摘 要：自然電位測(cè)井是常規(guī)電法測(cè)井方法之一，應(yīng)用范圍較廣泛，主要用于砂泥巖剖面，是劃分和評(píng)價(jià)儲(chǔ)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(xiàn)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)井經(jīng)驗(yàn)，闡述了影響自然電位測(cè)井的實(shí)際因數(shù)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)勢(shì)；自然電位；巖性；測(cè)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(huì)在井壁附近產(chǎn)生電化學(xué)過(guò)程，產(chǎn)生自然電動(dòng)勢(shì)。

（1）擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)（Ed）的產(chǎn)生。如果將兩種不同濃度的NaCl溶液放在一個(gè)水槽的兩端，中間用滲透性隔膜分離時(shí)，存在著使?jié)舛冗_(dá)到平衡的自然趨勢(shì)，即高濃度溶液中的離子受滲透壓的作用要穿過(guò)滲透性隔膜遷移到低濃度溶液中去，遷移過(guò)程中因離子的遷移速率不同，造成溶液接觸面兩側(cè)富集正負(fù)電荷，當(dāng)接觸面附近正、負(fù)離子遷移速度相同時(shí)，電荷富集停止，但離子還在擴(kuò)散，達(dá)到一種動(dòng)平衡，此時(shí)接觸面附近的電動(dòng)勢(shì)會(huì)保持一定值，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)叫擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)。

（2）擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)（Eda）。將兩種不同濃度的NaCl溶液用泥巖隔膜分開(kāi)，因?yàn)槟鄮r有一種特殊性質(zhì)。泥質(zhì)顆?；居珊泄杌蜾X的晶體組成，由于晶格中的硅或鋁離子被低價(jià)的離子所取代，泥質(zhì)顆粒表面帶負(fù)電，為了達(dá)到電平衡，必須吸附陽(yáng)離子，這樣，就相當(dāng)于泥巖具有滲透陽(yáng)離子的能力，而陰離子不能通過(guò)，在滲透壓的作用下，濃度高的溶液中陽(yáng)離子會(huì)通過(guò)泥巖向濃度低的方向滲透，這樣就會(huì)造成濃度大的一方富集了負(fù)電荷，濃度小的一方富集了正電荷。該過(guò)程產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)。

1.2 測(cè)井過(guò)程中自然電動(dòng)勢(shì)成因分析

在淡水泥漿鉆井時(shí)，地層水礦化度小于泥漿濾液礦化度，在井筒內(nèi)，砂巖段靠近井壁的地方負(fù)電荷富集，地層內(nèi)靠近井壁的地方正電荷富集，導(dǎo)致井筒泥漿的電勢(shì)低于地層電勢(shì)，因而在砂巖段形成擴(kuò)散電位；在泥巖段，在井筒內(nèi)靠近井壁的地方正電荷富集，地層中負(fù)電荷富集，導(dǎo)致井筒泥漿的電勢(shì)高于地層電勢(shì)。泥漿和地層各具導(dǎo)電性，就像兩條導(dǎo)線(xiàn)把以上兩種地層串聯(lián)了起來(lái)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(dāng)電阻的作用。用M電極在井筒中測(cè)的自然電流在泥漿中產(chǎn)生的電位降即得自然電位曲線(xiàn)。其值在正常情況下與對(duì)應(yīng)地層中泥質(zhì)含量關(guān)系密切，砂巖中泥質(zhì)含量增加，則電位降下降，異常幅度減?。簧皫r中泥質(zhì)含量下降，則電位降上升，異常幅度增大。

在測(cè)井過(guò)程中，因?yàn)樯皫r滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于泥巖的滲透性，所以擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)起主導(dǎo)作用，擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)基本可以忽略。

2 自然電位曲線(xiàn)的特點(diǎn)

實(shí)際測(cè)井中，夾在泥巖中的砂巖層的自然電位幅度，基本上是產(chǎn)生自然電場(chǎng)的總電動(dòng)勢(shì)SSP，即：SSP=Ed-Eda=（Kd-Kda）lg（Rmf/Rw）=-Klg（Rmf/Rw）。

SSP稱(chēng)為靜自然電位；Ed為擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)，Eda為擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)，Kd稱(chēng)為擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；Kda稱(chēng)為擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；K稱(chēng)為自然電位系數(shù)，取決于鹽溶液性質(zhì)和地層溫度。

自然電位曲線(xiàn)的變化與巖性密切相關(guān)，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(xiàn)大體上構(gòu)成一條豎直線(xiàn)或略有傾斜的直線(xiàn)，稱(chēng)作泥巖基線(xiàn)。滲透層的自然地位曲線(xiàn)異常會(huì)偏離泥巖基線(xiàn)，偏向低電位一方的異常叫負(fù)異常（Rmf>Rw）；偏向高電位一方的異常叫正異常（Rmf

3 測(cè)井作業(yè)中影響自然電位測(cè)井的因素

3.1 地面N電極與大地接觸不好對(duì)自然電位測(cè)井的影響

原因分析：地面電極與大地接觸不好而產(chǎn)生接觸電阻發(fā)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(xiàn)的電壓降所占比例下降，在測(cè)量中自然電位變化就很不明顯，在小薄層處甚至沒(méi)有反應(yīng)。

3.2 儲(chǔ)層以及其他因素導(dǎo)致井內(nèi)泥漿礦化度發(fā)生變化的影響

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

另外，井中泥漿成分的化學(xué)變化，以及井隊(duì)循環(huán)不好造成不同深度泥漿礦化度不同，也會(huì)造成曲線(xiàn)上表現(xiàn)為泥巖基線(xiàn)飄移、反向甚至曲線(xiàn)平直?；蛴刑厥鈳r性存在時(shí)也會(huì)出現(xiàn)自然電位異常的情況。

3.3 井場(chǎng)漏電或接近電源對(duì)自然電位測(cè)井的影響

原因分析：井場(chǎng)漏電或附近有大功率用電設(shè)備工作，如直流電焊機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備，產(chǎn)生直流電使地面N電極（自然電位參考電極）電位無(wú)規(guī)則變化，也會(huì)對(duì)M電極（測(cè)量電極）、N電極之間電勢(shì)差造成干擾。此時(shí)曲線(xiàn)上表現(xiàn)為有大小不等的不規(guī)則鋸齒狀變化，且測(cè)井深度越淺，干擾越明顯。

3.4 絞車(chē)磁化干擾對(duì)自然電位測(cè)井的影響

測(cè)井電纜繞在絞車(chē)滾筒上相當(dāng)于一個(gè)大線(xiàn)圈，因此，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電纜切割磁力線(xiàn)，絞車(chē)上的部件被磁化，在電纜中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)入自然電位測(cè)量道而對(duì)自然電位產(chǎn)生干擾。曲線(xiàn)上表現(xiàn)為周期性的變化，且變化頻率隨絞車(chē)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)周期而變化。

3.5 測(cè)量速度對(duì)自然電位測(cè)井的影響

一般要求自然電位測(cè)量速度不超過(guò)30m/min，如果超過(guò)這個(gè)速度，可能會(huì)造成自然電位曲線(xiàn)的拉伸，儀器的分辨率也會(huì)降低，導(dǎo)致小薄層無(wú)法識(shí)別。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)自然電位測(cè)井進(jìn)行了分析，提出了幾種影響靜自然電位的因素。井內(nèi)有自然電動(dòng)勢(shì)的變化，說(shuō)明井內(nèi)有自然電流流動(dòng)，因此，與地層砂泥巖剖面有關(guān)的靜態(tài)自然電位值被改變，自然電場(chǎng)又與巖性有密切關(guān)系，特別是在沙泥巖剖面中能以明顯的曲線(xiàn)變化顯示出滲透性地層。[3]

參考文獻(xiàn)

[1]劉運(yùn)啟.靜自然電位測(cè)井方法討論[J].石油儀器，2013.5.27卷.

作者簡(jiǎn)介：張攀登（1988-），男，河南周口人，工學(xué)學(xué)士，就職于中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部。