化度较低的情况下，溶液的电阻率与溶
液的矿化度有线性关系，则扩散电动势可表
示为：
E d K d lg
R mf RW
• 2、扩散-吸附电动势 • （1）产生机理：利用泥岩隔膜把两种不同 浓度的氯化钠溶液分开，在泥岩隔膜处所 形成的电动势。 • ①泥岩隔膜的离子双电层 •原因?
（3）扩散电动势的表示
CW nu nv RT E d 2 .3 lg F Z nu Z nv C m
对于氯化钠溶液，
RT u v CW E d 2 .3 lg F u v Cm
（4）砂泥岩剖面纯砂岩的扩散电动势
地层水和泥浆滤液接触，其矿化度（浓度）
分别为 C 和
• （2）确定渗透层界面的方法—— “半幅点法”
• 确定基线；找出基线与自然电位幅
度极大值之间的二等分点P； •过P点作平行于井轴的 直线与自然电位曲线相
交于a、b点，即为渗
透性顶、底界面的深度 位置。
2、估算泥质含量
•(1)相对幅度
SH 1 SP SSP SP SP max 1 SP min SP max SP SP min SP max SP min
• 多 种 盐 成 分 存 在 时 的 处 理
•利用水资料分析地层水电阻率
• 4、判断水淹层
• 水淹层：在油层开发中，见到了注入水的油层，
称为水淹层。
• 储集层哪部分被水淹决定与岩层各部分的渗透性， 一般规律是渗透性好的部分容易被水淹，因此大 多数水淹层具有局部水淹的特点。
• 在SP曲线上，水淹层上下泥岩基线发生偏移，一般 为淡水注入，上部水淹，则上基线偏移；下部水淹， 则下基线偏移。