自然电位及自然伽马2003.pdf

自然电位测井方法原理在早期的电阻率测井中发现：在供电电极不供电时，测量电极M在井内移动，仍可在井内测量到有关电位的变化。这个电位是自然产生的，故称为自然电位。使用图1所示电路，沿井提升M电极，地面仪器即可同时测出一条自然电位变化曲线。自然电位曲线变化与岩性有密切关系，能以明显的异常显示出渗透性地层，这对于确定砂岩储集层具有重要意义。自然电位测井方法简单，实用价值高，是划分岩性和研究储集层性质的基本方法之一。图1自然电位测井原理一、井内自然电位产生的原因井内自然电位产生的原因是复杂的，但对于油井，主要有以下两个原因：地层水的含盐量(矿化度)与泥浆的含盐量不同，地层压力和泥浆柱压力不同，在井壁附近产生了自然电动势，形成了自然电场。1．扩散电动势(Ed)的产生如图2所示，在一个玻璃容器中，用一个渗透性的半透膜将其分隔开，两边分别装上浓度为Cl和C2(C1>C2)的NaCl溶液，并且在两边分别放人一只电极，此时表头指针发生偏转。此现象可解释为：两种不同浓度的NaCl溶液接触时，存在着使浓度达到平衡的自然趋势，即高浓度溶液中的离子受渗透压的作用要穿过渗透性隔膜迁移到低浓度溶液中去，这一现象称为离子扩散。在扩散过程中，由于Cl-的迁移率大于Na+的迁移率，扩散结果使低浓度溶液中的Cl-相对增多，形成负电荷聚集，高浓度溶图2扩散电动势产生示意图液中Na+相对增多，形成正电荷聚集。这就在两种不同浓度的溶液间产生了电动势，所以可测到电位差。离子在继续扩散，高浓度溶液中的Cl-，由于受高浓度溶液中正电荷的吸引和低浓度溶液中负电荷的排斥，其迁移速度减慢；而高浓度溶液中的Na+，由于受高浓度溶液中正电荷的排斥和低浓度溶液中负电荷的吸引，其迁移速度加快，这使得电荷聚集速度减慢。当接触面附近的电荷聚集使正、负离子的迁移速度相等时，电荷聚集就停止了，但离子还在继续扩散，溶液达到了动平衡，此时电动势将保持一定值：这个电动势是由离子扩散作用产生的，故称为扩散电位(Ed)，也称扩散电动势，可用下式表示：式中为扩散电位系数，mv；，为溶液盐类的浓度，g/L。与上述实验现象一样，井内自然电位的产生也是两种不同浓度的溶液相接触的产物。在纯砂岩井段所测量的自然电位即是扩散电动势造成的，这是由于浓度为Cw的地层水和浓度为Cmf的泥浆滤液在井壁附近接触产生扩散现象的结果。通常，Cw>Cmf，所以一般扩散结果是地层水内富集正电荷，泥浆滤液中富集负电荷，如图3所示，有或图3井内自然电位分布示意图2．扩散吸附电动势(Eda)如图4所示，将两种不同浓度(C1>C2)的NaCl溶液用泥岩隔膜分开。实验结果表明：浓度大的一方富集了负电荷，浓度小的一方富集了正电荷。其原因可以解释为：泥岩的孔隙道极小，泥质颗粒对Cl-有选择性吸附作用，Cl-都被束缚在泥质颗粒表面，不能自由移动，使得Cl-的迁移速度为零，在扩散过程中，只有Na+可向低浓度一方移动。因此，在泥岩井壁上只发生Na+的扩散，这时形成的电动势称为扩散吸附电动势(Eda)。因为泥岩选择性地让正离子通过，其作用有如化学中的半透膜，所以扩散吸附图4扩散吸附电动势示意图电位也称薄膜电位，其表达式为式中为扩散吸附电位系数。在砂泥岩剖面的井内，在泥岩井壁附近，由于泥浆滤液浓度与地层水的浓度不同(Cw>Cmf)而产生的扩散吸附电动势为3、过滤电动势（动电电动势）在压力差的作用下，当溶液通过毛细血管时，由于毛细血管壁吸附溶液中负离子，使溶液正离子相对增多，并且同溶液一起向压力低的一端移动，因此在毛细管两端富集了不同符号的离子，压力低的一端带正电，压力高的一端带负电，从而产生了电位差，如图5所示：在岩层中有很多很细的连通孔隙，相当于上述的毛细管。当泥浆柱压力大于地层压力时，由于岩层中的毛细管孔道壁和泥饼中的泥质颗粒要吸附泥浆滤液中的负离子，而正离子随着泥浆滤液向地层中移动，这样在井壁附近聚集了大量负离子，在岩层内部有大量正离子，这种电位称为过滤电动势。图5过滤电动势形成示意图二、自然电位测井曲线在钻穿地层的过程中，地层与泥浆相接触，产生了扩散吸附作用，在泥浆与地层接触面上产生了自然电位。1.井内自然电场的分布设砂岩、泥岩的地层水矿化度分别为C2，C1，泥浆滤液的矿化度为Cmf，且有Cl≥C2>Cmf。在砂岩和泥浆接触面上，由于扩散作用，产生的扩散电动势为在泥岩和泥浆接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为在砂岩和泥岩接触面上，由于扩散吸附作用，产生的扩散吸附电动势为在井与砂岩、泥岩接触面上，自然电流回路中的总自然电动势即式中K=Kd+Kda，称为自然电位系数。可以写成：通常把E。写作S5P，称为静自然电位。实际测井时以泥岩作自然电位曲线的基线(即零线)，当Cw>Cmf时，砂岩的自然电位异常为负值，因此上式右端取负号。把井中巨厚的纯砂岩井段