利用测井曲线的洛伦兹系数评价地层的非均质性

岳崇旺，杨小明，钟晓勤,潘保芝，王 飞

1.长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054 2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,西安 710018 3.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026



利用测井曲线的洛伦兹系数评价地层的非均质性

岳崇旺1，杨小明2，钟晓勤2,潘保芝3，王 飞1

1.长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054 2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,西安 710018 3.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026

简要介绍了测井资料洛仑兹系数的原理和计算方法，将洛仑兹系数和含砂比引入到测井数据处理当中。将常规测井曲线的洛仑兹系数与含砂比结合能够对钻井剖面的非均质性进行有效评价，为地层非均质性的定量评价提供了一种新思路。首先根据地层资料信息选择了对地层非均质性较为敏感的自然伽马曲线作为地层非无质性评价曲线;然后计算出地层的含砂比和洛伦兹系数；最后针对自然伽马测井曲线的洛伦兹系数结合含砂比给出了钻井剖面地层的层内非均质性 ，进一步挖掘地层的砂体结构信息。根据多井评价结果做出了鄂尔多斯盆地苏里格气田召60区块地层和含砂比的平面分布图，可以看出盒8上与盒8下段地层中部较为均质，储层分选性较好。

洛伦兹系数；常规测井；非均质性

0 引言

储集层非均质性是指其各种属性在三维空间上分布的非均匀性，可分为层间、平面、层内和孔隙非均质性4类[1]。其中,层内非均质性的评价指标包括粒度韵律、层理构造序列、渗透率差异程度及水平、垂直渗透率比值等。目前，碎屑岩储层的层内非均质性常依靠岩样统计分析和测井资料的二次解释来进行定量评价和计算[2-4]。苏里格气田以致密砂岩为主，为沼泽背景下的辫状河沉积，其有效砂体常呈孤立状分布在致密砂岩中,规模小且连续性、连通性差，具有很强的非均质性；储层物性具有低孔、特低渗、强非均质性的特点[5-9]，大部分砂体属于致密砂岩。致密砂岩气是一种储集于低渗透--特低渗透致密砂岩储层中的典型非常规天然气资源[10-12]，找到评价致密砂岩地层非均质性的有效评价方法成为摆在地质工作者面前的一道难题。因此，认识和评价苏里格气田储层的砂体结构及其非均质性,对于储层优选以及建立储层开发有利区、指导油田开发决策和合理布置增产措施具有重要意义。

洛伦兹系数又叫基尼系数，最早由意大利经济学家基尼于1922年提出。洛伦兹系数首先应用于经济学领域，是用来测定贫富不均匀程度的一个指标[13-14]。最近，很多人把其引入到油藏参数的评价当中，取得了不错的效果。如：王庆等[15]利用洛仑兹曲线研究油藏的产液、吸水剖面；马玉玲等[16]通过计算大量岩心样品数据的洛伦兹系数，给出了储层非均质性；刘超等[17]对洛伦兹系数表征储层质量的方法做了改进，Peter等[18]将其应用于碳酸盐岩的储层评价当中。这些方法大多是对岩心采样点进行统计分析，计算样品数据的洛伦兹系数。为了充分挖掘石油测井资料中丰富的岩石物理信息，进一步研究储层的非均质性，笔者尝试利用常规测井资料的洛伦兹系数来识别和评价苏里格气田召60区块的非均质性储层，实现对测井曲线的连续处理，以期找到一种经济有效地评价地层非均质性的方法。

1 洛伦兹系数计算原理

地球物理测井是油田勘探开发中获取地层信息的重要途径和常规手段，通过单井解释能够获取钻井剖面的地质体岩性、物性的连续变化特征。非均质的产生可以归结为岩性、物性、沉积相等在地层纵向和横向上变化。产生不均匀现象的内在复杂性与成岩作用的地质过程和沉积成因有关。地层非均质性的宏观表现就是地层岩性物性的变化，这种变化表现在测井曲线上即测井曲线的形态、幅值大小的变化。因此，各种测井曲线的变化特征是对地层物理属性在钻井剖面发生变化的综合体现。基于此，笔者从测井资料出发，利用测井曲线的洛仑兹系数来求取钻井剖面上储层的非均质性。下面简述测井曲线洛伦兹系数计算方法。假设待求深度段某测井曲线的值为t1、t2、…、ti、…、tn，将待求深度段内的0值t1～tn进行从小到大排列后得y1、y2、…、yi、…、yn，其代表的深度间隔为Δd1、Δd2、…、Δdi、…、Δdn，则令

(1)

可得该层段的洛伦兹曲线函数为

(2)

其中,

(3)

(4)

洛伦兹系数同洛伦兹曲线AEC与直线AC之间的面积成正比，因此，用洛伦兹系数可以表征非均质性程度。

图1 洛伦兹系数计算示意图Fig.1 Schematic drawing of Lorentz coefficient

2 含砂比

以往在进行油藏地质评价时常利用砂地比在平面上的分布来研究沉积微相[19]。砂地比表征某地质体中砂体总厚度与地层总厚度的比值。然而，常见砂体一般都含有泥质或泥岩夹层，泥岩和砂岩并没有严格的界限。为了结合洛伦兹系数计算层内含砂量的多少，研究层内非均质性，笔者采用积分法计算层段内砂体中的砂质所占地层的比例，即含砂比来研究非均质性。含砂比记为p,则

(5)

其中：D1、D2为待评价地层的上下界面深度；φSAND为测井曲线记录点上对应的砂体积分数，可根据泥质体积分数求取。设φSH为泥质体积分数，则

(6)

若要评价某地质层段的非均质性，可根据录井资料划分的地层界限进行选取。利用Forward平台可对D1--D2深度段之间地层进行人机交互处理。

3 苏里格气田储层非均性评价

3.1 储层特征

按照我国对低孔低渗的划分标准[20]，孔隙度低于15%、渗透率低于50×10-3μm2的储层属于低孔低渗储层。杨县超等[21]认为,苏里格气田储层渗透性差主要是由于孔隙结构非均质性强、孔隙类型多样、粒间孔百分比低造成的。苏里格气田储层大多数属于低孔低渗储层。其特征为:从储层结构上来看，孔隙结构复杂，孔隙类型多样，孔喉细小、溶蚀孔发育，以中孔、小孔为主;从宏观上看，岩性物性具有较强的非均质性，油气水具有复杂多变的特点;从含油气性来看，苏里格气田储层具有低含气饱和度和高束缚水饱和度。

3.2 储层层内非均质性

3.2.1 单井评价

根据苏里格气田召60区块区内致密砂岩的特点，自然伽马对岩性的变化较为敏感，笔者采用自然伽马测井曲线作为洛伦兹系数的计算曲线。则图1中，曲线AEC视为待求层段内自然伽马的洛伦兹曲线，直线AC为绝对均质线，依据式(4)可计算出待求层段的自然伽马的洛伦兹系数。

图2为苏里格气田A井盒8段的测井解释及非均质评价结果。盒8段深度为3 725.875～3 775.000 m，钻遇浅灰色中粒砂岩25.4 m，测井解释含气层长6.9 m，视电阻率82.6 Ω·m，声波时差212.9 μs/m，密度2.51 g/cm3，平均孔隙度2.4%，平均渗透率0.041×10-3μm2，属于致密砂岩储集层。其中3 725.875～3 765.375 m深度段为盒8上段，3 765.375～3 775.000 m深度段为盒8下段。从图2中可以看出：盒8上段地层洛伦兹系数为0.27，含砂比为0.49，洛伦兹系数较高，含砂比中等，非均值性较强，属于砂泥互层结构；盒8下洛伦兹系数为0.12，含砂比为0.86，洛伦兹系数较小，含砂比较大，非均质性弱，为砂岩块状结构。

图2 A井非均质性评价结果Fig.2 Heterogeneity evaluation of Well A

图3为苏里格气田B井的测井解释及非均质评价结果。该井为苏里格气田区部署的一口预探井，3 032.75～3 082.00 m深度段为盒8段地层，其中3 032.75～3 758.00 m深度段为盒8上段，3 758.0～3 082.0 m为盒8下段。盒8上底部和中间分别存在1段气层，盒8下底部存在1段气层。盒8上底部气层厚度为8.9 m，平均视电阻率23.6 Ω·m，平均声波时差246.6 μs/m，视孔隙度11.5%，密度2.45 g/cm3。盒8上段中间段气层为含气层，厚度1.5 m，视电阻率23.0 Ω·m，声波时差236.5 μs/m，视孔隙度9.6%，密度2.44 g/cm3，基值0.054%。盒8下段气层厚度4.1 m，视电阻率61.8 Ω·m，声波时差214.5 μs/m，视孔隙度5.7%，密度2.27 g/cm3(失真)。从图3中可以看出：盒8上层段洛伦兹系数为0.186，含砂比为0.74，非均质性较强，属于石英砂岩正粒序结构；盒8下层段洛伦兹系数为0.124，含砂比为0.28，储层相对均质，砂质含量较低，呈泥岩块状结构。

通过对测井解释资料综合分析，得到召60区块利用洛伦兹系数评价储层非均质性的划分区间，如表1所示。

3.2.2 砂体结构分析

图3 B井非均质性评价结果Fig.3 Heterogeneity evaluation of Well B

从图2、3中可以看出含砂比和洛伦兹系数反映了地层岩性、物性的变化规律。含砂比不但表征了砂体中砂所占地层的比例，而且反映了砂体沉积颗粒大小的变化规律。洛伦兹系数则反映层内岩性物性的非均匀程度。因此，含砂比与洛伦兹系数结合起来还可以研究由沉积相导致的砂体结构的变化。根据洛伦兹系数及含砂比的识别特征对苏里格盒8上和盒8下段做了统计分析，盒8段地层主要包括块状砂体、砂泥岩互层、块状泥岩、正粒序、逆粒序5种不同的沉积结构，它们在含砂比和洛伦兹系数上具有不同的显示特征，如表2所示。

3.3 储层平面非均质性

储层的平面非均质性指的是储层在平面上的几何形态、规模大小、分布的连续性，以及储层物性在空间上的变化特征。笔者在召60区块内单井评价基础上，分别做出了召60区块盒8上、盒8下段的含砂比和洛伦兹系数的平面分布图(图4、5)。

表1 召60区块储层非均质性洛伦兹系数评价标准

Table 1 Reservoir heterogeneity evaluation standard of Lorenz coefficient in Zhao-60 block

非均质类型洛伦兹系数均质<0．10相对均质0．10～0．15非均质0．15～0．20严重非均质≥0．20

从盒8上、盒8下段的含砂比分布图(图4)中可以看出，盒8上与盒8下段砂体呈条带状沿北东方向展布，含砂比均呈中间高、两侧低的趋势。总体上看，盒8下地层含砂比相对盒8上地层较高，且含砂比变化较为连续。这说明在沉积过程中，盒8上与盒8下地层中部的水动力作用更强，含砂量更高，粒度更大，且盒8下水动力作用变化更为连续。

表2 召60区块层内沉积结构特征

Table 2 Inner layer deposition structure of Zhao-60 block

沉积结构类型岩性特征含砂比洛伦兹系数块状砂体以石英砂岩为主>0．7<0．15正粒序或逆粒序结构以岩屑石英砂岩为主0．3～0．80．15～0．20砂泥岩互层岩石类型以岩屑石英砂岩、泥岩为主0．3～0．7>0．20块状泥岩岩石类型以泥岩为主<0．3<0．15

a.盒8上；b.盒8下。图4 召60块含砂比分布图Fig.4 Sand bulk content distribution of He 8 reservoir in Zhao-60 block

a.盒8上；b.盒8下。图5 召60区块洛伦兹系数分布图Fig.5 Lorentz coefficient distribution of He 8 reservoir in Zhao-60 block

从盒8上、盒8下洛伦兹系数分布图(图5)中可以看出：盒8上与盒8下段储层非均质性与含砂比相似，呈近北东方向展布，洛伦兹系数中间低两侧高，呈条带状渐变。对比盒8上与盒8下段地层含砂比中间高两侧低的特点可知，盒8上与盒8下段地层中部较为均质，储层分选性较好。

4 结论

将洛伦兹系数应用于测井解释，能够计算出测井曲线的变化程度，进一步挖掘测井观测数据中隐含的地层信息。从苏里格气田召60区块盒8段致密砂岩地层中的应用实例可以看出：利用测井曲线洛伦兹系数所代表的非均质属性可以直观快捷地评价地层层内非均匀性；利用砂地比可以从测井曲线的角度获取地层层内砂质含量，了解地层的分选性；根据多井评价结果做出的洛伦兹系数和含砂比平面分布图，可以进一步评价地层区块的非均质性。

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Evaluation of Formation Heterogeneity Using Lorentz Coefficient of Logging Curves

Yue Chongwang1, Yang Xiaoming2, Zhong Xiaoqin2, Pan Baozhi3，Wang Fei1

1.SchoolofGeologyEngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an710018,China3.CollegeofGeoExplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China

We introduced the calculation principle and the application method of Lorentz coefficient of logging data. Lorentz coefficient and sand ratio were introduced into the logging data processing. Lorentz coefficient and sand ratio of conventional logging curves can be used to evaluate formation effectively. It provided a quantitative formation evaluation method. In order to evaluate the formation heterogeneity, firstly we selectedGRlogging curve as evaluating curve as it is more sensitive to heterogeneity; secondly, we evaluated the heterogeneity according to Lorentz coefficient combined with sand ratio; and further, we extracted more information on sand structure formation. The formation plane distribution map of Lorentz coefficient and sand ratio is given based on multi-well evaluation results. It can be concluded that the formation of middle region of Zhao-60 block of Sulige gas field of Ordos basin is more homogeneous with good sorting.

Lorentz coefficient; conventional logging; heterogeneity

10.13278/j.cnki.jjuese.201505303.

2015-01-27

国家科技重大专项(2011ZX05044)

岳崇旺(1981--)，男，讲师，博士，主要从事地球物理测井方法和解释理论的教学与科研工作，E-mail:ycw1981@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505303

P631.8

A

岳崇旺，杨小明，钟晓勤，等. 利用测井曲线的洛伦兹系数评价地层的非均质性.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(5):1539-1546.

Yue Chongwang, Yang Xiaoming, Zhong Xiaoqin, et al. Evaluation of Formation Heterogeneity Using Lorentz Coefficient of Logging Curves.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1539-1546.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505303.