李鹏飞，黄　诚

(中国石油集团塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)



一种新的估算地层水矿化度的方法

李鹏飞，黄诚

(中国石油集团塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

[摘要]文章描述一种利用地层水的复电阻率频散特性来估算地层水矿化度的新方法。通过对不同矿化度的地层水进行复电阻率测量实验，从理论上建立了地层水复电阻率，特征频率与矿化度之间的某种关系，并可建立相应的量板，从而为理论上快速估算地层水矿化度提供了一定技术支持，同时也为今后应用复电阻率测井估算地层水矿化度，识别油水层等提供了实验基础。

[关键词]复电阻率；频散；矿化度

评价估算地下地层水矿化度的常用方法大致可分为两种：第一种是较为传统的方法，即对地下地层水直接进行取样，然后在实验室进行分析化验，从而确定其矿化度；第二种是间接地利用测井曲线(如SP曲线等)进行计算得到。许多学者在地层水矿化度评价方面做了大量实验研究分析工作，如赵发展，戚洪彬等人运用地球物理测井方法(综合测井曲线)对地层水矿化度进行检测分析[1]；朱命和等人利用电测井曲线计算得到地层水矿化度[2]; 林满意,冯亿年,吴文君等人建立了地下地层水矿化度与视电阻率之间的关系模型[3]；Jesus M. Salazar用自然电位和电阻率测井曲线联合模拟和反演的方法估算地层水电阻率和阿尔奇胶结指数[4]；陈渝，李新等人提出利用原始砂岩岩样直接求取地层水矿化度的新方法[5]。胡进林，张双林，胡少华等人利用综合测井资料从理论上建立了地层温度，地层水电阻率与等效NaCl矿化度的模型[6].纵观地层水矿化度的各类检测及评价方法发现：对不同矿化度的地层水的复电阻率频散特性的研究还几乎没有涉及，本文正是基于此特性提出一种新的评价估算地层水矿化度的方法，从而为快速识别地层水矿化度提供一定技术支持。

1不同矿化度盐水溶液的复电阻率测

量实验

在进行盐水复电阻率测量实验之前，配比不同浓度的NaCl溶液以等效不同矿化度地层水，配置的NaCl溶液浓度分别为：1.4 mg/ml, 2.8 mg/ml, 5.6 mg/ml, 28 mg/ml。使用Solartron-1260A(以下简称1260A)阻抗分析仪分别对以上配置的不同浓度的NaCl溶液在室温常压条件下进行频率从0.01 Hz～10 k Hz变化总共61个频点的复电阻率扫频测量(如图1)，整个过程使用电脑全自动控制。测量时选用对称四极测量装置，即AB供电MN测量的方式，1260A阻抗分析仪利用其函数信号发生器为AB两极提供一定频率的交流电，然后通过MN端读取NaCl溶液的阻抗值。为了降低电极自身的极化效应，实验前对黄铜，紫铜，铝，不锈钢，铂金等不同电极做了测量对比试验，结果发现铂金电极对自身的激发极化效应影响效果最小，因此本次盐水复电阻率测量时所有的电极都使用铂金网不极化电极。测量时M, N两端尽可能与连接管紧靠。防止长时间测量过程中溶液挥发掉，改变NaCl溶液浓度，因此测量时注意及时补水及将两个水槽顶端盖住。为尽可能地降低干扰和误差，对同一浓度的NaCl溶液进行至少3次以上的测量，直到相邻两次测量结果基本不变且曲线较为光滑稳定为止。然后选取一组质量最好的数据，根据M, N之间的连接管的几何参数(长度及横截面积)将测量阻抗转换为复电阻率幅值和相位，最终得到一组包括三列的数据分别是：频率，复电阻率幅值和相位。

图1　测量装置示意图

2实验结果及分析

选取实验数据最好的一组作图其结果如图2，(a)(b)(c)(d)对应的盐水浓度分别为：1.4 mg/ml, 2.8 mg/ml, 5.6 mg/ml, 28 mg/ml.从图中可以清晰地看出对同一浓度的盐水而言复电阻率幅值随着频率的增加而逐渐降低(即频散效应)。整体上随着盐水浓度的增加由于导电特性的增强复电阻率幅值降低，但相位峰值增大且向着频率增大方向移动。通过求取复电阻率幅值相对于频率的变化率发现：相位绝对值的大小与复电阻率幅值相对频率的变化率成正比，即复电阻率幅值相对频率变化最快处对应的频率与相位绝对值最大处(相位峰值)所对应的频率一致(如图中的蓝线)，此频率称之为特征频率。(a)(b)(c)(d)所对应的盐水浓度，特征频率及该频率处对应的复电阻率幅值及相位极值见表1。

表1　盐水浓度，特征频率及该频率

图2　不同矿化度盐水的复电阻率及相位变化图

3估算矿化度

由以上实验可看出：不同矿化度盐水(等效地层水)均表现出复电阻率频散特性，尤其表现在相位的不同。建立盐水浓度与特征频率及其复电阻率之间的关系正是估算地层水矿化度的基础。由本次实验数据建立的矿化度与特征频率的关系如图3，其中黑线代表特征频率与盐水浓度的实际关系曲线，红线代表两者关系的拟合曲线，由于篇幅有限，这里只给出一种较简单的二项式拟合关系(对应图中的红线)，如式1：

y=2E-05×x2+0.007 1x+1.467 9

(1)

式中：y为地层水浓度(矿化度)，单位mg/ml；x为特征频率，单位Hz.该二项式拟合结果显示R2=0.998 4，说明拟合效果较好。从1式可以看出如果已经知道特征频率x时，可以求出相应的地层水矿化度，而特征频率又与复电阻率相对于频率的最大变化率有关，因此亦可相应建立矿化度与复电阻率之间的某种关系。

图3　矿化度与特征频率关系图

4结语

通过不同矿化度盐水的复电阻率测量实验，分析复电阻率频散特性及其相位峰值的改变可以得到以下几点认识：

(1)对于不同矿化度的盐水其复电阻率幅值相对于频率的变化率与相位绝对值大小成正比复电阻率变化最快处对应相位绝对值最大处(相位峰值)。

(2)随着矿化度的增加，盐水复电阻率幅值降低，相位峰值增大且向频率增大方向移动。

(3)通过本次实验建立了矿化度与特征频率之间的关系，亦可建立复电阻率与矿化度之间的某种关系。在实验数据充分而精准的情况下可制定关于矿化度，特征频率及复电阻率变化率之间关系的量板图，从而为估算地层水矿化度开辟了一种新方法。

在室温常压下进行的有关不同矿化度盐水的复电阻率测量实验，且配置的不同矿化度盐水样品有限，具有一定局限性，但是通过该实验启发了利用地层水复电阻率特性去估算地层水矿化度的思想，从而为理论上快速识别地层水矿化度提供了一定技术支持，同时也为今后应用复电阻率测井估算地层水矿化度，识别油水层等提供了实验基础。为了论证该方法的实用性，尚需进行许多其他的研究工作，如配置更多的不同矿化度的盐水(等效地层水)来参与实验；尽可能模拟地下地层条件(不同温度、压力)进行实验测量等工作。

参考文献

[1]赵发展,戚洪彬,等.地层水矿化度检测的地球物理测井方法[J].地球物理学进展.2002,17(3):551-558.

[2]朱命和.应用电测井曲线计算地层水矿化度[J].物探与化探.2005,29(1):31-33.

[3]林满意,冯亿年,吴文君.地下水矿化度与视电阻率关系模型的建立[J].人民黄河.2006,28(6):42-43.

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

[5]陈渝,李新,杜环虹,等.一种直接求取地层水矿化度的方法[J].测井技术(增刊).2011，35(03):635-637.

[6]胡进林，张双林，胡少华.利用综合测井资料计算地下水矿化度方法[J].石油仪器.2012,26(2):64-69.

[中图分类号]P641.5+4

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0050-02

[作者简介]李鹏飞(1990-)，男，四川资阳人，主攻方向：油气资源评价、油气成藏机理。

[收稿日期]2016-02-26