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第一章自然电位1 石油钻井中产生自然电场的主要原因是什么？扩散电动势ED扩散吸附式电动势EDA和过滤电动势EF产生的机理和条件是什么？自然电位形成原因：由于泥浆与地层水的矿化度不同,在钻开岩层后,在井壁附近两种不同矿化度的溶液发生电化学反应,产生电动势,形成自然电场.一般地层水为NaCL溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高浓度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,这种过程叫离子扩散.在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷)高浓度溶液富集钠离子(正电荷),形成一个静电场,电场的形成反过来影响离子的迁移速度,最后达到一个动态平衡,如此在接触面附近的电动势保持一定值,这个电动势叫扩散电动势记为Ed同样离子将要扩散,但泥岩对负离子有吸附作用,可以吸附一部分氯离子,扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠离子而带正电,浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电,这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda此外还有过滤电动势,这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的,只有在压力差较大时才考虑过滤电动势的影响.2 影响SP曲线幅度的因素是什么？想想在SP曲线解释过程中，如何把影响因素考虑进去，从而得到与实际相符的结论？在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上,电极M用电缆放在井下,提升M电极,沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自然电位曲线(SP).影响因素：1 溶液成分的影响;2岩性的影响砂岩泥岩3温度的影响;4地层电阻率的影响5地层厚度影响厚度增加SP增加6井眼的影响井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小3 SP的单位是什么？毫普第二章普通电阻率测井1 岩石的电阻率和岩性有什么关系？沉积岩属于什么导电类型？沉积岩石在水中沉淀的岩石碎屑或者矿物经胶结压实而成，其结构可视为矿物骨架与空隙中流体的组合。
主要测井曲线及其含义一、自然电位测井：测量在地层电化学作用下产生的电位。
自然电位极性的“正”、“负”以及幅度的大小与泥浆滤液电阻率Rmf和地层水电阻率Rw 的关系一致。
Rmf≈Rw时，SP几乎是平直的；Rmf＞Rw时SP为负异常；Rmf＜Rw时，SP在渗透层表现为正异常。
自然电位测井SP曲线的应用：①划分渗透性地层。
②判断岩性，进行地层对比。
③估计泥质含量。
④确定地层水电阻率。
⑤判断水淹层。
⑥沉积相研究。
自然电位正异常Rmf＜Rw时，SP出现正异常。
淡水层Rw很大（浅部地层）咸水泥浆（相对与地层水电阻率而言）自然电位测井自然电位曲线与自然伽马、微电极曲线具有较好的对应性。
自然电位曲线在水淹层出现基线偏移二、普通视电阻率测井（R4、R2.5）普通视电阻率测井是研究各种介质中的电场分布的一种测井方法。
测量时先给介质通入电流造成人工电场，这个场的分布特点决定于周围介质的电阻率，因此，只要测出各种介质中的电场分布特点就可确定介质的电阻率。
视电阻率曲线的应用：①划分岩性剖面。
②求岩层的真电阻率。
③求岩层孔隙度。
④深度校正。
⑤地层对比。
电极系测井2.5米底部梯度电阻率进套管时有一屏蔽尖，它对应套管鞋深度；若套管下的较深，在测井图上可能无屏蔽尖，这时可用曲线回零时的半幅点向上推一个电极距的长度即可。
底部梯度电极系分层：顶：低点；底：高值。
三、微电极测井（ML）微电极测井是一种微电阻率测井方法。
其纵向分辨能力强，可直观地判断渗透层。
主要应用：①划分岩性剖面。
②确定岩层界面。
③确定含油砂岩的有效厚度。
④确定大井径井段。
⑤确定冲洗带电阻率Rxo及泥饼厚度hmc。
微电极确定油层有效厚度微电极测井微电极曲线应能反映出岩性变化，在淡水泥浆、井径规则的条件下，对于砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩，微电极曲线的幅度及幅度差，应逐渐减小。
四、双感应测井感应测井是利用电磁感应原理测量介质电导率的一种测井方法，感应测井得到一条介质电导率随井深变化的曲线就是感应测井曲线。
自然伽马能谱测井资料应用学生姓名：***专业班级：资工（基）10902指导教师：***时间：2012.5.18自然伽马能谱测井资料在研究沉积环境方面的应用一．自然伽马能谱测井原理自然伽马能谱测井是根据铀、钍、钾三种放射性元素在衰变时放出的γ射线能谱不同，测定地层中铀、钍、钾含量的一种测井方法。
通过对自然伽马射线能谱分析，不仅可以测定地层放射性总的水平，而且，还可以分别测出与泥质含量关系比较稳定的铀、钍、钾的含量，铀、钍、钾在地层中的分布与岩性、有机物的含量及地层水的活动有着密切关系，从而可更好地来确定和划分地层岩性剖面，解决更多的地质和油田开发中的问题。
(1)U、Th和40K的伽马射线能谱K40只有能量为1.46MeV伽马射线，铀系和钍系有各种能量伽马射线，但大部分分布在1.3MeV以下。
钍系在 2.62MeV处有一明显峰值，可作为钍系的特征谱；铀系在 1.76MeV处也出现一个峰值，作为铀系的特征谱。
（2）岩石的放射性的强弱放射性最强：火成岩- 2 -放射性中等：变质岩放射性最弱：沉积岩（在沉积岩中:泥岩及含有放射性元素的岩石放射性最强；纯地层放射性最弱；其它地层的放射性为中等。
）（3）测量原理图：自然伽马能谱测井仪的下井仪器与自然伽马测井仪基本相同，使用NaI闪烁计数器，将入射的伽马射线能量的大小以脉冲的幅度大小输出，不同之处是地面仪器部分，地面仪器的核心是多道脉冲幅度分析器，该分析器将能谱分为五个能窗。
其测量原理如右图。
二．自然伽马能谱测井研究沉积环境原理由于源岩层含有固体有机质，这些有机质富含有机碳，而有机质具有密度低和吸附性强等特征。
因此，源岩层在许多测井曲线上具有异常反应。
在正常情况下，含碳越高的源岩层，其测井曲线上的异常反应就越大。
自然伽马曲线常表现为高异常。
铀和有机质之间有良好的经验关系，海相富含有机质的页岩和石灰岩，浮游生物吸附铀离子，呈高放射性，可用此法划分海相烃源岩。
富含碳的源岩层，在体积密度曲线上表现为低密度异常，在声波时差曲线上表现为高时差异常；电阻率的高低随源岩层成熟与否发生变化。
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。
与上述实验现象一样，井内自然电位的产生也是两种不同浓度的溶液相接触的产物。
在纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电动势造成的，这是由于浓度为Cw的地层水和浓度为Cmf的泥浆滤液在井壁附近接触产生扩散现象的结果。
通常，Cw>Cmf，所以一般扩散结果是地层水内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，如图3所示，有EE dd=KK dd lg cc ww cc mmmm图3井内自然电位分布示意图或EE dd=KK dd lg RR mmmm RR ww2．扩散吸附电动势(Eda)如图4所示，将两种不同浓度(C1>C2)的NaCl溶液用泥岩隔膜分开。
实验结果表明：浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷。
其原因可以解释为：泥岩的孔隙道极小，泥质颗粒对Cl-有选择性吸附作用，Cl-都被束缚在泥质颗粒表面，不能自由移动，使得Cl-的迁移速度为零，在扩散过程中，只有Na+可向低浓度一方移动。
因此，在泥岩井壁上只发生Na+的扩散，这时形成的电动势称为扩散吸附电动势(Eda)。
因为泥岩选择性地让正离子通过，其作用有如化学中的半透膜，所以扩散吸附图4扩散吸附电动势示意图电位也称薄膜电位，其表达式为EE dddd=KK dddd lg cc1cc2式中KK dddd为扩散吸附电位系数。
在砂泥岩剖面的井内，在泥岩井壁附近，由于泥浆滤液浓度与地层水的浓度不同(Cw>Cmf)而产生的扩散吸附电动势为EE dddd=KK dddd lg RR mmmm RR ww3、过滤电动势（动电电动势）在压力差的作用下，当溶液通过毛细血管时，由于毛细血管壁吸附溶液中负离子，使溶液正离子相对增多，并且同溶液一起向压力低的一端移动，因此在毛细管两端富集了不同符号的离子，压力低的一端带正电，压力高的一端带负电，从而产生了电位差，如图5所示：在岩层中有很多很细的连通孔隙，相当于上述的毛细管。
当泥浆柱压力大于地层压力时，由于岩层中的毛细管孔道壁和泥饼中的泥质颗粒要吸附泥浆滤液中的负离子，而正离子随着泥浆滤液向地层中移动，这样在井壁附近聚集了大量负离子，在岩层内部有大量正离子，这种电位称为过滤电动势。
图 5过滤电动势形成示意图二、自然电位测井曲线在钻穿地层的过程中，地层与泥浆相接触，产生了扩散吸附作用，在泥浆与地层接触面上产生了自然电位。
1.井内自然电场的分布设砂岩、泥岩的地层水矿化度分别为C2，C1，泥浆滤液的矿化度为Cmf，且有Cl≥C2>Cmf。
在砂岩和泥浆接触面上，由于扩散作用，产生的扩散电动势为EE dd=KK dd lg cc2cc mmmm在泥岩和泥浆接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为EE dddd1=KK dddd lg cc1cc mmmm在砂岩和泥岩接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为EE dddd2=KK dddd lg cc1cc2在井与砂岩、泥岩接触面上，自然电流回路中的总自然电动势EE ss即EE ss=EE dd+EE dddd1−EE dddd2=klg cc2cc mmmm式中 K=Kd+Kda，称为自然电位系数。
可以写成：EE ss=−klg RR mmmm RR ww=SSSSSS通常把E。
写作S5P，称为静自然电位。
实际测井时以泥岩作自然电位曲线的基线(即零线)，当Cw>Cmf时，砂岩的自然电位异常为负值，因此上式右端取负号。
把井中巨厚的纯砂岩井段的自然电位幅度近似认为是SSP。
静自然电位的变化范围在含淡水岩层的+50mV到含高矿化度盐水岩层的-200mV之间。
2．自然电位曲线特点图6是一组含水纯砂岩的自然电位理论曲线，横坐标是自然电位与静自然电位之比ΔUsp／SSP，纵坐标为地层厚度h，曲线号码为层厚与井径之比h／d。
当上、下围岩很厚且岩性相同时，从曲线上可以看到下列特点：曲线关于地层中点对称，地层中点处异常值最大；地层越厚，ΔUsp越接近SSP，地层厚度变小，△Usp下降，且曲线顶部变尖，底部变宽，△Usp≤SSP；当h>4d时，△Usp的半幅点对应地层的界面，因此较厚地层可用半幅点法确定地层界面，地层变薄时，不能用半幅点法分层。
实测曲线与理论曲线特点基本相同，由于测井时受多方面因素的影响，实测曲线不如理论曲线规则(图7)。
使用自然电位曲线时应注意：自然电位曲线没有绝对零点，是以泥岩井段的自然电位曲线幅度作基线；自然电位曲线幅度△Usp的读数是基线到曲线极大值之间的宽度所代表的毫伏数。
在砂泥岩剖面中，以泥岩作为基线，Cw>Cmf时，砂岩层段出现自然电位负异常；Cw<Cmf 时，砂岩层段出现自然电位正异常；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和Cmf差别越大，造成的自然电场的电动势越大。
自然伽马测井方法原理一、自然伽马测井把仪器放到井下，测量地层放射性强度的方法叫自然伽马测井(GR)。
这种方法已有很长的历史，GR与SP相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层，GR的另一优点是可在套管井中测量。
１、岩石的放射性岩石的放射性，主要是由于含有铀(U)、钍(Th)、钾(K)等放射性元素，所以岩石的放射性强度决定放射性元素的含量。
一般条件下，岩石的放射性物质含量很少，按放射性的强弱沉积岩可分为以下几类：(1)自然伽马放射性高：放射性软泥、红色粘土、海绿石砂岩、独居石等岩石。
(2)自然伽马放射性中：浅海相和陆上沉积的泥质岩石，如泥质砂岩，泥质石灰岩，泥灰岩等。
(3)自然伽马放射性低：砂岩、石灰岩、石膏、岩盐、煤和沥青等２、自然伽马测井测量原理测量原理如图，测量装置由井下仪器和地面仪器组成。
下井仪器有探测器（闪烁计数管）、放大器和高压电源等几部分。
自然伽马射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将γ射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到地面仪器。
早期的自然伽马曲线采用计数率（脉冲/分钟）单位，曲线用r J表示，现今的自然伽马测井都采用标准刻度单位API，曲线用GR表示。
定义高放射性地层与低放射性地层读数之差为200API单位，作为标准刻度单位。
３、自然伽马测井曲线把自然伽马测井仪下到井中，测量地层放射性强度随深度变化的曲线，称为自然伽马曲线(GR)。
(1)曲线特点。
根据理论计算自然伽马测井理论曲线如图。
其特点为：a、曲线对称于地层中点，在地层中点处有极大值或极小值，反映该层放射性大小。
b、当地层厚度h小于三倍的钻头直径d0 (h<3d0)时，极大值随h↗而↗（极小值随h↗而↘）。
当h≥3d0时，极大值（或极小值）为一常数，与地层厚度无关，与岩石的自然放射性强度成正比。
c、h≥3d0时，由曲线的半幅点确定的底厚度等于地层的真实厚度，当h<3d0时，由半幅点确定的地层厚度大于地层的真实厚度，而且越薄，大得越多。
理论曲线是在测速为零、点状计数管的条件下计算得到的，但实际测井中，计数管不是点状的，测速也不为零，所以实测曲线和理论曲线是有些差异的，但基本形状仍然相似。
(2)自然伽马测井曲线的影响因素a、层厚的影响。
地层变薄会使泥岩层的自然伽马测井曲线值下降，砂岩层的自然伽马测井曲线值上升，并且地层越薄，这种下降和上升就越多。
因此对h<3d0的地层，应用曲线时，应考虑层厚的影响。
b、井参数的影响。
井径的扩大意味着下套管井水泥环增厚和裸眼井泥浆层增厚。
若水泥环和泥浆不含放射性元素，则水泥环和泥浆层增厚会使GR值降低，但由于泥浆有一些放射性，所以泥浆的影响很小。
套管的钢铁对γ射线的吸收能力很强，所以下了套管的井，GR 值会有所下降。
c 、放射性涨落的影响。
在放射性源强度和测量条件不变的条件下，在相等的时间间隔内，对放射性的强度进行重复多次测量，每次记录的数值是不相同的，而总是在某一数值附近上下变化，这种现象叫放射性涨落。
它和测量条件无关，是微观世界的一种客观现象，且有一定的规律性。
这种现象是由于放射性元素的各个原子核的衰变彼此是独立的，衰变的次序是偶然的等原因造成的。
由于放射性涨落的存在，使得GR 曲线不像电测井光滑。
放射性测井曲线上读数的变化，一是由地层性质变化引起的，另一方面是由放射性涨落引起的，要对放射性测井曲线进行正确地质解释，必须正确区分这两种原因造成的曲线变化。
d 、测速的影响。
测井时的仪器上提速度是对GR 曲线产生影响。
测速越大，GR 关于地层越不对称。
（一般是τ⋅V 的影响，τ为积分电路时间常数） （３）自然伽马测井曲线的应用①划分岩性。
