密度測井資料在確定巖層孔隙度上的應用

李準，蘇艷龍

（1.遼寧省核工業(yè)地質(zhì)局241大隊，遼寧鳳城118100；

2.遼河油田裕隆實業(yè)集團有限公司，遼寧盤錦124011）

0 引言

石油勘探的目標是地下巖層當中的油氣資源，而油氣資源存在于巖層孔隙之中.想要充分了解地層的儲集性，孔隙度是必須要研究的一項參數(shù).目前孔隙度測井方法主要有密度測井、聲波測井、中子測井以及后來發(fā)展起來的核磁共振測井等.本文主要研究其中的密度測井，介紹該方法的基本理論，通過巖石中不同成分密度之間的關系，推導出孔隙度計算公式，并對實測數(shù)據(jù)進行計算，求出孔隙度的大小.

1 密度測井簡介

密度測井又稱伽馬-伽馬測井、散射伽馬測井，是基于康普頓-吳有訓散射效應來研究巖層密度的一種測井方法.

密度測井是目前國內(nèi)外各大油田廣泛使用的一種測井方法.該方法可以同中子測井、聲波測井等相配合，用來確定巖性，還可以為地震勘探提供聲阻抗數(shù)據(jù)，同時在煤田測井中，也是一個重要的劃分煤層的手段.此外，密度測井還具有一個重要的應用，就是測定巖石的孔隙度［1-3］.

相對于自然伽馬測井，密度測井采用的是主動測量方式.它利用人工放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線，來探測地層的體積密度（即巖石的總體密度，包括固體骨架和孔隙中的流體）［4-5］.井下儀器由γ源和加屏蔽的探測器組成.探測器記錄由地層散射的γ射線.散射γ射線和地層電子密度有關，因此與地層的密度有關.為了減小井徑變化和泥餅的影響，采用源距不同的2個探測器，并且γ源和探測器都裝在滑板上，貼井壁進行測量.近探測器的結果用來校正井徑變化和泥餅對遠探測器的影響［6］.

2 密度測井儀的測量原理

密度測井儀的讀數(shù)主要取決于地層的電子密度（單位體積內(nèi)的電子數(shù)目）.當巖石孔隙中充滿淡水時，可以寫出體積密度及電子密度指數(shù)的響應方程［7］：求解（1）（2）式可得：

式中的ρ為地層密度，ρ1為孔隙流體的密度，ρ2為巖石骨架的密度，ρe1為孔隙流體的電子密度，ρe2為巖石骨架的電子密度，φ為巖石孔隙度.

密度測井儀通常是在充滿淡水的純石灰?guī)r地層中進行刻度的［8-9］.把（3）式中相應參數(shù) ρ1=1.000 g/cm3，ρ2=2.710 g/cm3，ρe1=1.1101，ρe2=2.7076 代入，則：

在實際測井時，巖性和孔隙流體的性質(zhì)可能不同于刻度井的條件，所以，儀器讀數(shù)給出的可能不是實際體積密度.對于充滿淡水的砂巖和白云巖，儀器讀數(shù)基本上等于真實體積密度，而對于鉀鹽、巖鹽、石膏、硬石膏、煤和含天然氣地層，要從密度測井讀數(shù)求出真實體積密度時，則需另外進行校正.

3 利用密度測井資料計算巖層孔隙度

巖層密度ρb由巖石骨架密度ρma和孔隙中的流體密度ρf共同決定.而巖層孔隙中的流體對巖層密度的貢獻與巖石的孔隙度 φ 的大小有關.ρb、ρma、ρf和 φ 之間的關系可以表示為［10］：

解出孔隙度φ的表達式為：

當侵入帶中含有殘余油氣時，流體密度ρf應該按下式確定［10］.

式中的Shr為殘余烴飽和度，ρhr為殘余烴密度，ρmf為泥漿濾液密度.

把（7）式代入（6）式中，整理可得：

式中的φD是按照（6）式算出的視孔隙度，而φ則表示消除了烴影響的孔隙度.

當?shù)貙又谐藥r石骨架和孔隙流體以外還存在泥質(zhì)時，巖層密度表達式將改寫為如下形式［10］：

式中的ρsh為泥質(zhì)的密度，Vsh為泥質(zhì)含量.則孔隙度φ的表達式可以寫為：

以下將采用實際測井數(shù)據(jù)來計算巖層孔隙度.本文所選取的數(shù)據(jù)來自葡XXX井.本井是位于松遼盆地中央拗陷區(qū)大慶長垣葡萄花構造上的一口評價井，測井測量的主要地層為：黑帝廟油層組、嫩江組二段、葡萄花油層組和扶余油層組.

利用Matlab-2012a軟件對公式（9）進行編程.編程時，可將孔隙度φ設為未知量，而骨架密度ρma、孔隙流體密度ρf、巖層密度ρb以及泥質(zhì)含量Vsh可以通過查表獲得或者實際測得.其中，根據(jù)實際情況，通過表1［10］選取合適的巖石骨架及孔隙流體密度參數(shù)，將該井的實測數(shù)據(jù)制作成表2，由此獲得巖層密度、泥質(zhì)含量以及含水飽和度的值（解釋時使用）.

表1 常見礦物和流體的密度Table1 Densitiesofm ineralsand fluids

將以上選取的數(shù)據(jù)輸入公式（9）所編程序中，可以計算出每組數(shù)據(jù)的孔隙度大小φ，并填入表2之中.再將計算出的孔隙度結合含水飽和度可對地層的儲集性進行初步解釋.對于孔隙度很小，含水飽和度為100%的層段可以解釋為干層.對于孔隙度較大，含水飽和度為100%的層段可以解釋為水層.對于孔隙度較小，含水飽和度較大的層段可以解釋為差油層.對于孔隙度較大，含水飽和度較大的層段可以解釋為油水同層.對于孔隙度較大，含水飽和度較小的層段可以解釋為油層.將解釋結果填入表2.

表2 葡XXX井孔隙度計算和解釋結果Table 2 Calculation and interpretation result of the porosity in Pxxxwell

將以上結果與該井的實際解釋結果相對照，孔隙度計算的結果誤差很小，而解釋結果基本正確.從而證明了利用密度測井資料確定巖層孔隙度的可行性.

4 結論

孔隙度是石油儲層評價的重要參數(shù)，如何比較準確地確定地層孔隙度是石油勘探的關鍵之一.密度測井在石油勘探中是一種重要的孔隙度測井方法，其最基本的用途就是確定巖層的孔隙度.通過上述工作，可以簡單有效地計算不同巖層的孔隙度，證明了密度測井在孔隙度計算方面的應用價值.隨著科學技術的不斷進步，密度測井技術也會隨之不斷更新.未來，密度測井在石油領域會發(fā)揮越來越重大的作用.

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