一種新的估算地層水礦化度的方法

李鵬飛，黃　誠(chéng)

(中國(guó)石油集團(tuán)塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

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一種新的估算地層水礦化度的方法

李鵬飛，黃誠(chéng)

(中國(guó)石油集團(tuán)塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

[摘要]文章描述一種利用地層水的復(fù)電阻率頻散特性來(lái)估算地層水礦化度的新方法。通過(guò)對(duì)不同礦化度的地層水進(jìn)行復(fù)電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，從理論上建立了地層水復(fù)電阻率，特征頻率與礦化度之間的某種關(guān)系，并可建立相應(yīng)的量板，從而為理論上快速估算地層水礦化度提供了一定技術(shù)支持，同時(shí)也為今后應(yīng)用復(fù)電阻率測(cè)井估算地層水礦化度，識(shí)別油水層等提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]復(fù)電阻率；頻散；礦化度

評(píng)價(jià)估算地下地層水礦化度的常用方法大致可分為兩種：第一種是較為傳統(tǒng)的方法，即對(duì)地下地層水直接進(jìn)行取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析化驗(yàn)，從而確定其礦化度；第二種是間接地利用測(cè)井曲線(如SP曲線等)進(jìn)行計(jì)算得到。許多學(xué)者在地層水礦化度評(píng)價(jià)方面做了大量實(shí)驗(yàn)研究分析工作，如趙發(fā)展，戚洪彬等人運(yùn)用地球物理測(cè)井方法(綜合測(cè)井曲線)對(duì)地層水礦化度進(jìn)行檢測(cè)分析[1]；朱命和等人利用電測(cè)井曲線計(jì)算得到地層水礦化度[2]; 林滿意,馮億年,吳文君等人建立了地下地層水礦化度與視電阻率之間的關(guān)系模型[3]；Jesus M. Salazar用自然電位和電阻率測(cè)井曲線聯(lián)合模擬和反演的方法估算地層水電阻率和阿爾奇膠結(jié)指數(shù)[4]；陳渝，李新等人提出利用原始砂巖巖樣直接求取地層水礦化度的新方法[5]。胡進(jìn)林，張雙林，胡少華等人利用綜合測(cè)井資料從理論上建立了地層溫度，地層水電阻率與等效NaCl礦化度的模型[6].縱觀地層水礦化度的各類檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法發(fā)現(xiàn)：對(duì)不同礦化度的地層水的復(fù)電阻率頻散特性的研究還幾乎沒(méi)有涉及，本文正是基于此特性提出一種新的評(píng)價(jià)估算地層水礦化度的方法，從而為快速識(shí)別地層水礦化度提供一定技術(shù)支持。

1不同礦化度鹽水溶液的復(fù)電阻率測(cè)

量實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行鹽水復(fù)電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)之前，配比不同濃度的NaCl溶液以等效不同礦化度地層水，配置的NaCl溶液濃度分別為：1.4 mg/ml, 2.8 mg/ml, 5.6 mg/ml, 28 mg/ml。使用Solartron-1260A(以下簡(jiǎn)稱1260A)阻抗分析儀分別對(duì)以上配置的不同濃度的NaCl溶液在室溫常壓條件下進(jìn)行頻率從0.01 Hz～10 k Hz變化總共61個(gè)頻點(diǎn)的復(fù)電阻率掃頻測(cè)量(如圖1)，整個(gè)過(guò)程使用電腦全自動(dòng)控制。測(cè)量時(shí)選用對(duì)稱四極測(cè)量裝置，即AB供電MN測(cè)量的方式，1260A阻抗分析儀利用其函數(shù)信號(hào)發(fā)生器為AB兩極提供一定頻率的交流電，然后通過(guò)MN端讀取NaCl溶液的阻抗值。為了降低電極自身的極化效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)前對(duì)黃銅，紫銅，鋁，不銹鋼，鉑金等不同電極做了測(cè)量對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉑金電極對(duì)自身的激發(fā)極化效應(yīng)影響效果最小，因此本次鹽水復(fù)電阻率測(cè)量時(shí)所有的電極都使用鉑金網(wǎng)不極化電極。測(cè)量時(shí)M, N兩端盡可能與連接管緊靠。防止長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量過(guò)程中溶液揮發(fā)掉，改變NaCl溶液濃度，因此測(cè)量時(shí)注意及時(shí)補(bǔ)水及將兩個(gè)水槽頂端蓋住。為盡可能地降低干擾和誤差，對(duì)同一濃度的NaCl溶液進(jìn)行至少3次以上的測(cè)量，直到相鄰兩次測(cè)量結(jié)果基本不變且曲線較為光滑穩(wěn)定為止。然后選取一組質(zhì)量最好的數(shù)據(jù)，根據(jù)M, N之間的連接管的幾何參數(shù)(長(zhǎng)度及橫截面積)將測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)換為復(fù)電阻率幅值和相位，最終得到一組包括三列的數(shù)據(jù)分別是：頻率，復(fù)電阻率幅值和相位。

圖1　測(cè)量裝置示意圖

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

選取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最好的一組作圖其結(jié)果如圖2，(a)(b)(c)(d)對(duì)應(yīng)的鹽水濃度分別為：1.4 mg/ml, 2.8 mg/ml, 5.6 mg/ml, 28 mg/ml.從圖中可以清晰地看出對(duì)同一濃度的鹽水而言復(fù)電阻率幅值隨著頻率的增加而逐漸降低(即頻散效應(yīng))。整體上隨著鹽水濃度的增加由于導(dǎo)電特性的增強(qiáng)復(fù)電阻率幅值降低，但相位峰值增大且向著頻率增大方向移動(dòng)。通過(guò)求取復(fù)電阻率幅值相對(duì)于頻率的變化率發(fā)現(xiàn)：相位絕對(duì)值的大小與復(fù)電阻率幅值相對(duì)頻率的變化率成正比，即復(fù)電阻率幅值相對(duì)頻率變化最快處對(duì)應(yīng)的頻率與相位絕對(duì)值最大處(相位峰值)所對(duì)應(yīng)的頻率一致(如圖中的藍(lán)線)，此頻率稱之為特征頻率。(a)(b)(c)(d)所對(duì)應(yīng)的鹽水濃度，特征頻率及該頻率處對(duì)應(yīng)的復(fù)電阻率幅值及相位極值見(jiàn)表1。

表1　鹽水濃度，特征頻率及該頻率

圖2　不同礦化度鹽水的復(fù)電阻率及相位變化圖

3估算礦化度

由以上實(shí)驗(yàn)可看出：不同礦化度鹽水(等效地層水)均表現(xiàn)出復(fù)電阻率頻散特性，尤其表現(xiàn)在相位的不同。建立鹽水濃度與特征頻率及其復(fù)電阻率之間的關(guān)系正是估算地層水礦化度的基礎(chǔ)。由本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的礦化度與特征頻率的關(guān)系如圖3，其中黑線代表特征頻率與鹽水濃度的實(shí)際關(guān)系曲線，紅線代表兩者關(guān)系的擬合曲線，由于篇幅有限，這里只給出一種較簡(jiǎn)單的二項(xiàng)式擬合關(guān)系(對(duì)應(yīng)圖中的紅線)，如式1：

y=2E-05×x2+0.007 1x+1.467 9

(1)

式中：y為地層水濃度(礦化度)，單位mg/ml；x為特征頻率，單位Hz.該二項(xiàng)式擬合結(jié)果顯示R2=0.998 4，說(shuō)明擬合效果較好。從1式可以看出如果已經(jīng)知道特征頻率x時(shí)，可以求出相應(yīng)的地層水礦化度，而特征頻率又與復(fù)電阻率相對(duì)于頻率的最大變化率有關(guān)，因此亦可相應(yīng)建立礦化度與復(fù)電阻率之間的某種關(guān)系。

圖3　礦化度與特征頻率關(guān)系圖

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)不同礦化度鹽水的復(fù)電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，分析復(fù)電阻率頻散特性及其相位峰值的改變可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)對(duì)于不同礦化度的鹽水其復(fù)電阻率幅值相對(duì)于頻率的變化率與相位絕對(duì)值大小成正比復(fù)電阻率變化最快處對(duì)應(yīng)相位絕對(duì)值最大處(相位峰值)。

(2)隨著礦化度的增加，鹽水復(fù)電阻率幅值降低，相位峰值增大且向頻率增大方向移動(dòng)。

(3)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)建立了礦化度與特征頻率之間的關(guān)系，亦可建立復(fù)電阻率與礦化度之間的某種關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分而精準(zhǔn)的情況下可制定關(guān)于礦化度，特征頻率及復(fù)電阻率變化率之間關(guān)系的量板圖，從而為估算地層水礦化度開(kāi)辟了一種新方法。

在室溫常壓下進(jìn)行的有關(guān)不同礦化度鹽水的復(fù)電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，且配置的不同礦化度鹽水樣品有限，具有一定局限性，但是通過(guò)該實(shí)驗(yàn)啟發(fā)了利用地層水復(fù)電阻率特性去估算地層水礦化度的思想，從而為理論上快速識(shí)別地層水礦化度提供了一定技術(shù)支持，同時(shí)也為今后應(yīng)用復(fù)電阻率測(cè)井估算地層水礦化度，識(shí)別油水層等提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。為了論證該方法的實(shí)用性，尚需進(jìn)行許多其他的研究工作，如配置更多的不同礦化度的鹽水(等效地層水)來(lái)參與實(shí)驗(yàn)；盡可能模擬地下地層條件(不同溫度、壓力)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量等工作。

參考文獻(xiàn)

[1]趙發(fā)展,戚洪彬,等.地層水礦化度檢測(cè)的地球物理測(cè)井方法[J].地球物理學(xué)進(jìn)展.2002,17(3):551-558.

[2]朱命和.應(yīng)用電測(cè)井曲線計(jì)算地層水礦化度[J].物探與化探.2005,29(1):31-33.

[3]林滿意,馮億年,吳文君.地下水礦化度與視電阻率關(guān)系模型的建立[J].人民黃河.2006,28(6):42-43.

[4]Jesus M. Salazar. SPWLA 48th Annual Logging Symposium[C].2007.

[5]陳渝,李新,杜環(huán)虹,等.一種直接求取地層水礦化度的方法[J].測(cè)井技術(shù)(增刊).2011，35(03):635-637.

[6]胡進(jìn)林，張雙林，胡少華.利用綜合測(cè)井資料計(jì)算地下水礦化度方法[J].石油儀器.2012,26(2):64-69.

[中圖分類號(hào)]P641.5+4

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0050-02

[作者簡(jiǎn)介]李鵬飛(1990-)，男，四川資陽(yáng)人，主攻方向：油氣資源評(píng)價(jià)、油氣成藏機(jī)理。

[收稿日期]2016-02-26