自然电位曲线异常原因分析

影响。从薄膜电位的形成机理可知，砂岩中泥质含量越多，自然电位幅度越小。 通过自然电位影响因素分析，我们就不难理解目前一些薄而且具有较高的泥质含量的渗 透层出现自然电位平直的现象比厚而纯的砂岩要多一些。
２对分析结论的试验验证
２００１年上半年发现自然电位出现异常现象后，在理论分析的同时，进行了现场试验。
２０００年
＼＼
地区
密度
ｇ／ｃｒｆｉ３
电阻率
ｎ・ｍ
７．２ ４．６ ３．５ ３．８
密度
ｇ／ｅｒａ３
１．２８ １．７０ １．５４ １．４７
电阻率
Ｑ・ｍ
５．７ ４．５ ４．１ ４．２
粘度
Ｓ
时间～———途
１．２５ １．７５ １．６１
３２ ５０
３８ ５０
５８ ５２
５５
５５
２００１年
１．４３
最初泥浆矿化度为１０００Ｘ １０＿６左右，目前已提高到２５００×１０“左右，对于厚层纯砂岩，
首先对测井仪器进行检查。做了１０套测井系统仪器的自然电位一致性试验。结果确认仪器 一致性很好。同时把点电极换成环电极试验，差别也非常小。这就可以排除测井仪器的影响 因素。 南３—２０—４３５井，自然电位基线在８００ｍ处出现偏移现象，发现问题后加测了流体电 阻率曲线。从中可以发现在自然电位偏移处，流体电阻率曲线也发生了明显变化。 杏４—４２一Ｐ４３井，于１１３７．４～１１４０ｍ储层处，出现正自然电位幅度，加测的流体曲线
参考文献
［１］张庚骥主编．电法测井．北京：石油工业出版社，１９８６ ［２］张守谦，李占咸．石油地球物理测井．北京：石油工业出版社，１９８１ ［３］雍世和，洪有密．测井资料综合解释与数字处理。北京：石油工业出版社，１９８２
・１９４・
自然电位曲线异常原因分析
作者： 作者单位： 李庆峰， 侯世奎， 许敬彦， 王春海 大庆石油管理局测井公司
・
１９３・
证，泥浆密度由１．５４９／ｃｍ３、１．５５９／ｃｒｎ３分别提高到１．７４
ｇ／ｃｍ３、１．７０
ｇ／ｃｍ３，用同一支自
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
然电位测井仪再次进行测自然电位测井，在泥浆加重前所测的自然电位曲线在渗透层处几乎 完全平直，泥浆密度加大后，渗透层处自然电位幅度较明显。泥浆密度加大后自然电位曲线 帼蔓明显变大。这说明了：（１）过滤电位在渗透层处的自然电位构成中所占的比重是很大
自然电位曲线异常原因分析
李庆峰侯世奎许敬彦
（大庆石油管理局测井公司）
摘要由于长期注水开发，大庆油田储集层内流体的压力和地层水矿化度发生了显著的变
化，导致了在某些调整井中自然电位曲线出现异常现象。影响了对其应用。针对前述现象，在排
王春海
除了测井仪器和其他人为因素的基础上，从自然电位形成的机理及对自然电位曲线的影响因素人
Ｅａ＝Ｋａｌｇ（Ｃ。／Ｃｍｆ） （１）
式中
Ｋｄ——扩散电位系数，对于ＮａＣＩ溶液，当温度为１ ８℃时的纯砂岩地层，Ｋ。＝
一１１．６ｍＶ。
由于大庆长垣内部油田长期注水开发，注入水矿化度远低于原状地层水矿化度，油层水 淹后，地层水矿化度明显降低，原状地层水矿化度为（７０００～８０００）×１０～，目前为 （２３００－－４５００）×１０＿６左右。多年来，为了保护井壁，泥浆的使用进行了很大的改进，泥浆
手进行分析，得出了产生自然电位曲线异常的原因。
２００１年上半年，在大庆长垣某些井中出现了自然电位异常现象，主要表现为：（１）在 某些渗透层处自然电位无幅度差或出现正自然电位幅度；（２）自然电位基线出现偏移现象。 由于自然电位曲线对储层厚度划分、水淹层解释等发挥了重要作用，分析清楚自然电位曲线 异常原因，有助于自然电位曲线的地质应用。在排除测井仪器因素和其他人为因素的基础 上，从测井原理人手分析清楚产生异常现象的原因，将对油田开发具有重要意义。
３结论
目前，过滤电位在渗透层处的自然电位构成中所占的比重很大，而薄膜电位和扩散电位 与开发初期比较已经明显减小。 自然电位曲线基线偏移这一异常现象是由于井筒内有地层水流人造成的。
在一些井中，Ｃ。与Ｃｍｆｌ：Ｂ较接近，而Ｐ。与Ｐ。相当或Ｐ。大于Ｐ。时，造成自然电位 在渗透层处无幅度或出现正自然电位幅度，而且微电极曲线一般行不成幅度差。
假定地层水和泥浆滤液为ＮａＣｌ溶液，地层水矿化度为３０００×１０一，利用（１）式可以计算 出开发初期储层处的扩散电位为一１０．２ｍＶ，目前储层处产生的扩散电位为一０．９ｍＶ，由此 可见扩散电位明显减小。
１．２薄膜电位产生机理的分析
泥质颗粒基本上是由含有硅或铝的晶体组成。由于晶格中的硅或铝离子被低价的离子所 取代，泥质颗粒表面带负电。为了达到电平衡，必须吸附正离子。这部分被吸附的正离子称 为平衡离子。有水时，在外电场作用下平衡离子也会移动。在泥质孔隙中，孔隙壁带负电， 而溶液则由于平衡离子的存在而带正电。由于溶液中正离子数超过负离子数，扩散的结果使 得浓度低的一方带正电而浓度高的一方带负电。由此过程产生的电位差为薄膜电位。其值大
Ｅｆ＝Ｋｆ△ＰＲ耐乍 式中△Ｐ——压力差，ａｔｍ；
Ｒ ｎｌｆ——过滤溶液电阻率，Ｑ・ｍ；
・
（３）
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“——过滤溶液的粘度，Ｐａ・ｓ； Ｋ，——过滤电位系数，ｍＶ。
一般认为，只有在泥浆柱压力和地层压力差△Ｐ很大时，才能产生很大的过滤电位。而 且测井时渗透层处一般已形成泥饼，所以过滤电位很小，可忽略。但从目前大庆长垣调整井 状况分析，在渗透层处产生的自然电位幅度过滤电位的贡献是非常大的。 通过以上分析，可得出这样的结论：油层高水淹而且地层压力与泥浆压力相当时，形不 成自然电位这就造成在某些渗透层处无自然电位；而当地层压力明显高于泥浆柱压力时，将 形成正的自然电位，所谓的自然电位曲线反向；当有地层水流入井内时，使井内泥浆滤液电 阻率发生改变而且变化不均，因此出现了自然电位在泥岩井段偏移现象。 １．４影响渗透层自然电位曲线的其他因素分析 除上面已经分析的Ｃ。／Ｃｆ及（１９。～１９。）对渗透层处的自然电位具有决定性的影响外， 另外两种影响自然电位幅度的因素也必须考虑。一是渗透层厚度的影响，二是渗透层内泥质 含量的影响。
小可由下式求取。 Ｅｄａ＝Ｋａｙ｜ｇ（Ｃ。／Ｃｒｎｆ） 式中
（２）
Ｋｄ。——扩散吸附电位系数，数值在一１１．６－５８ｍＶ之间变化。
在开发层段中，与砂岩相邻的泥岩地层水矿化度同样由于注水开发而降低，使Ｃ。与
Ｃ。彳艮接近，所以薄膜电位将变小或没有。假设溶液中含的均为正离子，利用（２）式可以 计算出开发初期薄膜电位为＋５０．７ｍＶ，目前电位薄膜为＋４．６ｍＶ。与上述计算的储层处的 扩散电位结合，相同储层，在开发初期自然电位幅度为一６９．９ｍＶ，目前储层处的自然电位 幅度为一５．５ｍＶ幅度。所以，由于Ｃ。和Ｃｆｎｆ发生了变化，使得在大庆长垣内部一些调整井 中目前所测得的自然电位中扩散电位和薄膜电位所占比重很小。 １．３过滤电位产生机理的分析 过滤电位产生依赖于泥浆柱的压力（Ｐ。）与地层压力（Ｐ。）之间的差。储层中有泥质 的存在，岩石孔隙中的溶液将存在平衡离子。由于平衡离子的作用，在岩石孔隙中的泥浆滤 液带有相当多的正离子向压力低的一方聚集，因此压力高的一方带负电而压力低的一方带正 电，在钻井过程中，一般泥浆柱的压力略大于地层压力，所以在渗透层处井筒内的泥浆带负 电，渗透层内带正电，过滤电位的大小可由下式计算。
１．４．１渗透层厚度的影响
根据纯砂岩地层模型，上、下围岩（泥岩）足够厚，对６种厚度不同的砂岩目的层进行 理论计算得到一组自然电位理论曲线。它主要说明在其他条件不变的情况下，地层厚度／井 径（ｈ／ｄ）对自然电位幅度和形状的影响。Ｕｓｐ记录的自然电位幅度值，ＳＳＰ为静自然电
位。从中可以看出当ｈ＞４ｄ时，Ｕｓｐ＝ＳＳＰ。当ｈ＜４ｄ时，Ｕｓｐ＜ＳＳＰ，而且地层厚度越小， Ｕｓｐ与ＳＳＰ差别越大。 １．４．２渗透层内泥质含量的影响 对于砂、泥岩地层，砂岩中均或多或少的含有泥质。泥质含量对扩散电位的产生有直接
在该深度也出现了明显的变化。
以上两Ｅｌ井实例说明了，由于某个储层压力大于泥浆柱压力，使地层水流入井内，泥浆 滤液电阻率发生变化。也说明了自然电位曲线基线偏移是由于地层水流入井内造成的，而自
然电位反向（正的自然电位幅度）是由于地层压力（Ｐ。）大于泥浆柱压力（Ｐ。）而产生正 的过滤电位的原因。 在南６—２１一更２１３６井和杏４—３１一Ｐ４２井进行了在不同的泥浆密度情况下的测井验
本文链接：/Conference_6071517.aspx
的；（２）测井仪器工作是正常的。
自然电位曲线异常处微电极曲线无幅度差或幅度差很小，这是由于：微电极测井是采用 微梯度和微电位两种电极系，同时测得微梯度和微电位两条测井曲线，由于它们探测的深度 不同，泥饼、冲洗带电阻率对其影响也不同，当井筒内钻井液的压力与储层内流体压力基本 一致或小于储层内流体压力时，井壁形不成泥饼，这样微梯度和微电位测井值基本一致，不 能产生幅度差或产生较小的幅度差。泥浆密度加重后，微电极曲线也有一定的改善。
１根据测井原理对自然电位曲线出现的异常现象的分析
目前大庆长垣开发层位的地层主要是砂、泥岩地层，储层产生的自然电位主要由两部分 组成，一是扩散电位，二是过滤电位。在泥岩层段产生的自然电位为薄膜电位。
１．１扩散电位产生机理的分析
在储层处产生的扩散电位主要依靠地层水矿化度（Ｃ。）与泥浆滤液矿化度（Ｃ。ｆ）之间 的差异。由于扩散作用，高浓度溶液的离子向低浓度一方迁移，在一般情况下，负离子的迁 移速度大于正离子的迁移速度。这样，低矿化度一方富集负离子，高矿化度～方富集正离 子，由此而产生的电位差，称为扩散电位。 地层被钻穿后，泥浆滤液和地层孔隙中的地层水直接接触，由于两种溶液矿化度的不 同，它们之间将产生离子扩散作用。在淡水泥浆情况下，通常Ｃ。＞Ｃ。ｆ，所以一般扩散结 果是地层水内富集正电荷，泥浆中富集负电荷。测井所测到的储层处的扩散电位为负异常幅 度，其大小可由下式计算。
性能发生了较大变化。统计表明：泥浆粘度逐步提高；泥浆密度２０世纪８０－９０年代达到高
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峰后，近两年又有了较大降低；泥浆电阻率则逐步降低（２０００年与２００１年基本一致）（见
表１）。
表１
２０世纪６０年代以来泥浆电阻率情况
南２区 北１区 粘度
Ｓ
性能＼ ～～～～～＼
６０～７０年代 ８０～９０年代