胜利油区低电阻率油层多参数识别技术应用

黄质昌，黄新平，贺菲，范英锋

(中石化胜利石油工程有限公司测井公司，山东东营257096)

0 引言

低电阻率油层成因复杂，由于其低电阻率的特殊性，极具隐蔽性且不容易被发现，是储层测井评价和研究工作的一个难点。核磁共振、成像、阵列感应测井等新技术由于测井费用昂贵、施工工期较长等因素制约了作为测井设计必测项目广泛推广使用。利用常规测井资料进行视地层水电阻率、视自然电位计算方法研究和组合应用，以及含水饱和度计算模型的优化使用和地层流体性质判别参数的提取，使其能更准确有效地识别低电阻率油层、低油/水电阻率对比度油层是本项应用研究工作的主要目的。

1 双自然电位重叠技术

1.1 技术原理

砂泥岩剖面地层中储层的自然电位异常幅度与Rmf/Rw(泥浆滤液电阻率与地层水电阻率的比值)、泥质含量、储层厚度和含油性等因素有关，但最主要受Rmf/Rw控制。储层自然电位可近似表达为

式中，SP为自然电位，mV;Rmf、Rw分别为泥浆滤液、地层水电阻率，Ω·m;k为自然电位系数，无量纲，与地层温度有关。

在厚度大于3m、岩性较纯的砂岩储层中，实际测量的自然电位比较接近理论计算的自然电位数值。利用式(1)对储层进行分析，当Rmf/Rw为一确定值时，确定其自然电位异常幅度值基本上与储层的含油性无关;而Rmf、Rw分别对冲洗带浅探测电阻率(Rxo)和原状地层深探测电阻率(Rt)有重要影响。一般情况下，储层分别含水和含油时，其Rxo变化不会太大，而Rt变化较大，这为利用Rxo、Rt变化识别油水层带来了可能。由Rmf/Rw联想到Rxo/Rt，利用Rxo/Rt构造一条视自然电位与测量自然电位组合曲线指示储层含油性的变化［1］，张晓明等［2］提出了类似的方法，参考他们提出的方法进行合理的推导分析。利用阿尔奇公式分别计算原状地层和冲洗带含水饱和度

由式(2)、式(3)相比取对数得

纯水层静自然电位(SPs)表达式

把式(5)代入式(4)得到

实际测井资料分析，当储层厚度大于3m且泥质含量较低时，实际测量自然电位(SP)非常接近SPs，把 SP 代入式(7)得到

式中，Sw、Sxo分别为原状地层和冲洗带含水饱和度，小数;Rt、Rxo分别为原状地层和冲洗带电阻率，Ω·m;Rwe、Rmfe分别为地层水和泥浆滤液等效电阻率，Ω·m;φ为地层有效孔隙度，小数;ka为视自然电位系数，无量纲，可用纯水层进行刻度求取;a、b、m、n为阿尔奇公式中的系数和指数，无量纲，与地层的岩性、孔隙结构和岩石的润湿性等因素有关，由岩石物理实验室测量求取。

式(8)中ka取正值。当储层为水层时，Sw=Sxo，则 SPa=SP;当储层含油时，Sxo＞ Sw，则 SPa＞SP，这就是双自然电位重叠指示储层含油性的技术原理。实际应用中，刻度系数ka可选择纯水层进行计算，使SPa=SP即可得到ka。双自然电位重叠技术计算方法简单，关联参数少，输出结果直观明了，实用性较强。其不足之处是在井眼扩大较严重的地层，冲洗带电阻率的测量易受泥浆的影响，测量误差较大，导致计算结果的可靠性降低。

1.2 应用技术要点

(1)为了便于多参数综合评价技术的使用，当测量自然电位出现负值时，应对整个测量井段的自然电位进行平移，使测量自然电位数值大于0，同时对区块自然电位泥岩基线进行标准化;计算的视自然电位应以测量自然电位的泥岩基线为准进行整体平移，到达两者泥岩基线的统一。

(2)由于深-浅电阻率曲线的纵向分辨率比自然电位高，用其计算的视自然电位纵向分辨率也比自然电位高，即SPa与SP曲线形态的匹配性差一些，需要对SPa曲线进行滤波处理，一般可选择5点或7点滤波较为合适，经滤波后2条自然电位曲线形态匹配会更好。

(3)进行测井数据处理时，视自然电位刻度系数ka的选取井段距离不要太长，要依据纯水层SP幅度的变化进行适当的调整。

2 双视地层水电阻率重叠技术

2.1 技术原理

根据阿尔奇公式，砂泥岩剖面储层的视地层水电阻率公式有

在水层，由于 Rt=R0，则 Rwa，Ar=Rw;当储层含油时，由于 Rt＞ R0，则 Rwa，Ar＞ Rw，这是双视地层水电阻率重叠识别油、水层的技术原理。获得地层水电阻率一般有2种方法。第1种是通过试油资料获得的地层水总矿化度、水型和温度数据，再利用相关的图版和经验公式计算得到。使用这种方法进行数据处理时需要先人工计算Rw值，然后以参数输入的形式实现Rw的输出。第2种方法是利用自然电位曲线计算地层水电阻率，是本文应用的计算方法。不分水层、油层进行连续计算，利用自然电位曲线计算得到的计算结果也称之为视地层水电阻率(Rwa，sp);含油性对储层的SP幅度影响较小，即水层与油层的SP 幅度比较接近，故在水层 Rwa，sp=Rw(即 Rwa，Ar=Rwa，sp)，在油层 Rwa，sp≈Rw(即 Rwa，Ar＞ Rwa，sp)。利用测量自然电位计算储层视地层水电阻率的方法，洪有密论述，经过一系列的计算分别得到标准温度下(24℃)的视地层水等效电阻率(Rwaen)、标准温度下的视地层水电阻率(Rwan)，最后进行温度校正得到地层温度下的视地层水电阻率(Rwa，sp)［3］。视地层水矿化度(等效NaCl)计算公式

式中，Rwa，Ar、Rwa，sp分别为利用阿尔奇公式和自然电位计算的视地层水电阻率，Ω·m;C1、C分别为以ppm、mg·L－1为量纲的视地层水矿化度;T为地层温度，℃。式(12)适用的矿化度范围为5000～3.375 ×105mg·L－1。

2.2 应用技术要点

(1)Rwa，sp、C的计算均与地层温度T有关，而T与地温梯度(Tg，℃/100m)关系密切。对斜井进行测井数据处理时应对Tg进行斜深校正，把垂直的地温梯度转换为斜深的地温梯度。

(2)在储层的顶、底界面附近SP受围岩影响严重，计算结果可信度降低;储层的中心位置SP受围岩影响小，计算结果的可信度较高。

(3)对于厚度小于3m的储层，其SP纯泥岩值的选取可进行适当的调整，以减少围岩对储层SP幅度的影响。

3 含水饱和度计算模型优化应用

胜利油区低电阻率油层主要有3种类型:高地层水矿化度型、高泥质含量型和高束缚水饱和度型。在实际的储层测井评价工作中针对不同类型的油层应用不同的模型计算地层含水饱和度。对岩性较纯的高地层水矿化度型低电阻率油层，在实验室中模拟地层的温度、压力和地层水矿化度条件，测量岩石样品的a、b、m、n值，然后应用经典的阿尔奇方程就可得到满足油田生产需要的含水饱和度参数。对泥质成分以黏土矿物为主的黏土附加导电型低电阻率油层，使用阳离子交换模型及其应用技术方法［4］计算地层含水饱和度，以降低或消除黏土附加导电性对含水饱和度计算的影响。对储层岩石颗粒细、泥质成分以细粉砂岩为主的高束缚水低电阻率油层，应用混合泥质模型［5］及其改进形式［6］计算地层含水饱和度，在实际应用中效果良好。改进的混合泥质模型表达式为

式中，Rt、Rsh、Rw分别为地层、泥质和地层水电阻率，Ω·m;φ为有效孔隙度，小数;Vsh为泥质含量，小数;Sw为含水饱和度，小数;a、m、d分别为岩性系数、孔隙度指数和泥质指数，无量纲。

4 多参数组合油水识别方法

通过对计算结果与试油数据进行统计分析，依据不同参数对含油反映灵敏度的不同，定义3个判别参数。第1判别参数P1为含水饱和度，P1=Sw;第2判别参数P2为阿尔奇视地层水电阻率与自然电位视地层水电阻率之比，P2=Rwa，Ar/Rwa，sp;第 3 判别参数P3为视自然电位与测量自然电位的比值，P3=SPa/SP。利用3个判别参数建立油、水层判别标准。表1为胜利油区SN10区块和LH7区块油、水层多参数判别标准。储层为油层要同时满足全部3个条件;油水同层至少要满足其中的2个条件;含油水层(水层)至少也要满足其中的2个条件。

表1 SN10区块、LH7区块油水层多参数判别标准

5 应用效果

低电阻率油层多参数识别技术应用于胜利油区的SN10区块和LH7区块共52口井的储层测井评价，对低电阻率油层和低油/水电阻率对比度油层的识别成功率达到85%以上，取得了良好的应用效果。

S13井为SN10区块的1口评价井，油气目的层为沙三段，储层岩性以粉砂和细砂岩为主、夹泥质细砂岩，平均孔隙度17.8%、平均渗透率28 ×10－3μm2。图1为S13井测井数据处理综合成果图。主要目的层16号层的测井评价难点在于，①测量的深探测电阻率不高，深感应电阻率在2.3～3.1Ω·m之间，邻近8号水层深感应电阻率为2.05～4Ω·m，其深探测电阻率与水层比较接近;②深-中-浅三探测电阻率组合表现出明显的高侵电阻率剖面(R浅＞R中＞R深)，为水层的测井响应特征，这给油水识别造成了很大的疑惑。多参数综合评价技术测井数据处理成果显示，双视地层水电阻率重叠、双自然电位重叠均指示该层含油;判别参数P1、P2指示为油层;P3在中部及上部指示为油层，只是在底部数值降低，判别为油水同层;测井资料综合分析16号层解释为上油层下油水同层;15及17号层分别解释为油层、油水同层。对15、16号层进行射孔试油，射孔井段3161.8 ～3170m，经压裂改造后日产油6.7t，含水50%，出水的原因是储层经压裂后底水上窜，测井解释结论与试油结论基本一致。

图1 S13井测井数据处理综合成果图

L17井为LH7区块的1口评价井，目的层明化镇组，储层岩性以细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩为主，平均孔隙度33.5%、平均渗透率1500 ×10－3μm2，属高孔隙度高渗透率、易出砂疏松砂岩储层。地层水较淡，矿化度变化范围1700～2800mg/L，水型为NaHCO3。该井目的层3号层的评价难点:①目的层段地层水较淡，水层电阻率高(约10Ω·m)，且处于矿化度多变的地带;②该层深侧向电阻率最高11Ω·m，与水层电阻率对比度低(约1.1倍)，且由于是海水泥浆钻井，造成所有储层都为低侵电阻率剖面特征，无法利用电阻率组合的侵入特征来区分油水层。图2为L17井测井数据处理综合成果图。3号层深侧向电阻率7～11Ω·m，邻近1号水层深侧向电阻率7～10Ω·m;3号层的流体性质难于判断。多参数综合分析显示，该层上半部双视地层水电阻率重叠、双自然电位重叠指示含油性良好，参数P1、P2、P3判别为油层;下半部各个参数显示含油性变差，判识为油水同层。测井综合解释3号层为上油层下油水同层。射开3号层上半部1541～1545 m进行试油，螺杆泵抽，转速50r/min，日产油19.76 t，含水38%，地层水总矿化度2569mg/L。油层含水的原因是该层底部已见到底水，再加上用抽力很大的螺杆泵进行抽吸，致使底水上窜，测井解释结论与试油结论相符合。

图2 L17井测井数据处理综合成果图

6 结论

(1)多参数油水识别技术适用于胜利油区砂泥岩剖面地层的油水评价，特别对低电阻率油层、低油/水电阻率对比度油层的识别效果良好。

(2)对于不同区块的储层评价，判别参数P1、P2、P3的油、水层判别标准应进行适当的调整，以适应不同的地层条件。

(3)厚度小于3m或井眼垮塌严重的储层其计算结果的可靠性降低。

(4)对自然电位进行层厚校正是该项技术今后要进一步完善提高的研究方向。

［1］ 中国石油勘探与生产公司.低电阻率油气藏测井识别评价方法与技术［M］.北京:石油工业出版社，2006:301-305.

［2］ 张晓明，王晓红，郑秀臣，等.铁边城地区深层低电阻率油层成因及测井识别技术［J］.测井技术，2010，34(4):360-364.

［3］ 洪有密.测井原理与综合解释［M］.东营:中国石油大学出版社，1993:39-42.

［4］ 李山生，黄质昌，杜蕊，等.Waxman-Smist模型中参数B和QV计算方法研究［J］.测井技术，2012，36(3):244-249.

［5］ 雍世和，张超谟.测井数据处理与综合解释［M］.东营:中国石油大学出版社，2002:174-178.

［6］ 黄质昌，黄新平，冷洪涛.东营凹陷DX176块低电阻率油层评价技术［J］.测井技术，2010，34(5):457-461.