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1、第三章自然电位测井第1页，共25页，编辑于2022年，星期二发现：当不供电时，在井内仍能发现：当不供电时，在井内仍能测量到电位差测量到电位差。第一节自然电位测井第一节自然电位测井在井内和地面各放入一个测在井内和地面各放入一个测量电极量电极 M和和N，构成一个测，构成一个测量回路量回路。第2页，共25页，编辑于2022年，星期二一、自然电位产生的原因一、自然电位产生的原因 原因主要有原因主要有3个：个：（1）扩散与扩散吸附作用）扩散与扩散吸附作用；（2）氧化还原作用）氧化还原作用；（3）电极极化作用等。）电极极化作用等。(一一)扩散与扩散吸附作用扩散与扩散吸附作用 是指溶解于地层水和泥浆中的电解
2、质离子在有离子浓是指溶解于地层水和泥浆中的电解质离子在有离子浓度差条件下，所发生的扩散和扩散吸附现象。度差条件下，所发生的扩散和扩散吸附现象。第3页，共25页，编辑于2022年，星期二1、直接扩散、直接扩散 直接扩散作用只发生在渗透层直接扩散作用只发生在渗透层 ，如砂岩。，如砂岩。设纯砂岩的地层水和泥设纯砂岩的地层水和泥浆滤液均为浆滤液均为Nacl溶液，溶液，两者的浓度不相同，地两者的浓度不相同，地层水的浓度大于泥浆滤层水的浓度大于泥浆滤液的浓度。液的浓度。由于由于Vcl-VNa+,也就是也就是说跑到泥浆中多说跑到泥浆中多cl-，在，在砂岩中砂岩中Na+多，随着动多，随着动态平衡，形成稳定的态
3、平衡，形成稳定的扩散电动势。扩散电动势。第4页，共25页，编辑于2022年，星期二1、间接扩散、间接扩散 间接扩散作用只发生在渗透层间接扩散作用只发生在渗透层 ，如泥岩。，如泥岩。第5页，共25页，编辑于2022年，星期二由泥质颗粒附加导电机理可知，离子交换特性使纯泥由泥质颗粒附加导电机理可知，离子交换特性使纯泥岩中泥质颗粒表面带有负电荷，颗粒表面的一部分负电荷；岩中泥质颗粒表面带有负电荷，颗粒表面的一部分负电荷；剩下的另一部分负电荷又松散的吸附阳离子如钠离子，形剩下的另一部分负电荷又松散的吸附阳离子如钠离子，形成成“扩散层扩散层”。第6页，共25页，编辑于2022年，星期二扩散吸附稳定后，形
4、成了扩散吸附电动势。扩散吸附稳定后，形成了扩散吸附电动势。第7页，共25页，编辑于2022年，星期二3、井中的总自然电动势与自然电位分布、井中的总自然电动势与自然电位分布 自然电位有自然电位有正有负，单正有负，单位为位为mV.第8页，共25页，编辑于2022年，星期二第9页，共25页，编辑于2022年，星期二(二二)氧化还原作用氧化还原作用 在钻孔剖面中电子性导电体，如金属矿、石墨、无烟煤等在钻孔剖面中电子性导电体，如金属矿、石墨、无烟煤等与泥浆和围岩中地层水接触时，由于氧化还原的结果，在接与泥浆和围岩中地层水接触时，由于氧化还原的结果，在接触面处酚基溶于水，触面处酚基溶于水，H+为一方，带负
5、电荷离子（如为一方，带负电荷离子（如O-2）为一为一方，形成偶电层，形成正负异常。方，形成偶电层，形成正负异常。煤层或金属矿层因氧化，失去电子而带正电荷，其毗邻的围岩煤层或金属矿层因氧化，失去电子而带正电荷，其毗邻的围岩得到电子而带负电荷，使煤层或金属矿层自然电位为正异常；反之，得到电子而带负电荷，使煤层或金属矿层自然电位为正异常；反之，处于还原状态时，则呈现负异常。处于还原状态时，则呈现负异常。石墨和无烟煤的氧化反应最强烈，正异常。石墨和无烟煤的氧化反应最强烈，正异常。气煤和褐煤多处于弱还原状态，负异常。气煤和褐煤多处于弱还原状态，负异常。第10页，共25页，编辑于2022年，星期二(三三)
6、电极极化电位电极极化电位 当金属电极处于盐类的电解质溶液中时，金属离子离开电当金属电极处于盐类的电解质溶液中时，金属离子离开电极进入溶液成为离子状态，使电极带负电；溶液中的金属离极进入溶液成为离子状态，使电极带负电；溶液中的金属离子在接近电极时，也有逆过程，即可以沉淀到电极表面，使子在接近电极时，也有逆过程，即可以沉淀到电极表面，使电极便带正电。电极便带正电。往往形成于金属矿体上。往往形成于金属矿体上。金属离子离解给泥浆滤液，使自身带负电，而泥金属离子离解给泥浆滤液，使自身带负电，而泥浆带正电，在金属矿层上浆带正电，在金属矿层上,呈现明显的自然电位正异呈现明显的自然电位正异常（图常（图3-4）
7、。）。第11页，共25页，编辑于2022年，星期二第12页，共25页，编辑于2022年，星期二二、自然电位曲线及其影响因素二、自然电位曲线及其影响因素(一一)自然电位曲线特征自然电位曲线特征 u分层点在分层点在“半幅点半幅点”。第13页，共25页，编辑于2022年，星期二 (二二)自然电位曲线的影响因素自然电位曲线的影响因素1、井径与厚度的影响、井径与厚度的影响 当H/d4时，地层的自然电位异常达到最大，即SP=SSP，分层点半幅点；当H/d4时，自然电位异常幅度随之降低SPSSP，分层点移向异常峰值位移。第14页，共25页，编辑于2022年，星期二2、岩性的影响、岩性的影响3、水文地质条件的
8、影响、水文地质条件的影响 4、地层倾斜影响、地层倾斜影响 5、邻层的影响、邻层的影响 第15页，共25页，编辑于2022年，星期二第二节电极电位测井第二节电极电位测井 一、电极电位法的基本原理一、电极电位法的基本原理 当金属电极与电解溶液接触时，基于：当金属电极与电解溶液接触时，基于：化学力（化学力（溶解压）溶解压）金属板（原子）金属板（原子）溶液中（离子）溶液中（离子）扩散（渗透压）扩散（渗透压）溶液中（离子）溶液中（离子）金属板（原子）金属板（原子）第16页，共25页，编辑于2022年，星期二如果溶解压渗透压（如果溶解压渗透压（Zn），溶液带正电，），溶液带正电，Zn带负电带负电如果渗透压
9、溶解压（如果渗透压溶解压（Cu），溶液带负电，），溶液带负电，Cu带正电带正电综合：大多数贵综合：大多数贵Ag、Au、Hg金属为正金属为正 一般金属一般金属Fe、Zn、Pb为负为负二、电极电位测量与曲线解释二、电极电位测量与曲线解释、测量原理、测量原理第17页，共25页，编辑于2022年，星期二其电极系是采用带有相互短路两个比较电极其电极系是采用带有相互短路两个比较电极、的刷子的刷子电极。其中电极。其中电极安置在位于比较电极中央由钢制成电极安置在位于比较电极中央由钢制成的刷子末端，称为刷子头，使之与井壁接触。的刷子末端，称为刷子头，使之与井壁接触。第18页，共25页，编辑于2022年，星期二第
10、19页，共25页，编辑于2022年，星期二第三节电化学测井的应用第三节电化学测井的应用一、划分煤层、确定储集层、区分岩性一、划分煤层、确定储集层、区分岩性 1、划分煤层、划分煤层图图3-10a中，无烟煤有明显的自然电位正异常，中，无烟煤有明显的自然电位正异常，而视而视电阻率反应为零；电阻率反应为零；而图而图3-10b的烟煤，也有较突出的自然的烟煤，也有较突出的自然电位正异常，其视电阻率现显高异常。电位正异常，其视电阻率现显高异常。第20页，共25页，编辑于2022年，星期二第21页，共25页，编辑于2022年，星期二2、确定储集层、区分岩性、确定储集层、区分岩性 图中图中(图图3-11)，有三
11、层储集，有三层储集层，即一层含油层和二层含水层。层，即一层含油层和二层含水层。水层。上部含水层因颗粒较细、水层。上部含水层因颗粒较细、分选性和渗透性差，其自然电位分选性和渗透性差，其自然电位异常幅度小；而下部含水层因颗异常幅度小；而下部含水层因颗粒粗、孔隙大、分选性和渗透性粒粗、孔隙大、分选性和渗透性好，其自然电位异常十分明显，好，其自然电位异常十分明显，且幅度略超过含油层的自然电位且幅度略超过含油层的自然电位异常幅度。异常幅度。图图3-11 砂泥剖面的自然电位曲线和视电阻率曲线砂泥剖面的自然电位曲线和视电阻率曲线第22页，共25页，编辑于2022年，星期二二、估计泥质含量二、估计泥质含量 下面简单介绍三种估计方法。下面简单介绍三种估计方法。1、线性关系、线性关系 2、相关关系、相关关系 含泥岩层的自然电位异常幅度与岩层泥质含量之间存在着某含泥岩层的自然电位异常幅度与岩层泥质含量之间存在着某种相关关系，即种相关关系，即 第23页，共25页，编辑于2022年，星期二3、一种经验公式 第24页，共25页，编辑于2022年，星期二三、划分咸淡水界面三、划分咸淡水界面 第25页，共25页，编辑于2022年，星期二