自然电位形成原因

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。

一般地层水为NaCl溶液,当不同浓度的溶液在一起时存在使浓度达到平衡的自然趋势,即高深度溶液中的离子要向低浓度溶液一方迁移,这种过程叫离子扩散。在扩散过程中,各种离子的迁移速度不同,如氯离子迁移速度大于钠离子(后者多带水分子),这样在低浓度溶液一方富集氯离子(负电荷),形成一个静电场,电场的形成反过来影响离子的迁移速度,最后达到一个动态平衡,如此在接触面附近的电动势保持一定值,这个电动势叫扩散电动势记为Ed。

若把渗透性薄膜变成泥岩薄膜,同样离子将要扩散,但泥岩对负离子有吸附作用,可以吸附一部分氯离子,扩散的结果使浓度小的一方富集大量的钠孩子而带正电,浓度大的一方富集大量的氯离子而带负电,这样在泥岩薄膜形成扩散吸附电动势记为Eda.

此外还有过滤电动势,这种电动势是在压力差作用下泥浆滤液向地层渗入时产生的,只有在压力差较大时才考虑过虑电动势的影响。

自然电位曲线

在自然电位测井时一般把测量电极N放在地面上,电极M用电缆放在井下,提升N电极,沿井轴测量自然电位(M电位)随深度变化的曲线叫自然电位曲线(SP)。

由自然电场分布特征可以看到,在砂岩和泥岩交界处,自然电位曲线有明显变化。在相当厚的纯属砂岩和纯属泥岩交界面附近的自然电位变化最大,它是产生自然电场的总电动势记为E.

通常把E称为静自然电位,记为SSP,Ed的幅度为砂岩线,Eda的幅度为泥岩线。实际测井中以泥岩线作为自然电位测井曲线的基线(零线)—泥岩基线。偏离泥岩基线为异常幅度。

等效电路:一般自然电流要经过泥浆、砂岩、泥岩,当砂岩层为有限厚时它的自然电位为自然电流,在泫经泥浆等效电阻上的电位降,即自然电位曲线SP。

SP曲线特点

  1. 曲线对称地层中点;
  2. 厚地层SP=SSP曲线半幅度点正对地层界面;
  3. 厚度减小SP减小,地层中间取得幅度最大值。
  4. 实际曲线与理论曲线类似,但没有理论曲线规则且没有”绝对零点”,在砂泥岩剖面井中一般地层水浓度较高,因此在砂岩层段出现”负异常’。

SP曲线影响因素

  1. 溶液成分的影响;
  2. 岩性的影响,比如泥岩和砂岩是不一样的;
  3. 温度的影响;
  4. 地层电阻率的影响;
  5. 地层厚度的影响,厚度增加SP增加;
  6. 井眼的影响,井径扩大截面积增加,泥浆电阻变小,SP变小。

自然电位曲线应用

  1. 划分渗透层:砂泥岩剖面井段的特点,泥岩基线,砂岩异常幅度;
  2. 估算泥值含量;
  3. 确定地层水电阻率。
  4. 判断水淹层位。