第1章-自然电位测井(2课时).课件.Convertor.doc

矿场地球物理 西安石油大学石油工程学院 高 辉 2009.9 §第1章 自然电位测井(self-potential—SP) 1.1 自然电场的产生 1.2 自然电位测井及曲线特征 1.3 影响因素 1.4 自然电位曲线应用 自然电位测井示意图 沿井轴测量记录自然电位变化曲线，用以区别岩性的测井方法叫自然电位测井。 概念： 1.1 自然电场的产生 由于泥浆与地层水的矿化度不同,在钻开岩层后,在井壁附近两种不同矿化度的溶液发生电化学反应,产生电动势,形成自然电场. 主要有扩散电动势和扩散吸附电动势. 1.1 自然电场的产生 一、扩散电动势—由阴阳离子扩散速度差异引起 1.1 自然电场的产生 当两种不同浓度的溶液被渗透性薄膜隔开，离子在渗透压力作用下，高浓度溶液的离子将穿过薄膜向低浓度的溶液中移动，这种现象叫扩散。 对于氯化钠溶液来说，由于Cl-比Na+的运移率大，因此在高浓度一侧聚集多余的正电荷，而在低溶度一侧聚集负电荷。离子移动到一定程度，形成动态平衡，此时电位叫扩散电位Ed 。 1.1 自然电场的产生 根据Nernst方程： R—克分子气体常数； T—绝对温度； F—法拉第常数； n+、n-—分子离解后形成的正、负离子数； u、v—正、负离子的迁移速率； Z+、Z-—正、负离子离子价； Cw、Cm—两种溶液的浓度。 氯化钠溶液中n+、n-、 Z+、Z-等于1，上式可进行简化。 在砂泥岩剖面井中，纯砂岩井段泥浆滤液和地层水在井壁附近相接触，如果二者的浓度不同，就会产生离子扩散作用。 1.1 自然电场的产生 其扩散电位大小取决于：①正负离子的运移率(单价离子在强度为1伏特/厘米的电场作用下的移动速度)；②温度、压力；③两种溶液的浓度差；④浓度、离子类型及浓度差。 Kd为扩散电位系数，在温度为18℃时，氯化钠溶液的Kd为-11.6mV 公式的适用条件 井中砂、泥岩接触情况下，当地层水浓度Cw大于泥浆滤液浓度Cmf时，离子扩散及形成的电荷分布。 1.1 自然电场的产生 二、扩散吸附电动势 若把渗透性薄膜变成泥岩薄膜,结果如何? 用泥岩隔膜将两种不同浓度的NaCl溶液分开，两种溶液在此接触面处产生离子扩散，扩散总是从浓度大的一方向浓度小的一方进行。由于粘土矿物表面具有选择吸附负离子的能力，因此当浓度不同的NaCl溶液扩散时，粘土矿物颗粒表面吸附Cl-，使其扩散受到牵制，只有Na+可以在地层水中自由移动，从而导致电位差的产生。这样就在泥岩隔膜处形成了扩散吸附电位Eda。 1.1 自然电场的产生 在砂泥岩剖面井中，泥岩井段泥浆滤液和地层水在井壁附近相接触，产生的扩散吸附电位可以表示为： Kda为扩散吸附电位系数,常温下对NaCl溶液为58mV 1.1 自然电场的产生 井中砂、泥岩接触情况下，当地层水浓度Cw大于泥浆滤液浓度Cmf时，离子扩散及形成的电荷分布。 1.1 自然电场的产生 三、过滤电动势 钻井过程中，为了防止井喷，通常使泥浆柱压力略大于地层压力。在压力差的作用下，泥浆滤液向地层中渗入。由于岩石颗粒的选择吸附性，孔道壁上吸附泥浆滤液中的负离子，仅正离子随着泥浆滤液向地层中移动，这样在井壁附近聚集大量负离子，在地层内部富集大量正离子，从而产生电位差，这就是过滤电位。 —过滤电位系数 1.1 自然电场的产生 §第1章 自然电位测井(self-potential—SP) 1.1 自然电场的产生 1.2 自然电位测井及曲线特征 1.3 影响因素 1.4 自然电位曲线应用 自然电位测井使用一对测量电极，用M、N表示。测井时，将测量电极N放在地面，电极M用电缆送至井下，沿井轴提升电极M测量自然电位随井深的变化，所记录的自然电位随井深的变化曲线叫自然电位测井曲线，通常用SP表示。 自然电位测井极少单独进行，而是与其它测井方法同时测量。例如，自然电位测井可以和电阻率测井同时测量。 1.2 自然电位测井及曲线特征 一、自然电位测井原理 1.2 自然电位测井及曲线特征 井中自然电场分布 以砂泥岩剖面井为例来说明井中自然电场分布特征。通常情况下，钻井过程中采用淡水泥浆钻进，泥浆滤液的浓度往往低于地层水的浓度，井中自然电场分布如下图。 1.2 自然电位测井及曲线特征 二、井中自然电场分布与自然电位幅度的计算 砂泥岩交界处自然泥岩电位会有明显变化，纯厚砂岩的变化幅度最大。 自然电位幅度的计算 1.2 自然电位测井及曲线特征 自然电位的变化幅度与Ed、Eda有关，它是产生自然电场的总电动势E总。 Ed对应的幅度称为砂岩线，Eda对应的幅度称为泥岩线，实际测井中以泥岩线作为自然电位测井曲线的基线（即零线）。 巨厚砂岩井段的自然电位可近似认为是SSP，含淡水岩层的静自然电位变化幅