静自然电位测井仪

测井自然电位信号的常见故障及其解决方案
一、故障一：自然电位信号波形显示不正常
1、故障原因：电位仪设备未及时校正，测量范围设置不当及探头内接触点接触不良等。

2、解决方案：首先，对电位仪应进行校正，以保证测量数值的准确性；其次，检查测量范围设置是否正确，并即时纠正；最后，检查探头接触点是否接触良好，及时清理和更换接触点。

1、故障原因：电位仪电源异常，测量地活动，误差大或传感器受到干扰等原因。

2、解决方案：首先，去检查电位仪电源是否正常；其次，检查测定地是否有活动，如有活动则尽快安排矫正；最后，要检查误差等各项参数是否符合要求，如果有误差，应立即进行补正，并加固传感器以免受到干扰。

1、故障原因：探头总长度变化，探头结构发生变化，传感器内部元器件老化及电位仪应答老化等。

2、解决方案：首先，关闭电位仪，检查探头总长度是否变化，如有变化，应重新安装及校准探头；其次，检查探头结构是否有变化，并及时安装更换；最后，检查传感器内部元器件是否老化，及电位仪应答是否老化，如有，应及时更换。

自然电位测井的研究与应用自然电位测井是常规电法测井方法之一，应用范围较广泛，主要用于砂泥岩剖面，是划分和评价储集层的重要方法之一。

文章从自然电位的成因入手，介绍了自然电位的原理，分析了自然电位曲线的特点，结合现场实际测井经验，阐述了影响自然电位测井的实际因数。

标签：电动势；自然电位；岩性；测井1 地层中自然电位的成因1.1 自然电位的理论分析裸眼井中由于泥浆和地层水的矿化度有所不同，地层压力和泥浆柱压力也有差异，会在井壁附近产生电化学过程，产生自然电动势。

（1）扩散电动势（Ed）的产生。

如果将两种不同浓度的NaCl溶液放在一个水槽的两端，中间用渗透性隔膜分离时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，迁移过程中因离子的迁移速率不同，造成溶液接触面两侧富集正负电荷，当接触面附近正、负离子迁移速度相同时，电荷富集停止，但离子还在扩散，达到一种动平衡，此时接触面附近的電动势会保持一定值，这个电动势叫扩散电动势。

（2）扩散吸附电动势（Eda）。

将两种不同浓度的NaCl溶液用泥岩隔膜分开，因为泥岩有一种特殊性质。

泥质颗粒基本由含有硅或铝的晶体组成，由于晶格中的硅或铝离子被低价的离子所取代，泥质颗粒表面带负电，为了达到电平衡，必须吸附阳离子，这样，就相当于泥岩具有渗透阳离子的能力，而阴离子不能通过，在渗透压的作用下，浓度高的溶液中阳离子会通过泥岩向浓度低的方向渗透，这样就会造成浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷。

该过程产生的电动势叫扩散吸附电动势。

1.2 测井过程中自然电动势成因分析在淡水泥浆钻井时，地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度，在井筒内，砂岩段靠近井壁的地方负电荷富集，地层内靠近井壁的地方正电荷富集，导致井筒泥浆的电势低于地层电势，因而在砂岩段形成扩散电位；在泥岩段，在井筒内靠近井壁的地方正电荷富集，地层中负电荷富集，导致井筒泥浆的电势高于地层电势。

一、自然电位测井（SP）1、概念1）自然电位测井：在钻井的过程中，钻井液(泥浆）（有不同类型：淡水泥浆和盐水泥浆、水基泥浆和油基泥浆）与钻穿的地层孔隙流体（地层水、石油、天然气)之间通过扩散－吸附作用（电化学作用）自然会产生一种电动势,测量这种电位差的测井方法就是SP测井。

2)自然电位曲线：将测量电极N放在地面,M电极用电缆送至井下，提升M电极沿井轴测量自然电位随井深的变化曲线成为自然电位曲线（即为SP曲线）2、1）自然电位场的产生：由于钻井液(泥浆）和孔隙流体(地层水、油、气）具有不同的矿化度，即含有的离子的浓度不同,井壁附近两种不同矿化度的溶液接触产生电化学作（扩散—-扩散吸附作用），产生电动势造成自然电场。

2)机理:扩散－扩散吸附作用（扩散电动势：渗透性隔膜-—砂岩；扩散吸附电动势：泥岩隔膜）3)井内自然电位产生的原因：①不同浓度的盐溶液相接触时的扩散和吸附作用；②盐溶液在岩石孔隙中的渗滤作用;③金属矿物的氧化还原作用等。

3、SP测井1）SP曲线的泥岩基线：实测SP曲线没有绝对的零点，而是以井段中较厚的泥岩层的SP幅度为基线,称泥岩基线2）静自然电位:自然电位的总电动势，即自然电流回路断路时的电压SSP.3）自然电位的幅度：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。

（大小取决于地层与泥浆的离子交换量，所以水层的幅度大于油层）。

测井上定义自然电位SSP：4）自然电位的幅度异常△Vsp ：自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降.以泥岩为基线，渗透层偏移基线的幅度值.5）渗透层：相对于泥页岩基线,当Cw>Cmf，基线处于正电位,渗透性砂岩呈负异常.相反异常幅度与粘土含量成反比，Rmf/Rw成正比。

(Cw〈Cmf)则基线处于负电位，渗透性砂岩呈正异常。

6）半幅点：幅度变化的中点，a,b，对应厚地层一般对应于地层的界面。

4、影响因素：1）地层水和泥浆中含盐浓度比值；2）岩性：自然电位幅度随泥质的增加而降低；3）温度：T增加，K增加，Es增加,△Vsp增加4）泥浆和地层水的化学成分：当ri、rt增大，则I降低、△Vsp降低.所以在相同条件下，油层的△Vsp〈水层的△Vsp；5）地层电阻率的影响；6）地层厚度h的影响：h增大,则△Vsp增大并趋近于SSP；ΔVSP随厚度的减薄而减小,（薄层的△Vsp≪SSP）；7）井径和侵入带直径的影响：井径扩大使井的截面加大，自然电流在井内的电位降变小,ΔVSP降低；泥浆侵入相当于扩径影响。

自然电位测井方法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。

这个电位是自然产生的，故称为自然电位。

使用图1所示电路，沿井提升M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。

自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。

自然电位测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基本方法之一。

图 1自然电位测井原理一、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，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。

1．扩散电动势(Ed)的产生如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。

此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。

在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。

这就在两种不同浓度的溶液间产生了电动势，所以可测到电位差。

离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。

当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示：EE dd=KK dd lg cc1cc2式中EE dd为扩散电位系数，mv；cc1，cc2为溶液盐类的浓度，g/L。

自然电位测井及应用一、自然电位的产生井内自然电位产生的原因是复杂的，对于油气井来说，主要有以下两个原因：①地层水和泥浆含盐浓度不同而引起的扩散电动势和吸附电动势。

②地层压力与泥浆柱压力不同而引起的过滤电动势。

实践证明，在油气井中，这两种电动势以扩散电动势和吸附电动势占绝对优势。

二、自然电位的曲线特征由于泥岩（或页岩层）岩性稳定，在一个井段内邻近的泥岩自然电位测井曲线显示为一条电位不变的直线，将它作为自然电位的基线，这就是所谓的泥岩基线。

在渗透性砂岩地层处，自然电位曲线偏离泥岩基线。

在足够厚度的地层中，曲线达到固定的偏移程度，后者定为砂岩线。

自然电位曲线的异常幅度就是地层中点的自然电位与基线的差值。

渗透性地层的自然电位可以偏向泥岩基线的左边（负异常），或右边（正异常），它主要取决于地层水和泥浆滤液的对比矿化度，当地层水矿化度大于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为负异常。

当地层水矿化度小于泥浆滤液矿化度时，自然电位显示为正异常。

如果泥浆滤液的矿化度与地层水矿化度大致相等时，自然电位偏转幅度很小，曲线无显著异常。

综上所述，自然电位曲线具有如下特点：（1）当地层、泥浆是均匀的，上下围岩岩性相同时，自然电位曲线对地层中心对称；（2）在地层顶底界面处，自然电位变化最大，当地层较厚（大于四倍井径）时，可用曲线“半幅点”确定地层界面；（3）测量的自然电位幅度，为自然电流在井内产生的电位降，它永远小于自然电流回路总的电动势；（4）渗透性砂岩的自然电位，对泥岩基线而言，可向左（“负”）或向右（“正”）偏转，它主要取决于地层水和泥浆滤液的相对矿化度。

自然电位曲线的影响因素：A、地层温度的影响：同样的岩层，由于埋藏深度不同，其温度不同，也就造成K d（扩散电位系数）和K da（扩散吸附电位系数）值有差别，这就导致了同样岩性的岩层，由于埋藏深度不同，产生的自然电位曲线幅度有差异。

B、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值的影响：∆U sp主要取决于自然电场的总电动势SSP，而SSP的大小取决于岩性和C w，因此，在一定的范围内，C w和C mf差别大，造成自然C mf电场的电动势高，曲线变化明显。

测井名词解释（2）测井名词解释33．冲洗带(flushed zone)：冲洗带是泥浆侵入带的一个组成部分。

这一部分靠近井孔，在钻进过程中，地层中可流动的水全部被泥浆滤液所取代。

34．ssp静自然电位(static spontaneous potential ): 纯砂岩和泥岩交界面处的电化学总电势。

35．PSP—泥质砂岩的静自然电位（Static spontaneous potential of shalysands）：指泥质砂岩和泥岩的总电动势。

36．扩散现象(Diffusion phenomenon):离子在渗流压力的作用下，高浓度溶液的离子要穿过半透膜向的低浓度的溶液的现象。

37．自然电位（Natural potential）：是指自然电流在井中泥浆柱上产生的电压降。

38．侧向测井（Lateral logging）：根据同性电相斥的原理，在主电极的两端通以相同极性的屏蔽电流，使主电流垂直井轴而流入地层测量其电阻率。

39．微电阻率扫描测井（Micro resistivity image logging）：采用极板型微电极阵列装置通过扫描方式观测，获得井壁图像的一种方法。

40．声波时差（interval transit time；(slowness）：是指声波传播单位距离所需的时间，是速度的倒数。

41．泥质含量(shale content)：某一岩层中所含泥质占总体的百分比42．挖掘效应(excavation effect):天然气使孔隙度中含氢指数减少并对热中子的减速能力比淡水小，相当于挖掘了一定体积的骨架，生成了一个负的含氢指数附加值43．含氢指数(hydrogen index):单位体积岩石和纯水的含氢量之比。

44．井斜方位角(deviation azimuth)：定义为井斜方向在水平面的投影与正北方向的夹角（顺时针），变化范围0～36045．对比长度(correlation interval)：用来进行对比的曲线段长度叫对比长度或窗长。

高分辨率静自然电位测井仪（HRSSPT）前言静自然电位测井SSP是求取地层水电阻率Rw非常有效的测井方法，但由于目前的自然电位测井SP测量的并不是SSP，所以直接用SP资料求取地层水电阻率Rw会遇到许多问题。

新研制的高分辨率静自然电位测井仪可以直接测量SSP。

该仪器经过多口井的现场试验，所录取的资料达到了预期的设计目标，已能满足工程的需要。

一、自然电位SP测井原理自然电位SP测井测量的是自然电位随井深变化的曲线。

其原理测量线路如图1所示。

图1 裸眼井SP测量原理在井内放一个测量电极，地面放一个参考电极，将测量电极沿井筒移动时，即可测量出一条随深度变化的自然电位SP曲线。

二、井内自然电位产生的原因对于油井来说，井内自然电位产生的原因主要有两个：1．地层水矿化度Cw和钻井泥浆矿化度Cm的不同，引起离子的扩散作用和岩石颗粒对离子的吸附作用，产生扩散吸附电位；2．地层压力与泥浆柱压力不同时，在孔隙型地层会发生过滤作用，产生过滤电位。

实践证明，油井的自然电位主要是扩散吸附电位，只有在泥浆柱和地层间的压力差很大的情况下，才考虑过滤电位的影响。

扩散吸附电位产生的原理在油井中，扩散吸附电位产生的原理可用图2来说明。

参照图2，当地层被钻穿后：1.在砂岩孔隙性地层段，泥浆滤液和孔隙中的地层水直接接触。

由于在一般的情况下，泥浆的矿化度小于地层水的矿化度，并假定泥浆和地层水所含的盐类都为氯化钠NaCl，所以氯离子Cl－和钠离子Na+ 会从含有矿化度较高地层水的储集层一侧向矿化度低的井眼泥浆一侧进行扩散。

由于氯离子Cl－的迁移速率比钠离子Na+ 快，所以当扩散达到平衡时，在储集层内带正电荷的钠离子Na+含量会比带负电荷的氯离子Cl－多，产生正电位；而在井筒内带负电荷氯离子Cl－会比带正电荷的钠离子Na+多，产生负电位。

这样在井眼和储层之间形成负的扩散电位差Ej，Ej的大小与地层水的矿化度和泥浆的矿化度有关。

2.在泥岩地层段，由于泥岩所含的粘土矿物对带负电的氯离子Cl－有非常强的吸附能力，氯离子Cl－无法进行扩散迁移，只有带正电的钠离子Na+可以扩散迁移到井筒内，在井眼和泥岩层之间形成正的吸附电位差Em，Em的大小与泥岩地层水的矿化度和泥浆的矿化度有关。