測井解釋方法探究

張永健，黃海濤，湯子余，金玉堂

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中油測井新疆分公司測井，新疆克拉瑪依 834000；3.中海艾普油氣測試有限公司，天津 300300）

測井解釋技術(shù)在早期，主要是被用于尋找油氣藏。從20 世紀(jì)末期開始，有了更大的發(fā)展，它可以更好的勘測地層的地球物理性質(zhì)[1]。在與地質(zhì)研究結(jié)合起來后，測井解釋技術(shù)還具有辨別裂縫以及解釋巖石的機械性質(zhì)等特殊用途，是現(xiàn)代油氣勘探開發(fā)中必不可少的重要技術(shù)之一[2，3]。從2004 年劉傳平、楊青山等建議應(yīng)用巖石物理相分析技術(shù)以及水淹層測井響應(yīng)信息的研究方法來解釋薄差層水淹層[4]。到2015 年黃薇、張小莉等加入有機碳含量來完成鄂爾多斯盆地中南部延長組7段測井解釋模型的建立[5]。隨著石油勘探開發(fā)技術(shù)研究深度的不斷提高，各種測井解釋技術(shù)也在不斷的優(yōu)化和加深。

1 測井資料預(yù)處理

1.1 巖心深度歸位

在油藏的勘探開發(fā)中，巖心分析數(shù)據(jù)能較為真實地反映地層巖性及儲層物性等特征，但由于人為操作或儀器本身誤差，導(dǎo)致鉆井取心的巖心深度和測井深度不一致，為了增加巖心分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及后期測井參數(shù)模型的精度，需要對巖心深度進行校正處理。巖心歸位處理的常用方法有兩種：一是對比巖心的泥質(zhì)含量和自然伽馬曲線，來完成深度的校正；另一種是通過三孔隙度曲線與巖心實驗所得的孔隙度進行深度校正，完成巖心歸位。在巖心歸位處理的過程中，應(yīng)遵循以下原則[6]：（1）將物性、巖性相似的巖心歸為一層；（2）層內(nèi)巖性、物性夾層需加入層內(nèi)的平均參數(shù)計算；（3）每層的樣品數(shù)應(yīng)在5 塊以上；（4）區(qū)域樣品異常值不參與計算。

1.2 測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

在油氣田的長期勘探開發(fā)中，難以確保所有測井?dāng)?shù)據(jù)屬于同一類型，具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺度和相同的運行模式，這將不可避免地導(dǎo)致基于井和井之間的比例因子的誤差。因此，就有必要標(biāo)準(zhǔn)化測井?dāng)?shù)據(jù)，以提高解釋可信度[7]。

測井?dāng)?shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理的實質(zhì)是依據(jù)油藏的同一層段，其地球物理特性是相同的[8]。其中受區(qū)域構(gòu)造條件影響，使得標(biāo)準(zhǔn)化方法有所不同，常用的標(biāo)準(zhǔn)化方法有：直方圖法、均值方差法和趨勢面分析法等。如果區(qū)域跨度很大且其空間分布有明顯差異，選用趨勢面分析法，相反選擇用直方圖法，均值方差法[9，25]。

選取標(biāo)準(zhǔn)層是進行測井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化必不可少的一步，其選取應(yīng)遵循如下原則[9，10]：（1）在研究區(qū)域內(nèi)分布很廣，厚度通常大于5 m；（2）屬于地層響應(yīng)特征穩(wěn)定的巖層；（3）巖性、電性響應(yīng)特征明顯，方便全區(qū)追蹤對比。其中，標(biāo)準(zhǔn)層的特征值通常是層的平均值，也可以通過使用對數(shù)數(shù)據(jù)直方圖或頻率圖來選擇特征值。

2 測井參數(shù)解釋模型

在測井解釋的過程中，完成了測井資料的預(yù)處理后，接下來就是建立各種測井參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，為了使建立的測井參數(shù)解釋模型更為準(zhǔn)確，必須考慮各類影響參數(shù)。同時，還要充分利用巖心實驗數(shù)據(jù)，以使模型精度更高。創(chuàng)建高精確度的測井參數(shù)解釋模型是油藏后期開發(fā)工作的前提，只有這樣才能更精細(xì)的研究儲層[11，12]。

2.1 泥質(zhì)含量模型

泥質(zhì)是各類黏土礦物、細(xì)粉砂和其他非黏土礦物構(gòu)成的一種混合物，并且都受到各類因素影響而不能直接測量[13]。由于泥質(zhì)的測井響應(yīng)的存在，將會導(dǎo)致解釋的測井參數(shù)不準(zhǔn)確，因此，在測井解釋的過程中必須進行泥質(zhì)校正。

在砂巖地層中，由于泥巖中含有黏土和軟泥等放射性物質(zhì)，其自然伽馬值會偏大，而其他巖層放射性物質(zhì)含量極低，其自然伽馬曲線會呈現(xiàn)出低值。故常用自然伽馬來計算泥質(zhì)含量，在沒有伽馬測井曲線時，可以通過自然電位曲線或者其他測井響應(yīng)明顯的曲線來替代。其計算公式[14]為：

式中：GR-自然伽馬測井曲線響應(yīng)值；GRmin、GRmax-統(tǒng)計井段中自然伽馬的最小值和最大值；Sh-自然伽馬曲線的相對值（無量綱值）；gcur-經(jīng)驗系數(shù)（新地層一般取3.7～4，老地層一般取2）；Vsh-地層泥質(zhì)含量。

在礫巖儲層中，由于礫巖是快速混合和聚集的結(jié)果，其中含油較多的巖屑和長石，由于受到其中放射性礦物的影響，自然伽馬曲線反映儲層泥質(zhì)含量的準(zhǔn)確度會降低。因此，在礫巖儲層中，泥質(zhì)含量的計算不能選擇自然伽馬或自然電位曲線，通常選擇密度和中子測井曲線[15]。這是因為它們測井原理不同，中子和密度測井采用的是核測井原理，其受到巖性及非均質(zhì)性的影響更低，能更明顯的反映出泥質(zhì)含量的多少。

2.2 孔隙度模型

通常地質(zhì)學(xué)者在研究地層儲集能力時，將孔隙度作為主要研究參數(shù)之一。在儲層孔隙中，當(dāng)其飽含流體時，運用孔隙度測井系列均能取得較好的效果。常見的計算方法有以下兩種。

2.2.1 體積模型法 假定因變量為巖心實驗所得孔隙度，自變量為測井所得數(shù)據(jù)，經(jīng)過巖性相關(guān)性分析取得巖石骨架值，其中主要影響值有中子、密度和聲波，孔隙度模型如下[16，25]：

式中：PORR-地層有效孔隙度，%；ACF-校正后的聲波時差值，μs/m；TSH-解釋層段內(nèi)泥巖聲波時差值，μs/m；TF-流體聲波時差值，μs/m；TM-砂巖聲波骨架值，μs/m；Vsh-所在深度點的泥質(zhì)含量，%。

2.2.2 回歸擬合法 孔隙度主要受到巖性因素及孔隙結(jié)構(gòu)影響。前人通過分析大量取心資料和測井?dāng)?shù)據(jù)，表明巖心分析資料與聲波測井之間的相關(guān)性很好[17]。因此在不考慮泥質(zhì)含量的情況下，通過聲波測井和孔隙度回歸可以得到以下孔隙度模型：

式中：por-孔隙度，%；AC-聲波時差，μs/m；a、b-線性關(guān)系式相關(guān)系數(shù)。

在考慮泥質(zhì)含量的影響情況下，可以通過聲波、孔隙度和泥質(zhì)含量建立多元回歸公式：

式中：φ-有效孔隙度，%；AC-聲波時差，μs/m；Vsh-泥質(zhì)含量，%；a、b、c-線性關(guān)系式相關(guān)系數(shù)。

當(dāng)一些井沒有聲波時差數(shù)據(jù)時，可通過對已求得孔隙度的部分井的孔隙度與其他測井曲線作相關(guān)性分析，得到之間關(guān)系性，從而求取缺失聲波時差數(shù)據(jù)的這些井的孔隙度。

2.3 滲透率模型

滲透率是反映油氣藏滲流能力的主要參數(shù)之一，是決定油氣藏是否具備商業(yè)開采價值以及產(chǎn)能大小的重要因素[18，19]。目前在滲透率與儲層測井響應(yīng)之間并沒有一個明確的定量關(guān)系，大多數(shù)情況下，滲透率與孔隙度之間的相關(guān)性是最好的。但是儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的[20]，有些區(qū)域不一定符合這類關(guān)系，應(yīng)依照實際狀況展開研究。如下是經(jīng)常使用的幾種計算方法：

（1）對于均質(zhì)儲層來說，通常選擇Timur 公式來計算地層絕對滲透率[21]：

式中：φ-孔隙度，%；Swb-束縛水飽和度，%；a、b-經(jīng)驗系數(shù)；K-絕對滲透率，10-3μm2。

（2）用粒度中值、孔隙度來求取滲透率，由于滲透率也受到束縛水飽和度的影響，而束縛水飽和度受粒度中值影響最大，故應(yīng)先求出粒度中值，在優(yōu)選巖心資料的前提下，通過回歸可以得到粒度中值與泥質(zhì)含量的關(guān)系式[16]：

式中：Md-粒度中值，mm；Vsh-泥質(zhì)含量，%。

在與孔隙度和粒度中值等進行相關(guān)性分析，可建立滲透率解釋模型：

式中：φ-孔隙度，%；Md-粒度中值，mm；a、b、c-回歸系數(shù)。

（3）對于滲透率的計算，存在多種控制因素，如巖石孔隙、泥質(zhì)含量等，如若孔滲相關(guān)性較好，去掉有裂縫顯示、油跡以下及與總體趨勢不符合的數(shù)據(jù)點[22]，則可根據(jù)巖心實驗數(shù)據(jù)，得到滲透率的計算模型：

式中：K-滲透率，10-3μm2；φ-孔隙度，%；a、b-回歸系數(shù)。

2.4 含油飽和度模型

地層含水飽和度是反映儲層物性的主要參數(shù)之一，是指可動水占的孔隙體積。由于影響因素復(fù)雜多樣，含水飽和度的計算公式較多，飽和度解釋模型大體上可分為以下四類：Archie 公式解釋模型、考慮到泥質(zhì)因素的飽和度解釋模型、涉及到骨架及多重孔隙影響的飽和度解釋模型和非均質(zhì)地層中基于網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電的通用飽和度解釋模型[23]。常見的含油飽和度模型有如下三種：

（1）深側(cè)向電阻率的徑向探測能力是非常強的，能測到地層的原狀電阻率，同時其電阻率數(shù)值也受地層水礦化度的影響。因此，在巖心實驗的基礎(chǔ)上，可以采用深側(cè)向電阻率、有效孔隙度、地層水電阻率作為因變量，來建立含油飽和度模型：

式中：Sw-地層含水飽和度，%；PORR-有效孔隙度，%；RT-地層電阻率，Ω·m；Rw-地層水電阻率，Ω·m；So-地層含油飽和度，%。

（2）在巖心實驗的基礎(chǔ)上所構(gòu)建的地區(qū)性經(jīng)驗公式相關(guān)性很好，但它也過于依賴于巖心實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。建立地層含水飽和度的眾多方法中，最經(jīng)典的是阿爾奇公式，實際應(yīng)用效果很好。但需要注意的是，在求取巖電參數(shù)時，由于巖性不同會導(dǎo)致含水飽和度不同，故需要分巖性來選擇巖電參數(shù)，其公式表達(dá)如下：

式中：Sw-含水飽和度，%；φ-孔隙度，%；Rt-深側(cè)向電阻率，Ω·m；Rw-地層水電阻率，Ω·m；a-巖性系數(shù)；b-與巖性有關(guān)的系數(shù)；m-膠結(jié)指數(shù)；n-飽和度指數(shù)；So-地層含油飽和度，%。

（3）在建立老區(qū)塊的飽和度模型時，鑒于該類油田測井系列較老且沒有巖電實驗，但可得到電阻率測井及泥質(zhì)含量參數(shù)，因此一般選用Simandoux 模型來計算含水飽和度[24]。由于Simandoux 模型中充分考慮了泥質(zhì)含量以及泥巖電阻率的影響，當(dāng)儲層中泥質(zhì)因素影響占比較大時，也可選擇該模型，其模型為：

式中：φ-孔隙度，%；Rw-地層水電阻率，Ω·m；Rt-地層電阻率，Ω·m；Rsh-泥巖電阻率，Ω·m；Vsh-泥質(zhì)含量，%；So-地層含油飽和度，%。

3 模型檢驗

為了檢驗建立的解釋模型是否正確，需要對創(chuàng)建的參數(shù)模型進行驗證，常用的檢測方法有以下兩種：一是用巖心實驗所得的孔隙度和滲透率，與用測井解釋模型算得的孔隙度、滲透率進行對比，若兩者差距合理，則測井參數(shù)模型較為準(zhǔn)確；另一種方法是通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)對測井參數(shù)模型來驗證。

4 結(jié)論

（1）在測井解釋中，巖心歸位和測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化是第一步，對于后續(xù)的參數(shù)模型是否準(zhǔn)確有極大的影響，巖心及標(biāo)志層的選取都應(yīng)遵循各自的選取原則，處理方法則需要依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件來選擇。

（2）在測井參數(shù)解釋模型中，由于含油區(qū)域地質(zhì)狀況及測井儀器的不同，其測井參數(shù)的計算方法也不同。對于泥質(zhì)含量而言，由于砂巖和礫巖儲層中放射性物質(zhì)含量的不同，其計算方式也不同；在創(chuàng)建孔隙度模型時，則需依據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)來選擇計算方法；由于儲層測井響應(yīng)與滲透率之間相關(guān)性極其復(fù)雜，其計算方式的選取需要考慮儲層的非均質(zhì)性、孔滲關(guān)系、束縛水飽和度等因素；由于地層含水飽和度的影響因素復(fù)雜多樣，其計算方式較多，在建立含油飽和度模型時，需要充分考慮到研究區(qū)域的實際情況，如：研究區(qū)域是海相還是陸相油田，是老油田還是新油田，是否需要考慮其泥質(zhì)、骨架、多重孔隙的影響等。