自然電位測井的研究與應用

摘 要：自然電位測井是常規電法測井方法之一，應用范圍較廣泛，主要用于砂泥巖剖面，是劃分和評價儲集層的重要方法之一。文章從自然電位的成因入手，介紹了自然電位的原理，分析了自然電位曲線的特點，結合現場實際測井經驗，闡述了影響自然電位測井的實際因數。

關鍵詞：電動勢；自然電位；巖性；測井1 地層中自然電位的成因

1.1 自然電位的理論分析

裸眼井中由于泥漿和地層水的礦化度有所不同，地層壓力和泥漿柱壓力也有差異，會在井壁附近產生電化學過程，產生自然電動勢。

（1）擴散電動勢（Ed）的產生。如果將兩種不同濃度的NaCl溶液放在一個水槽的兩端，中間用滲透性隔膜分離時，存在著使濃度達到平衡的自然趨勢，即高濃度溶液中的離子受滲透壓的作用要穿過滲透性隔膜遷移到低濃度溶液中去，遷移過程中因離子的遷移速率不同，造成溶液接觸面兩側富集正負電荷，當接觸面附近正、負離子遷移速度相同時，電荷富集停止，但離子還在擴散，達到一種動平衡，此時接觸面附近的電動勢會保持一定值，這個電動勢叫擴散電動勢。

（2）擴散吸附電動勢（Eda）。將兩種不同濃度的NaCl溶液用泥巖隔膜分開，因為泥巖有一種特殊性質。泥質顆粒基本由含有硅或鋁的晶體組成，由于晶格中的硅或鋁離子被低價的離子所取代，泥質顆粒表面帶負電，為了達到電平衡，必須吸附陽離子，這樣，就相當于泥巖具有滲透陽離子的能力，而陰離子不能通過，在滲透壓的作用下，濃度高的溶液中陽離子會通過泥巖向濃度低的方向滲透，這樣就會造成濃度大的一方富集了負電荷，濃度小的一方富集了正電荷。該過程產生的電動勢叫擴散吸附電動勢。

1.2 測井過程中自然電動勢成因分析

在淡水泥漿鉆井時，地層水礦化度小于泥漿濾液礦化度，在井筒內，砂巖段靠近井壁的地方負電荷富集，地層內靠近井壁的地方正電荷富集，導致井筒泥漿的電勢低于地層電勢，因而在砂巖段形成擴散電位；在泥巖段，在井筒內靠近井壁的地方正電荷富集，地層中負電荷富集，導致井筒泥漿的電勢高于地層電勢。泥漿和地層各具導電性，就像兩條導線把以上兩種地層串聯了起來而形成回路，這樣在地層中電流從砂巖段流向泥巖段；在井筒中電流從泥巖段流向砂巖段。在此回路中，地層也充當電阻的作用。用M電極在井筒中測的自然電流在泥漿中產生的電位降即得自然電位曲線。其值在正常情況下與對應地層中泥質含量關系密切，砂巖中泥質含量增加，則電位降下降，異常幅度減小；砂巖中泥質含量下降，則電位降上升，異常幅度增大。

在測井過程中，因為砂巖滲透性遠遠高于泥巖的滲透性，所以擴散電動勢起主導作用，擴散吸附電動勢基本可以忽略。

2 自然電位曲線的特點

實際測井中，夾在泥巖中的砂巖層的自然電位幅度，基本上是產生自然電場的總電動勢SSP，即：SSP=Ed-Eda=（Kd-Kda）lg（Rmf/Rw）=-Klg（Rmf/Rw）。

SSP稱為靜自然電位；Ed為擴散電動勢，Eda為擴散吸附電動勢，Kd稱為擴散電動勢系數；Kda稱為擴散吸附電動勢系數；K稱為自然電位系數，取決于鹽溶液性質和地層溫度。

自然電位曲線的變化與巖性密切相關，特別是能以明顯的異常顯示出滲透性地層。泥巖的自然電位曲線大體上構成一條豎直線或略有傾斜的直線，稱作泥巖基線。滲透層的自然地位曲線異常會偏離泥巖基線，偏向低電位一方的異常叫負異常（Rmf>Rw）；偏向高電位一方的異常叫正異常（Rmf

3 測井作業中影響自然電位測井的因素

3.1 地面N電極與大地接觸不好對自然電位測井的影響

原因分析：地面電極與大地接觸不好而產生接觸電阻發生變化。接觸電阻越大，所占用的電壓降越多，因此地層中電阻占用的電壓降就較弱，貢獻的電壓降所占比例下降，在測量中自然電位變化就很不明顯，在小薄層處甚至沒有反應。

3.2 儲層以及其他因素導致井內泥漿礦化度發生變化的影響

原因分析：如果儲層壓力大于泥漿柱壓力，地層水流入井內，會導致泥漿濾液電阻率發生變化而不均勻，如果在泥巖段內泥漿電阻率發生變化，則使所測自然電位曲線發生基線偏移。在其他條件相同的情況下，物性好、巖性分選好的儲層的自然電位基線偏移幅度大，且儲層地層水與泥漿濾液性質差別越大，自然電位基線偏移幅度的差異也越大。

另外，井中泥漿成分的化學變化，以及井隊循環不好造成不同深度泥漿礦化度不同，也會造成曲線上表現為泥巖基線飄移、反向甚至曲線平直。或有特殊巖性存在時也會出現自然電位異常的情況。

3.3 井場漏電或接近電源對自然電位測井的影響

原因分析：井場漏電或附近有大功率用電設備工作，如直流電焊機、發電機等設備，產生直流電使地面N電極（自然電位參考電極）電位無規則變化，也會對M電極（測量電極）、N電極之間電勢差造成干擾。此時曲線上表現為有大小不等的不規則鋸齒狀變化，且測井深度越淺，干擾越明顯。

3.4 絞車磁化干擾對自然電位測井的影響

測井電纜繞在絞車滾筒上相當于一個大線圈，因此，當滾筒轉動時，電纜切割磁力線，絞車上的部件被磁化，在電纜中會產生感應電動勢，該感應電動勢進入自然電位測量道而對自然電位產生干擾。曲線上表現為周期性的變化，且變化頻率隨絞車滾筒轉動周期而變化。

3.5 測量速度對自然電位測井的影響

一般要求自然電位測量速度不超過30m/min，如果超過這個速度，可能會造成自然電位曲線的拉伸，儀器的分辨率也會降低，導致小薄層無法識別。

4 結束語

文中結合現場經驗對自然電位測井進行了分析，提出了幾種影響靜自然電位的因素。井內有自然電動勢的變化，說明井內有自然電流流動，因此，與地層砂泥巖剖面有關的靜態自然電位值被改變，自然電場又與巖性有密切關系，特別是在沙泥巖剖面中能以明顯的曲線變化顯示出滲透性地層。[3]

參考文獻

[1]劉運啟.靜自然電位測井方法討論[J].石油儀器，2013.5.27卷.

作者簡介：張攀登（1988-），男，河南周口人，工學學士，就職于中國石油集團測井有限公司長慶事業部。