井斜角对测量电阻率的影响及其校正方法

王贵清,袁雪花,苏沛强,窦如胜,徐明,文得进

(1.中国石油集团测井有限公司天津分公司,天津300280;2.中国石油大港油田分公司勘探开发研究院,天津300280;3.中国石油大港油田分公司勘探事业部,天津300280)

0 引 言

国内外针对大斜度井、水平井设计的测井仪器相对较少,大部分测井仪器的理想工作环境是直井[1-3],特别是电阻率仪器,因地层各向异性的存在,不同方向不同角度测量的电阻率不同。因此,在大斜度井、水平井中测量的视电阻率很难反映地层的真实电阻率。新型电阻率测井仪器,如三分量感应或三维感应仪器,理论上在水平井中可以得到代表地层性质的真电阻率,但这些仪器还处在试验推广阶段。在大斜度井、水平井中普遍应用的还是常规电阻率测井方法,由于各向异性的存在,常规电阻率测井仪测量的电阻率偏离了地层真电阻率,因而无法利用邻井对比或区域图版法准确评价储层的流体性质。应用于直井的电阻率测井仪器在大斜度井、水平井中测量得到的电阻率必须经过校正才能应用于生产实际。

国内外专家针对电阻率校正方法做了大量的研究工作,从理论上对影响因素进行了分析,对校正方法做了推演。肖加奇等[4]采用三维有限元方法对定向井的双侧向测井响应进行了数值模拟计算;高杰等在[5]三维有限元方法的基础上,采用快速反褶积法校正了定向井的双侧向测井曲线;谭茂金等[6-8]针对大斜度井地层模型,采用三维有限元方法研制了井斜一围岩/层厚图版,实现了电阻率快速校正。这些只是从理论算法上对斜井的电阻率校正进行了推演,实际应用起来偏差较大。该文采用岩心实验方法,模拟地层压力条件,对同一块岩心进行了不同角度的电阻率测量,分析不同角度测量的电阻率与直井条件下测量的电阻率变化关系,形成电阻率井斜影响校正方法,该方法更切合生产实际,在实际应用中取得了较好的效果。

1 岩心电阻率测量实验

1.1 各向异性电阻率测量实验

为了对地层进行各向异性分析,对全直径岩心在模拟地层压力条件下进行三轴电阻率测量。其中z轴方向为垂直方向(井轴方向),x轴和y轴正交为水平方向(平行层理方向)。共测量了8块全直径岩心的三轴电阻率,计算了相应的各向异性系数(见图1,表1)。从图1可看出,y轴方向与z轴方向测量电阻率的交会点,x轴方向与z轴方向测量电阻率的交会点都明显偏离45°线,而x方向与y方向测量电阻率的交会点都在45°线附近,说明水平方向与垂直方向是各向异性的,而水平方向是各向同性的。表1中各向异性系数λ1为z轴方向测量电阻率与x轴方向测量电阻率的比值;λ2为z轴方向测量电阻率与y轴方向测量电阻率的比值;λ3为x轴方向测量电阻率与y轴方向测量电阻率的比值。从表1中的各向异性系数λ1和λ2可以看出垂向电阻率与水平方向电阻率存在明显差异,表现较强的各向异性,而λ3数值近似为1,说明水平x和y方向的电阻率基本一致,表现出各向同性。

图1 实验数据各向异性分析图

表1 三轴电阻率测量数据各向异性分析表

这个实验结果与实际地层相符,这8块岩心是在同一口井页岩油储层段钻井取心得到,页岩油储层典型特征就是层状沉积,导致平行层理方向与垂直层理方向是各向异性的。用三轴电阻率测量实验确定了该井区平行层理方向(水平方向)是各向同性的,实验是用电阻率的差异表征了地层的各向异性,实际上是地层各向异性导致了电阻率的差异。如果地层是均匀的各向同性地质体,那么不论井斜角多大,测量的电阻率一定与直井测量的电阻率一致。

1.2 不同角度岩心电阻率测量实验

从上述分析可知,地层各向异性是导致不同方向测量电阻率差异的原因。这就导致了同一目的层在不同井斜角的测量电阻率的差异,需要对斜井测量电阻率进行校正。为此,对岩心进行了不同角度的电阻率测量实验,具体做法:针对同一块全直径岩心,在过岩心轴同一平面内(该平面与岩心轴平行)尽量在同一深度点沿0°(平行层理方向)、30°、60°、90°(岩心轴即井轴方向)这4个角度,分别进行25 mm标准岩心取样,然后对4块岩样进行电阻率测量。按照这种方法对8块全直径岩心4个角度的电阻率进行测定,得到32个数据点,对该组数据点进行分析寻找电阻率随角度的变化关系。角度为0时实验测量的电阻率相当于测井仪器在直井中测量的电阻率,因此,把角度为30°、60°、90°时实验测量的电阻率与角度为0时实验测量的电阻率进行了对比分析。由图2可见,不同角度测量的电阻率要高于角度为0时测量的电阻率,随着角度的增大其相关函数的斜率在减小,相关系数的平方在减小。

图2 不同角度测量电阻率分析图

2 斜井电阻率井斜角校正方法

从图2可见,不同角度实验测量的电阻率与角度为0时(相当于直井时仪器测量的电阻率)实验测量的电阻率呈线性关系。实验角度不同,其斜率及截距也随之变化,也就是说测量角度不同直接影响相关函数的斜率及截距的变化。因此,可以通过分析角度的变化与相关函数斜率及截距的变化关系来实现斜井电阻率井斜角校正。

根据图3中斜率与截距与角度的变化关系可以得到电阻率井斜角影响校正模型

0.674]Rt-113.6sin2(θ-α)+128.2sin(θ-α)-16.54+b

(1)

图3 实验数据与角度关系分析图

3 应用实例分析

利用电阻率井斜角校正模型对大港油田WGT区块5口水平井的测量电阻率进行校正,并与其参考井对应层段电阻率对比分析。由图4可见,校正后的电阻率与参考井对应层段电阻率基本一致。

图4 校正后电阻率与参考井对应层段电阻率对比图

图5为GDX-1H井井斜校正后电阻率处理成果图。图5中第6道的深、浅侧向电阻率基本在100 Ω·m左右,一部分层段甚至达到了200 Ω·m,电阻率数值明显高于参考井目的层电阻率(电阻率在100 Ω·m以内),蓝色虚线为深侧向电阻率经过井斜角校正后的电阻率,校后电阻率数值与参考井对应层位电阻率相当。同时发现校后的电阻率与微球电阻率(黑色实线)基本一致,也验证了校正模型的正确性。

图5 GDX-1H井井斜校正后电阻率处理成果图

因为微球测井是单臂贴井壁测量的,在水平层段测量极板不可能位于井眼的低边,因此,低边堆积的岩屑、泥饼等不会影响微球电阻率的数值。另外,该井水平段目的层段物性相对较差,钻井液侵入地层不是很明显,且微球测量深度较浅,受界面各向异性影响较小,测量的电阻率接近地层真电阻率。这样在水平层段就可以用微球测量电阻率数值计算地层的含油饱和度,从而评价油水层。该井校正后电阻率(图5中第6道蓝色虚线)明显比测量的深侧向电阻率(第6道红色点划线)低,但也达到了区域油层的解释标准。该层段用校前、校后的电阻率分别计算含水饱和度为10%～20%(第8道红色点线)、20%～40%(第8道黑色虚线),对该井这一层段进行试油,日产油30 m3、日产水8 m3,试油结论进一步证明了电阻率校正模型符合地层实际情况,可以用于生产应用。

4 结 论

(1)通过各向异性实验数据分析可知,导致不同方向测量电阻率差异的主要原因是地层的各向异性,不同的井斜角导致井眼周围各向异性不同,测量电阻率也就存在差异。

(2)从实验数据分析不同井斜角的电阻率测井响应与导眼井对应层位的电阻率近似呈线性关系,随着井斜角的变化,其斜率与截距发生相应的变化。

(3)利用不同角度电阻率测量实验数据得到的电阻率井斜校正模型,在WGT区块应用效果较好,完全可以用校正后的电阻率与邻井对比来评价水平井的储层段含流体性质。

(4)在水平井水平层段,微球电阻率或微侧向电阻率基本上能反映地层的真电阻率。