自然电位原理和应用

图2-1 井中砂、泥岩接触情况下离子扩散及形成的电荷分布（Cw＞Cmf ）图 2-1-1 井中砂、泥岩接触情况下离子扩散及形成的电荷分布（Cw>Cmf ）1. 自然电位测井自然电位测井是在裸眼井中测量井轴上自然产生的电位变化，以研究井剖面地层性质的一种测井方法。 它是世界上最早使用的测井方法之一，是一种最简便而实用意义很大的测井方法， 至今仍然是砂泥岩剖面淡水泥浆裸眼井必测的项目之一。对于区分岩石性质，尤其是在区分泥质和非泥质地层方面，更有其突出的优点。1.1 自然电场的产生井内有自然存在的电位变化，说明井内有自然电流流动，井内必然有自然产生的电动势。实践研究表明， 能够引起井内自然电流，进而产生一定电位值的自然电动势有多种，包括扩散电动势、 扩散吸附电动势、 过滤电动势、 氧化还原电动势等。在沉积岩地区的油气钻井中，主要遇到的是前三种，而且常常以前两种占绝对优势。1.1.1 扩散电动势（地层水与泥浆之间的直接扩散）砂岩孔隙中的地层水与井内泥浆之间，相当于不同浓度的两种NaCl 溶液呈直接接触。溶液中的Cl－和 Na＋将从高浓度的岩层一方朝着井内直接扩散（图2-1-1a ）。由于两种离子的移动速度（在电化学中称迁移率）不同，Cl－的移动速度比Na＋大，于是扩散之后，在低浓度的泥浆一方将出现过多的移动速度快的Cl－，带负电；而在高浓度的岩层一方，则将出现移动速度慢的Na+离子，带正电。正负离子在不同浓度的溶液两方相对集中的结果，便产生了电位差——地层一方的电位高于泥浆一方的电位。但是， 随着扩散过程的继续进行，所形成的电场反过来会影响离子进一步的扩散。也就是使原来移动速度快的Cl－离子减慢，而使移动速度慢的Na+加快。当溶液两方电荷积累到一定程度， 使不同符号的离子以相等的速度继续扩散，达到所谓动态平衡时， 电荷的积累便停止。 于是在不同浓度的两种溶液之间形成一固定的电动势。这种由于溶液直接接触，并通过离子的自由扩散所形成的电动势， 称为扩散电动势，如图2-1-1b中砂岩与泥浆接触处的情况。可以看出， 扩散电动势的极性是，低浓度溶液一方为负，高浓度溶液一方为正。扩散电动势的大小， 与两种溶液之间的浓度差有关，还与溶液中盐离子的类型和溶液温度有关。显然，溶液之间的浓度差越大，形成的扩散电动势也会越大。根据实验得知，对所述地层水和泥浆滤液这两种NaCl 溶液进行直接扩散而言，扩散电动势 （用符号 Ed表示）可由下式决定：mfwddCCKElg（2-1...