1、2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理1 /511 自然電位測(cè)井SP1.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.2 自然電位測(cè)井曲線的形狀1.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素1.4 自然電位曲線的應(yīng)用2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理2 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因 電化學(xué)測(cè)井包括天然電化學(xué)測(cè)井和人工電化學(xué)測(cè)井兩類。天然電化學(xué)測(cè)井分為自然電位測(cè)井和電極電位測(cè)井，而激發(fā)極化測(cè)井屬于人工電化學(xué)測(cè)井。本章只講述自然電位測(cè)井方法的原理、根本理論及資料解釋的方法。2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理3 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因自然電位測(cè)井原理電路 斯侖貝謝1928年發(fā)現(xiàn)了這樣的

2、現(xiàn)象：在未通電的情況下，井中電極M與位于地面的電極N之間存在著電位差，而且該電位差隨著地層的不同而變化。另外，電位差的變化規(guī)律性很強(qiáng)。后來(lái)、道爾、威利、費(fèi)多尼、斯卡拉和安德森等人對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究，同時(shí)，自然電位測(cè)井SP也就誕生了2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理4 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因 研究說(shuō)明：對(duì)于油井來(lái)說(shuō)，主要有兩個(gè)原因，1地層水含鹽濃度和泥漿含鹽濃度不同，引起離子的擴(kuò)散作用和巖石顆粒對(duì)離子的吸附作用；2地層壓力與泥漿柱壓力不同時(shí)，在地層孔隙中產(chǎn)生過(guò)濾作用。2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理5 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.1 擴(kuò)散電位 當(dāng)具有

3、不同礦化度的兩種流體相接觸時(shí)，離子將從濃度高的地方向濃度低的地方移動(dòng)，這種現(xiàn)象我們稱為擴(kuò)散作用。 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理6 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.1 擴(kuò)散電位 在擴(kuò)散過(guò)程中，正、負(fù)離子遷移率速度不同，通常是負(fù)離子快，這樣在某一時(shí)刻通過(guò)同一截面的正離子數(shù)與負(fù)離子數(shù)不同，結(jié)果是濃度低的一側(cè)形成了負(fù)離子電荷的富集，而濃度高的一側(cè)形成了正離子電荷的富集，從而產(chǎn)生了擴(kuò)散電位。 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理7 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.1 擴(kuò)散電位擴(kuò)散電位系數(shù)，主要取決于溶液的離子成分、溶液的溫度2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理

4、8 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.2 擴(kuò)散吸附電位 擴(kuò)散時(shí)，如果地層的固體顆粒泥質(zhì)的外表帶有了強(qiáng)的負(fù)電荷之后，固體顆粒將阻止負(fù)離子的通過(guò)好象負(fù)離子被吸附住了一樣，這種現(xiàn)象我們稱之為擴(kuò)散吸附作用。 粘土晶體的置換和破健作用2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理9 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.2 擴(kuò)散吸附電位 由于擴(kuò)散吸附作用，其結(jié)果是濃度高的一側(cè)形成了負(fù)離子電荷的富集，而濃度低的一側(cè)形成了正離子電荷的富集，從而產(chǎn)生了擴(kuò)散吸附電位。 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理10 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.2 擴(kuò)散吸附電位擴(kuò)散吸附電位系數(shù)，它的大小和

5、符號(hào)主要決定于巖石顆粒的大小及化學(xué)成分，也和溶液的化學(xué)成分、溫度、濃度比等因素有關(guān)。 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理11 /511.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.3 過(guò)濾電位 在巖石中，顆粒與顆粒之間有很多孔隙，它們彼此連通，形成很細(xì)的孔道，類似毛細(xì)管。當(dāng)泥漿柱的壓力大于地層的壓力時(shí)，泥漿向地層過(guò)濾，泥漿濾液通過(guò)井壁在巖石孔道中流過(guò)。由于巖石顆粒的選擇吸附性，孔道壁上吸附泥漿濾液中的負(fù)離子，僅正離子隨著泥漿濾液向地層中移動(dòng)，這樣在井壁附近聚集大量負(fù)離子，在地層內(nèi)部富集大量正離子，其地層和泥漿接觸面兩端形成的電位稱為過(guò)濾電位。2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理12 /511.

6、1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.1.3 過(guò)濾電位 其中P泥漿柱與地層間的壓力差； Rmf泥漿濾液的電阻率； 泥漿濾液的粘度； A過(guò)濾電位系數(shù)(與地層水的礦化度、化學(xué)成分、所通過(guò)的介質(zhì)的類型及泥漿濾液的性質(zhì)有關(guān)) 。壓差大，泥餅未形成2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理13 /511 自然電位測(cè)井SP1.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.2 自然電位測(cè)井曲線的形狀1.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素1.4 自然電位曲線的應(yīng)用2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理14 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.1 井中總自然電動(dòng)勢(shì)假設(shè)砂巖的地層水礦化度為C2，泥巖的地層水礦化度為C1，泥漿濾夜的

7、礦化度為Cmf，設(shè) C1 C2 Cmf，那么由擴(kuò)散作用和擴(kuò)散吸附作用所產(chǎn)生的電位如下圖 。 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理15 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.1 井中總自然電動(dòng)勢(shì) 在砂巖處，由于擴(kuò)散作用產(chǎn)生擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed為： 2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理16 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.1 井中總自然電動(dòng)勢(shì) 在泥巖，由于擴(kuò)散吸附作用產(chǎn)生擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Ea1為：2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理17 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.1 井中總自然電動(dòng)勢(shì) 在砂巖和泥巖的接觸面上，由于擴(kuò)散吸附作用，產(chǎn)生的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Ea2為： 2021-2

8、-1818 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.1 井中總自然電動(dòng)勢(shì) 這三種電動(dòng)勢(shì)尤如三個(gè)電池，它們通過(guò)導(dǎo)體巖石連接，形成回路，回路的總電動(dòng)勢(shì)： 2021-2-1819 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.2 自然電位曲線 回路總電動(dòng)勢(shì)等于擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)和吸附電動(dòng)勢(shì)之和，它相當(dāng)于回路中沒(méi)有電流時(shí)井中地層上下界面的自然電位差，習(xí)慣稱為靜自然電位，SSP表示。 靜自然電位曲線是無(wú)法測(cè)定的，因?yàn)榈貙雍湍酀{都具有導(dǎo)電性。2021-2-1820 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.2 自然電位曲線 實(shí)際上，在井中電流從泥巖流向砂巖，電位值沿電流方向降低，界面處全部電流都在井中，電流線最密，電位變

9、化最大，反映井中自然電位變化的自然電位曲線如圖b。2021-2-1821 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.2 自然電位曲線 顯然，在砂巖處，自然電位曲線的異常幅度Usp小于靜自然電位曲線的異常幅度SSP。2021-2-1822 /511.2 自然電位曲線的形狀1.2.2 自然電位曲線 SP是Spontaneous Potential的簡(jiǎn)稱。 單位：mv；淡水泥漿， 砂巖處自然電位負(fù)異常。2021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理23 /511 自然電位測(cè)井SP1.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.2 自然電位測(cè)井曲線的形狀1.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素1.4 自然電位曲線的應(yīng)用20

10、21-2-1824 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻2021-2-1825 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻1、巖性的影響K與泥質(zhì)的類型、泥質(zhì)含量及分布形式有關(guān)。r=f(R)，不同的巖性,R不同，其電阻ri、rt等都將受到影響。2021-2-1826 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻2、地層水和泥漿濾液中的含鹽濃度及鹽的類型礦化度不同時(shí)，Cw/Cmf 不同；鹽的類型不同時(shí)，K值 不同。2021-2-1827 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻3、

11、溫度的影響溫度的變化引起K 值的變化， 溫度對(duì)電阻率的影 響明顯。 2021-2-1828 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻4、地層厚度的影響 r=RL/SS=h井眼的周長(zhǎng)2021-2-1829 /511.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素泥漿電阻圍巖電阻地層電阻5、井徑和侵入影響rm=RmL/SL=di/22021-2-18地球物理測(cè)井方法與原理30 /511 自然電位測(cè)井SP1.1 井內(nèi)自然電位產(chǎn)生的原因1.2 自然電位測(cè)井曲線的形狀1.3 影響滲透層自然電位曲線的主要因素1.4 自然電位曲線的應(yīng)用2021-2-1831 /511.4 自然電位曲線的

12、應(yīng)用1、劃分滲透層并確定層界面的位置在砂泥巖剖面中滲透層通常有自然電曲線異常現(xiàn)象: CwCmf時(shí)，滲透層的SP曲線為負(fù)異常； CwCmf時(shí)，滲透層的SP曲線為正異常；厚層的半幅點(diǎn)對(duì)應(yīng)于層界面 2021-2-1832 /511.4 自然電位曲線的應(yīng)用2、求取地層水電阻率Rw 首先根據(jù)SP求SSP,然后根據(jù)溫度求出K，根據(jù)Rmf求出Rmfe,最后根據(jù)Rwe求解Rw。2021-2-1833 /511.4 自然電位曲線的應(yīng)用2、求取地層水電阻率RwSSP求取 首先在井內(nèi)找出純含水砂巖層，并在SP曲線上讀出該層的自然電位幅度Usp。 如果含水砂巖層厚度較大，無(wú)侵入，而且RtRmRs,可直接用該水層的自然

13、電位幅度值作為SSP。 如果水層厚度不大，那么必須對(duì)該層的Usp進(jìn)行厚度、電阻率和侵入情況的校正，把Usp換算成SSP。2021-2-1834 /51SSP求取h/dRs/RmUsp/SSPRt/RmRxo/RmRxo/Rtdi/d2021-2-1835 /511.4 自然電位曲線的應(yīng)用2、求取地層水電阻率Rw確定KKTT為地層溫度，2021-2-1836 /512、求取地層水電阻率Rw確定Rmfe地層溫度下的Rm Rm2為地層溫度下的泥漿電阻率；Rm1為地面溫度下的泥漿電阻率；T1為地面溫度；T2為井下溫度。確定地層溫度下的泥漿濾液電阻率Rmf泥漿（g/cm3)1.21.321.441.561.681.922.16C0.8470.7080.5840.4880.4120.3800.3502021