古城油田泌125区块核三段Ⅴ油组边际储层界限识别方法

黄金山

（中国石化股份公司油田事业部，北京 100728）

具有储油能力的岩石称为有效储层，不具备储油能力的岩石称为无效储层。略高于储油界限的储层称为边际储层[1-2]。普通原油、稠油均存在储层边际界限。目前，多数研究者一般给出某油田的有效储层下限。试油、试采资料证明确定性下限不能完全反映油田实际，常可见低于声波时差界限的干层试油后出油，自然伽马幅度异常小的岩石储油，实践证明储层有效性识别非常复杂。砂岩尤其是泥质含量高的砂岩储层，其有效性难以准确判断，成为当前储层研究难点。古城油田泌125区块核三段（H3）Ⅴ油组油藏埋深为650 m，总矿化度为9320 mg/L，地面原油粘度为700～6868 mPa·s。受沉积环境和原油性质双重因素影响，自然伽马和自然电位岩性识别曲线失效或部分失效，有效储层难以识别，生产上只能依靠取心、录井资料划分确定有效储层。鉴于此，笔者根据研究区油藏的沉积环境、岩性特征、原油性质、油气聚集规律和岩电响应特征，提出了应用测井学理论识别该区边际储层的方法。

1 沉积特征

古城油田泌125区块位于泌阳凹陷北部斜坡带西段，北部为社旗凸起，东南部为桐柏山区。南部栗园大断裂的发育使泌阳形成南深北浅的箕状凹陷。晚始新世核三段沉积时期是凹陷主要沉积期，湖盆范围最广，水体最深，沉积中心位于东南部安棚一带。该区为扇三角洲沉积，物源来自西北方向。

泌125区核三段岩石的颜色多为浅灰色、灰色、灰白色、灰褐色、棕色、褐色。这表明研究区目的层段形成于气候干燥的浅水沉积环境。粒度概率累积曲线有2种类型：①三段式，由滚动、跳跃和悬移组分组成，粒径范围变化大，粗粒组分含量高，为强牵引流河道沉积[3]；②两段式，由跳跃和悬浮总体组成，水流强度相对弱。沉积环境决定了沉积物的岩性特征，近源快速沉积的必然结果是颗粒相对粗、砂岩中泥质含量较高。

研究区核三段Ⅴ油组可划分为5个层，其中Ⅴ-2—Ⅴ-5层为油层，Ⅴ-2和Ⅴ-3层均可进一步划分为3个小层。

2 岩石成分与含油性

2.1 岩石成分

矿物组分中石英含量为33%～73%，长石含量为17%～29%，岩屑含量为6.2%～42.8%。碎屑颗粒中值多为0.1～0.35 mm，主要为细砂岩和中粗砂岩（表1）。按照骨架颗粒和填隙物组分比例可将砂泥岩剖面中具有储集性能的岩石分为2类，即骨架颗粒含量高、填隙物含量低的纯砂岩，以及骨架颗粒含量相对低、填隙物含量相对高的泥质砂岩[4-5]。

表1 古城油田泌125区块储集岩矿物成分统计

2.2 含油性特征

岩心观察表明，纯砂岩储集性能好，含油性通常能达到饱含油和油浸级别。泥质砂岩的含油性则变化较大，中粗颗粒、分选性好的砂岩，即使泥质含量相对高，也仍然具有良好的储集性能。细砂、粉砂岩在泥质含量高时便失去储油能力，甚至失去储集性能。

3 岩石复杂测井响应特征

正常三角洲中砂岩的泥质含量低，岩电响应特征符合一般规律，如砂岩的自然伽马、自然电位幅度异常大，孔隙度高时声波时差大，孔隙度低时声波时差小，油层电阻率高[6-8]，水层电阻率低，各种曲线匹配程度高，砂岩容易识别。泥岩无自然伽马和自然电位幅度异常、声波时差大、电阻率低，电性特征明显。

研究区受沉积环境、岩石成分、地层水、原油性质等因素影响，岩石测井响应特征复杂。其中复杂的岩石学特征是电测响应特征复杂的根本原因。

3.1 泥岩或砂质泥岩自然伽马幅度异常大

泥岩自然伽马幅度异常小为一般规律，但研究区存在泥岩或砂质泥岩自然伽马幅度异常大的现象。如古4304井H3Ⅴ-3-1小层（图1），自然伽马幅度异常值为-57%，但无自然电位幅度异常，电阻率低，判断为无效储层。临近的H3Ⅴ-3-2小层自然伽马幅度异常值只有-47.5%，然而，自然电位幅度异常大，电阻率高，判断为有效储层（图1）。H3Ⅴ-3-1小层除自然伽马幅度异常较大外，其他电测响应特征接近砂质泥岩。究其原因：初步认为研究区属于近源快速沉积环境，沉积过程中砂泥机械分异不充分，常见为砂泥混合的岩石[8-10]。当泥质物快速沉积时，来不及吸附放射性元素，从而表现为自然伽马幅度异常大的特征。

图1 古4304井H3Ⅴ-3层测井响应特征

3.2 有效储层自然伽马幅度异常小

有效储层自然伽马幅度异常通常较大，但研究区已投产井证实部分油层自然伽马幅度异常小[9]。如古4508井H3Ⅴ-2-1小层，自然伽马幅度异常值仅为-41.2%，自然电位幅度异常值为-36.1%，电阻率为26.4 Ω·m（图2）。该小层除自然伽马幅度异常较小之外，其他电性特征指示为油层。

图2 古4508井H3Ⅴ-2层测井响应特征

自然伽马幅度异常小的砂岩能够储油是研究区又一特殊现象，推测为粒度较粗、孔渗性好的砂岩，在快速沉积过程中伴随有一定泥质物，导致自然伽马幅度异常小，但这些泥质物不足以使储层的渗透性完全丧失，因而，储集原油后又表现为高电阻特征。

3.3 自然伽马、自然电位幅度异常大的无效储层

自然伽马和自然电位幅度异常大、声波时差大，通常认为是好储层，而研究区存在自然伽马和自然电位幅度异常大却为无效储层的现象，表现为低电阻特征。如古4310井H3Ⅴ-3-3小层，下部层段的自然伽马幅度异常值为-59.2%，自然电位幅度异常值为-45.6%，电阻率为25.3 Ω·m；上部层段自然伽马幅度异常值为-54%，自然电位幅度异常值为-49.6%，电阻率仅为11.9 Ω·m（图3）。根据电阻率变化，下部高电阻部分判断为有效储层，上部低电阻部分判断为不能储集原油的无效储层。该小层为正韵律砂体，初步判断上部低电阻部分碎屑颗粒细、物性差，粘度较高的原油不能进入，且自然伽马幅度异常不够准确，砂岩中泥质含量较高。

图3 古4709和古4310井H3Ⅴ-3-3小层低声波时差油层

3.4 有效储层声波时差低于下限标准

有效储层存在声波时差下限，通常给出确定性下限[10-12]。研究区为埋藏浅的高渗透稠油油藏，一般认为声波时差的确定性下限为325 μs/m，但也存在低于声波时差下限的油层。如古4709井H3Ⅴ-3-3小层底部油层的声波时差为312 μs/m，古4310井H3Ⅴ-3-3小层底部油层的声波时差为316 μs/m。

声波时差下限常被作为有效储层判别的重要依据，低于声波时差下限的储层被判断为无效储层。生产中时常见到具有较大自然伽马和自然电位幅度、高电阻特征的砂岩，声波时差低于有效储层下限。将这类储层归于干层不合理，归于油层声波时差下限又不够，但投产后出油证明这类层属于油层。因此，推测其声波时差小的原因可能是岩石的岩性纯、相对致密、孔隙度相对小，但喉道半径大、孔隙连通程度高、渗透率高。

3.5 油层电阻率差异大

油层电阻率差异大是研究区又一重要特征，电阻率最高值为745 Ω·m，最低值为10 Ω·m。根据油气聚集规律分析以及试采结果证实，电阻率超过10 Ω·m的储层多为油层。如古4709井H3Ⅴ-3-3小层电阻率为11.8 Ω·m（图3a）。

电阻率是研究区相对稳定的测井曲线，油层电阻率高、水层电阻率低的特征明显。但油层内部也存在大于10 Ω·m的无效储层。如古4310井H3Ⅴ-3-3小层上部无效储层的电阻率达到11.9 Ω·m（图3b）。

油层下限为10 Ω·m，但油层内部无效储层的电阻率又大于10 Ω·m，无效储层和有效储层电阻率界限存在交叉现象。

4 边际储层界限

根据岩心观察、试油、试采、投产资料统计，有效储层自然伽马幅度异常值多小于-50%，平均值为-62.5%；有效储层自然伽马幅度异常小的上限值为-36.7%；无效储层自然伽马幅度异常较大，最大值为-100%。自然电位幅度异常值上限一般为-10%，平均幅度异常值为-31.3%；部分有效储层自然电位幅度异常值上限为-2%。该区自然电位幅度异常值为-10%～-2%的油层有74层，占总油层数的比例为7.77%。声波时差下限一般大于325 μs/m，油层声波时差平均值为367 μs/m，但也存在低于声波时差下限的油层，该区25个油层的声波时差为306～325 μs/m。电阻率下限一般大于10 Ω·m，油层电阻率平均值为23.84 Ω·m，电阻率为10～15 Ω·m的相对低电阻油层数为365个，占总油层数的比例为38.3%。

鉴于有效储层各种电测界限的巨大差异，以及无效、有效储层的相关电测指标交叉重叠，测井解释标准难以确定，有效储层识别成为该区的研究难题。以前以取心井、岩屑录井、试油、试采井资料为基础识别有效储层，但对于资料丰度较低的井有效储层识别不够准确，部分无效储层被误解为油层，部分油层又作为无效储层漏解。如古4304井的H3Ⅴ-3-3小层，原来解释1层油层，此次解释3层油层（图1）。

测井曲线从不同侧面反映出岩石的岩性、物性和含油性特征，大量实践证明了测井学基本原理的科学性和实用性。纯岩性岩石测井响应特征清楚，依据各类测井曲线就能正确划分出有效储层。快速沉积环境下混合岩性岩石，某种或几种测井信息不够准确，而依据系列不全的测井信息又不能准确划分出有效储层。于是，探索性开展了混合岩性边际储层的测井识别方法研究，思路是综合应用多种测井系列，从中提取有效信息，经过去伪存真处理，建立有效储层识别模型。

由于不同测井仪器的测量精度和刻度存在差异，建立有效储层识别模型之前，需要对研究区测井曲线进行标准化处理。对自然电位曲线进行基线偏移校正后，全部转化为-100%～0的刻度范围，即-100%时曲线的幅度异常最大，0为泥岩基线位置。自然伽马曲线在消除个别异常测量值后，将自然伽马计数率和标准的API刻度测井数据全部转化为-100%～0的刻度范围，即-100%为自然伽马的最大幅度异常，0为泥岩基线位置。经过以上处理，将岩石的自然电位和自然伽马幅度异常刻度进行统一，为建立边际储层测井识别模型奠定了基础。声波时差和电阻率曲线的测井差异，通过读取目的层段纯泥岩的电阻率和声波时差值，平面上经过趋势面校正，消除不同时期、不同测井系列的测量误差。

4.1 自然伽马幅度异常边际界限

研究区有效储层自然伽马幅度异常的范围为-100%～-36.7%。据实际资料统计，部分砂体自然伽马幅度异常值大于-65%即为无效储层，部分砂体自然伽马幅度异常值仅为-36.7%却具有储油能力，因此，单纯按照自然伽马幅度异常大小判断有效储层无效。

高电阻层多为油层，因此，将电阻率因素纳入到有效储层自然伽马幅度异常值上限的判别式中，势必将提高有效储层判断的准确率；另一方面，致密砂岩也具有高电阻特征，高阻层必须具有渗透性才可能是有效储层，为此，将自然电位幅度异常也纳入到有效储层自然伽马幅度异常值上限的判别式中。若储层具有渗透性且电阻率高，判断为油层正确性概率将进一步提高。

电阻率和自然电位幅度异常在自然伽马下限中所占的比例，是此次建立模型的一个难点，其中，模型的数学形式、参数的取值合理性是建立的模型能否适应研究区情况的关键。

根据油层判别的原则，电阻率越高，判断为油层的可能性越大，则允许自然伽马幅度异常值上限值越大，即自然伽马幅度异常上限值与电阻率成反比。但油层电阻率差异很大，采用线性比例不能满足对有效储层的判断，故将电阻率因素设置为对数形式。自然电位幅度异常表征了储层渗透性差异，与自然伽马幅度异常也成反比关系，同样为了满足有效储层判断，将其设置为指数形式。模型中参数a，b，c，m和n的数值根据实际资料反复验证后确定，模型表达式为

式中：GR界限为自然伽马幅度异常上限值，其值为负，%；a，b，c为系数，其值分别为-95，3.5，5；SP为自然电位幅度异常值，其值为负，%；m和n为指数，其值分别为0.5和1.2；R为电阻率，Ω·m。

依据建立的模型计算，自然伽马幅度异常上限值不再是固定值，而是随着储层电阻率和自然电位幅度异常值的变化而变化。

4.2 自然电位幅度异常边际界限

研究区的有效储层自然电位幅度异常值为-92.3%～-2%。据实际资料统计，部分砂体自然电位幅度异常值大于-10%即为无效储层，部分砂体自然电位幅度异常值仅为-2%却具有储油能力，因此，单纯按照自然电位幅度异常大小判断有效储层无效。

尽管研究区部分泥岩、砂质泥岩具有自然伽马幅度异常大的情况，但并不影响岩性较纯的砂岩具有较大的自然伽马幅度异常，换句话说，具有较大自然伽马幅度异常的砂岩极有可能是有效储层；而自然伽马幅度异常小的砂岩仍然多属于无效储层。因此，模型设置自然电位幅度异常上限值与自然伽马幅度异常值成反比，即自然伽马幅度异常值越小，自然电位幅度异常值越大，才有可能是有效储层，模型表达式为

式中：SP界限为自然电位幅度异常上限值，其值为负，%；GR为自然伽马幅度异常值，其值为负，%；a，b，c的值分别为-7，-2，3.6；m和n的值均为1.2。

根据研究区有效储层电性响应特征，自然伽马幅度异常和自然电位幅度异常上限值界限均比较宽泛，任何一种上限值模型都不能单独判断出有效储层，2个上限值模型的交集部分才能判断为有效储层。

4.3 无效储层剔除界限

油层内部常存在电阻率差异，按照储层物性与含油性关系判断，高粘原油进入高渗透层段呈现高电阻特征，原油未能进入的低渗透层段则呈现低电阻特征。渗透性的差异常在测井信息中反映出来，如高渗透层段自然伽马、自然电位幅度异常大、声波时差较大，低渗透层段则相反。但研究区油层的电阻率信息与自然伽马、自然电位幅度异常、声波时差大小的关系不符合一般规律。自然电位、自然伽马和声波时差未能完全有效地反映出储层的渗透性信息。如古4310井H3Ⅴ-3-3小层（图3），下部储层电阻率为30 Ω·m，声波时差为330 μs/m，上部储层电阻率为12 Ω·m，声波时差为335 μs/m，而自然电位和自然伽马幅度异常相差不大。

为了准确识别出有效储层、剔除无效储层，以油层电阻率平均值的80%作为剔除无效储层界限，层段电阻率低于油层电阻率平均值80%的储层为无效储层，剔除无效储层的电阻率上限设置为15 Ω·m，以免错误地将无效储层当作有效储层。

5 应用效果

泌125区块核三段Ⅴ油组已投入开发十几年，积累了大量试油、试采、投产、补孔等资料，投产的油层相对落实，油层分布规律清楚。以油田实际资料为依据，建立了有效储层边际界限模型，经现场资料反复检验，证明边际界限模型合理，基本解决了研究区储层岩性复杂、有效储层电性界限宽、有效与无效储层界限相互交叉、难以给出确定性下限的难题。而且应用储层物性与含油性的基本原理，成功剔除了油层内部的无效储层，进一步提高了有效储层识别的准确率。

应用建立的储层识别模型，重新解释了研究区的108口井，新增解释油层37层共26.4 m；剔除误解油层共18层15.6 m。根据最新研究成果，2013年11月26日优选了古4807井H3Ⅴ-4-1小层新增解释油层补孔，增产油量为2 t/d，油井月产油量由35 t提高到2013年12月的90 t。

6 结束语

根据目的层段无法给出储层确定性测井下限的现状，研究中剖析了产生这种复杂现象的地质因素，结合实际资料，综合多种测井信息，经过去伪存真处理，建立了适合研究区储层特点、包含多种测井信息的自然伽马、自然电位幅度异常边际界限模型和无效储层剔除界限。联合使用这些模型，使研究区有效储层测井解释得以实现，扭转了过去只能依靠取心、录井方法识别有效储层的不利局面。

建立的复杂岩性岩石边际储层识别模型，适用于快速沉积的扇三角洲体系，也有望推广至冲积扇、水下扇等快速沉积体系。

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