火山岩储层总孔隙度计算
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发布时间：2022-05-05 08:26
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时间：2023-10-24 16:33
岩石总孔隙度是反映岩石孔隙发育程度的最重要的参数，准确计算岩石总孔隙度是测井评价工作的核心之一。本区火山岩主要的测井资料常规中子、密度和纵波时差等三孔隙度资料，只有少数井有核磁和成像测井资料。首先研究这些孔隙度测井方法对岩石孔隙度的表征能力和方式。
1. 中子测井计算总孔隙度
根据中子测井的原理，地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含氢量。lcm3的任何岩石或矿物中氢核与同样体积的淡水中氢核数的比值称为该岩石或矿物的含氢指数，用H表示:
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:ρ———介质的密度，g/cm3;
M———该化合物的分子量;
x———该化合物中每个分子的氢原子数;
K———比例常数。
设地层岩石的孔隙度为φ，孔隙中流体为淡水和油气，含水饱和度为Sxo，那么地层的含氢指数为:
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:HW———地层水的含氢指数;
Hb———油气的含氢指数。
中子测井是在饱含淡水的纯石灰岩刻度井中刻度的。如果假设地层岩石骨架不含氢，并且不考虑气体的挖掘效应，那么仪器测得的孔隙度值就等于地层的含氢指数。
综合对中子测井测量过程的分析，测量结果只与介质的减速特性有关，突出了对含氢量的识别能力，与地层孔隙结构无关，但要受孔隙流体的影响。因此利用中子测井可以较好地确定火山岩储层总孔隙度。
2.密度测井计算总孔隙度
密度测井选用137Cs为伽马源，发射能量为0.661MeV的伽马光子并且只记录0.1～0.2MeV的伽马射线，在此能级范围内伽马光子与地层的相互作用以康普顿散射为主。仪器研制实验证明，密度测井仪器测得的伽马射线计数率与源距的关系具有如下的方程形式:
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:N0———零源距的伽马射线计数率;
σm———质量康普顿减弱系数，在地层不存在重矿物时它不随岩性变化;
ρb———地层密度;
d———源距，即伽马源与探测器之间的距离。
式(3－6)表明，通过测量经康普顿散射的伽马射线计数率可以间接获得地层密度值。实际测井时采用两个探测器、双源距的办法来消除泥饼的影响，获得地层真实的体积密度ρb。如果已知地层岩石的骨架密度为ρma，孔隙中流体密度为ρf，那么地层的孔隙度可以表示为:
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
利用密度测井计算地层孔隙度是密度测井最基本的应用之一。影响密度测井的主要因素包括:井径、岩性、泥岩、油气。这4种影响因素中，对第一种情况可以依据井径曲线对扩径采用临近标准井径段的测井值进行校正;后三种情况正是利用密度测井计算孔隙度和识别岩性的依据，这就要求利用密度测井计算孔隙度时必须同时准确计算岩性和孔隙流体密度。
在密度测井仪极板探测范围内如果存在天然裂缝，由于裂缝内充填流体，它对密度测井仪器响应的贡献与孔隙相同。因此密度曲线的质量不受裂缝的影响。但如果由于裂缝发育导致井壁垮塌或不规则时，需要采用类似第一种情况的校正方法。因此利用测井获取地层总孔隙度的过程也不受孔隙结构的影响，但要受岩性和孔隙流体的影响。
3. 核磁共振测井计算总孔隙度
核磁共振测井技术是20世纪90年代世界石油工业重大技术进步之一。它基于一套全新的理论———核磁共振理论，仪器响应仅与岩石孔隙流体中氢核的含量和状态有关，能够得到与岩石本身矿物成分无关的孔隙度、束缚水体积等信息，并能较准确地估算渗透率、判别孔隙流体性质和类型。
理论研究表明，自然界中所有含奇数个核子(例如1H)以及含偶数个核子但质子数为奇数的原子核都具有自旋性质，核自身不停地旋转。由于质子带正电荷，因此自旋的原子核将产生磁场。这样的原子核处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩的作用，从而会像倾倒的陀螺绕重力场进动一样绕外加磁场进动。进动的频率记为叫ω0，它的大小可以用拉莫尔公式表示:
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:γ———旋磁比，不同的原子核具有不同的γ值;
B0———外加磁场强度。
在没有外加磁场的情况下，由于每个原子核都要自旋形成一个磁矩，但整个自旋系统由于大量原子杂乱无章的自旋方向使得整体的磁矩矢量和为零。当有外加磁场时，整个自旋系统由于被磁化使得整体磁矩矢量和不为零，单位体积内磁矩的和用宏观磁化量M表示，M的方向与外加磁场方向一致。这个过程称为极化过程，是使得整个系统的宏观磁化矢量由零增加到M的过程，又称之为纵向弛豫过程。
如果在外加磁场B0的基础上再加一个与B0垂直、频率为ω0的磁场B1，这两个磁场的合力将使得M被扳倒，偏转角为θ，它取决于B1的强度和时间。在测井过程中B1是以脉冲的形式施加的，如果B1刚好使M被扳倒90°，并且与B0垂直，称这样的脉冲为90°脉冲。90°脉冲之后B1突然被撤去，在原始静磁场B0的作用下M又将逐渐恢复到与B0方向一致。在这个恢复过程中，矢量M在X-Y平面上的水平分量由最大值逐渐以指数规律递减到0，这个过程称为横向弛豫，所需时间称为横向弛豫时间，记为T2。
核磁共振测量原始数据为回波串信号，如图3－3a所示。已有研究表明地层岩石横向弛豫时间T2不是单值，而是呈一个曲线分布，称之为T2谱，如图3－3b所示。为了进行储层评价，一般需要将测量的原始回波串信号转化为横向弛豫时间(T2)分布，这就是解谱过程。最常用解谱方法是多指数解谱法。T2谱分布规律主要取决于岩石孔隙的孔径分布。因此用某一种脉冲序列测量出岩石的T2分布后，就可以据此研究岩石的孔隙分布进而求出岩石的孔隙度。
4. 中子-密度交会法计算总孔隙度
中子、密度测井是孔隙流体和岩石骨架的综合反映，既受孔隙度影响又受岩性控制，计算地层孔隙度的同时必须准确计算岩性剖面。基于这种思路，采用任何一种单一的测井方法都不能实现以上目的，给出了采用中子-密度交会的方法计算孔隙度。
中子、密度测井数据是交会技术中唯一的输入量，根据以上分析，计算总孔隙度过程中需要确定至少两种矿物含量、孔隙度、残余油气饱和度。输入两个参数，计算4个参数，这一过程是一个欠定方程组的求解，欠定方程组可以写成:
图3－3 核磁共振测井测量的原始回波串信号
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:φNma1，φNma2，φNf———分别为两种骨架组成矿物和孔隙混合流体的含氢指数;
ρma1，ρma2，ρf———分别为两种骨架组成矿物和孔隙混合流体的密度值;
V1，V2，φ———分别为两种矿物的体积百分含量及总孔隙度;
Vsh———泥质含量，可由自然伽马曲线求取;
φ'N，φ'b———分别为经过泥质校正的中子、密度测井值。
式(3－9)中，φNma1，φNma2，ρma1，ρma2这4个参数可以通过分析中子-密度频率交会图来确定。由此看来利用方程组(3－9)计算总孔隙度的过程中，必须同时确定两种矿物含量及混合流体的中子、密度值，这个过程需采用迭代算法。
