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
自然电位测井曲线的分析解释
自然电位测井曲线的分析解释自然电位测井曲线是一种常见的地球物理测井方法，通过测量地层自然电位的变化来获取地下地质信息。
本文将对自然电位测井曲线的分析解释进行详细探讨，帮助读者更好地了解和应用该方法。
一、自然电位测井曲线的概述自然电位测井曲线是通过电极在地层中测量地下电场的差异而得到的测井曲线。
电极对地下电场的测量可以反映地层的电性、含水层、岩石类型和地下流体性质等信息。
自然电位测井曲线通常以深度为横坐标，电位值为纵坐标，形成一条随深度变化的曲线。
二、自然电位测井曲线的主要特征1. 深度响应特征：自然电位测井曲线随深度变化，可以发现一些特殊的变化规律，如异常电位值、陡降和平缓变化等。
2. 地层特征反映：自然电位测井曲线能够反映地下地层的一些特征，如含水层界面、地层厚度和地下流体类型等。
3. 岩性识别：不同岩石具有不同的导电特性，自然电位测井曲线可以通过岩性识别来帮助解释地下岩石类型。
4. 地下流体性质分析：自然电位测井曲线的变化可以推测地下流体（如水、油、气）的存在和特性。
三、自然电位测井曲线的解释方法1. 异常值分析：通过对自然电位测井曲线的异常值进行分析，可以判断是否存在异常地层或地下流体的存在。
异常值可能是由含水层边界、地下断层、堆积岩层等引起的。
2. 曲线趋势分析：对自然电位测井曲线的整体趋势进行分析，可以发现地层的变化规律，如地下流体的分布、地层的递增或递减等。
3. 地下流体判别：通过自然电位测井曲线的变化，结合其他地球物理测井数据，可以判别地下流体的类型和性质。
4. 岩性推测：利用自然电位测井曲线与岩石类型的关系，可以对地下岩石进行识别和推测。
四、自然电位测井曲线的应用领域1. 油气勘探：自然电位测井曲线在油气勘探中起到重要的作用，通过分析曲线特征和解释结果，可以确定油气藏的存在和性质。
2. 水源勘探：自然电位测井曲线可以用于水源勘探，通过测量地下含水层的特征，判断水源的位置和质量。
3. 工程应用：自然电位测井曲线在地质工程和水文地质工程中也有广泛应用。
第一章 自然电位测井
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？
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
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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？
自然电位测井
求地层水电阻率
4、求地层水电阻率（Rw是计算地层含油饱和度的重要参数之一） 求地层水电阻率（Rw是计算地层含油饱和度的重要参数之一
图版法： 图版法：
略
判断水淹层
5、判断水淹层
在油田开发中，常采用注水的方法来提高采收率。 在油田开发中，常采用注水的方法来提高采收率。 注水的方法来提高采收率 如果油田见到了注水则该层为水淹层。利用测井资料判断水 如果油田见到了注水则该层为水淹层。 淹层层位及估计水淹层是目前检查注水效果的重要课题， 淹层层位及估计水淹层是目前检查注水效果的重要课题，目 前有些油田利用SP曲线根据基线偏移确定水淹层位， SP曲线根据基线偏移确定水淹层位 前有些油田利用SP曲线根据基线偏移确定水淹层位，并根据 偏移量的大小来估计水淹程度。水淹层在SP SP曲线上出现基线 偏移量的大小来估计水淹程度。水淹层在SP曲线上出现基线 偏移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。当Cw 偏移是因为注入水的矿化度不同于地层水和泥浆滤液。 Cmf，且为均匀的纯砂岩， > C 注 > Cmf ， 且为均匀的纯砂岩 ， 可以证明在水淹水平界 面处SP曲线上无异常变化，而只发生基线偏移， SP曲线上无异常变化 面处SP曲线上无异常变化，而只发生基线偏移，可以计算出 偏移量的大小。 偏移量的大小。
常规测井
——之自然电位测井
地物 韩善朋
知识回顾
• 测井：也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩 层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理 特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法 （包括重、磁、电、震、测井）之一。 • 常规测井：?????
常规测井的分类
一、划分岩性 1、自然电位测井（SP） 2、自然伽马测井（GR） 3、井径（CAL） 二、孔隙度的计算 1、声波测井 2、中子测井 3、密度测井 三、电阻率的计算 1、深层电阻率测井 2、中层电阻率测井 3、浅层电阻率测井
自然电位测井
原理
自然电位(SP)曲线是井眼中移动电极的电位与地面 电极固定电位的差的反映。SP曲线上的偏移是电流在井 筒内的钻井液中流动的结果，电流是井壁两侧流体所含 离子浓度差形成的电化学作用所造成。
天津分公司勘探部
1
自然电位测井
天津分公司勘探部
2
用途
· 探测渗透层； · 确定地层界面位置，地层对比； · 确定地层水电阻率(Rw)的值； · 定性判断地层泥质含量
天津分公司勘探部
8
注意事项
1.
天津分公司勘探部
9
泥质含量的影响
天津分公司勘探部
10
油水的影响
天津分公司勘探部
11
注意事项2.ຫໍສະໝຸດ 天津分公司勘探部12
注意事项
3.
天津分公司勘探部
13
天津分公司勘探部
6
6.测速不应超过30m／min； 7.每次测井的横向刻度比例尽可能相同。在响应幅度低的井段或地区 已定好刻度时，也可有例外； 8.泥岩线的位置应与前次测井相同； 9.操作工程师在移动泥岩基线时，应在胶片或蓝图上作出标记，且不 得在目的层进行； 10.将较纯水层(最好为砂岩)的毫伏电压偏移与前次或邻井测得的曲线 进行比较； 11.在油基或不导电钻井液中不应测SP曲线；
天津分公司勘探部
7
如发现曲线有受干扰的迹象，则需查清，常见的干扰源有：
干扰源 磁性影响 双金属作用 大地电流 随机电子干扰(发电机) 电缆噪声 焊接
干扰表现 周期性地出现，与电缆滚筒速度有关 无特别的正负偏差。通常干扰来自阴极 保护装置 表现为数值的偏移 50／60Hz的随机脉冲 表现为与电缆卷绕有关的随机噪声 与焊接周期(热／冷)有关的周期性噪声
天津分公司勘探部
自然电位(SP)曲线是井眼中移动电极的电位与地面 电极固定电位的差的反映。SP曲线上的偏移是电流在井 筒内的钻井液中流动的结果，电流是井壁两侧流体所含 离子浓度差形成的电化学作用所造成。
天津分公司勘探部
1
自然电位测井
天津分公司勘探部
2
用途
· 探测渗透层； · 确定地层界面位置，地层对比； · 确定地层水电阻率(Rw)的值； · 定性判断地层泥质含量
天津分公司勘探部
8
注意事项
1.
天津分公司勘探部
9
泥质含量的影响
天津分公司勘探部
10
油水的影响
天津分公司勘探部
11
注意事项2.ຫໍສະໝຸດ 天津分公司勘探部12
注意事项
3.
天津分公司勘探部
13
天津分公司勘探部
6
6.测速不应超过30m／min； 7.每次测井的横向刻度比例尽可能相同。在响应幅度低的井段或地区 已定好刻度时，也可有例外； 8.泥岩线的位置应与前次测井相同； 9.操作工程师在移动泥岩基线时，应在胶片或蓝图上作出标记，且不 得在目的层进行； 10.将较纯水层(最好为砂岩)的毫伏电压偏移与前次或邻井测得的曲线 进行比较； 11.在油基或不导电钻井液中不应测SP曲线；
天津分公司勘探部
7
如发现曲线有受干扰的迹象，则需查清，常见的干扰源有：
干扰源 磁性影响 双金属作用 大地电流 随机电子干扰(发电机) 电缆噪声 焊接
干扰表现 周期性地出现，与电缆滚筒速度有关 无特别的正负偏差。通常干扰来自阴极 保护装置 表现为数值的偏移 50／60Hz的随机脉冲 表现为与电缆卷绕有关的随机噪声 与焊接周期(热／冷)有关的周期性噪声
天津分公司勘探部
自然电位测井
能力。
09:45 10
第一章 自然电位测井
第一节 自然电场的产生
当井壁附近地层水和泥浆滤液矿化度都较低时，且Cw>Cmf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：
09:45
第一章 自然电位测井
11
第一节 自然电场的产生
三、氧化还原电位
09:45
20
第二节 自然电位测井及曲线特征
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；砂泥岩剖面中自然电 位曲线幅度ΔUSP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
09:45
第一章 自然电位测井
14
第一节 自然电场的产生
四、过滤电动势
在压力差的作用下，当溶液通过毛细管时，管的两端产生电位 差。这是由于毛细管壁吸附负离子，使溶液中正离子相对增多。正 离子在压力差的作用下，随同溶液向压力低的一端移动，因此在毛 细管两端富集不同极性的离子，形成过滤电动势。 在岩石中，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。
09:45
第一章 自然电位测井
26
第三节 自然电位测井的影响因素
五、 地层电阻率的影响
地层电阻率Rsd增加和围岩电阻率Rsh增加时，自然电流在地层 内的电位降加大，则ΔＵSP降低。泥浆电阻率Rm下降，则rm下降， ΔＵ SP下降。地层的电阻率越高则 ΔＵSP越低。可以根据自然电位 曲线的这一特点区分油水层。
地球物理测井3(自然电位测井)
3 自然电位测井（SP）
3 自然电位测井（SP）
3 自然电位测井（SP）
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。
3 自然电位测井（SP）
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。
3.1.2 电化学作用与电化学电位
• 油井中的电化学作用主要包括两种： 一种是扩散作用，另一种是扩散吸附 作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 当具有不同矿化度的两种流体相接 触时，离子将从浓度高的地方向浓 度低的地方移动，这种现象我们称 为扩散作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 第二种为相对刻度 的曲线读值，首先 确定基线然后读取 相对值 。
1.2 自然电位测井曲线
关于相对刻度 的说明： • “-”为电位降低的 方向； • “+”为电位升高 的方向； • |—| 间距是电位的 变化量的大小的刻 度。
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 在泥岩层处自然电位曲线的 测井值比较稳定。
K值的变化，
⑵ 温度对电阻率的 影响明显。
1.3.1 自然电位测井的影响因素
U SP I rm
U SP
rm
ES ri rt
rsh
rm
K lg C w
U SP
rm
ri
C mf rt
பைடு நூலகம்rsh
rm
• 地层厚度的影响 r=R×L/S S=h×井眼的周长
3 自然电位测井（SP）
3 自然电位测井（SP）
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。
3 自然电位测井（SP）
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。
3.1.2 电化学作用与电化学电位
• 油井中的电化学作用主要包括两种： 一种是扩散作用，另一种是扩散吸附 作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 当具有不同矿化度的两种流体相接 触时，离子将从浓度高的地方向浓 度低的地方移动，这种现象我们称 为扩散作用。
3.1.2.1 扩散作用与扩散电位
• 第二种为相对刻度 的曲线读值，首先 确定基线然后读取 相对值 。
1.2 自然电位测井曲线
关于相对刻度 的说明： • “-”为电位降低的 方向； • “+”为电位升高 的方向； • |—| 间距是电位的 变化量的大小的刻 度。
1.2.1 自然电位测井曲线的特点
• 在泥岩层处自然电位曲线的 测井值比较稳定。
K值的变化，
⑵ 温度对电阻率的 影响明显。
1.3.1 自然电位测井的影响因素
U SP I rm
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• 地层厚度的影响 r=R×L/S S=h×井眼的周长
测井方法原理4-自然电位测井
d
曲线号码h/d
不同厚度地层自然电位理论曲线
地层厚度h↑→ΔUsp↑。
井径扩大↑→井的截面积加大↑→自然电流 在井内的电位降变小↓→ ΔUsp降低↓。
泥浆侵入地层→泥浆滤液与地层水的接触面 向地层内推移→其效果相当于井径扩大↑→ ΔUsp降低↓
判断渗透层
估计渗透层厚度
自然电位曲线
估算泥质含量
确定地层水电阻率
绝对温度
z vu zvu R T Cmf Ed U ( xm ) U ( xw ) 2 ln 2 Cw z vu z vu F
R T K da 2.3 zF
P3
Qv→∞时：
P5→(1-3)
显然，Ed、Eda都和绝对温度T成正比。
Ed 和 Eda 由离子的扩散吸附形成，故当泥浆和地 层水中的化学成分不同时，其所含离子不同，导 致溶液中离子数的差异，不同离子的离子价和迁 移率又不同，这就直接影响扩散吸附电动势系数， 最终使得Ed和Eda变化。 18°C时几种盐溶液的Kd值 溶质 NaCl NaHCO3 CaCl2 MgCl2 Na2SO4 KCl
选择厚度较大、饱含水的纯砂岩层，将其ΔUsp 校正→SSP
求纯水砂岩地层水电阻率Rw方法
1、确定静自然电位SSP 2、确定等效泥浆滤液电阻率Rmfe 3、确定地层水电阻率Rw
参见P13-17
查 图 版
注 意 用 SP 法求地层水电阻率 —— 要求地层有一定渗
透率、地层水成分是 NaCl 、泥浆电阻率不高、 过滤电位可忽略不计。无侵入效果较好。
已知含水纯砂岩自然电位ΔUsp ＝－ 30mV ， 地层厚度 h=3m ，井径 d=0.25m ，砂岩层电阻率 Rt=10.m，围岩（泥岩）电阻率 Rs=2.5 .m ， 泥 浆 电 阻 率 Rm=0.5 .m ， 泥 浆 密 度 m=1.44g/cm3，地层温度t=85C，无侵入。
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（北京）
本科生课程 《地球物理测井方法》
第3章 自然电位测井
( Spontaneous Potential Logging )
1
自然电位测井
2
自然电位(直流）与电阻率（交流）同时测量
3
§1 井内自然电场生原因
一、岩石孔隙水中离子的分布
4
1. 离子双电层
（1）地层水中盐分子（如NaCl）充分离解， 与极性水分子形成水合离子； （2）岩石颗粒与水接触的表面带有固定不动 的负电荷，粘土矿物中最显著； （3）带负电的岩石表面吸引极性水分子与Na 的水合离子，形成离子双电层。（内层： 岩石表面负电荷；外层：吸附的阳离子）
21
2. Eda表达式
在Ed表达式中，令l-=0
Cw RT Cw Eda 2.3 lg K da lg ZF Cmf Cmf
K da
RT 2 .3 ZF
当温度为18℃时，对于 NaCl溶液， Kda=59.1mv
22
§2 自然电位测井及SP曲线
一、自然电位曲线的形成 1.在砂层形成 Ed ， 泥岩层形成Eda；
28
三、影响储层自然电位异常的因素
等效电流：
E E I r r r
d da m t
sh
储层的usp=Irm Ed-Eda与储层的usp符号一致：
当Cw>Cmf时,Ed<0,Eda>0;Ed-Eda<0, 为负异常；反之为正异常
29
1. 静自然电位（SSP）
Cw SSP Ed Eda K d K da lg Cmf Cw/Cmf 的影响：
9
3. 双水
粘土束缚水：
双电层外层那部分水，阳离子多于阴离子 远水： 双电层以外，离颗粒表面较远的那部分水， 正负离子大体平衡，是正常性质的地层水。
10
二、储集层的自然电动势 1. 扩散电动势（含水纯岩石）Ed Cw>Cmf,且NaCl分 子全部电离，岩性 纯，无双电层， 水是远水
半透膜
11
扩散电动势（含水纯岩石）形成过程
13
常见离子迁移率及电解质溶液的Kd值（18℃时）
溶质化学 成分 NaCl KCl CaCl2 MgCl2 CaSO4 MgSO4 CaCO3 正离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ 迁移率l+ [m2∙S/mol ] 4.35 6.46 5.16 4.50 5.16 4.50 5.16 负离子 Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ SO42－ SO42－ CO32－ 迁移率l[m2.S/mol ] 6.55 6.55 6.55 6.55 6.79 6.79 6.00 溶液的扩 散电动势 系数（mV） －11.6 －0.4 －19.6 －22.5 －7.9 －11.7 －4.4
2.泥岩，砂岩，泥浆 都是导电介质；
3.在砂层与泥岩交界 处形成自然电流； 4.井内不同岩层处电 位的变化构成全井自 然电位曲线。
23
一、自然电位曲线的形成
24
泥岩
+ + + + + + +
砂岩
Ed
+ + + + + + + -
Eda
- 25mv +
自然电位
泥岩
-
+ + + + + + +
Eda
31
5. 储层泥质含量的影响 Vsh ----〉usp 6. 侵入带直径的影响 d i ---〉自然电流回路的路径 ---〉I ----〉usp 7. 岩性剖面 碳酸盐岩剖面,自然电位异常不能用来区分储层
32
四. SP曲线的特点
1. 对称于地层中点 2. h/d>4,曲线的半 幅点对应地层界面 3. 代表值：地层中 部极值
Rmf
P
A 4
Rmf——泥浆滤液电阻率，Ω.m μ——泥浆滤液的粘度，Pa.s ΔP—泥浆柱与地层之间的压力差，atm Aφ—过滤电动势系数，mV，渗透岩石0.77mV ε —是泥浆滤液的介电常数 ζ —是与岩石的物理化学性质有关的参数
20
三、纯泥岩的电动势Eda
1.形成
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 半透膜 衡时，电动势为Eda
46
-
+ +
- + + + -
+++++
-------
+ + -
Cw>C注>Cmf
+ +
-- + +
47
交界面I处的总电动势： - +
EI Ed
+ - + Eda + kd + - + + -+ - + -
CW CW lg kda lg Cmf Cmf
C注 Cw Cw ------- + 注 注界 EII Ed Ed Ed + -Kd lg Kd lg Kd lg Cmf C注 Cmf + + + - - + EII Kd (lg Cw lg Cmf -- lg Cw lg C注 lg C注 lg Cmf )＝0 -- + + + +
T(K)—溶液的绝对温度 Rmfe—等效泥浆滤液电阻率 Rwe —等效地层水电阻率
38
1. 确定SSP 在一个解释井段内，选一个标准水层，读取 其SP作为SSP 标准水层：岩性纯，厚度大，100%含水 如没有标准水层，取最接近的层读SP，用 图版校正为SSP
39
40
2. 计算自然电位系数K
K 70.7273 T / 298
18
3. 过滤电动势（压力差产生的）
1) 在泥浆与地层间的压力差作用下，泥浆滤 液推动地层中流体移动； 2)带动离子双电层中扩散层中的正离子向同 方向流动； 3) 在低压一侧富集正电荷，高压一侧富集 负电荷，形成过滤电动势； 4) 泥饼形成后便不再有过滤电动势。
19
过滤电动势表达式:
E A
6. 确定标准温度下的地层水电阻率RwN
RweN 0.12 m : RwN 0.58 100.69 RweN 0.24 RweN 0.12 m : RwN 77RweN 5 / 146 337RweN
7. 确定地层温度下的地层水电阻率Rw
82.2 RwN Rw 1.8T 39
5
ELECTRICAL DOUBLE LAYER OF CLAYS
6
7
（4）吸附阳离子 吸附层：紧贴岩石表面，不能移动 扩散层：吸附层之外阳离子，可正常移动 （5）双电层是在岩石沉积、成岩过程中形成的 砂岩：双电层外层的厚度非常小
泥岩：表面负电荷多，双电层外层的厚度 很大
8
2. 阳离子交换 双电层内的阳离子或其水合离子相互交换位 置，或与双电层之外的阳离子及水合离子交 换位置而移动（等电量交换），交换的难易 程度取决于岩石表面对阳离子的静电引力。 平衡离子：被吸附的正离子
1.8T1 39 R2 / R1 1.8T2 39
44
8. 确定地层水矿化度Cw
X [3.562 lg( RwN 0.0123)]/ 0.995
Cw 10
X
Cw——地层水NaCl的矿化度，ppm。
45
四、判断水淹层(油层）
油层孔隙中有注入水存在,则该层叫水淹层
基线偏移
Rmf Cw Ed Kd lg Kd lg Cmf Rw
16
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;
2）在浓度差的作用下发生扩散（远水中的钠 离子、氯离子；扩散层中的钠离子）,钠离
子的数量比纯岩石情况下多；
17
3）富集的电荷量比纯岩石少，产生电动势 变小； 4）当泥质含量达到一定的程度，电动势反向; 5）泥质岩石中的这种电动势，称为扩散-吸附 电动势。
25
26
二、储层的自然电位异常 实测自然电位曲线 没有绝对零点 有带极性的横向比例尺
27
1.泥岩基线: 相邻的泥岩自然电位构成的直线段 2.储层的异常:偏离基线的变化 负异常:偏离基线向低电位一方 正异常:偏离基线向高电位一方 异常幅度：偏离泥岩基线的 最大幅度，负异常为负值， 正异常为正值
Km
（3）确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN
RmfN 0.1 m : RmfeN 0.85RmfN RmfN 0.1 m : RmfeN (146RmfN 5) /(337RmfN 77)
43
5. 确定标准温度下的等效地层水电阻率RweN
RweN RmfeN / Rmfe / Rwe
48
交界面Ⅱ处的总电动势： >C注>Cmf +++++ + - Cw + +++++ ------Cw>C注>Cmf + -
Cw Cmf
Cw Cmf
负异常 正异常 无异常 异常幅度↗
30
Cw Cmf
︱Cw - Cmf ︳↗
2. 储层厚度
E E I r r r
本科生课程 《地球物理测井方法》
第3章 自然电位测井
( Spontaneous Potential Logging )
1
自然电位测井
2
自然电位(直流）与电阻率（交流）同时测量
3
§1 井内自然电场生原因
一、岩石孔隙水中离子的分布
4
1. 离子双电层
（1）地层水中盐分子（如NaCl）充分离解， 与极性水分子形成水合离子； （2）岩石颗粒与水接触的表面带有固定不动 的负电荷，粘土矿物中最显著； （3）带负电的岩石表面吸引极性水分子与Na 的水合离子，形成离子双电层。（内层： 岩石表面负电荷；外层：吸附的阳离子）
21
2. Eda表达式
在Ed表达式中，令l-=0
Cw RT Cw Eda 2.3 lg K da lg ZF Cmf Cmf
K da
RT 2 .3 ZF
当温度为18℃时，对于 NaCl溶液， Kda=59.1mv
22
§2 自然电位测井及SP曲线
一、自然电位曲线的形成 1.在砂层形成 Ed ， 泥岩层形成Eda；
28
三、影响储层自然电位异常的因素
等效电流：
E E I r r r
d da m t
sh
储层的usp=Irm Ed-Eda与储层的usp符号一致：
当Cw>Cmf时,Ed<0,Eda>0;Ed-Eda<0, 为负异常；反之为正异常
29
1. 静自然电位（SSP）
Cw SSP Ed Eda K d K da lg Cmf Cw/Cmf 的影响：
9
3. 双水
粘土束缚水：
双电层外层那部分水，阳离子多于阴离子 远水： 双电层以外，离颗粒表面较远的那部分水， 正负离子大体平衡，是正常性质的地层水。
10
二、储集层的自然电动势 1. 扩散电动势（含水纯岩石）Ed Cw>Cmf,且NaCl分 子全部电离，岩性 纯，无双电层， 水是远水
半透膜
11
扩散电动势（含水纯岩石）形成过程
13
常见离子迁移率及电解质溶液的Kd值（18℃时）
溶质化学 成分 NaCl KCl CaCl2 MgCl2 CaSO4 MgSO4 CaCO3 正离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ Mg2+ Ca2+ 迁移率l+ [m2∙S/mol ] 4.35 6.46 5.16 4.50 5.16 4.50 5.16 负离子 Cl－ Cl－ Cl－ Cl－ SO42－ SO42－ CO32－ 迁移率l[m2.S/mol ] 6.55 6.55 6.55 6.55 6.79 6.79 6.00 溶液的扩 散电动势 系数（mV） －11.6 －0.4 －19.6 －22.5 －7.9 －11.7 －4.4
2.泥岩，砂岩，泥浆 都是导电介质；
3.在砂层与泥岩交界 处形成自然电流； 4.井内不同岩层处电 位的变化构成全井自 然电位曲线。
23
一、自然电位曲线的形成
24
泥岩
+ + + + + + +
砂岩
Ed
+ + + + + + + -
Eda
- 25mv +
自然电位
泥岩
-
+ + + + + + +
Eda
31
5. 储层泥质含量的影响 Vsh ----〉usp 6. 侵入带直径的影响 d i ---〉自然电流回路的路径 ---〉I ----〉usp 7. 岩性剖面 碳酸盐岩剖面,自然电位异常不能用来区分储层
32
四. SP曲线的特点
1. 对称于地层中点 2. h/d>4,曲线的半 幅点对应地层界面 3. 代表值：地层中 部极值
Rmf
P
A 4
Rmf——泥浆滤液电阻率，Ω.m μ——泥浆滤液的粘度，Pa.s ΔP—泥浆柱与地层之间的压力差，atm Aφ—过滤电动势系数，mV，渗透岩石0.77mV ε —是泥浆滤液的介电常数 ζ —是与岩石的物理化学性质有关的参数
20
三、纯泥岩的电动势Eda
1.形成
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 半透膜 衡时，电动势为Eda
46
-
+ +
- + + + -
+++++
-------
+ + -
Cw>C注>Cmf
+ +
-- + +
47
交界面I处的总电动势： - +
EI Ed
+ - + Eda + kd + - + + -+ - + -
CW CW lg kda lg Cmf Cmf
C注 Cw Cw ------- + 注 注界 EII Ed Ed Ed + -Kd lg Kd lg Kd lg Cmf C注 Cmf + + + - - + EII Kd (lg Cw lg Cmf -- lg Cw lg C注 lg C注 lg Cmf )＝0 -- + + + +
T(K)—溶液的绝对温度 Rmfe—等效泥浆滤液电阻率 Rwe —等效地层水电阻率
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1. 确定SSP 在一个解释井段内，选一个标准水层，读取 其SP作为SSP 标准水层：岩性纯，厚度大，100%含水 如没有标准水层，取最接近的层读SP，用 图版校正为SSP
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2. 计算自然电位系数K
K 70.7273 T / 298
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3. 过滤电动势（压力差产生的）
1) 在泥浆与地层间的压力差作用下，泥浆滤 液推动地层中流体移动； 2)带动离子双电层中扩散层中的正离子向同 方向流动； 3) 在低压一侧富集正电荷，高压一侧富集 负电荷，形成过滤电动势； 4) 泥饼形成后便不再有过滤电动势。
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过滤电动势表达式:
E A
6. 确定标准温度下的地层水电阻率RwN
RweN 0.12 m : RwN 0.58 100.69 RweN 0.24 RweN 0.12 m : RwN 77RweN 5 / 146 337RweN
7. 确定地层温度下的地层水电阻率Rw
82.2 RwN Rw 1.8T 39
5
ELECTRICAL DOUBLE LAYER OF CLAYS
6
7
（4）吸附阳离子 吸附层：紧贴岩石表面，不能移动 扩散层：吸附层之外阳离子，可正常移动 （5）双电层是在岩石沉积、成岩过程中形成的 砂岩：双电层外层的厚度非常小
泥岩：表面负电荷多，双电层外层的厚度 很大
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2. 阳离子交换 双电层内的阳离子或其水合离子相互交换位 置，或与双电层之外的阳离子及水合离子交 换位置而移动（等电量交换），交换的难易 程度取决于岩石表面对阳离子的静电引力。 平衡离子：被吸附的正离子
1.8T1 39 R2 / R1 1.8T2 39
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8. 确定地层水矿化度Cw
X [3.562 lg( RwN 0.0123)]/ 0.995
Cw 10
X
Cw——地层水NaCl的矿化度，ppm。
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四、判断水淹层(油层）
油层孔隙中有注入水存在,则该层叫水淹层
基线偏移
Rmf Cw Ed Kd lg Kd lg Cmf Rw
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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;
2）在浓度差的作用下发生扩散（远水中的钠 离子、氯离子；扩散层中的钠离子）,钠离
子的数量比纯岩石情况下多；
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3）富集的电荷量比纯岩石少，产生电动势 变小； 4）当泥质含量达到一定的程度，电动势反向; 5）泥质岩石中的这种电动势，称为扩散-吸附 电动势。
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二、储层的自然电位异常 实测自然电位曲线 没有绝对零点 有带极性的横向比例尺
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1.泥岩基线: 相邻的泥岩自然电位构成的直线段 2.储层的异常:偏离基线的变化 负异常:偏离基线向低电位一方 正异常:偏离基线向高电位一方 异常幅度：偏离泥岩基线的 最大幅度，负异常为负值， 正异常为正值
Km
（3）确定标准温度下的等效泥浆滤液电阻率RmfeN
RmfN 0.1 m : RmfeN 0.85RmfN RmfN 0.1 m : RmfeN (146RmfN 5) /(337RmfN 77)
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5. 确定标准温度下的等效地层水电阻率RweN
RweN RmfeN / Rmfe / Rwe
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交界面Ⅱ处的总电动势： >C注>Cmf +++++ + - Cw + +++++ ------Cw>C注>Cmf + -
Cw Cmf
Cw Cmf
负异常 正异常 无异常 异常幅度↗
30
Cw Cmf
︱Cw - Cmf ︳↗
2. 储层厚度
E E I r r r