03-自然电位测井new
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1、自然电位测井云美厚云美厚河南理工大学资源与环境学院河南理工大学资源与环境学院电测井系列之一电测井系列之一什么是自然电位？定义：自然条件下，因地层介质自然激化形成定义：自然条件下，因地层介质自然激化形成的电场在空间上所造成的电位差。的电场在空间上所造成的电位差。 一般用一般用SPSpontaneous Potential or Self Potential表示表示测井原理：测量电极在井内移动时，可测得与测井原理：测量电极在井内移动时，可测得与地层性质有关的电位变化见图地层性质有关的电位变化见图特点：自然产生，无需供电特点：自然产生，无需供电 自然电位曲线变化与岩性密切相关，能自然电位曲线变化与岩
2、性密切相关，能以明显的异常显示出渗透性地层以明显的异常显示出渗透性地层(油气勘探为储油气勘探为储集层、煤田勘探含水层集层、煤田勘探含水层)自然电位测井优点：自然电位测井优点： 简单，实用，低本钱简单，实用，低本钱 是划分岩性和研究储集层是划分岩性和研究储集层(渗透层渗透层)性质的重要性质的重要方法方法vMN井中电极M与地面电极N之间的电位差返回自然电位测井原理图 扩散扩散-吸附电场吸附电场地层水矿化度地层水矿化度 (含盐浓度含盐浓度)与钻井液矿化度不同，与钻井液矿化度不同，引起离子扩散作用；岩石颗粒对离子的吸附作用正负离子扩散速度引起离子扩散作用；岩石颗粒对离子的吸附作用正负离子扩散速度不同；
3、见图不同；见图 过滤电场过滤电场地层压力与钻井液柱压力不同，在地层孔隙中产生的地层压力与钻井液柱压力不同，在地层孔隙中产生的过滤作用过滤作用实践证明，扩散作用是井内自然电位产生的主要原因实践证明，扩散作用是井内自然电位产生的主要原因 过滤作用只在泥浆柱和地层间的压力差很大且泥过滤作用只在泥浆柱和地层间的压力差很大且泥 饼未形成前才有较大显示饼未形成前才有较大显示 通常钻井液柱压力略高于地层压力，压差较小，通常钻井液柱压力略高于地层压力，压差较小， 且测井时泥饼已形成，故常忽略过滤电位且测井时泥饼已形成，故常忽略过滤电位井内自然电位产生的两个主要原因井内自然电位产生的两个主要原因井内自然电场分布
4、示意图砂岩泥岩泥岩钻井液C1C1C2CmfC1C2Cmf扩散扩散方向方向泥岩结构、化学成分与砂岩不同，自然电位数值与砂岩差异大，且符号相反粘土外表具选择吸附负离子能力一、扩散吸附电位一、扩散吸附电位扩散电动势扩散电动势Ed-扩散动扩散动态平衡态平衡高浓度C1低浓度C2半透膜C1C2自然电场MNEd21lgCCKEddEd单位单位mV；浓度；浓度C1，C2单位单位g/L；Kd为扩散电位系数，单位为扩散电位系数，单位mV;与溶液与溶液中盐类化学成分和温度有关中盐类化学成分和温度有关对对NaCl溶液，当溶液，当t=25(18 )时，测时，测得得Kd12lgRRKEdd当浓度不很大时，浓度与电阻率成反
5、比当浓度不很大时，浓度与电阻率成反比R1，R2分别为不同浓度液体电阻率砂岩段：砂岩段：扩散电动势的形成扩散电动势的形成 浓度为浓度为Cw的地层水和浓度为的地层水和浓度为Cmf的泥浆滤滤液在井壁附近的泥浆滤滤液在井壁附近接触产生扩散现象，通常接触产生扩散现象，通常CwCmf。 扩散结果：扩散结果：地层水内富集正电荷地层水内富集正电荷 泥浆滤液中富集负电荷泥浆滤液中富集负电荷 形成形成扩散电动势扩散电动势EdwmfddRRKElgKd为扩散电位系数为扩散电位系数Rw为地层水电阻率；为地层水电阻率；Rmf为钻井液滤液电阻率为钻井液滤液电阻率对对NaCl溶液，溶液，t=25(18 )KdwmfddRR
6、KElg泥岩段：泥岩段：扩散扩散-吸附电动势的形成吸附电动势的形成 泥岩内地层水浓度为泥岩内地层水浓度为Cw和浓度为和浓度为Cmf的泥浆滤滤的泥浆滤滤液在泥岩井壁附近接触产生扩散现象，通常液在泥岩井壁附近接触产生扩散现象，通常CwCmf。 泥岩特殊性：结构、化学成分与砂岩不同，粘土泥岩特殊性：结构、化学成分与砂岩不同，粘土矿物外表具有选择吸附负离子的能力，故只有正离矿物外表具有选择吸附负离子的能力，故只有正离子可以自由移动，泥岩井壁主要为正离子扩散见子可以自由移动，泥岩井壁主要为正离子扩散见动画动画 扩散结果：泥岩地层水内富集负电荷扩散结果：泥岩地层水内富集负电荷 泥浆滤液中富集正电荷泥浆滤液
7、中富集正电荷 形成扩散形成扩散-吸附电动势吸附电动势EdaKda扩散吸附电位系数扩散吸附电位系数Rw为地层水电阻率为地层水电阻率Rmf为钻井液滤液电阻率为钻井液滤液电阻率wmfdadaRRKElg也称薄膜电动势薄膜电动势对对NaCl溶液，当溶液，当t=25(18 )时，时，Kda成因：因过滤作用井壁附近聚集了大量负离子，成因：因过滤作用井壁附近聚集了大量负离子， 地层内部聚集了大量正离子地层内部聚集了大量正离子 在地层和泥浆接触面两端形成电位在地层和泥浆接触面两端形成电位 相应电动势为过滤电动势，用相应电动势为过滤电动势，用Ef表示表示渗透层砂岩层处：泥浆压力渗透层砂岩层处：泥浆压力地层压力条
8、件下地层压力条件下 过滤电位与扩散吸附电位方向一致，过滤电位与扩散吸附电位方向一致， 其数值与压力差及过滤液电阻率成正比，其数值与压力差及过滤液电阻率成正比， 与过滤液粘度成反比与过滤液粘度成反比二、过滤电位二、过滤电位过滤电动势过滤电动势EfmfffRPKE P为压力差，为压力差，atm；Rmf为过滤溶液的电阻率，为过滤溶液的电阻率，m； 过滤溶液粘度，厘泊，过滤溶液粘度，厘泊，10-3PasKf过滤电位系数，与溶液成分、浓度有关过滤电位系数，与溶液成分、浓度有关因压差小，因压差小，一般忽略不计一般忽略不计在砂泥岩剖面井中，自然电场主要由扩散电位和扩散吸在砂泥岩剖面井中，自然电场主要由扩散电
9、位和扩散吸附电位组成附电位组成+ +-+-自然电位测井曲线形状与特点自然电位测井曲线形状与特点一、井内自然电位的分布一、井内自然电位的分布井内自然电场分布示意图井内自然电场分布示意图砂岩泥岩泥岩钻井液CshCshCsdCmfCshCsdCmf扩散扩散方向方向Eda1EdEda1Eda2Eda2mfsdddCCKElgmfshdadaCCKElg1sdshdadaCCKElg2画出等效电路以砂泥岩剖面的油气井为例钻井一般采用淡水钻井液钻进，测井时多遇到CwCmf情况井内自然电位的等效电路井内自然电位的等效电路Eda1EdEda2rmfrshrt钻井液钻井液等效电阻等效电阻泥岩泥岩等效电阻等效电阻
10、砂岩砂岩等效电阻等效电阻结论：结论：在井在井与砂岩、泥与砂岩、泥岩的接触面岩的接触面上，自然电上，自然电流回路的总流回路的总自然电动势自然电动势E Es s为各接触为各接触面上自然电面上自然电动势的代数动势的代数和和21dadadsEEEEmfwmfsdmfsddadsdshdamfshdamfsdddadadsCCKCCKCCKKCCKCCKCCKEEEElg lglg)(lglglg21dadKKK称为自然电位系数称为自然电位系数砂岩中地层水矿化度砂岩中地层水矿化度当当t=25时，时， K其中，其中，井筒内钻井液滤液矿化度井筒内钻井液滤液矿化度当当溶液浓度不很大时，浓度与电阻率成反比，有浓
11、度不很大时，浓度与电阻率成反比，有wmfsRRKElg如果砂岩含有泥质或泥岩不纯，将使如果砂岩含有泥质或泥岩不纯，将使总电动势减小，上式不可用总电动势减小，上式不可用自然电位异常幅度的计算自然电位异常幅度的计算自然电流等效电路tshmfrrrEsImftshmtshmfmfSPrrrEsrrrrEsrIU1回路电流强度回路电流强度I I实测自然电位异常幅度值实测自然电位异常幅度值 Usp实际上是实际上是自然电流在井内泥浆电阻上的自然电流在井内泥浆电阻上的电位降电位降参考电流方向实际电流方向半无限导电性各向同性均匀岩石A(+)MN供电电极测量电极电流强度I点电流源对称四极装置地面电法MN测量电极
