评价储层含油气性的测井解释方法

发布网友 发布时间：2022-05-13 09:57

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热心网友 时间：2023-10-05 18:30

评价储层含油性的方法有依靠解释人员经验的定性方法；快速直观解释方法；计算机解释方法。

◎定性解释的方法：油气层最小电阻率法、标准水层对比法、径向电阻率法、邻井曲线对比法、不同时间的测井曲线对比法 （也称时间推移测井法） 等。

◎快速直观解释方法：交绘图法、曲线重叠法等。

◎计算机解释方法：随着计算机的广泛应用，测井解释的定量化有了很大发展。针对纯砂岩、泥质砂岩 （包括分散状泥质、层状泥质等），都形成了各自的解释模型，并建立了不少解释程序。这些研究成果与定量解释的孔隙度、含水饱和度、渗透率等，为准确判断油、气、水层奠定了良好基础。下面重点介绍快速直观解释方法和计算机解释方法中的解释模型。

（一） 交绘图法

1. 电阻率-孔隙度交绘图

电阻率-孔隙度交绘图是应用阿尔奇公式的一种常用的快速直观解释技术。它的特点是形象直观，既能定性区分油、气、水层，又可半定量地确定含水饱和度S_w。将阿尔奇公式：

油气田开发地质学

变换为：

油气田开发地质学

对于特定地区和岩性的某一解释层段，系数a，b和指数m，n可视为常量。若岩性和R_w基本不变，则对于给定的含水饱和度S_w， 线性关系。

从上式可知，交绘图的横轴φ可按线性刻度，也可用任一孔隙度测井的读数 （如△t）代替，而纵轴R_t要按 m。图5-5是对a＝0.62，b＝1，m＝2.15，n＝2的砂岩储层作的。作图方法：原点Y＝0对应R_t＝∞。纵轴的上限决定于储层的最低电阻率，本例取R_min＝0.5Ω·m，则Y＝1.38，也就是R_t＝0.5至原点R_t＝∞的距离为1.38个单位。R_t＝1Ω·m时，Y＝1，则R_t＝1至原点R_t＝∞的距离为1个单位。同理可得其他电阻率刻度。

图右边为一个I-S_w算尺 （左刻度是I，右刻度是S_w）。该尺与纵坐标轴平行，对应纵轴原点的电阻增大系数I为∞，而I＝1要对准电阻率的一个整数，它是对应某一R_w和某一个含水饱和度100％的岩石的电阻率值，其他I值按R_t＝I×R₀计算标出。S_w的数值则根据I-S_w关系标出 （不同的a，b，m，n值交绘图的刻度有所不同，但原理是一样的）。

上述工作做完后，将解释井段内的每个储层的数据都标注在该电阻率-孔隙度交绘图上。然后找出岩性纯、有足够厚度、测井读数可靠、没有油气显示的水层，水线 （含水饱和度为100％的线） 应当是过这些纯水层点和原点 （孔隙度为零的横轴点） 的直线。这样确定的水线应当经过水资料和其他可靠资料验证后方可使用。

图5-5 电阻率-孔隙度交绘图

确定水线的正确位置后，用右边的I-S_w算尺绘制含水饱和度S_w线。作法：在水线上找到I＝1的点，过该点作横轴垂线与过I-S_w算尺上某一S_w点作纵轴垂线有一交点。过该交点与原点的直线即为含水饱和度为S_w的线。如此便可得到一组S_w线。

含水饱和度线作出后，根据解释层资料点在该交绘图上的位置，可以直观地判断其含油性，也可半定量地获得S_w值。一般地，资料点落在S_w＝50％线下、φ （孔隙度） >10％的储层为油层，φ≤10％的储层为干层。如图5-5第(4)，(5)，(9)，(10)层为油层，第(3)，(7)层为干层，第(4)，(5)，(9)，(10)层的S_w分别为43％，47％，26％，21％。

电阻率-孔隙度交绘图的派生方法有：电阻率-声波交绘图、电阻率-密度交绘图等。所有这些交绘图的使用条件是稳定、岩性相同、含泥质较少及有足够数量的水层，并且水层孔隙度最好有较大的变化范围。

2. R_wa（视地层水电阻率） -SP （自然电位） 交绘图

砂泥岩剖面地层中，如果地层水矿化度变化较大，地层水电阻率R_w不易确定，从而使油水层的判断发生困难。在这种情况下，可采用视地层水电阻率R_wa-SP交绘图估计R_w，并划分油水层。

R_wa-SP交绘图如图5-6所示，以对数的R_wa为纵坐标，线性刻度的SP为横坐标，R_wa由深探测电阻率求得 （R_wa＝R_t/F）。图中地层点旁标注有层点号，括号内是以API为单位的GR值，R_wa线和R_w线 （虚线） 是解释参考线，R_mfe为泥浆滤液等效电阻率。

图5-6 R_wa-SP交绘图 （T＝150℉，R_mfe＝0.7Ω·m）

交绘图中位置最低的一些点子连成一直线 （图中虚线），即为实际的地层水电阻率线，可以用它估计解释层的R_w。例如由第14层点作纵轴平行线与R_w线有一交点，则该交点的纵坐标值即为第14层的R_w＝0.35Ω·m。

图中位于R_w线附近的地层点是水层，如图中2，6，7，9，15地层点；在R_w线上方且离得较远的地层点则是含油气地层，如图中且14，3，5，11地层点；其余地层点则要作综合分析。井壁取心证明，3，5号地层点有油，11，14号地层点有气。

R_wa-SP交绘图适用于砂泥岩剖面地层，且地层水性质变化较大的情况。它要求储层较纯，因为只有含泥质小时，交绘图中SP的变化才能被认为主要是由R_w变化引起的。

以上是两种常用的交绘图，还有许多其他交绘图，这里不再一一列举。

（二） 曲线重叠法

曲线重叠法也是以阿尔奇公式为基础，一般采用相同的刻度 （相同的单位）、相同的基线及相同的横向比例，将两条曲线绘制在一起形成重叠，根据曲线幅度差识别储层含油气性。

1. R0与深探测电阻率重叠

对于任何一个岩性比较纯的地层，不论它是含油气的或是纯水层，都可以由F-φ关系式来确定含水饱和度为100％时的电阻率：

R₀=FR_w=aR_w/Ф^m

式中：R₀——含水饱和度为100％时的地层电阻率，Ω·m；R_w——地层水电阻率，Ω·m；φ——地层孔隙度，小数；a——与岩石性质有关的常数；m——胶结指数。

将R₀和R_t重叠绘制在一起，可根据两条曲线的幅度差来识别油气层。

如果储层的R₀曲线与深探测电阻率曲线基本重合 （图5-7，该图下部），说明是水层；如果深探测电阻率值R_t明显大于R₀，如R_t/R₀≥3～5，则是明显含油气的显示 （图5-7，该图上部）。

2. 径向电阻率重叠法

根据阿尔奇公式有 （b＝1，n＝2）：

油气田开发地质学

将两式左右两边分别相除得：

油气田开发地质学

式中：S_w——地层含水饱和度，小数；S_xo——冲洗带含水饱和度，小数；R_t——地层电阻率，Ω· m；R_xo——冲洗带电阻率，Ω·m；R_w——地层水电阻率，Ω·m；R_mf——泥浆滤液电阻率，Ω·m。

上式说明了径向电阻率比值R_xo/R_t与径向含水饱和度比值S_w/S_xo有关。下面分几种情况加以讨论。

图5-7 R₀与深探测电阻率重叠图

（1） 泥岩层

泥岩地层是一种非渗透层，泥浆不会发生侵入，故应有R_t≈R_xo，即R_t曲线与R_xo曲线基本重合。如果泥岩段R_t曲线与R_xo曲线不重合，则视R_xo曲线存在误差，以R_t曲线为准，移动R_xo曲线使之与Rt曲线重合。

（2） 纯水层

纯水层为渗透性地层，将会产生泥浆侵入，但S_w＝S_xo。根据泥浆滤液与地层水性质之间的关系，可有3种情况。当R_mf＝R_w时，显然有R_xo＝R_t，即R_xo曲线与Rt曲线重合；当R_mf>R_w时，则R_xo>R_t；当R_mf<R_w时，则R_xo<R_t。

图5-8 径向电阻率曲线重叠图

如图5-8下部，本例深侧向电阻率R_LLD为R_t曲线，微侧向电阻率R_MLL为R_xo曲线，R_mf/R_w＝3.0，曲线下部R_xo>R_t，所以该层段为水层。

（3） 油气层

对于中等侵入的地层，有经验关系

油气田开发地质学

油气田开发地质学

若R_mf＝R_w，则：

油气田开发地质学

上式说明，当R_mf＝R_w时，纯水层S_w＝S_xo＝1，则R_xo与Rt重合；含油气层S_w<1，则：

油气田开发地质学

和水层相比，油气层都有比较明显的减阻侵入，因此，在含有油气的储层处显示出R_t>R_xo的幅度差，可作为指示油气层的一种标志 （图5-8上部）。

3. 孔隙度重叠图

“可动油气” 是指储层在一定压差下可以流动的油气。测井分析可动油气，是依据泥浆侵入造成的冲洗带与原状地层含水饱和度的差别，其差值为可动油气饱和度。一般来说，当测井显示含油性和可动油气都好时，说明储层有较好的生产能力；而含油性显示好、可动油显示差时，应慎重分析。

可动油气显示实际上是通过原状地层与冲洗带之间含油气情况的比较而表现出来的，因此，分别计算原状地层和冲洗带的含水孔隙度，采用重叠的形式可以直观显示可动油气。孔隙度重叠是目前计算机解释成果图必不可少的一部分。它一般包括3条孔隙度曲线：地层孔隙度φ、原状地层含水孔隙度φ_w＝φ·S_w、冲洗带含水孔隙度φ_xo＝φ·S_xo。显然它们这之间有如下关系：

◎含油气孔隙度：φ_h＝φ-φ_w；

◎残余油气孔隙度：φ_hr＝φ-φ_xo；

◎可动油气孔隙度：φ_hm＝φ_xo-φ_w。

这样，通过使用同一基线、同一横向比例绘制的3条孔隙度曲线，可以有效地反映地层的含油性和可动油气 （图5-9）。

应用孔隙度重叠法的有利条件是：(1)钻井液侵入必须足够浅，使深探测电阻率基本上反映地层真电阻率；(2)解释井段应包括许多储层，特别是有明显的纯水层；(3)在解释井段内地层水性质基本稳定；(4)岩性和泥质含量应基本不变。

由F＝aφ^-m知，3条孔隙度曲线可以导出3条地层因素曲线即F曲线、F_w曲线及F_xo曲线，将这3条地层因素曲线重叠，可以得到与孔隙度重叠同样的效果。因此地层因素重叠与孔隙度重叠实质上是一致的。

4. 可动水分析

“可动水”是储层中可以流动的地层水。可动水饱和度是指地层含水饱和度与束缚水饱和度之差。用可动水的概念，可以帮助判断储层能否无水产油气，并可预测含水量。

根据可动水饱和度和束缚水饱和度的概念，显然有S_w＝S_wi＋S_wm。按照油气、水层的概念，判断它们的条件是：

◎油 气 层：S_w≈S_wi，S_wm＝0，S_w较低；

◎水 层：S_w>>S_wi，S_wm>>0；

◎油水同层：介于油气与水层之间；

◎干 层：S_w≈S_wi，S_wm＝0，S_w较高。

因此，若具有独立来源的S_w和S_wi，可以将S_w和S_wi重叠直观显示地层的可动水饱和度的变化 （图5-9）：当S_w>S_wi，则两条曲线的幅度差即是可动水饱和度。如果S_wi与S_w基本重合，表明地层不含可动水，S_w较低为油气层，而S_wi很大则可能为干层。当出现S_w<S_wi的幅度差，则是计算的S_w与S_wi不匹配引起的，此时S_w较低者为油气层，S_w很高者为干层。

图5-9 储层可动油和可动水分析成果图

5.声波时差-中子伽马曲线重叠定性判断气层

这种方法的具体做法是：两条曲线的纵向比例相同，反方向刻度。在解释井段内找一个与目的层岩性相同、孔隙性相近的水层 （或低气油比的油层），将两条曲线重合，并将两条曲线重叠绘制。

在探测范围内，储层含气将会使测井声波时差增大，使中子伽马测井值增高。因此，重叠图上，对于气层，将会出现 “正差异” （中子伽马曲线在声波时差曲线右边）；对于油水层，两曲线重合；对于泥岩，重叠曲线出现 “负差异” （中子伽马曲线在声波时差曲线左边）。如图5-10所示的声波时差-中子伽马曲线重叠，直观地表明第A层为气层。

6. 中子孔隙度-密度测井曲线重叠法

将两条测井曲线刻度在同一记录道内。由于天然气的含氢指数和体积密度都比油或水小得多，因而对于含气储层，中子孔隙度测井显示低孔隙度，密度测井显示出孔隙度减小，重叠图上将出现明显的幅度差，且呈镜像反映图像 （图5-11）。但钻井液侵入使幅度差减小，而泥质砂岩含气和含水时出现相反的幅度。所以对泥质含量较低的、泥浆侵入浅的、中到高孔隙度的砂岩气层，中子孔隙度-密度测井曲线重叠图应用效果最好。

图5-10 用声波时差-中子伽马曲线重叠法判断气层实例

图5-11 中子孔隙度-密度测井曲线重叠指示气层

（三） 含油饱和度的求取方法

含油饱和度是储层含油性的主要指标，是定量判断油、气、水层的重要标准之一，因此能否准确求取含油饱和度直接影响到对油、气、层的判断。

含水饱和度S_w是储层岩石孔隙中被水充填的孔隙体积占总孔隙体积的百分数，因此，1-S_w即为含油气饱和度S_o。

储层中影响含水饱和度的因素是多种多样的，但泥质在储层中的含量及分布形式是影响S_w的最主要的因素。泥质分布形式不同对岩石电阻率的影响也不同，所以用电阻率求含水饱和度的方法也不同。下面介绍目前常规测井处理解释程序中使用的几种方法。

1. 纯岩石储层

在具有均匀粒间孔隙的纯岩石地层中，根据阿尔奇含水饱和度公式有：

油气田开发地质学

一般，取b＝1，n＝2，a＝0.6～1.5，m＝1.5～3.0。

2.层状泥质砂岩储层

假若岩层中纯砂岩与泥岩呈互层状分布时，则岩层电阻率R_t与泥岩层电阻率R_lam和纯砂岩层电阻率R_sd间关系为：

油气田开发地质学

式中：R_t——岩层电阻率，Ω·m；R_lam——泥岩层电阻率，Ω·m；R_sd——纯砂岩层电阻率，Ω·m；V_lam——层状泥岩相对含量，小数。

对于纯砂岩层的阿尔奇公式：

油气田开发地质学

式中：φ_sd——纯砂岩部分的孔隙度，小数 （φ_sd＝φ/（1-V_lam），φ为层状泥质砂岩的有效孔隙度）。

于是由上式可以推出：

油气田开发地质学

上式中R_lam通常用邻近泥岩电阻率R_sh代替。该式对纯砂岩和层状泥质砂岩都适用。

3.分散泥质砂岩储层

这种储层的特点是泥质充填或粘结在岩石的孔隙空间中，保存有较多的束缚水。

对于这类储层，求取含水饱和度的方法较多，主要有如下几种。

（1） “印度尼西亚” 公式

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式中：V_sh——粘土相对含量，小数；R_sh——粘土电阻率，Ω·m。

（2） 西门杜 （Simandoux） 公式

油气田开发地质学

该式适用于地层水矿化度较低 （小于5000mg/L） 的地区。

（3） 双水模型公式

该模型把地层中的水，分为粘土水 （束缚水） 和自由水 （远水） 两种，并且认为这两种水的导电性质不一样，则阿尔奇含水饱和度公式变为：

油气田开发地质学

式中：C_t——未侵入部分原状地层的电导率，mS/m；C_we——孔隙空间中水的等效电导率，mS/m；φ_t——总孔隙度，小数；S_wt——总含水饱和度，小数。

水的等效电导率为：

油气田开发地质学

式中：V_w，V_wb——分别为地层水和束缚水的体积占孔隙体积的百分数，小数；C_w，C_wi——分别为地层水和束缚水的电导率，mS/m。

用饱和度表示时，上式变为：

油气田开发地质学

或者

油气田开发地质学

则饱和度方程式变为：

油气田开发地质学

砂岩 （纯地层） 相 （即非粘土相） 的孔隙度和含水饱和度，可以通过减去束缚水体积 （φ_t·S_wi） 得出。因此，有效孔隙度为：

Ф=Ф_t(1-S_wi)

可动水饱和度为：

油气田开发地质学

上面的公式中的参数φ_t由中子孔隙度-密度交绘图给出，S_wi可以根据各种对泥质敏感的测量方法 （SP，GR，φ_N，R_t，φ_N-ρ_b，△t -ρ_b等） 得出。R_wi和R_w（C_wi和C_w） 通常作为输入参数。

4. m，n，a，b，R_w的确定

（1） a和m的确定

岩石的a和m值与孔隙度大小及孔隙形状有关，而孔隙度和孔隙形状取决定岩石性质、岩石颗粒的粗细、分选好坏、胶结物的性质、胶结物含量及胶结程度等。1） 实验室确定F-φ关系

由式 两边取对数，则：

lg(R_o/R_w)=lga-mlgФ

由一组F （R_o/R_w） 和φ的实验数据，在双对数坐标纸上，其关系是一条直线，φ＝100％时该直线在纵坐标的数值为a，直线的斜率为m。例如某开发区实验室求得的m＝1.8369，a＝1.1466。

2） 利用纯水层资料确定F-φ关系

选择一纯水层段，在该层段内有多个岩性较纯、物性 （主要指孔隙度） 有所变化、录井未见显示的储层。通过自然电位等测井资料分析，确认该层段的地层水电阻率稳定。最理想的是该层段内有地层水矿化度分析资料。在该层段内确定每一层的R_o/R_w和φ，用上述方法确定a和m。

（2） b和n的确定

1） 实验室确定b和n的方法

两边取对数：

lg(R_t/R_o)=lgb-nlgS_w

给定几对R_t/R_o，S_w数据，用回归方法求得b和n。实验室可用不同的方法确定R_t/R_o、Sw，早期使用的方法有 “失水法”、“气吹法”，目前采用 “半渗透隔板法” 是比较好的一种方法。

2） 利用油层测井资料求取b和n

纯油层的含油饱和度与束缚水饱和度之和为100％。即：

S_wi=(1-S_h), S_w-S_wi

在已知R_w的条件下，求取一组R_t，φ。由R_w和φ求得油层R_o。将一组油层的R_t/R_o和S_wi点在双对坐标上，根据点子分布规律作直线，求得直线的斜率n，纵坐标截距b。

3） 利用岩心分析的含油饱和度求b和n

利用油基钻井液和密闭取心的岩心，得到的岩心含油饱和度和含水饱和度，采用上述方法求取b和n。

（3） 地层水电阻率R_w的确定

饱和度方程中的地层水电阻率可用以下4种方法确定。

1） 用试油的地层水矿化度折算

依据试油资料获得的地层水矿化度折算成等效总矿化度，再确定井深条件下的地层水电阻率。计算公式是斯仑贝谢公司等效NaCl溶液总矿化度与电阻率、温度的关系图版。公式如下：

油气田开发地质学

式中：P——等效NaCl总矿化度，mg/L；T——地层温度，℉；R_w——地层水电阻率，Ω·m。

2） 孔隙度与电阻率组合计算地层水电阻率

在解释井段找出确定地层水电阻率的标准水层，它应该是完全含水、岩性均匀、含泥质少、厚度足够大的水层，地层水电阻率计算公式为R_w＝R_o·φ^m/a。

3） 用自然电位曲线幅度计算地层水电阻率

井中扩散吸附电动势可表示为：

对于纯砂岩：

油气田开发地质学

对于纯泥岩：

油气田开发地质学

式中：E_d，E_da——扩散吸附电动势，mV；K_d，K_da——扩散吸附电动势系数 （t＝18℃时，纯砂岩层为-11.6mV，纯泥岩层为58mV，其他岩层介于上述两者之间）；C_w——地层水盐浓度 （矿化度），mg/L；C_wf——泥浆滤液的盐浓度 （矿化度），mg/L。

静自然电位：

油气田开发地质学

当地层水或钻井液中盐浓度较高时，引入地层水等效电阻率R_we和泥浆滤液等效电阻率R_mfe，则有：

油气田开发地质学

以上关系式便是自然电位测井确定地层水电阻率的理论依据。具有求时，先用SP经SP-3图版校正得SSP，然后用泥浆电阻率R_m经图版求得R_mf，再用图版校正得R_mfe，再后用SSP和R_mfe由SP-1图版求得R_we，由SP-2图版求得R_w。

4） 用深浅电阻率比值计算地层水电阻率

在解释井段确定纯水层，对于纯水层地层的含水饱和度和冲洗带的含水饱和度都为100％，通过阿尔奇公式：

油气田开发地质学

则

油气田开发地质学

在已知R_mf的条件下，可以由深感应 （或深侧向）值代表R_o，由八侧向 （或微侧向）值代表R_xo。