渤中凹陷低阻油层成因及测井识别方法研究

盛 达

（中海石油（中国）有限公司，北京 100010）

低阻油层是指油气层电阻率值接近或小于本地区相同地质条件下的水层电阻率，在高矿化度地层水地区甚至低于围岩电阻率，但试油时产纯油的油层，或电阻增大率（油层电阻率与水层电阻率之比）小于2的油层[1]。

对于低阻油层的形成机理和识别方法，近年来一直是国内外测井学界研究的热门课题[2-6]。低阻油气层的成因在不同地区、不同层位具有明显差异性，通常低阻成因主要有以下几种：高束缚水含量、黏土矿物附加导电、高地层水矿化度、盐水泥浆侵入、砂泥岩互层、含高导电矿物。在识别方面，总结了交会图法、重叠法和临近水层法等多种方法对低阻油层进行识别，但是低阻油层的形成受到矿物、流体、侵入等多种因素的影响，影响因素极其复杂，这些方法在渤中凹陷低阻油层的识别中效果较差。本文结合渤海区域低阻油层的测井特征及储层形成的地质过程，分析并确定了造成油层低阻的主要因素，提出了一种利用纵向响应离散法对测井曲线进行处理，依据校正后数值的高低对薄层低阻油层进行识别，用双饱和度法对泥质引起的低阻油层进行识别的方法，取得了较好的应用效果。

1 区块概况

渤中凹陷位于渤海海域中部，区域构造上位于渤海海域黄河口凹陷中洼南斜坡带，西邻郯庐断裂渤南段中支，走向自西向东由EW向转换为NE向、NNE向，整体上呈现出向南凸出的弧形构造，内部凹陷与凸起相间呈弧形排列。研究区面积20 000 km2，油气资源丰富，主力开发层系为新近系馆陶组和明化镇组。地质研究表明[7-8]，明化镇组为曲流河沉积，连通性较差，平面上储层分布成条带状；馆陶组为辫状河沉积，河道宽度较明化镇组加大，平面连通性增强，储层发育相对连片。

2 低阻油层成因分析

渤中凹陷低阻油层主要为薄层低阻油层和泥质引起的低阻油层。薄层低阻油层主要是由于薄层（小于0.5 m）砂岩受厚层低阻泥质围岩影响较大及常规测井垂向分辨率的限制，薄层的测井响应显示失真，常规测井资料不能直接用于薄层的研究。高束缚水饱和度储层主要表现在自然伽马绝对值偏高，一般高于75 API，从沉积学角度讲，形成这类储层的沉积水动力偏弱，多期沉积能量大体相同的砂体逐层叠置，复合厚度一般小于5 m，岩性偏细，这为储层形成高束缚水饱和度提供了地质基础。

高束缚水饱和度低阻油层的出现与储层岩性的粗细和储层中黏土矿物成分及其分布状态有很大关系，这种类型的低阻油层形成一般也需要具备三个地质条件：（1）储层成岩程度中等，属于晚成岩A期；（2）储层岩性偏细，具有双组份孔隙结构系统；（3）储层地层水矿化度较低，一般小于6 000 mg/L。在同样的储层岩性条件下，当埋深（成岩作用）使储层结构、黏土成分发生改变之时，地层导电机理也随之发生变化，低阻油气层形成的主要因素也将发生转化，将从黏土附加导电性成因转化为高束缚水饱和度成因。储层地层水矿化度相对较低约束地层的导电机制，突出了储层束缚水饱和度高在导电中的作用，因此，在非高矿化度和成岩作用相对较弱的条件下，形成了高束缚水饱和度成因低阻油层。

在整体水动力较弱的沉积背景条件下沉积的砂体，由于颗粒比表面积的增大和毛细管力的增强，形成了大量束缚水，从而导致储层渗透率和电阻率的双重降低[9]；当油气充注过程中，油气驱替可动水而优先占据较大孔喉孔隙储集空间，在克服毛细管力的过程中，油气则进入中小孔喉孔隙储集空间。这样在较大孔喉孔隙储集空间内就形成了较高的含油饱和度，而在中小孔喉孔隙储集空间内就形成了低含油饱和度。由于高束缚水饱和度和低含油饱和度使储层的电阻率降低，这就是高束缚水饱和度储层形成低阻油气层的主要原因。

另外，黏土矿物具有导电性是人所共知的，由测井曲线也是可以感悟到的，主要是由于其独特的层状结构和微粒性而具有吸附、膨胀、阳离子交换等特性，吸附在黏土矿物表面的阳离子在电场的作用下可以和溶液中的同性离子发生交换作用，阳离子交换特性是导致黏土具有附加导电性的直接原因。由于黏土矿物种类不同，其阳离子交换容量有很大差别（表1）。从表1中可以看出，蒙脱石的阳离子交换容量最大，表明其阳离子交换能力最强，导电性也最大。 附加导电性是含有一定数量的泥质砂岩相对于纯净砂岩正常导电性增加了（并联）泥质导电性而言的[10]。当平衡阳离子的数量较大时，其附加导电作用显著，可形成低电阻油层。从表2可以看出，渤中地区明化镇组和馆陶组蒙脱石含量明显高于沙河街组，因此，渤中地区上第三系低阻油层有黏土附加导电性和高束缚水饱和度两个因素复合成因。

表1 常见黏土矿物的阳离子交换容量Table 1 Cation exchange capacity of common clay minerals

表2 渤中地区不同层系黏土矿物含量统计表Table 2 Statistics table of clay mineral content in different strata in Bozhong area

3 低阻油层识别

3.1 薄层低阻油层识别方法

薄层低阻油层识别方法主要有纵向响应离散法、沃尔什反演法和分辨率匹配法三种[11-13]。本次主要对相位测井曲线进行了校正，采用的是纵向响应离散法。

纵向响应离散法是按照不同测井方法具有不同的响应原理，将其纵向响应系数离散化处理，建立测井值与响应范围内各单元地层地球物理真值的关系式，最终求得薄地层的地球物理真值的方法。以自然伽马测井为例，自然伽马测井值与响应范围内各单元地层地球物理真值的关系式如下：

式中：GRL为记录点所测得的自然伽马值，GR0、GR1、GR-1、GR2、GR-2分别为探测范围内5个等区间的地层自然伽马真值，K0、K-1、K1、K-2、K2为小层权系数。

在球体探测范围内各层对GR值的贡献与球台体积成正比，且与层和记录点之间的距离的平方成反比。通过建立刻度井进行测井，结合地面高分辨伽马测井对各小层自然伽马真值进行测量，通过正演模拟即可确定各小层权系数K值[14]，图1为通过上述实验确定的各小层权系数分解图。

图1 自然伽马测井响应范围内小层权系数分解图Fig. 1 Decomposition diagram of weight coefficient of sublayers within the response range of natural gamma logging

自然伽马测井值与响应范围内各单元地层地球物理真值的一般关系式为：

式中：A为 系数矩阵，代表小层的权系数；X为自然伽马真值，Y为测量值，API。

X=(ATA+£E)-1ATY，其中£为阻尼因子，E为单位矩阵。

方程为一个欠定方程组，各个薄层地球物理真值有无数组解。现增加阻尼项利用下式求解：X=(ATA+£E)-1ATY，通过增加阻尼项确定其薄层的唯一解。

通过纵向响应离散法对各井相位测井曲线进行处理，得到校正的相位电阻率曲线，依据校正后数值的高低进行评价。

X井测了相位电阻率和衰减电阻率，在Nm2-12小层内部，19、21、23号层厚度均小于2 m，19、23号层相位电阻率均低于5.5 Ω·m。通过离散法处理校正后，19、23号层电阻率由实测的3.9 Ω·m、5.3 Ω·m分别提高到5.5 Ω·m、7.9 Ω·m，而且，录井为油迹砂岩，密度孔隙度达到了28.5%以上，说明其含油饱满，和纵向响应离散法处理成果效果是明显的（图2）。另外，22号层厚度在4 m左右，从自然伽马、相位电阻率和密度曲线上看，储层中部均显示有夹层的迹象，通过离散法处理校正后，该层电阻率显示为两个小层，而且，校正后电阻率提高十分明显，最高可达到16.5 Ω·m。

图2 X井Nm2-12薄层处理成果图Fig. 2 Treatment diagram of thin layer Nm2-12 in Well X

3.2 泥质引起的低阻油层识别方法

黏土附加导电性和高束缚水饱和度复合成因低阻油层合称泥质引起的低阻油层，这类储层在测井曲线上的主要特征是：自然伽马相对较高，表示泥质含量较高、黏土附加导电性增强和束缚水饱和度增高；补偿密度也相应地有所增高，孔隙度相应地降低，电阻率降低，表现为低电阻特点。如X井11、12号层属于这类特征（图3），对这类储层可以采用双饱和度评价方法。

通过对储层进行阿尔奇、西门杜公式双饱和度模型处理，常规油层两个模型计算的含油饱和度曲线基本重叠，低阻油层利用西门杜公式计算的含油饱和度高于阿尔奇公式计算的含油饱和度（图4）。因此，采用西门杜公式计算含油饱和度的目的就是消除泥质对电阻率降低的影响，进而提高含油饱和度。

图3 X井Nm2-7小层测井解释成果图Fig. 3 Logging interpretation results of sublayer Nm2-7 in Well X

图4 X井Nm2-9小层测井解释成果图Fig. 4 Logging interpretation results of sublayer Nm2-9 in Well X

4 结论

（1）渤中地区低阻油层成因主要包括薄层低阻油层及泥质引起的低阻油层两种。薄层低阻油层是薄层储层受围岩影响较大，且测井曲线分辨率较低造成的；由泥质引起的低阻油层是受黏土附加导电性和高束缚水饱和度双重影响形成的。

（2）薄层低阻油层可通过纵向响应离散法对测井曲线进行处理，依据校正后数值的高低进行识别评价；泥质引起的低阻油层可通过对储层进行阿尔奇、西门杜公式双饱和度模型处理，从而进行有效识别。