第二章----常规测井方法及地质响应---(1)SP测井

可以看作是静自然电
Usp SSP
因而，在砂泥岩剖面，实际上测量得到的 SP电位实际上都小于静 自然电位，故而SSP应在井段内的测量结果最大值处读取。
静自然电位SSP是测井分析家用来分析地层剖面性质的重要参数之 一。
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征
2、SP（ Usp ）曲线及其特点
图1-4 测量电路图
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征 2、总电动势
E总 Ed Eda K lg Rmf def Rw SSP
通常把 E总 称为静自然电位， 记作 SSP ； Ed 的幅度称为砂岩 线；Eda的幅度叫泥岩线。 在 18 oC ，极限情况下，静自然 电位系数 K=Kd-Kda=-11.6-58=69.6 （ mv ），所以，在 18℃时 的纯砂岩层处的SSP为：
第 一节 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
三、扩散—吸附电动势
②扩散—吸附电动势的产生
正是由于离子双电层的存在，在扩散过程中，离子扩散包括 两部分：一部分是远水中的离子的扩散，应同砂岩一样；另一部 分则是双电层中的Na+的扩散。两者共同作用相当于参与扩散的阳 离子数增多。 从效应上看，表现为 Na+的迁移速度超过了 Cl-，因此扩散的 结果与砂岩恰好相反，即在浓度小的一方富集了Na+，出现相对过 剩的正电荷，而在高浓度一方，富集了Cl-，出现了过剩的负电荷。 正是由于泥岩吸附的Na+的参与（扩散层），这种扩散作用称为扩 散—吸附作用，而形成的电动势则称为扩散—吸附电动势Eda，或 称为薄膜电位。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
一、井内自然电位产生的原因 ①地层水含盐浓度与泥浆含盐浓度不同，引起离子扩散运 动或岩石颗粒对离子的吸附作用产生的扩散吸附电动势。 ②由于地层压力与泥浆柱压力的差别，盐溶液在孔隙中的 渗滤作用而产生的过滤电动势。 一般情况下，过滤电动势的影响要小于前者，因此测井 解释一般不作考虑，但是在测井精细解释中，仍需要对其 进行必要的校正。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
三、扩散—吸附电动势
①泥岩的离子双电层
泥岩颗粒的晶格置换作用、矿物水解作用、破键作用等原因， 使得岩石颗粒表明带有固定的负电荷，它同水溶液接触时，必然 吸引极性水分子和Na+（地层水含盐以NaCl为主，还包括Na2CO3、 MgCl2、CaCl2等）。其中一部分Na+紧贴岩石颗粒表面，只做热 运动，而不能移动，构成吸附层；另一部分阳离子则在吸附层之 外形成扩散层，在扩散层Na+可以正常移动。这就是离子双电层。 在双电层以外的水称为自由水（远水），同正常溶液相同。 因此泥质砂岩中离子的扩散就包括了这两部分的离子的共同 扩散。由于地层的压实作用，泥岩层不含自由水，因此，泥岩孔 隙中只含有Na+，并参与扩散作用。
以NaCl溶液为例，正负离子的迁移率（与迁移速度成正比）不同。 各离子的迁移率见如下表
正 离 子 负 离 子 迁 移 率
溶质化学 成分
迁 移 率
溶液的扩散 电动势系数
NaCl
Na
4.35
Cl
6.55
-11.6
1、 自然电位测井（SP）
2、扩散电动势的产生
设两种溶液的浓度分别为 Cw 和 Cm ，而 且 Cw>Cm ，由于负离子 Cl- 的迁移速度 大于 Na+ 的迁移速度，随着扩散作用的 进行，则 Cm 端相对富集了 Cl- ，有负电 荷的积累，而在高浓度Cw端则有 Na+的 相对富集，有正电荷的积累，在溶液接 触面形成了扩散电场；在扩散电场作用 下，Cl-受到电场的排斥作用而迁移速度 减小， Na+ 则受到电场的吸引而受到增 大，同时在渗透压的作用下两种离子继 续扩散，最终达到一种动态的平衡，即 Na+和 Cl-的迁移速度相等，从而在隔膜 的两端产生一个稳定的电动势，即扩散 电动势Ed。
Ed 与 Eda符号正好相反， 泥岩层与砂岩层井壁上的 自然电动势的极性相反， 但是，表现在电路上，两 个电动势的反向则是相同 的。
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征 3、自然电流
有自然电场产生井内的自 然电流为：
E总 I rsh rsd rm
4、测量结果（理论上）
1、 自然电位测井（SP）
扩散电动势的产生的原因
泥浆与地层水（两种溶液）的矿化 度不同 井壁地层具有渗透性 正、负离子的迁移率不同
1、 自然电位测井（SP）
2、扩散电动势的产生
对于NaCl溶液来说：
R T u v C1 C1 lg Kd lg F uv C2 C2 R T u v 其中：Kd 2.3 称为扩散系数； F uv R — 克分子气体常数； Ed 2.3 T — 绝对温度； F — Farady常数； 18o C时，Kd -11.6mv; C1 R 2 浓度较低时， C2 R1 R2 因此：Ed Kd lg R1
SSP 69.6 lg Rmf Rw
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征
2、总电动势
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征
2、总电动势
在纯的、巨厚含水砂岩地层：测量结果 位SSP； 对于薄层： 含油气地层：
rsd Usp SSPUspຫໍສະໝຸດ 1、 自然电位测井（SP）
本章的主要内容
1、自然电位产生原因及井内自然电场的分布。 2、自然电位测井原理、曲线特点及影响因素。 3、自然电位曲线的应用。
1、 自然电位测井（SP）
在最早进行视电阻率测井时，在下放电极系未供电的情况 下，发现沿井身有电位变化，经过反复验证这种电位普遍 存在。研究表明：井下自然电场是由于钻开岩层时井内钻 井液与地层水矿化度不同，井壁附近出现电化学活动而产 生的。 自然电场的分布特点取决于井孔剖面岩层的性质。 沿井轴测量记录自然电位变化曲线，用以区别岩性，这种 测井方法叫自然电位测井。 由于自然电位曲线在渗透层处有明显的异常显示，因此， 它是划分和研究储集层的重要方法之一。
图1-6 自然电位测井理论曲线
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征
2、SP（ Usp ）曲线及其特点
②曲线特点
a. 当地层岩性均匀，且上下围岩性质相同时， 曲线对称于地层中点，且在地层中点处出现极 大值； b. 厚地层（h>4d），曲线半幅点对应于地层 界面； c. 随地层厚度减小，对应于地层界面处的幅 度升高（向峰值方向移动），地层的极大值减 小，此时由半幅点确定的地层厚度要大于实际 地层厚度。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
二、扩散电动势
1、扩散现象 用一渗透性膜隔开的不同浓度的 NaCl 溶液在相互 接触时，高浓度溶液中的离子在渗透压的作用下，总 要向低浓度溶液扩散，这种现象称为扩散现象。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
二、扩散电动势
2、扩散电动势的产生
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
三、扩散—吸附电动势
②扩散—吸附电动势的产生
C1 R2 Eda Kda lg Kda lg C2 R1
其中， Kda 称为扩散 — 吸附电动势系数，它不是常 数，随泥质含量和 Cw和 Cm而变化；对于纯泥岩、 NaCl 溶液来说， 18℃ 时， Kdamax=58mv （即参与 扩散的离子只有Na+的极限情况）。
1、 自然电位测井（SP）
一 、 砂 泥 岩 剖 面 井 内 自 然 电 场 分 布
§
2
自 然 电 位 测 井 原 理 及 曲 线 特 征
1 、 等 效 电 路
井内等效电路图
1、 自然电位测井（SP）
§2 自然电位测井原理及曲线特征 2、总电动势
E总 Ed Eda K lg Rmf def Rw SSP
图1-3井内自然电场分布示意图
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
三、扩散—吸附电动势
当两种不同矿化度的盐溶液被泥岩隔膜隔开时，情况会 怎样？ 1、产生原因 从扩散电动势产生的原因来看，扩散电动势产生的必须 具备的条件是：盐溶液浓度差和渗透性隔膜的存在，不 同的隔膜甚至会影响到离子的扩散性质。泥岩与砂岩的 性质不同，因此对离子的扩散作用的影响也就不同，首 先看看泥岩本身的一些特性。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
由于泥浆和地层水的矿化度不同，在钻开岩层后，井壁附近泥浆和地 层水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。 泥浆：钻井时为了促进钻井的速度和效果，由井口注入的在井内流动 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，即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。
1、 自然电位测井（SP）
自 然 电 位 测 井 （ Spontaneous Potential Logging ）：是在裸眼井中测量井轴上自 然产生的电位随深度的变化。 SP 测井是以研究井剖面地层性质（地层 岩性）的一种测井方法。它是最早使用的 测井方法之一，最简单而很有用，至今仍 然是砂泥岩剖面、淡水泥浆井必测的测井 项目之一。
1、 自然电位测井（SP）
§1 自然电场的产生
三、扩散—吸附电动势
2、砂泥岩剖面上的扩散—吸附电动势
在砂泥岩剖面的泥岩井段，设地层水和泥浆滤液的矿化 度分别为 Cw 和 Cmf ，对于淡水泥浆，则 Cw>Cmf ，则 井壁处有扩散—吸附电动势的产生。