普通視電阻率測井在水源井工程中的應(yīng)用

武軍鋒，王 濤

(陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西 渭南 714000)

0 引言

在水文測井中，通常采用普通電極系裝置的視電阻率法[1-3]。通過測井外業(yè)數(shù)據(jù)采集一般可獲得視電阻率與自然電位2條測井曲線，若要測得高質(zhì)量的測井曲線并非易事，電極系、電阻率的刻度、測速等參數(shù)尤為關(guān)鍵，地面電極的布置條件亦影響測井曲線的質(zhì)量[4-6]。若要采集到高質(zhì)量的測井?dāng)?shù)據(jù)，必須嚴格按照規(guī)范并結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。此外，運用測井曲線劃分地層巖性，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)確定含水層，構(gòu)建涌水量預(yù)測回歸模型預(yù)測水量，則需要一定的專業(yè)知識與測井經(jīng)驗積累。因此，為提高水文測井的工作質(zhì)量，本文對普通視電阻率測井的生產(chǎn)實踐與應(yīng)用展開探討。

1 測井方法

水文測井中通常采用以普通視電阻率測井為主、自然電位測井為輔的工作方法。視電阻率曲線反映了地層的巖性特征，可作為劃分地層的主導(dǎo)曲線，自然電位曲線可作為劃分滲透性與非滲透性地層的重要依據(jù)[7-9]。在咸水地區(qū)自然電位測井可彌補視電阻率測井的不足，2種測井方法分別獨立又互為補充。

1.1 視電阻率測井

在實際工作中，根據(jù)電極系裝置形式不同而出現(xiàn)不同的視電阻率測井方法。在水文測井中最常用到的有普通電極系的視電阻率測井(簡稱普通視電阻率測井)、微電極系測井以及井液電阻率測井等方法，這些方法從不同角度反映巖層的特性，各有其適用性。其中以普通視電阻率測井方法應(yīng)用最為廣泛，同時也是最基本的一種測井方法。

1.1.1 電極系的技術(shù)要求

視電阻率測井使用普通電極系，由于其成本小、適用性強及易維修的優(yōu)點而得到普遍應(yīng)用。普通電極系下井電極由3個電極組成，有2種組合方式，1個供電電極與2個測量電極，第4個電極作為供電電極接在井口套管上；2個供電電極與1個測量電極，第4個電極作為測量電極放在與井液相同的泥漿槽中。這里重點介紹實際工作中常用的理想梯度電極系與理想電位電極系，制作電極系通常選用穩(wěn)定性較好的鉛作為原材料，電極直徑不大于3 cm，電極長度不大于3～5 cm。理想梯度電極系要求成對電極間距小于電極距的0.2～0.4倍。倒裝梯度電極系能明顯地以極大值反映出高阻巖層的頂界面，正裝梯度電極系能明顯地以極大值劃分出高阻巖層的底界面。理想電位電極系要求成對電極間距不小于電極距的9倍，實際工作中通常將成對電極中距離不成對電極較遠的1個電極布置在地面上，下井電極系上只有1個供電電極與1個測量電極。電極距的選擇在下文詳細介紹。

1.1.2 視電阻率曲線的影響因素

了解視電阻率曲線的影響因素有利于對測井曲線進行解釋。視電阻率測井是沿井深縱向采取參數(shù)樣點，儀器記錄的視電阻率值與電極系周圍地層巖石電阻率有關(guān)外，還與地層厚度、井徑、泥漿電阻率、泥漿滲透程度以及電極系結(jié)構(gòu)和類型等因素有關(guān)。隨泥漿與巖層電阻率差異增大，亦隨井徑變大而影響增大，因此對于大口徑鉆孔采用普通視電阻率測井一般效果不理想。當(dāng)巖層厚度較小時，在電極系探測范圍內(nèi)的幾個地層對測量結(jié)果均有影響，尤其是薄層影響更為明顯，使曲線變得復(fù)雜，增加了曲線解釋的難度，因此運用普通視電阻率測井不利于劃分薄層。此外，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)并結(jié)合測區(qū)條件選擇最佳電極距，視電阻率曲線能夠清晰反映井剖面上的目的層與含水層等，是對最佳電極距的基本要求；在同一地區(qū)為了進行井剖面的對比，最好選擇統(tǒng)一的電極距。在水文測井中，平原地區(qū)一般使用電極距為0.25～0.75 m的電位電極系，2～4 m電極距的梯度電極系較適宜。

1.1.3 測井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)要求

為了定量解釋視電阻率測井曲線，在測井前應(yīng)對儀器進行刻度。刻度的質(zhì)量直接影響視電阻率曲線定量解釋的精度，首先要正確連接刻度的線路，一般選擇刻度電阻100 Ω檔，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娮杪实拇笾路秶?，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)，使得輸出既不溢出，又有較高的靈敏度，反映巖性的最大幅度應(yīng)為滿測程的4/5左右為佳?！肮╇娏砍獭庇糜谡{(diào)節(jié)供電電壓。電極系供電模式為交流恒流，大的供電電流需要較高的供電電壓來保證其恒流特性，一般調(diào)在25、50即可滿足技術(shù)要求?！肮╇娢⒄{(diào)”用于調(diào)節(jié)供電電流。供電電流越大，抗干擾能力越強。一般供電電流大于10 mA即可滿足技術(shù)要求。通過上列各項調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用完成電阻率刻度，此時應(yīng)保持“撥碼開關(guān)”“供電量程”和“供電微調(diào)”三者在測井過程中的穩(wěn)定。

1.2 自然電位測井

自然電位測井是利用鉆孔中自然電場的變化來研究鉆孔剖面中巖性的變化，進一步判斷含水層位置與含水性，解決與自然電位相關(guān)的地質(zhì)問題(例如結(jié)合視電阻率測井劃分咸淡水界面)。自然電位測井必須重視測量技術(shù)條件，壓制干擾，要求在循環(huán)井液后優(yōu)先測量，以防基線偏移。地面電極應(yīng)放在參考電位穩(wěn)定的地方，游散電流干擾大時，可將N極接套管上，亦可將鎧裝電纜外皮作N極。在巖性較純的黏土、泥巖或頁巖上選取基線，并保持正負極正確。

水文鉆孔中以砂泥巖巖性結(jié)構(gòu)為主的地質(zhì)剖面，擴散-吸附作用占主導(dǎo)地位。因此擴散-吸附電位成為研究重點。通常情況下，泥巖與黏土具有穩(wěn)定的自然電位值而作為自然電位的基線，當(dāng)?shù)貙铀牡V化度大于泥漿的礦化度時，砂巖層的自然電位呈現(xiàn)負異常。相反，若當(dāng)?shù)貙铀牡V化度小于泥漿的礦化度時，砂巖層的自然電位呈現(xiàn)正異常。自然電位曲線的幅值與地層厚度成正比關(guān)系，而與井徑和巖層電阻率成反比關(guān)系。在定量解釋時必須考慮以上各種因素對自然電位幅值的影響，并進行校正。

2 測井曲線解釋及應(yīng)用

實際測井工作中，視電阻率曲線反映了地層的巖性特征，可作為劃分地層的主導(dǎo)曲線，自然電位曲線則可以作為劃分滲透性與非滲透性地層的依據(jù)[10-12]。巖層的滲透性決定了其含水性，具有滲透性的砂層相對于泥巖層，其自然電位呈現(xiàn)高異常。具體有2種情況，當(dāng)?shù)貙铀V化度低于泥漿礦化度時，滲透性砂層在自然電位曲線上為正異常，這種情況一般為淡水層；反之則為負異常，這就是咸水層的自然電位曲線特征。首先要了解測井技術(shù)條件及說明，一般水文測井選擇深度比例尺為1∶200，詳細研究井段采用比例尺為1∶50，橫向比例尺以電阻率刻度值為準。采用測井解釋軟件進行測井外采數(shù)據(jù)處理，消除測井的影響因素，達到去偽存真的目的，排除多解性，確定解釋模型，最終通過科學(xué)合理的測井曲線解釋，以獲取水文地質(zhì)信息。

2.1 劃分鉆孔地質(zhì)剖面

采用視電阻率測井曲線按照巖石電阻率差異來劃分井剖面。在第四系松散層或砂泥巖地層中，由于膠結(jié)性較差的砂層巖芯采取率一般較低，薄層更易丟失，測井建立的井剖面可以彌補鉆探之不足，測井與鉆探在判層方面又可相互檢驗。在地層比較穩(wěn)定、電性差異明顯且有標志層時，應(yīng)用視電阻率曲線亦可進行剖面對比。測井曲線解釋時應(yīng)充分考慮井徑、泥漿性質(zhì)、巖層厚度及鄰層影響等因素，使所測視電阻率更接近巖石真電阻率。

2.2 確定含水層位置與厚度

含淡水的砂層相對于鄰層的黏土或泥巖為高阻。含咸水的砂層為低阻，這種情況可運用自然電位測井曲線劃分含水層。在石灰?guī)r較大裂隙或溶洞中充水時視電阻率曲線通常為低阻特征，此時確定含水層應(yīng)在高阻層里尋低阻段。在采用理想電極系時，以高阻含水層為例介紹運用視電阻率曲線分層方法。采用視電阻率梯度曲線分層，巖層厚度(h)大于電極距(AO)時，分層界面明顯，極大值與極小值對應(yīng)位置即為分層位置。如圖1所示，h

圖1 h

圖2 5AO劃分巖層厚度方法Fig.2 The method of dividing the thickness of rock layers with h>5AO

圖3 AM

2.3 確定巖石真電阻率

在水文測井中通常使用近似法確定巖石真電阻率值，當(dāng)?shù)貙雍穸冗h大于井徑時，視電阻率值受圍巖和泥漿影響較小，此時電位視電阻率曲線的極大值或梯度視電阻率曲線的平均值可作為巖石真電阻率值。如圖4所示，以梯度曲線為例，真電阻率值可用面積求補法獲得。依據(jù)極值點確定巖層界面，在曲線異常1/2位置做橫軸的垂線，調(diào)整垂線位置使圖中面積S=S1，垂線對應(yīng)的視電阻率值(40 Ω·M)即為巖石真電阻率。

圖4 利用面積求補法確定巖石真電阻率示意Fig.4 Determination of true resistivity of rock by area complement method

2.4 預(yù)測水量

基巖井水量預(yù)測受地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響而變得復(fù)雜，本文只涉及第四系松散層鉆孔涌水量預(yù)測。通過同一水文地質(zhì)單元在測水井與已建成水井的對比分析進行水量預(yù)測，具體為運用測井所得含水層巖性、厚度、滲透性等參數(shù)，采用數(shù)理統(tǒng)計方法對區(qū)內(nèi)水井的水量和視電阻率數(shù)據(jù)進行分析，建立了該地區(qū)水井的水量預(yù)測回歸模型。選用一眼水井實測數(shù)據(jù)對預(yù)測回歸模型進行檢驗，實際涌水量與模擬值進行比較，進而采用該回歸模型對其他供水井的水量進行了預(yù)測。結(jié)果表明，在第四系松散層的水井施工中，所建立的涌水量預(yù)測回歸模型可在成井與抽水前預(yù)先估算鉆孔涌水量，可為地質(zhì)與鉆探?jīng)Q策提供一定科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)語

普通視電阻率法在水文測井方面適用性強，技術(shù)上已趨于成熟。測井曲線一般應(yīng)用于劃分巖層、確定含水層與巖石真電阻率等，也可采用視電阻率曲線進行巖相沉積環(huán)境分析，建立“水量預(yù)測回歸模型”預(yù)測擬建井水量等。通過長期的水文測井生產(chǎn)實踐，系統(tǒng)性地總結(jié)該測井方法，運用測井規(guī)范嚴格控制工作過程，獲得高質(zhì)量的測井成果。同時，堅持在生產(chǎn)實踐與理論研究中不斷創(chuàng)新，便可運用普通視電阻率測井解譯更為廣泛的地質(zhì)信息。