地球物理測(cè)井：自然電位測(cè)井法

1、自然電位測(cè)井法自然電場(chǎng)（SP)產(chǎn)生原因自然電場(chǎng)形成在井中由于泥漿和地層水的含鹽量不同，地層壓力和泥漿柱壓力不同，在井壁附近產(chǎn)生電化學(xué)過(guò)程，結(jié)果產(chǎn)生自然電動(dòng)勢(shì)，造成自然電場(chǎng)自然電動(dòng)勢(shì)擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)（Ed）過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)（E）擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)（Eda）擴(kuò)散現(xiàn)象受滲透壓力作用，高濃度低濃度動(dòng)平衡時(shí)，電動(dòng)勢(shì)保持一定值擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed氯離子遷移率鈉離子遷移率低濃度氯離子富集高濃度鈉離子富集擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed接觸面正負(fù)離子遷移速度相同時(shí)電荷富集停止離子還在繼續(xù)擴(kuò)散動(dòng)平衡CwCm滲透性隔板實(shí)驗(yàn)擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)（Ed）的產(chǎn)生各種溶液離子遷移率與擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)Ed不同溶液的擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)是不同的Ed的表達(dá)式其中：u：離子遷移率 z：離子價(jià)

2、v：每個(gè)分子離解后形成的離子數(shù) R：克分子氣體常數(shù) T：絕對(duì)溫度 F：法拉第常數(shù)Ed的表達(dá)式在一定條件下（CCmf擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)（Eda）的產(chǎn)生現(xiàn)象將滲透性隔板換成泥巖濃度大的一方富集負(fù)電荷，濃度小的一方富集正電荷泥巖的特殊性質(zhì)造成泥巖顆粒由含硅或鋁的晶體組成。由于晶格中的硅或鋁離子被低價(jià)（鈉）離子所取代，泥巖顆粒表面帶負(fù)電。為達(dá)到平衡，必須吸附正離子平衡離子指針與前面實(shí)驗(yàn)方向相反實(shí)驗(yàn)CwCm平衡離子的多少用Qv表示Qv稱為泥質(zhì)的陽(yáng)離子交換能力每單位孔隙空間中平衡離子的克當(dāng)量數(shù)。單位meq.cm-3或eq.liter-1。陽(yáng)離子交換的結(jié)果：泥巖（粘土）表面吸附陽(yáng)（正）離子。所以泥質(zhì)（粘土）的表

3、面存在偶電層，里層為負(fù)，外層為正，這樣當(dāng)負(fù)離子穿過(guò)時(shí)就會(huì)被吸附，而只有正離子通過(guò)。CwCm擴(kuò)散、吸附的結(jié)果使?jié)舛鹊偷囊环綆д?，而使?jié)舛雀叩囊环綆ж?fù)電該過(guò)程產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda，也叫薄膜電勢(shì)（因?yàn)槟鄮r選擇性地讓正離子通過(guò)）。正離子擴(kuò)散負(fù)離子吸附在井內(nèi)純泥巖井段所測(cè)量的自然電位即是擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)造成的。泥巖砂巖泥巖CwCmf擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)Eda表達(dá)式 Kda擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù) 對(duì)于NaCL,在18C時(shí)，Kdamax58mV 在一般情況下Kda在11.6mV(純砂巖，v0）到58mV（純泥巖，v）之間變化。 Eda由高到低依次為：泥質(zhì)頁(yè)巖粘土含泥砂巖石灰?guī)r砂巖無(wú)煙煤泥灰?guī)r鋁土礦石英砂

4、白云巖高嶺土在相同條件下，不同巖石的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)差別很大 井下自然電位(SP)產(chǎn)生泥巖砂巖泥巖等效電路圖 在井內(nèi)砂巖和泥巖接觸面附近的自然電位等效電路中，Ed與Eda是相互疊加的靜自然電位在相當(dāng)厚的砂巖和泥巖接觸面處的自然電位幅度基本上是產(chǎn)生自然電場(chǎng)的總電動(dòng)勢(shì)SSP，也稱靜自然電位SSP=EdEda 在18C時(shí)，極限情況下，K=69.6mV實(shí)測(cè)曲線通常以泥巖為基線，巨厚純砂巖的自然電位幅度就是靜自然電位。SSP變化范圍：50mV(淡水巖層)200mV(高礦化度鹽水層）等效電路圖 砂巖（夾在泥巖中）厚度有限時(shí)，自然電位等效電路Rsh泥巖等效電阻Rsd砂巖等效電阻Rm井筒內(nèi)泥漿等效電阻根據(jù)Kir

5、choff定律：砂巖厚度有限時(shí)，自然電位異常幅度Usp并不等于SSP厚層砂巖和泥巖的截面積比井大的多，所以有RmRsd、 RmRsh，UspSSP；薄層Usp比SSP小的多自然電位的幅度 井內(nèi)有相鄰兩鄰層，陽(yáng)離子交換能力分別為Qv1、Qv2，兩層Rw相等，兩層產(chǎn)生的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)分別為Eda1、Eda2，則靜自然電位為：通常，Rmf/Rw1Eda1為負(fù)值Eda2為正值如果Qv1=0，Qv2，則得到純砂巖和純泥巖交界處的靜自然電位，即靜自然電位的最大值SSPmax。溫度為18C時(shí)：SSPmin=0如果Qv1Qv2通常認(rèn)為：井內(nèi)自然電場(chǎng)主要是由擴(kuò)散吸附作用造成的過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)E鉆井過(guò)程中，泥

6、漿柱壓力一般大于地層壓力。在壓力差作用下，泥漿濾液滲入地層。在巖石孔隙中的濾液帶有相當(dāng)多的正離子向壓力低的地層一方移動(dòng)聚集，而壓力大的一端聚集較多的負(fù)離子，產(chǎn)生電位差即過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)。泥漿濾液粘度P泥漿柱與地層間壓差A(yù)過(guò)濾電動(dòng)勢(shì)系數(shù)E主要取決于壓差P，一般情況下可忽略不計(jì)影響自然電位的因素不同井眼和地層條件對(duì)所測(cè)的自然電位幅度影響很大。因此，在應(yīng)用其資料時(shí)，必須考慮其影響因素，否則將影響解釋精度。 自然電位的幅度、特點(diǎn)主要取決于自然電場(chǎng)的靜自然電位SSP和自然電流I的分布。SSP的大小主要取決于巖性、溫度、地層水和泥漿中所含離子成分、泥漿濾液電阻率與地層水電阻率之比。自然電流I的分布主要取決于介質(zhì)

7、的電阻率、地層厚度、井徑大小。地層水和泥漿中含鹽濃度比值（Cw/Cmf)的影響擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)以泥巖為基線 當(dāng)CwCmf時(shí)，砂巖段出現(xiàn)自然電位負(fù)異常 當(dāng)CwCmf時(shí)，砂巖段出現(xiàn)自然電位正異常 當(dāng)CwCmf時(shí)，不產(chǎn)生自然電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)，自然電位沒(méi)有異常巖性的影響以泥巖為基線，砂質(zhì)巖層自然電位常出現(xiàn)異常變化。 當(dāng)目的層為純砂巖時(shí)，它與圍巖交界處SSP達(dá)到最大值SSPmax。當(dāng)溫度在18C時(shí)：目的層含泥質(zhì)時(shí)，SSP降低，自然電位異常幅度減小。剖面上泥巖性質(zhì)變化（Qv變化）時(shí)，自然電位基線會(huì)偏移。溫度的影響絕對(duì)溫度Qv時(shí)：顯然，Ed、Eda都和絕對(duì)溫度T成正比。四、泥漿和地層水化學(xué)成分的影響 Ed

8、和Eda由離子的擴(kuò)散吸附形成，故當(dāng)泥漿和地層水中的化學(xué)成分不同時(shí)，其所含離子不同，導(dǎo)致溶液中離子數(shù)的差異，不同離子的離子價(jià)和遷移率又不同，這就直接影響擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，最終使得Ed和Eda變化。 18C時(shí)幾種鹽溶液的Kd值溶質(zhì)NaClNaHCO3CaCl2MgCl2Na2SO4KClKd(Mv)-11.62.2-19.7-22.55-0.4五、地層電阻率的影響地層較厚時(shí)，由于巖層的截面積比井的截面積大得多，所以，砂巖和泥巖對(duì)自然電流的電阻Rsd、Rsh比泥漿柱的電阻Rm小得多。此時(shí)，對(duì)于純砂巖來(lái)講， UspSSP。當(dāng)?shù)貙与娮杪试龈邥r(shí)， Rsd、Rsh與Rm比較不能忽略，則Usp4時(shí)，自然電位

9、的半幅點(diǎn)對(duì)應(yīng)地層界面。厚地層可用半幅點(diǎn)確定地層界面地層變薄時(shí)，對(duì)應(yīng)地層界面的自然電位值向曲線頂部移動(dòng)。此時(shí)不能用半幅點(diǎn)確定地層界面ab段泥巖基線c點(diǎn)半幅點(diǎn)d點(diǎn)地層中部自然電位曲線特征 一、判斷滲透層 砂泥巖剖面中泥質(zhì)含量增加，負(fù)異常幅度變低。滲透層（砂巖）越純，負(fù)異常越大；Rw砂巖厚度三、估算泥質(zhì)含量泥質(zhì)一般把泥質(zhì)砂巖中的細(xì)粉砂和濕粘土的混合物叫做泥質(zhì)分散泥質(zhì)泥質(zhì)分散在砂巖顆粒間孔隙的表面層狀泥質(zhì)泥質(zhì)在砂巖中呈條帶狀結(jié)構(gòu)泥質(zhì)泥質(zhì)顆粒代替了某些砂巖顆粒的位置估算泥質(zhì)含量方法泥質(zhì)的含量及其存在狀態(tài)對(duì)砂巖產(chǎn)生的擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)有直接影響可以泥巖自然電位曲線估算泥質(zhì)含量。直接法間接法把某地區(qū)各種含泥質(zhì)的

10、砂巖經(jīng)取樣測(cè)定，直接建立自然電位幅度Usp(和相對(duì)自然電位Tsp）與泥質(zhì)含Vsh的相關(guān)關(guān)系直接法SPmax本地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層（一般純砂巖）的自然電位幅度P11經(jīng)驗(yàn)公式間接法PSP泥質(zhì)砂巖假靜自然電位SSP厚的純水砂巖層的靜自然電位現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用：以泥巖的SPsh為基線，分別讀出(含泥）砂巖的自然電位SP和厚的純水砂巖層的自然電位SPsd，則有：計(jì)算機(jī)常用公式該公式對(duì)水層適用，油氣層和薄層計(jì)算的Vsh偏高四、確定地層水電阻率意義Rw是計(jì)算儲(chǔ)層含油氣飽和度的必要參數(shù)Rw確定方法直接法：試水間接法：測(cè)井(電法測(cè)井、SP測(cè)井)理論依據(jù)Rmfe等效泥漿濾液電阻率Rwe等效地層水電阻率選擇厚度較大、飽含水的純砂巖層，將其Usp校正SSP求純水砂巖地層水電阻率Rw方法1、確定