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：（2-1-1）式中Cw、Cmf分别为地层水和泥浆滤液的浓度；Kd为扩散电动势系数，单位为毫伏。它与溶液中决定离子迁移率的离子类型和温度有关。对于NaCl溶液，在温度为18℃的情况下，根据理论计算得出的Kd为–11.6mV。则当地层水浓度Cw为泥浆滤液浓度Cmf的10倍时，它们直接接触所形成的扩散电动势Ed=-11.6mV。由于在一定浓度范围内，溶液浓度与它的电阻率成反比，于是，式（2-1-1）又可写成（2-1-2）式中Rmf、Rw分别为泥浆滤液和地层水的电阻率。1.1.2扩散吸附电动势（地层水通过泥岩与泥浆之间的扩散）地层水与泥浆之间扩散的另一个渠道是地层水中的离子通过周围的泥岩向低浓度的泥浆一方进行扩散，见图2-1-1a。这时，泥岩在两种溶液——地层水与泥浆滤液之间起着一种隔膜的作用。这种扩散同上述两种溶液直接接触时的扩散有着本质的区别。即一方面离子不是直接在溶液中运动，而是在粘土的颗粒表面上移动；另外，由此所形成的电动势不仅极性不同，而且数值相差很大。这是因为组成泥质的粘土颗粒表面都带有较多的负电荷，当它处于某种盐溶液之中时，就要吸附一部分阳离子而形成“吸附层”，中和掉一部分表面负电荷。剩下的一部分表面负电荷，又松散地吸引一部分阳离子，形成“扩散层”或叫“可动层”。该扩散层与它接触的水溶液之间，建立起吸附和离解的动平衡。盐溶液的浓度改变时，这种动平衡也要发生改变。当粘土将同样性质的两种不同浓度的溶液分开时，在浓度大的一边，泥土颗粒表面的扩散层中将有更多的阳离子，而在浓度低的一方则较少。于是，在不同浓度的溶液两方出现了电位差，且浓度大的一方电位高。从而使得高浓度溶液一方扩散层中的阳离子...
