第一章 自然电位测井
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第一章__自然电位测井
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
2-第一章_电法测井(自然电位测井)
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）
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）
地球物理测井第一章 第四节 自然电位测井
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。
17
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。
7
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。
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。
7
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。
1 第一章 自然电位测井
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。
19
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。
17
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
18
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
21
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
自然电位测井
NaHCO 3
18 °C 时几种盐溶液的 K d 值
CaCl 2
-19.7
MgCl 2
-22.5
NaSO 4
+5
KCl -0.4
K d(mV)
+2.2
五、地层电阻率的影响
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
地层厚,电阻率差异不大时,rsh+rsa远小于rm;当地层电 阻率增高时,rsh、rsa与rm相比不能忽略，此时ΔUSP<SSP。 地层电阻率越高， ΔUSP越低，可定性识别油、水层。 六、地层厚度的影响 地层厚度变薄，rsd增加， ΔUSP降低。 七、井径扩大和泥浆侵入的影响 rm减小， ΔUSP降低
问题: 1、井中自然电位产生的机制有哪些？ 2、以砂泥岩剖面为例，当泥浆电阻率大于地层水电阻率 时，绘制井中自然电动势及其等效电路图，并说明自然电 位测井幅值的计算公式。 3、影响自然电位曲线的七种因素有哪些？ 4、自然电位曲线有哪方面的应用？ 5、简述利用自然电位曲线计算地层水电阻率的4个步骤 6、什么是泥岩基线？
识别出渗透层后，通常可用自然电位测井曲线的半幅点 来确定渗透层界面，进而计算出渗透层厚度。
二、地层对比和研究沉积相 自然电位测井曲线常常作为单层划相、井 间对比、绘制沉积体等值图的手段之一。
S108
0 0 6 SP 100 GR 150 CAL 16 0.2 0.2 0.2 RFOC RILM RILD 20 20 20 45 CNL -15 140 AC 40 2 DEN 3
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
当岩层较厚时,ΔUsp=SSP,对 于纯砂岩,接近自然电动势的 自然电位幅值,称为静自然电 位(SSP).
18 °C 时几种盐溶液的 K d 值
CaCl 2
-19.7
MgCl 2
-22.5
NaSO 4
+5
KCl -0.4
K d(mV)
+2.2
五、地层电阻率的影响
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
地层厚,电阻率差异不大时,rsh+rsa远小于rm;当地层电 阻率增高时,rsh、rsa与rm相比不能忽略，此时ΔUSP<SSP。 地层电阻率越高， ΔUSP越低，可定性识别油、水层。 六、地层厚度的影响 地层厚度变薄，rsd增加， ΔUSP降低。 七、井径扩大和泥浆侵入的影响 rm减小， ΔUSP降低
问题: 1、井中自然电位产生的机制有哪些？ 2、以砂泥岩剖面为例，当泥浆电阻率大于地层水电阻率 时，绘制井中自然电动势及其等效电路图，并说明自然电 位测井幅值的计算公式。 3、影响自然电位曲线的七种因素有哪些？ 4、自然电位曲线有哪方面的应用？ 5、简述利用自然电位曲线计算地层水电阻率的4个步骤 6、什么是泥岩基线？
识别出渗透层后，通常可用自然电位测井曲线的半幅点 来确定渗透层界面，进而计算出渗透层厚度。
二、地层对比和研究沉积相 自然电位测井曲线常常作为单层划相、井 间对比、绘制沉积体等值图的手段之一。
S108
0 0 6 SP 100 GR 150 CAL 16 0.2 0.2 0.2 RFOC RILM RILD 20 20 20 45 CNL -15 140 AC 40 2 DEN 3
ΔU sp = SSP(
1 1+
rsd + rsh rm
)
当岩层较厚时,ΔUsp=SSP,对 于纯砂岩,接近自然电动势的 自然电位幅值,称为静自然电 位(SSP).
第一章 自然电位测井
第十二章 评价含油性的基本方法
第十三章 测井资料计算机解释
第十四章 现代测井技术与应用
第一章 自然电位测井
自然电位---Spontaneous。是划分岩性和
研究储集层性质的基本方法之一。
1.1 自然电位的成因 一、电化学电动势
1、扩散电动势
定义扩散电动势系数
RT u v K d 2.3 F uv
石油测井的目的---识别油气层
应用测井方法可以减少钻井取心工作量，提高勘探 速度，降低勘探成本。在油田有时把测井称为矿场地球 物理勘探、油矿地球物理或地球物理测井。 地球物理测井(简称测井)是地球物理学的重要分支， 它以物理学、数学、地质学为理论基础，采用先进的电 子及传感器、计算机信息论、层析成像和数据处理等技 术，借助专门的探测仪器设备，沿钻井剖面观测岩层的 物理性质(岩石物理性质)，以研究和解决地质问题，进而 发现油气、煤、金属与非金属、放射性、地热、地下水 等矿产资源。近年来已扩展到工程地质、灾害地质、生 态环境、考古研究等应用领域。
RT K da 2.3 F
这是扩散吸附电动势的最大值。在温度为18度时，min （Kda）=-11.6mV， max（Kda）=58.0mV 。
二、 动电学电动势
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.2 自然电位测井及曲线特征
1.3 自然电位曲线的影响因素
一、地层水和泥浆滤液中含盐浓度比值 二、岩性 三、温度 四、地层水和泥浆滤液中含盐性质 五、地层电阻率 六、地层厚度 七、井径和泥浆侵入
油气藏的基础地质问题研究:
1) 利用地球物理测井信息进行地层层序划分和标定。
2) 利用测井资料进行油气藏精细地质构造以及断层研 究。
3) 以构造地质学基本理论为指导，通过构造应力分析，
第1章 自然电位测井
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
7 /51
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。
2011-2-18
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
2011-2-18
1.2 自然电位曲线的形状
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
2 /51
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
2011-2-18
地球物理测井方法与原理
1 /51
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。
地球物理测井-第一章第四节自然电位测井
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
9
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。
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
9
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。
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47
1 2 3
Cw
Cw C注
Cmf
E1
E2 Cmf
E总
Cw
E3 △Esp
W E总
图1-19 水淹层的SP曲线基线偏移示意图
CW C注 Cmf
48
偏移量的计算
在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动
势为
Cw E1 K lg( ) Cmf
在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界 面处的总电动势为
4
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，产生电动势形成自然电场。 在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散
吸附电动势产生。
5
二、扩散电动势产生机理
氯化钠溶液
1、泥浆、地层水 矿化度不同； 2 、井壁地层具有 渗透性；
3 、正、负离子迁
移速率不同。
地层的实际值，半幅点对应地层界面；
C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增
加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
57
深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫
伏。
Usp(h)；8采样点/米
13
图1-4、自然电位测井示意图
图1-5、自然电位测井曲线实例
14
二、 SP曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP 值与泥岩基线值的差。
SSP U sp |含水纯砂岩 -U sp |泥岩基线
图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线
20
问题 （1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？ (2)、 自然电位幅度差与地层厚度的关系？ （3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面 的关系的影响？
21
第三节
SP曲线的影响因素
U sp
SSP rm rm rsd rsh
SSP=Ed-Eda rm、rsd、rsh分别为泥浆电阻、砂岩电阻、泥岩电阻。
2
第一节
一、基本概念
自然电场的产生
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。
3
一
溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶 液重量之比。单位：ppm(百万分之一） 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。
35
三、确定地层水电阻率Rw
SSP K lg
Rmfe Rwe
(1-7)
其中: K K d K da
Rmfe
、
Rwe 分别为泥浆滤液及地层水
等效电阻率.
36
步骤：
1、确定完全含水纯地层的静自然电位SSP--（图1-12） ；
2、确定泥浆滤液等效电阻率；
1）、求地层温度 （图1-13）
t t0 dt h
50
R注 Cw Esp E1 E3 K d lg K d lg C注 Rw
其中：
R注
－注入水的电阻率。
统计资料表明：
E sp >8mV 为高含水；
5mV < E sp <8mV为中含水；
E sp <5mV可能为低水淹或岩性变化所至。
51
图1-20 水淹层测井曲线
SP基线偏移
根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系，
求地层泥质含量。
PSP Qsh 1 SSP
PSP SPsd SPsh
SSP SP sh 纯水层 SP
SP SPcl I sh SPsh SPcl
Vsh
2
GCUR I sh
2
GCUR
1 1
34
（1-6）
例：已知含水纯砂岩地层的SP值为-105毫伏， 泥岩层的SP值为30毫伏，含水泥质砂岩地层的 SP值为-75毫伏。求含水泥质砂岩的泥质含量。 （GCUR=3.7)
其中： t0 －地表温度; dt－地温梯度； h－地层深度。
37
地层电阻率、 围岩-层厚、 泥浆侵入影响 校正。 求纵坐标
图1-12
SP 校正图版（SP-3）
38
图1-13
估计地层温度图版
求横坐标
39
求横坐标
图1-14
N a Cl 溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版
40
2）、确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率 Rmf或 Rmf=0.75Rm .
Cw、Cm —两种溶液的浓度；
U、v —— 正、负离子的迁移率，S/(m· N)
Z 、 Z —正、负离子的离子价；
n 、 n —每个分子离解后形成的正、负离子数；
8
三、扩散吸附电动势产生机理
1、泥浆和地层水的 矿化度不同； 2 、井壁地层具有一
定的渗透性；
3、地层颗粒对不同
极性的离子具有不
图1-1 扩散电动势产生示意图
6
由Nernst方程表述的扩散电动势：
E
d
Cw n u n v RT 2.3 lg F Z n u Z n v C m
(1-1)
其中：R—克分子气体常数，8.313 J/(K)； T—绝对温度，oK；T=273+t℃
7
F —Farady常数，96520 C/equiv；
氯化钠溶液 图1-2 扩散吸附电动势产生示意图
9
同的吸附性。
扩散吸附电 动势
E
da
K da
Cw lg Cm
（1-3）
RT —扩散吸附电动势系数； 其中：K da 2.3 F
当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时
E
K lg da da
Rmf Rw
(1-4)
10
第二节
自然电位测井及曲线特征
一、自然电位测井 在砂泥岩剖面井中， 当 C C 时，井下自 w mf 然电场的分布如图1-3所 示。
23
二、岩性 随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降低。 三、 地层温度 由于 K d 与K da 与绝对温度成正比，因此地层温 度的高低将会影响 K d 与K da 大小，进而影响
Ed 与Eda 的大小。
四、
地层水、泥浆滤液中含盐性质
地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含 离子不同，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影 响
的电位降低。
26
第四节
自然电位曲线的应用
一、 划分渗透层
在砂泥岩剖面，自
然电位测井曲线以 均质泥岩段的 SP 曲 线为基线，出现异 常层段为渗透层。。
渗 透 层
图1－9 应用SP曲线划分渗透层
27
泥岩基线
图1-10、砂岩层上部 含油下部含水时自然 电位曲线
图1-11、半幅点法确定 地层界面示意图
已知纵坐标和曲线号码， 求横坐标 图1-15 估计 Rmf 与
Rmc 的图版
41
3）、确定Rmfe。图1－16
当泥浆只含氯化钠、温度为 24 ℃时： Rmf 0.1 m，则 R mfe R mf
（1）、Rmf 0.1 m，则R mfe R mf （2）、Rmf 0.1 m，
K d 与K da 的大小。
24
五、地层导电性
地层导电性差， 其SP测量值低。
电阻率高， 幅度差小
电阻率低， 幅度差大
SP幅度差与地层导电性的关系
25
六、地层厚度
地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实 际值的差距加大。 七、井径扩大和侵入的影响 井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；
泥浆侵入，使得测量电极M与地层间的距离加大，M
E2 Ed Ed 注界 Ed 注 C注 Cw Cw K d lg( ) K d lg( ) K d lg( ) Cmf C注 Cmf
49
在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势
为
C注 Cw E3 Ed 注 Eda K d lg( ) K da lg( ) Cmf Cmf
54
二、自然电位曲线的特点：
1 、 泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自 然电位曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水 的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数的差。
3、比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺。
用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差。
55
4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的
图1-3 井内自然电场分布示意图 CW﹥Cmf
11
电源－Eda和Ed；
产生井下
电介质－井内泥浆、地层；
直流电场
电场中的 物理量
电场强度（矢量）
电位（标量）
电场中某点电位与观测点位置、电介质、电源强度有关。
12
沿井轴测量自然电场电位，所测电位高低直
接与测量点周围电介质性质有关。 将位于井轴的测量电极M上提，得到随地层
32
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。
1 、图版法 1）、测定泥质砂岩的泥质含量；
2）、确定泥质地层的自然电位幅度；
3）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔 隙流体性 质校正； 4）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。
33
2、 公式法
则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率， 用图1－16确定泥浆滤液等效电阻率。
42
饱和溶液温度
根据温度， 求纵或横坐标
图1-16
Rw Rwe 或 R Rmfe 的关系曲线（SP-2图版） mf
— —
43
3、确定地层水电阻率Rw
（1）、已知SSP、地层温度，确定 Rmfe Rwe ;
1 2 3
Cw
Cw C注
Cmf
E1
E2 Cmf
E总
Cw
E3 △Esp
W E总
图1-19 水淹层的SP曲线基线偏移示意图
CW C注 Cmf
48
偏移量的计算
在未被水淹的上部砂岩和泥岩交界处的电动
势为
Cw E1 K lg( ) Cmf
在砂岩内水淹部分和未被水淹部分交界 面处的总电动势为
4
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，产生电动势形成自然电场。 在石油井中自然电场主要由扩散电动势和扩散
吸附电动势产生。
5
二、扩散电动势产生机理
氯化钠溶液
1、泥浆、地层水 矿化度不同； 2 、井壁地层具有 渗透性；
3 、正、负离子迁
移速率不同。
地层的实际值，半幅点对应地层界面；
C、随地层变薄，曲线读数受围岩影响增
加，幅度降低，半幅点向围岩方向移动。
57
深度变化而变化的一条自然电位曲线。单位毫
伏。
Usp(h)；8采样点/米
13
图1-4、自然电位测井示意图
图1-5、自然电位测井曲线实例
14
二、 SP曲线的特征
1、泥岩基线：均质、巨厚泥岩的SP曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚完全含水纯砂岩的SP 值与泥岩基线值的差。
SSP U sp |含水纯砂岩 -U sp |泥岩基线
图1-8、地层模型及其自然电位测井理论曲线
20
问题 （1）、自然电位异常性与泥浆性质的关系？ (2)、 自然电位幅度差与地层厚度的关系？ （3）、地层厚度对半幅点的位置和地层界面 的关系的影响？
21
第三节
SP曲线的影响因素
U sp
SSP rm rm rsd rsh
SSP=Ed-Eda rm、rsd、rsh分别为泥浆电阻、砂岩电阻、泥岩电阻。
2
第一节
一、基本概念
自然电场的产生
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。
3
一
溶液的矿化度：溶液含盐的浓度。溶质重量与溶 液重量之比。单位：ppm(百万分之一） 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。
35
三、确定地层水电阻率Rw
SSP K lg
Rmfe Rwe
(1-7)
其中: K K d K da
Rmfe
、
Rwe 分别为泥浆滤液及地层水
等效电阻率.
36
步骤：
1、确定完全含水纯地层的静自然电位SSP--（图1-12） ；
2、确定泥浆滤液等效电阻率；
1）、求地层温度 （图1-13）
t t0 dt h
50
R注 Cw Esp E1 E3 K d lg K d lg C注 Rw
其中：
R注
－注入水的电阻率。
统计资料表明：
E sp >8mV 为高含水；
5mV < E sp <8mV为中含水；
E sp <5mV可能为低水淹或岩性变化所至。
51
图1-20 水淹层测井曲线
SP基线偏移
根据泥质地层的自然电位幅度与泥质含量的关系，
求地层泥质含量。
PSP Qsh 1 SSP
PSP SPsd SPsh
SSP SP sh 纯水层 SP
SP SPcl I sh SPsh SPcl
Vsh
2
GCUR I sh
2
GCUR
1 1
34
（1-6）
例：已知含水纯砂岩地层的SP值为-105毫伏， 泥岩层的SP值为30毫伏，含水泥质砂岩地层的 SP值为-75毫伏。求含水泥质砂岩的泥质含量。 （GCUR=3.7)
其中： t0 －地表温度; dt－地温梯度； h－地层深度。
37
地层电阻率、 围岩-层厚、 泥浆侵入影响 校正。 求纵坐标
图1-12
SP 校正图版（SP-3）
38
图1-13
估计地层温度图版
求横坐标
39
求横坐标
图1-14
N a Cl 溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版
40
2）、确定地层温度下的泥浆电阻率Rm及泥浆滤液电阻率 Rmf或 Rmf=0.75Rm .
Cw、Cm —两种溶液的浓度；
U、v —— 正、负离子的迁移率，S/(m· N)
Z 、 Z —正、负离子的离子价；
n 、 n —每个分子离解后形成的正、负离子数；
8
三、扩散吸附电动势产生机理
1、泥浆和地层水的 矿化度不同； 2 、井壁地层具有一
定的渗透性；
3、地层颗粒对不同
极性的离子具有不
图1-1 扩散电动势产生示意图
6
由Nernst方程表述的扩散电动势：
E
d
Cw n u n v RT 2.3 lg F Z n u Z n v C m
(1-1)
其中：R—克分子气体常数，8.313 J/(K)； T—绝对温度，oK；T=273+t℃
7
F —Farady常数，96520 C/equiv；
氯化钠溶液 图1-2 扩散吸附电动势产生示意图
9
同的吸附性。
扩散吸附电 动势
E
da
K da
Cw lg Cm
（1-3）
RT —扩散吸附电动势系数； 其中：K da 2.3 F
当泥浆滤液和地层水的矿化度都较低时
E
K lg da da
Rmf Rw
(1-4)
10
第二节
自然电位测井及曲线特征
一、自然电位测井 在砂泥岩剖面井中， 当 C C 时，井下自 w mf 然电场的分布如图1-3所 示。
23
二、岩性 随地层泥质含量的增加，SP曲线异常幅度降低。 三、 地层温度 由于 K d 与K da 与绝对温度成正比，因此地层温 度的高低将会影响 K d 与K da 大小，进而影响
Ed 与Eda 的大小。
四、
地层水、泥浆滤液中含盐性质
地层水及泥浆滤液所含盐分不同，则溶液中所含 离子不同，不同离子的离子价及迁移速率不同，将影 响
的电位降低。
26
第四节
自然电位曲线的应用
一、 划分渗透层
在砂泥岩剖面，自
然电位测井曲线以 均质泥岩段的 SP 曲 线为基线，出现异 常层段为渗透层。。
渗 透 层
图1－9 应用SP曲线划分渗透层
27
泥岩基线
图1-10、砂岩层上部 含油下部含水时自然 电位曲线
图1-11、半幅点法确定 地层界面示意图
已知纵坐标和曲线号码， 求横坐标 图1-15 估计 Rmf 与
Rmc 的图版
41
3）、确定Rmfe。图1－16
当泥浆只含氯化钠、温度为 24 ℃时： Rmf 0.1 m，则 R mfe R mf
（1）、Rmf 0.1 m，则R mfe R mf （2）、Rmf 0.1 m，
K d 与K da 的大小。
24
五、地层导电性
地层导电性差， 其SP测量值低。
电阻率高， 幅度差小
电阻率低， 幅度差大
SP幅度差与地层导电性的关系
25
六、地层厚度
地层厚度减小，围岩影响增加，测量值与实 际值的差距加大。 七、井径扩大和侵入的影响 井径扩大，造成泥浆柱的电阻减小，压差降低；
泥浆侵入，使得测量电极M与地层间的距离加大，M
E2 Ed Ed 注界 Ed 注 C注 Cw Cw K d lg( ) K d lg( ) K d lg( ) Cmf C注 Cmf
49
在被水淹的下部砂岩和泥岩交界处的电动势
为
C注 Cw E3 Ed 注 Eda K d lg( ) K da lg( ) Cmf Cmf
54
二、自然电位曲线的特点：
1 、 泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自 然电位曲线。 2、最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水 的纯砂岩层的自然电位读数与泥岩基线读数的差。
3、比例尺：SP曲线的图头上标有的线性比例尺。
用于计算非泥岩层与泥岩基线间的自然电位差。
55
4、异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的
图1-3 井内自然电场分布示意图 CW﹥Cmf
11
电源－Eda和Ed；
产生井下
电介质－井内泥浆、地层；
直流电场
电场中的 物理量
电场强度（矢量）
电位（标量）
电场中某点电位与观测点位置、电介质、电源强度有关。
12
沿井轴测量自然电场电位，所测电位高低直
接与测量点周围电介质性质有关。 将位于井轴的测量电极M上提，得到随地层
32
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。
1 、图版法 1）、测定泥质砂岩的泥质含量；
2）、确定泥质地层的自然电位幅度；
3）、对其自然电位幅度进行岩层厚度及孔 隙流体性 质校正； 4）、绘制泥质含量与自然电位幅度的关系曲线。
33
2、 公式法
则在已知地层温度及此温度下泥浆电阻率， 用图1－16确定泥浆滤液等效电阻率。
42
饱和溶液温度
根据温度， 求纵或横坐标
图1-16
Rw Rwe 或 R Rmfe 的关系曲线（SP-2图版） mf
— —
43
3、确定地层水电阻率Rw
（1）、已知SSP、地层温度，确定 Rmfe Rwe ;