吳興能，肖承文，張承森，郭洪波，范文同

（中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000）

0 引 言

為更有效評價(jià)塔里木油田碳酸鹽巖儲層，進(jìn)行了大量研究，建立了計(jì)算碳酸鹽巖儲層參數(shù)的各種模型［1－3］，并編寫了相應(yīng)的測井處理程序，取得了較好的效果。但對于含白云巖地層的測井儲層參數(shù)處理則比較缺乏適合地區(qū)特點(diǎn)的儲層參數(shù)處理方法。對這種主要以石灰石、白云石及泥質(zhì)等礦物為骨架的儲層，處理方法主要有斯倫貝謝公司優(yōu)化處理方法（ELAN）、阿特拉斯公司復(fù)雜儲層處理方法（CRA）、掛接于Forward的優(yōu)化方法以及基于交會技術(shù)的處理方法等，但這些方法均有各自的缺點(diǎn)，不完全適應(yīng)于現(xiàn)場處理。目前的優(yōu)化處理方法（如ELAN）中的三孔隙度曲線均是孔隙度的線性響應(yīng)［4］，而事實(shí)并非如此，特別是對塔里木油田低孔隙度儲層，補(bǔ)償中子測井及聲波測井由于巖性影響，儲層孔隙度的非線性響應(yīng)對孔隙度計(jì)算有較大影響［5］。目前交會技術(shù)的處理方法主要有2類，一類是以德萊賽－阿特拉斯公司復(fù)雜巖性解釋程序（CRA）為代表的迭代方法［6］，該方法以具體儀器測井響應(yīng)圖版為基礎(chǔ)，處理迭代較快；另一類是通過三孔隙度測井響應(yīng)方程［6］，建立聯(lián)立方程組以解三角形方式求取孔隙度及礦物組分，該方法穩(wěn)定性較好，對高孔隙度地層適應(yīng)性也較好，但它沒有考慮具體的儀器因素。根據(jù)不同儀器的測井響應(yīng)圖版［7－8］，不同儀器對同一孔隙度的測井響應(yīng)值不同。為了解決這些問題，以具體儀器的測井響應(yīng)圖版為基礎(chǔ)，提出了穩(wěn)定性優(yōu)于CRA的迭代算法，并結(jié)合油田的研究成果，形成了適合于油田特定地區(qū)情況的碳酸鹽巖多礦物處理新技術(shù)。

1 技術(shù)背景及思路

1.1 多礦物處理方法比較

多礦物處理方法主要有最優(yōu)化方法和交會圖版法，但已有的方法均有各自的缺陷，不完全適合于該地區(qū)處理。特別是由于補(bǔ)償中子測井受巖性影響較大，在白云巖地層對孔隙度的響應(yīng)為非線性特征，這對低孔隙度地層的影響很大。

1.1.1 白云巖補(bǔ)償中子測井對不同孔隙度的測井響應(yīng)

目前油田主要采用的中子測井系列有Maxis－500及Eclips－5700系列，部分老井為3700系列。根據(jù)測井解釋圖版［7－8］，不同測井系列的中子測井儀器在白云巖地層的測井響應(yīng)不同（見圖1）。由圖1可見，對阿特拉斯2420型補(bǔ)償中子測井儀器，孔隙度為0～5%時(shí)，其非線性響應(yīng)特征非常明顯。

圖1 不同儀器在白云巖地層不同孔隙度的測井響應(yīng)特征

1.1.2 最優(yōu)化處理方法

斯倫貝謝公司最優(yōu)化處理方法（ELAN）適應(yīng)性較強(qiáng)，在大多數(shù)情況下，對于給定的巖性以及選擇合適的模型，可以求取準(zhǔn)確的巖性剖面和孔隙度。由模型可知，地層的測井綜合響應(yīng)值與地層各種巖性礦物的相對體積和各種礦物對相應(yīng)的測井方法的響應(yīng)方程有關(guān)。對補(bǔ)償中子測井，ELAN采用的測井響應(yīng)方程［4－5］為

式中，φm×Vm為骨架中子測井響應(yīng)；φf×Vf為流體中子測井響應(yīng)；ΔφN＿ex為補(bǔ)償中子挖掘效應(yīng)校正。由該測井響應(yīng)方程可見，其中并未考慮巖性影響的非線性因素；另一方面，用它處理其他測井儀器所采集的中子測井資料也是不合適的。

圖2 CRA迭代過程示意圖

1.1.3 阿特拉斯公司CRA交會處理方法

CRA交會算法嚴(yán)格按照圖版進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)算孔隙度考慮了補(bǔ)償中子測井響應(yīng)非線性因素。以數(shù)據(jù)點(diǎn)位于石灰?guī)r線與白云巖線之間為例，采用的迭代算法如下。

（1）設(shè)輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)為（CN，DEN），令初始孔隙度φ0＝CN。

（2）令白云巖孔隙度φD＝φ0，計(jì)算對應(yīng)白云巖線坐標(biāo)（CND，DEND）。

（3）直線（CN，DEN）－（CND，DEND）與石灰?guī)r線相交，交點(diǎn)孔隙度φL。

（4）令φ＝（φD＋φL）／2，若｜φ－φD｜＜ε，ε為給定誤差，輸出φ，轉(zhuǎn)第（5）步；否則令φD＝φ，求（CND，DEND），轉(zhuǎn)第（3）步。

（5）求各巖性體積比，灰?guī)r為φ0φD／φLφD，白云巖為φLφ0／φLφD。

該方法不能進(jìn)行裂縫孔隙度、裂縫含油飽和度等參數(shù)計(jì)算，缺乏適合地區(qū)的特殊解釋模型。

1.1.4 其他交會處理方法

除了上述方法外，還可用解三角形法求取孔隙度和巖性剖面［6］。其原理如圖3所示，由上往下4個(gè)礦物點(diǎn)石英、方解石、白云石、硬石膏分別表示C1～C4，它們與水點(diǎn)依次構(gòu)成3個(gè)三角形△1至△3。資料點(diǎn)落在哪個(gè)三角形內(nèi)，就按哪個(gè)三角形表示的礦物對其進(jìn)行解釋。根據(jù)該思路和模型，建立相應(yīng)的聯(lián)合方程組，將建立的方程組求解，就可以得到相應(yīng)礦物的體積含量。

圖3 解三角形法計(jì)算原理

將上述理論三角連點(diǎn)的方法與理論圖版疊加（見圖4）［6－7］發(fā)現(xiàn)理論線與儀器實(shí)際巖性線只有石灰?guī)r是重合的，這主要是由于儀器本來就以充滿淡水的石灰?guī)r刻度。對于其他巖性，隨著孔隙度的增加，誤差將會越來越大。因此，該方法并不適合在實(shí)際處理中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。圖4中，紅色線為儀器實(shí)際巖性曲線，藍(lán)色為三角連點(diǎn)方法采用曲線。

圖4 解三角形法與實(shí)際圖版的比較

1.2 研究的技術(shù)思路

研究主要參考測井解釋圖版以及斯倫貝謝公司的測井解釋圖版［7－8］，先對測井資料進(jìn)行環(huán)境校正，再對環(huán)境校正后的測井資料進(jìn)行綜合處理與分析。整體設(shè)計(jì)參考了各處理軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，并綜合考慮了塔里木油田碳酸鹽巖地層主要巖性特征。程序的主要處理方法及過程見圖5。在整個(gè)處理過程中，曲線環(huán)境校正方法、孔隙度計(jì)算方法、曲線泥質(zhì)校正方法、裂縫孔隙度計(jì)算、孔隙度含烴校正等為核心處理過程。

圖5 處理方法總體框架

2 處理方法研究

測井資料進(jìn)行處理前的預(yù)處理主要包括各種測井資料的環(huán)境校正，其主要依據(jù)是測井解釋圖版［7，9］?？傮w思路是對圖版進(jìn)行預(yù)處理，然后數(shù)字化，進(jìn)行曲線擬合，從而得到相應(yīng)的系數(shù)，對測井資料進(jìn)行環(huán)境校正。環(huán)境校正后的測井資料進(jìn)行下一步綜合處理與分析。

2.1 測井資料預(yù)處理方法

預(yù)處理采用圖版化方法，由于圖版是圖像形式，需要將它轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)值形式，這就涉及到圖像數(shù)字化。數(shù)字化后擬合就能得到相應(yīng)的系數(shù)，可以按照擬合的系數(shù)對曲線進(jìn)行環(huán)境校正。圖6為Eclips－5700系列1239雙側(cè)向測井儀器偏心測量時(shí)的環(huán)境校正圖版［7，9］。由圖6可見，數(shù)字化后的曲線和原始圖版一致性很好。根據(jù)圖版數(shù)字化后擬合得到的大量系數(shù)，編制了Eclips－5700常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)環(huán)境校正程序。程序掛接于Forward或Forward.net平臺上，具有可視化參數(shù)編輯功能，可利用平臺提供的分段處理功能對曲線進(jìn)行分段處理。

2.2 孔隙度及礦物剖面處理方法

塔里木油田碳酸鹽巖儲層主要礦物為石灰石和白云石，對充填、半充填洞穴有泥質(zhì)或砂巖充填，針對這種情況研究了基于交會圖的計(jì)算方法。

阿特拉斯公司早期公布CRA源代碼是基于2420型儀器，其迭代算法效率高，一般迭代6～8次即能獲得處理結(jié)果。但深入研究發(fā)現(xiàn)，該算法并不穩(wěn)定，在某些數(shù)據(jù)點(diǎn)并不能進(jìn)行有效的迭代，主要原因與現(xiàn)象有2類。①若數(shù)據(jù)點(diǎn)非?？拷自茙r線，個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)的初始孔隙度在白云巖線上的點(diǎn)，與數(shù)據(jù)點(diǎn)連線的直線L可能與石灰?guī)r線并無交點(diǎn)或者交點(diǎn)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致不能在設(shè)定的迭代次數(shù)內(nèi)迭代到最終數(shù)值（見圖7左）；②某些數(shù)據(jù)點(diǎn)迭代經(jīng)過一定次數(shù)后，會形成震蕩現(xiàn)象，即迭代孔隙度并不收斂，也不發(fā)散，形成交叉震蕩（見圖7右）。可見，該算法存在缺陷，需研究更穩(wěn)定的迭代收斂算法。

圖6 數(shù)字化擬合后圖版與原始圖版的對比（阿特拉斯公司1239型儀器偏心測量圖版［7］）

圖7 阿特拉斯公司迭代算法不穩(wěn)定現(xiàn)象

2.2.1 交會算法研究

交會圖版的巖性線均可以用拋物線ρ＝a×CN2＋b×CN＋c描述。如果巖性是直線，則a＝0。巖性線上，任何情況下孔隙度和密度成線性關(guān)系，即符合理論模型φ＝（ρ－ρma）／（ρf－ρma）。由此可知，在任何情況下，只需知道密度測井值、中子值、孔隙度中任一數(shù)值，就可以計(jì)算出另外2個(gè)值。

為了使得位于2條巖性線中的任何數(shù)據(jù)點(diǎn)在最后都能穩(wěn)定迭代，采取了夾逼的方法（見圖8）。計(jì)算過程如下。

圖8 中子與密度測井交會計(jì)算孔隙度算法

（1）設(shè)輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)為（CN，DEN），要求的孔隙度誤差為ε。

（2）設(shè)置初始最小孔隙度φmin和初始最大孔隙度φmax，平均孔隙度為φave＝（φmin＋φmax）／2。

（3）判斷數(shù)據(jù)點(diǎn)是否位于與孔隙度線φave與φ′ave＝φave＋ε之間。

（4）不在φave與φ′ave之間，若位于φave左邊，φmax＝φave；若位于φave右邊，φmin＝φave；跳轉(zhuǎn)第（2）步。

（5）在φave與φ′ave之間，達(dá)到誤差要求，φ＝φave＋ε／2，輸出孔隙度。

該交會圖版法計(jì)算孔隙度有效解決了補(bǔ)償中子測井對白云巖響應(yīng)非線性問題，計(jì)算的孔隙度與巖性剖面更加準(zhǔn)確。孔隙度計(jì)算采用了新算法，雖然增加了計(jì)算量，但穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。

2.2.2 泥漿濾液性質(zhì)對圖版的影響

據(jù)上節(jié)討論可知，任一巖性線均可用拋物線描述，通過對圖版作簡單分析，就可以得到任意地層水性質(zhì)條件下新圖版中的巖性線方程。

設(shè)校正前后巖性線方程分別為

它們之間的系數(shù)關(guān)系為

式中，G＝（Pm－Pf）／（Pm－Ptf），Pm為骨架參數(shù)；Pf為泥漿濾液參數(shù)；Ptf為圖版上的水參數(shù)，對于中子密度交會圖，它們分別為相應(yīng)巖性的骨架密度、泥漿濾液密度，Ptf＝1.0 g／cm3。

2.3 其他參數(shù)處理方法

碳酸鹽巖儲層評價(jià)參數(shù)包括裂縫孔隙度、裂縫含油飽和度、孔洞含油飽和度及滲透率等。

對裂縫孔隙度的計(jì)算主要有2種方法［1］。其一是適用于手工解釋的簡單模型。模型公式為，當(dāng)RLLd＜RLLs時(shí)

圖9 A井常規(guī)測井曲線環(huán)境校正實(shí)例

式中，φf為裂縫孔隙度；Rmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m；RLLd深側(cè)向電阻率，Ω·m；RLLs為淺側(cè)向電阻率，Ω·m。

其二是適合計(jì)算機(jī)處理的非線性模型。根據(jù)數(shù)值模擬，裂縫雙側(cè)向測井?dāng)?shù)值響應(yīng)可用式（6）、式（7）精確表示

式中，Clldo、Cllso分別為深淺側(cè)向電導(dǎo)率值；Cb為圍巖電導(dǎo)率；d1～d4、s1～s4為與裂縫產(chǎn)狀有關(guān)的系數(shù)。利用最小二乘法，可以求取式（6）、式（7）誤差極小值對應(yīng)的x0值，最終求得裂縫孔隙度

式中，Cmf為泥漿濾液電導(dǎo)率；φf為裂縫孔隙度。

對裂縫含油飽和度、孔洞含油飽和度等參數(shù)也有區(qū)域上相對成熟的測井解釋模型；對補(bǔ)償中子的挖掘效應(yīng)校正、孔隙度的含烴校正等均采用了已有的模型［4］。

3 處理實(shí)例及分析

圖9為A井的常規(guī)測井曲線環(huán)境校正實(shí)例。由圖9可見，擴(kuò)徑井段校正后的自然伽馬測井值比校正前的自然伽馬測井值略高，擴(kuò)徑越大，校正量越大；對比雙側(cè)向電阻率校正，泥漿對深側(cè)向電阻率的影響要大于淺側(cè)向電阻率。

預(yù)處理后的曲線進(jìn)行綜合處理后的成果圖見圖10。由圖10可見，該井主要發(fā)育2段儲層，根據(jù)綜合處理，共解釋Ⅱ類裂縫孔洞型氣層2個(gè)層共27 m，Ⅱ類裂縫孔洞型差氣層1個(gè)層4 m。該井對×144～×169 m井段進(jìn)行酸壓試油，用8 mm油嘴放噴求產(chǎn)，氣產(chǎn)量為110 098 m3，氣比重0.645，折日產(chǎn)氣264 234 m3，測試結(jié)論為氣層。

圖10 A井常規(guī)測井曲線綜合處理成果圖

4 結(jié) 論

（1）通過對迭代算法的改進(jìn)，使得程序更穩(wěn)定，適用性更強(qiáng)；新的算法比中國已有的解三角形法更合理，與最優(yōu)化處理方法相比，由于考慮了巖性對補(bǔ)償中子測井響應(yīng)非線性影響，在低孔隙度地層更具有適用性。

（2）根據(jù)不同地層水密度，計(jì)算對應(yīng)的新交會圖版處理方法更為合理。

（3）塔里木油田目前主要為Eclips－5700測井采集系列，針對該測井系列編寫了環(huán)境校正程序，在中國的多數(shù)處理軟件中尚沒有較成形的針對Eclips－5700系列常規(guī)測井的環(huán)境校正軟件，該程序有助于縫洞型碳酸鹽巖儲層的精細(xì)處理與評價(jià)。

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