第一章 自然電位測(cè)井

1、 井下自然電場(chǎng)是由鉆開(kāi)巖層時(shí)井內(nèi)鉆井液的井下自然電場(chǎng)是由鉆開(kāi)巖層時(shí)井內(nèi)鉆井液的礦化度與地層水礦化度不同，井壁附近出現(xiàn)電化礦化度與地層水礦化度不同，井壁附近出現(xiàn)電化學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的。自然電場(chǎng)的分布特點(diǎn)取決于井孔學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生的。自然電場(chǎng)的分布特點(diǎn)取決于井孔剖面巖層的性質(zhì)。沿井軸測(cè)量自然電位變化的測(cè)剖面巖層的性質(zhì)。沿井軸測(cè)量自然電位變化的測(cè)井方法叫自然電位測(cè)井。井方法叫自然電位測(cè)井。l其測(cè)井的基本方法如下：l如圖所示，在井內(nèi)放一測(cè)量電極M，地面放一測(cè)量電極N，將M電極沿井筒移動(dòng)，即可測(cè)出一條井內(nèi)自然電位變化的曲線。l要對(duì)所測(cè)的SP曲線進(jìn)行地質(zhì)解釋?zhuān)紫葢?yīng)該了解自然電位是怎樣產(chǎn)生的，它與地層的那些介質(zhì)有關(guān)。

2、 由于泥漿和地層水的礦化度不同，在鉆開(kāi)巖層后，井壁附近兩種不同礦化度的溶液接觸產(chǎn)生電化學(xué)過(guò)程，結(jié)果產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)形成自然電場(chǎng)。在石油井中自然電場(chǎng)主要是由擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)和擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)組成泥漿泥漿：鉆井時(shí)，在井內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)。泥漿濾液泥漿濾液：在一定壓差下，進(jìn)入到井壁地層孔隙內(nèi)的泥漿。地層水地層水：地層孔隙內(nèi)的水。礦化度礦化度：溶液含鹽的濃度。溶質(zhì)重量與溶液重量之比。離子擴(kuò)散離子擴(kuò)散：兩種不同濃度的鹽溶液接觸時(shí)，在滲透壓的作用下高濃度溶液中的離子，穿過(guò)滲透性的隔膜遷移到低濃度l一、擴(kuò)散電位一、擴(kuò)散電位l 當(dāng)當(dāng)兩種不同濃度兩種不同濃度的溶液被半透膜隔開(kāi)，離子的溶液被半透膜隔開(kāi)，離子在滲透壓作用下，高濃度溶液

3、的離子將穿過(guò)半在滲透壓作用下，高濃度溶液的離子將穿過(guò)半透膜向較低濃度的溶液中移動(dòng)。這種現(xiàn)象叫擴(kuò)透膜向較低濃度的溶液中移動(dòng)。這種現(xiàn)象叫擴(kuò)散，形成的電位叫擴(kuò)散電位，在油井中，此種散，形成的電位叫擴(kuò)散電位，在油井中，此種擴(kuò)散有兩種途徑：擴(kuò)散有兩種途徑：l 一是高濃度一方通過(guò)砂巖向低濃度泥漿中擴(kuò)一是高濃度一方通過(guò)砂巖向低濃度泥漿中擴(kuò)散散;l 二是通過(guò)泥巖向泥漿中擴(kuò)散。其擴(kuò)散電位大二是通過(guò)泥巖向泥漿中擴(kuò)散。其擴(kuò)散電位大小取決于小取決于正負(fù)離子的運(yùn)移率正負(fù)離子的運(yùn)移率(單價(jià)離子在強(qiáng)度單價(jià)離子在強(qiáng)度為為1伏特伏特/厘米的電場(chǎng)作用下的移動(dòng)速度厘米的電場(chǎng)作用下的移動(dòng)速度)；溫溫度、壓力；度、壓力；兩種溶液的濃度

4、差；兩種溶液的濃度差；濃度、離濃度、離子類(lèi)型及濃度差。子類(lèi)型及濃度差。l 離子由砂巖向泥漿中擴(kuò)散時(shí)，由于Cl-比Na+的運(yùn)移率大，因此在砂巖高濃度一側(cè)聚集多余的正電荷，而在泥漿中聚集負(fù)電荷。離子量移動(dòng)到一定程度，形成動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)電位叫擴(kuò)散電位，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)散電位Ed可由以下公式求得：(溫度18時(shí)幾種離子運(yùn)移率)lC1、C2-鹽類(lèi)溶液的濃度l Ed=Kdlg(Cw/Cmf)lKd-擴(kuò)散電位系數(shù)，與鹽類(lèi)的化學(xué)成份及溫度有關(guān)。l在井中，18時(shí)若地層水濃度Cw等于10倍的泥漿溶液礦化度Cmf時(shí)經(jīng)理論推算：kd=-11.6mv，其中負(fù)號(hào)表示低度一方井中的電位低lCmfCw-泥漿濾液和地層水礦化度。當(dāng)溶液

5、礦化度不高時(shí)，溶液濃度與電阻率成反比，即lEd=Kdlg(Cw/Cmf)=Kdlg(Rmf/Rw) lRmfRw-泥漿濾液和地層水電阻率 一、擴(kuò)散電位一、擴(kuò)散電位一、擴(kuò)散電位一、擴(kuò)散電位NaCll因?yàn)槟鄮r結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等與砂巖不同，因此與泥漿之間形成的電位差大，且符號(hào)與擴(kuò)散電位相反，這是由于粘土礦物表面具有選擇吸附負(fù)離子的能力。因此當(dāng)濃度不同的NaCl溶液擴(kuò)散時(shí)，粒土顆粒吸附Cl-離子Na+離子可以自由移動(dòng)，若CwCmf，泥漿帶正電荷，泥巖帶負(fù)電荷，這時(shí)形成的電動(dòng)勢(shì)為擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)，這是由于既有擴(kuò)散作用又有吸附作用，因此稱為擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)，用Eda表示,由下式求得lEda=Kdalg(Cw/C

6、mf)l 若Cw=10Cmf，t=25時(shí), Kda=-50.1;t=18 Kda=-58l井內(nèi)自然電位勢(shì)等效電路圖二、擴(kuò)散吸附電位二、擴(kuò)散吸附電位 電流線及電位電流線及電位在井中的分布。在井中的分布。 電流流向?yàn)槟嚯娏髁飨驗(yàn)槟鄮r巖泥漿泥漿砂巖砂巖泥巖。泥巖。 在回路中有在回路中有關(guān)參數(shù)為關(guān)參數(shù)為E Ed d、E Edada砂巖砂巖泥巖泥巖CwCmfEs = Ed+Eda = Kd lg(Cw/Cmf)+ Kda lg(Cw/Cmf) = Kslg(Cw/Cmf)Ks=Kd+KdaKs-總的擴(kuò)散、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù)總的擴(kuò)散、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù); Es-井內(nèi)自然電動(dòng)勢(shì)井內(nèi)自然電動(dòng)勢(shì)泥巖泥巖 進(jìn)行自

7、然電位測(cè)井時(shí)，將測(cè)量電極進(jìn)行自然電位測(cè)井時(shí)，將測(cè)量電極N N放在地面，放在地面，M M電極用電纜送至井下，提升電極用電纜送至井下，提升M M電極沿井軸測(cè)量自電極沿井軸測(cè)量自然電位隨井深的變化曲線，然電位隨井深的變化曲線，該曲線叫自然電位曲該曲線叫自然電位曲線（常稱之為線（常稱之為SPSP曲線曲線) )。 實(shí)際測(cè)井時(shí)是與普通電阻率測(cè)井同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際測(cè)井時(shí)是與普通電阻率測(cè)井同時(shí)進(jìn)行，其測(cè)量原理電路見(jiàn)圖，其測(cè)量原理電路見(jiàn)圖，M M電極是普通電阻率測(cè)井電極是普通電阻率測(cè)井( (亦叫視電阻率測(cè)井亦叫視電阻率測(cè)井) )和自然電位測(cè)井公用的測(cè)量和自然電位測(cè)井公用的測(cè)量電極，視電阻率測(cè)井時(shí)由供電電極供電所形成

8、的電極，視電阻率測(cè)井時(shí)由供電電極供電所形成的人工電場(chǎng)是低頻脈動(dòng)直流場(chǎng)，而自然電場(chǎng)是直流人工電場(chǎng)是低頻脈動(dòng)直流場(chǎng)，而自然電場(chǎng)是直流場(chǎng)，這樣只要在視電阻率測(cè)量道上加一個(gè)隔直元場(chǎng)，這樣只要在視電阻率測(cè)量道上加一個(gè)隔直元件件C C，阻隔自然電位進(jìn)入該道而不受干擾，同時(shí)，阻隔自然電位進(jìn)入該道而不受干擾，同時(shí)在自然電位測(cè)量道上加一個(gè)隔交元件在自然電位測(cè)量道上加一個(gè)隔交元件L L，它只允，它只允許自然電場(chǎng)的直流電位信號(hào)通過(guò)，而阻斷了研究許自然電場(chǎng)的直流電位信號(hào)通過(guò)，而阻斷了研究視電阻率的脈動(dòng)直流電場(chǎng)的信號(hào)干擾。使視電阻率的脈動(dòng)直流電場(chǎng)的信號(hào)干擾。使M M電極電極同時(shí)接收到的兩個(gè)場(chǎng)的電位信號(hào)，互不干擾。同時(shí)接

9、收到的兩個(gè)場(chǎng)的電位信號(hào)，互不干擾。 單獨(dú)進(jìn)行自然電位測(cè)井是極少的。單獨(dú)進(jìn)行自然電位測(cè)井是極少的。三、自然電位測(cè)井曲線的特征三、自然電位測(cè)井曲線的特征1、泥巖基線泥巖基線：均質(zhì)、巨厚的泥巖對(duì)應(yīng)的自然電位：均質(zhì)、巨厚的泥巖對(duì)應(yīng)的自然電位曲線。曲線。2、最大靜自然電位最大靜自然電位SSP：均質(zhì)、巨厚的完全含水：均質(zhì)、巨厚的完全含水的純砂巖層的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)之差的純砂巖層的自然電位讀數(shù)與泥巖基線讀數(shù)之差3、比例尺比例尺：SP曲線的圖頭上標(biāo)有的線性比例尺，曲線的圖頭上標(biāo)有的線性比例尺，用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線間的自然電位差用于計(jì)算非泥巖層與泥巖基線間的自然電位差4、異常異常：指相對(duì)泥巖基線而言，滲透性地層的：指相對(duì)泥巖基線而言，滲透性地層的SP曲線的位置。曲線的位置。 負(fù)異常：（負(fù)異常：（CWCmf) 淡水泥漿淡水泥漿 正異常：（正異常：（CW 8mv 為高含水 5mv Esp 8mv為中含水； Esp Cmf（淡水泥漿）時(shí)，滲透性地層的SP曲線位于泥巖基線的左側(cè)； 2）正異常：在砂泥巖剖面井中，當(dāng)Cw4d）的SP曲線幅度近似等于地層的實(shí)際值，半幅點(diǎn)對(duì)應(yīng)于地層界面； 3）隨地層減薄，曲線讀書(shū)受?chē)鷰r影響增加，幅度減低，半幅點(diǎn)向圍巖方向移動(dòng)。三、自然電位曲線的影響因素三、自然