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1、测井方法原理,电法测井（三）,第二章 自然电位测井,绪言,测井工艺流程,井下仪器,天滑轮,绞车仪器车,电缆,几个基础概念,根据自然电位曲线研究井内地质剖面的方法自然电位测井,本章重点：SP成因、曲线特点及影响因素，SP资料的应用,自然电位曲线的变化与岩性有密切关系，在渗透层有明显异常,自然电位测井曲线一般以泥岩井段的曲线作为基线（相对零线）来计算渗透层井段自然电位异常幅度（mV）。异常偏向负方向叫负异常；相反叫正异常,负异常与正异常,砂岩,泥岩,第一节 自然电场（SP)产生原因,自然电场形成,在井中由于泥浆和地层水的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生电化学过程，结果产生自然电
2、动势，造成自然电场,自然电动势,一、扩散电动势（Ed）的产生,扩散现象,受渗透压力作用，高浓度低浓度,动平衡时，电动势保持一定值扩散电动势Ed,氯离子迁移率钠离子迁移率,低浓度氯离子富集高浓度钠离子富集,扩散电动势Ed,接触面正负离子迁移速度相同时电荷富集停止离子还在继续扩散动平衡,渗透性隔板,实验,各种溶液离子迁移率与扩散电动势Ed,不同溶液的扩散电动势是不同的,Ed的表达式,其中：u：离子迁移率 z：离子价 v：每个分子离解后形成的离子数 R：克分子气体常数 T：绝对温度 F：法拉第常数,参见P2 表1-1,参见P3,如何导出Ed？,公式的导出：取一体积元，从离子的受力分析着手，根据离子的
3、迁移率，得到单位时间通过单位截面的离子数电量，最后根据电量与电场的关系，便可得到电场的表达式。,导出表达式的步骤,1、计算每个离子所受到的渗透压力2、计算每个离子所受到的电场力3、计算通过每一截面的正负离子数4、计算动态平衡状态下通过某一截面上的电荷数5、根据4求出电场的表达式,参见P2-3,Ed的表达式,在一定条件下（C2万PPM），溶液电阻率与其浓度成反比,Kd扩散电动势系数。对于NaCL,在18C时，Kd-11.6mV,P4(1-4),在井内纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电动势造成的。,二、扩散吸附电动势（Eda）的产生,现象,将渗透性隔板换成泥岩,浓度大的一方富集负电荷，浓度小的一
4、方富集正电荷,泥岩的特殊性质造成,泥岩颗粒由含硅或铝的晶体组成。由于晶格中的硅或铝离子被低价（钠）离子所取代，泥岩颗粒表面带负电。为达到平衡，必须吸附正离子平衡离子,指针与前面实验方向相反,实验,Cw,Cm,平衡离子的多少用Qv表示,阳离子交换的结果：泥岩（粘土）表面吸附阳（正）离子。所以泥质（粘土）的表面存在偶电层，里层为负，外层为正，这样当负离子穿过时就会被吸附，而只有正离子通过。,Cw,Cm,扩散、吸附的结果使浓度低的一方带正电，而使浓度高的一方带负电该过程产生的电动势叫扩散吸附电动势Eda，也叫薄膜电势（因为泥岩选择性地让正离子通过）。,正离子扩散负离子吸附,在井内纯泥岩井段所测量的自
5、然电位即是扩散吸附电动势造成的。,扩散吸附电动势Eda表达式,Kda扩散吸附电动势系数 对于NaCL,在18C时，Kdamax58mV 在一般情况下Kda在11.6mV(纯砂岩，v0）到58mV（纯泥岩，v）之间变化。,P4(1-6),Eda由高到低依次为：泥质页岩粘土含泥砂岩石灰岩砂岩无烟煤泥灰岩铝土矿石英砂白云岩高岭土,在相同条件下，不同岩石的扩散吸附电动势差别很大,三、井下自然电位(SP)产生,等效电路图,在井内砂岩和泥岩接触面附近的自然电位等效电路中，Ed与Eda是相互叠加的,静自然电位,在相当厚的砂岩和泥岩接触面处的自然电位幅度基本上是产生自然电场的总电动势SSP，也称静自然电位,S
6、SP=EdEda,在18C时，极限情况下，K=69.6mV实测曲线通常以泥岩为基线，巨厚纯砂岩的自然电位幅度就是静自然电位。,SSP变化范围：50mV(淡水岩层)200mV(高矿化度盐水层）,P6(1-7),等效电路图,砂岩（夹在泥岩中）厚度有限时，自然电位等效电路,Rsh泥岩等效电阻Rsd砂岩等效电阻Rm井筒内泥浆等效电阻,根据Kirchoff定律：,砂岩厚度有限时，自然电位异常幅度Usp并不等于SSP,厚层砂岩和泥岩的截面积比井大的多，所以有RmRsd、RmRsh，UspSSP；薄层Usp比SSP小的多,P8(1-8),参见P7 图18 不同Qv值的岩层的Eda和Rmf/Rw的定量关系,对
7、于具有不同Qv值的地层，即使Rmf/Rw值为常数，其扩散吸附电位Eda也不同。,自然电位的幅度,井内有相邻两邻层，阳离子交换能力分别为Qv1、Qv2，两层Rw相等，两层产生的扩散吸附电动势分别为Eda1、Eda2，则静自然电位为：,通常，Rmf/Rw1,Eda1为负值Eda2为正值,如果Qv1=0，Qv2，则得到纯砂岩和纯泥岩交界处的静自然电位，即静自然电位的最大值SSPmax。温度为18C时：,通常认为：井内自然电场主要是由扩散吸附作用造成的,四、过滤电动势,过滤电动势E,钻井过程中，泥浆柱压力一般大于地层压力。在压力差作用下，泥浆滤液渗入地层。在岩石孔隙中的滤液带有相当多的正离子向压力低的地层一方移动聚集，而压力大的一端聚集较多的负离子，产生电位差即过滤电动势。,泥浆滤液粘度P泥浆柱与地层间压差A过滤电动势系数,E主要取决于压差P，一般情况下可忽略不计,本节要点,1、自然电位、静自然电位的概念,2、扩散电动势及其产生机理,3、扩散吸附电动势及其产生机理,4、井下自然电位产生机理及其等效电路,5、井下自然电位的幅度规律,6、过虑电动势的概念,Thank You！,
