張晉言， 劉海河， 劉 偉， 孫建孟， 趙建鵬

(1.中石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東東營 257096；2.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580)

基于雙“泥質(zhì)指示因子”的砂泥巖薄互層飽和度模型

張晉言1， 劉海河1， 劉 偉1， 孫建孟2， 趙建鵬2

(1.中石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東東營 257096；2.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580)

砂泥巖薄互層的電阻率受泥巖影響，導(dǎo)致直接應(yīng)用阿爾奇公式計(jì)算的含油飽和度偏低。針對(duì)砂泥巖薄互層內(nèi)部沉積結(jié)構(gòu)特征，將儲(chǔ)層看作多個(gè)不同巖性薄層交互分布的層狀介質(zhì)，考慮層間耦合與層內(nèi)泥質(zhì)的共同導(dǎo)電效應(yīng)，提出了一種橫向、縱向雙“泥質(zhì)指示因子”導(dǎo)電等效模型，由此建立了砂泥巖薄互層飽和度計(jì)算模型。通過處理分析實(shí)際測(cè)井資料可知，利用該模型計(jì)算的含水飽和度比阿爾奇公式計(jì)算結(jié)果低10%～20%，更接近于巖心試驗(yàn)分析結(jié)果。研究表明，新建立的飽和度模型可降低薄互層層內(nèi)及層間泥質(zhì)對(duì)含水飽和度計(jì)算的影響，適用于砂泥巖薄互層測(cè)井資料的處理解釋，對(duì)于厚砂巖層同樣適用。

砂巖 泥巖 薄互層 含水飽和度 泥質(zhì)指示因子 測(cè)井解釋模型

由于砂泥巖薄互層單層厚度薄，又多層復(fù)合疊加，使測(cè)井解釋難度增大，含水飽和度計(jì)算不準(zhǔn)。目前可用的飽和度模型都有其特定的應(yīng)用條件，如：阿爾奇飽和度模型適用于純砂巖地層和含泥質(zhì)較少的砂巖地層[1]；基于W-S模型或雙水模型的飽和度模型適用于泥質(zhì)砂巖地層[1-3]；基于多重孔隙的飽和度模型適用于碳酸鹽地層，及同時(shí)含有基質(zhì)孔隙和縫洞的雙重或三重介質(zhì)地層[4-5]；基于多薄片串并聯(lián)導(dǎo)電模型適用于更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電路徑的地層[6]。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含水飽和度，筆者在分析砂泥巖薄互層地層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從建立考慮層間耦合與層內(nèi)泥質(zhì)共同導(dǎo)電效應(yīng)的導(dǎo)電模型入手，建立了一種基于橫向和縱向雙“泥質(zhì)指示因子”的砂泥巖薄互層飽和度計(jì)算模型。

1 導(dǎo)電模型的建立

根據(jù)砂泥巖薄互層沉積結(jié)構(gòu)的特征，提出了一種參考電成像測(cè)井精確計(jì)算砂泥巖薄互層含水飽和度的方法，即：利用砂泥巖薄互層電成像測(cè)井資料，對(duì)處理窗長內(nèi)的薄層進(jìn)行巖性劃分，將其分為泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖3類，統(tǒng)計(jì)處理窗長內(nèi)不同巖層的厚度，處理窗長內(nèi)的地層電阻率是不同巖性薄層并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果，不同巖性的權(quán)系數(shù)由縱向“泥質(zhì)指示因子”給出，每一薄層的電阻率可以看作是泥質(zhì)砂巖導(dǎo)電，橫向“泥質(zhì)指示因子”用以表征泥質(zhì)砂巖層內(nèi)泥質(zhì)含量的變化。

該導(dǎo)電模型的提出基于以下假設(shè)：1)砂泥巖薄互層主要有泥巖層導(dǎo)電、砂巖層導(dǎo)電和泥質(zhì)砂巖導(dǎo)電等3種導(dǎo)電形式；2)根據(jù)測(cè)井測(cè)量時(shí)的原理，測(cè)得的電阻率是上述3種導(dǎo)電形式的并聯(lián)結(jié)果；3)泥巖含水飽和度為100%時(shí)，電阻率為定值；4)對(duì)于泥質(zhì)砂巖地層，認(rèn)為泥質(zhì)均勻分布，受含水飽和度的影響。

建立的砂泥巖薄互層導(dǎo)電模型等效的巖石物理模型如圖1所示。

2 雙“泥質(zhì)指示因子”飽和度模型的建立

針對(duì)砂泥巖薄互層沉積結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在縱向上，認(rèn)為地層的導(dǎo)電部分是由泥質(zhì)砂巖(或砂巖)與泥巖互層并聯(lián)導(dǎo)電形成的。利用縱向“泥質(zhì)指示因子”分析層間耦合，縱向“泥質(zhì)指示因子”可以表示為處理窗長內(nèi)泥巖薄層的總厚度與窗長L的比值：

(1)

式中：Fv為縱向“泥質(zhì)指示因子”；Hsh為處理窗長內(nèi)泥巖薄層的總厚度，m；L為處理窗長，m。

縱向“泥質(zhì)指示因子”不僅反映了處理窗長內(nèi)的巖性信息，也反映了處理窗長內(nèi)純泥巖薄層的厚度。在處理窗長內(nèi)，考慮到層間的耦合作用，根據(jù)并聯(lián)導(dǎo)電模型，導(dǎo)出砂泥巖薄互層的等效電阻率為：

(2)

式中：Rt為砂泥巖薄互層等效電阻率(近似為地層電阻率測(cè)井值)，Ω·m；Rsh為泥巖含水飽和度100%時(shí)的電阻率，Ω·m；Rs-sh為泥質(zhì)砂巖電阻率，Ω·m；Fv的取值范圍為0～1。

由式(2)可知：當(dāng)Fv=0時(shí)，處理窗長內(nèi)巖石為泥質(zhì)砂巖，可以根據(jù)式(2)計(jì)算其電阻率；當(dāng)Fv=1時(shí)，處理窗長內(nèi)巖石為純泥巖，退化為純泥巖電阻率。

在泥質(zhì)砂巖層內(nèi)，采用橫向“泥質(zhì)指示因子”分析泥質(zhì)含量對(duì)泥質(zhì)砂巖電性的影響。橫向“泥質(zhì)指示因子”表示泥質(zhì)砂巖中混合泥質(zhì)的含量，針對(duì)于泥質(zhì)砂巖層，其等效電阻率Rs-sh可表示為：

(3)

式中：Rs為純砂巖電阻率，Ω·m；Fh為橫向“泥質(zhì)指示因子”，取值0～1。

由式(3)可知，當(dāng)Fh=0時(shí)，泥質(zhì)砂巖電阻率簡(jiǎn)化為純砂巖電阻率Rs；當(dāng)Fh=1時(shí)，令含水飽和度Sw=1，泥質(zhì)砂巖電阻率退化為純泥巖電阻率Rsh。

對(duì)于純凈砂巖，根據(jù)阿爾奇公式有：

(4)

式中：Rw為地層水電阻率，Ω·m；φ為地層孔隙度；Sw為地層含水飽和度；a,b為巖性系數(shù)；m,n分別為膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù)。

根據(jù)圖1，在上述假設(shè)條件下，將式(2)、式(3)和式(4)聯(lián)立求解，可推導(dǎo)出砂泥巖薄互層電阻率模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

(5)

根據(jù)式(5)可以推導(dǎo)出砂泥巖薄互層含水飽和度計(jì)算式：

(6)

當(dāng)縱向“泥質(zhì)指示因子”和橫向“泥質(zhì)指示因子”均為0時(shí)，雙“泥質(zhì)指示因子”飽和度公式簡(jiǎn)化為阿爾奇公式。Fv由式(1)求取，F(xiàn)h按下述方法獲得。中子與密度孔隙度的差值與泥質(zhì)砂巖中泥質(zhì)含量(Fh)具有較好的指數(shù)關(guān)系[7]，先將中子與密度曲線按刻度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)刻度，然后進(jìn)行歸一化，最后利用歸一化后的中子密度曲線差值與巖心分析的泥質(zhì)含量建立關(guān)系模型。建立的模型為：

Fh=Vsh=cedP

(7)

(8)

式中：Vsh為泥質(zhì)含量，%；P為歸一化后密度與中子的差值；ρb為密度測(cè)井值，g/cm3；Φn為中子測(cè)井值，%；c，d為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以解決自然伽馬異常井段和灰質(zhì)含量較高儲(chǔ)層泥質(zhì)含量的計(jì)算問題[8]，建立關(guān)系模型時(shí)應(yīng)注意剔除異常井段的數(shù)據(jù)。

雙“泥質(zhì)指示因子”飽和度模型較好地解決了由于砂泥巖薄互層嚴(yán)重、單層厚度薄、分布規(guī)律復(fù)雜，從而使測(cè)井解釋難度增大、含水飽和度計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。

3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證雙“泥質(zhì)指示因子”砂泥巖薄互層飽和度模型(以下記為新模型)的適用性，編寫處理程序掛接在了Forward測(cè)井評(píng)價(jià)軟件平臺(tái)上[9]，并進(jìn)行了實(shí)例分析。

A井地層為典型的灘壩砂薄互層，圖2為其測(cè)井曲線處理結(jié)果。從圖2中電成像測(cè)井圖像可以看出，儲(chǔ)層以砂泥巖薄互層為主，單層厚度薄，多層疊加。圖2中，利用雙“泥質(zhì)指示因子”飽和度模型和阿爾奇公式計(jì)算含水飽和度時(shí)，兩者采用的地層水電阻率、孔隙度和a，b，m，n值都相同；桿狀線為巖心分析所得含水飽和度。

由圖2可知，利用新模型計(jì)算的含水飽和度比阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度低(低10%～20%)，這是因?yàn)樾履Ｐ涂紤]了薄互層內(nèi)泥質(zhì)和層間泥巖對(duì)薄互層電阻率的共同影響，提高了砂泥巖薄互層含水飽和度的計(jì)算精度。這可為儲(chǔ)量計(jì)算提供更為真實(shí)的有效厚度和飽和度參數(shù)。

圖3為B井測(cè)井曲線處理結(jié)果。B井處理的2 255.00～2 258.00 m和2 260.20～2 261.30 m井段為均質(zhì)性相對(duì)較好的含泥質(zhì)砂巖層。

由圖3可知，新模型由于考慮了層內(nèi)泥質(zhì)對(duì)電阻率的影響，計(jì)算的含水飽和度比阿爾奇公式的計(jì)算結(jié)果要低(低10%～20%)，尤其是泥質(zhì)砂巖上下邊界更明顯，與巖心試驗(yàn)分析結(jié)果一致?？梢?，在均質(zhì)性較好的含泥質(zhì)砂巖層，新模型同樣適用。

4 結(jié) 論

1) 縱向上，采用縱向“泥質(zhì)指示因子”分析砂泥巖薄互層層間泥巖和泥質(zhì)砂巖(或砂巖)的耦合導(dǎo)電；泥質(zhì)砂巖層內(nèi)，采用橫向“泥質(zhì)指示因子”分析泥質(zhì)對(duì)電性的影響；儲(chǔ)層巖石電阻率是薄互層層間與層內(nèi)泥質(zhì)共同作用的結(jié)果。基于此，可以推導(dǎo)出砂泥巖薄互層巖石電阻率公式。

2) 雙“泥質(zhì)指示因子”砂泥巖薄互層飽和度模型考慮了薄互層的沉積結(jié)構(gòu)，經(jīng)試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證，計(jì)算的儲(chǔ)層含水飽和度更為準(zhǔn)確。

3) 雙“泥質(zhì)指示因子”砂泥巖薄互層飽和度模型適用于具有電成像測(cè)井資料的含水飽和度計(jì)算，對(duì)于沒有進(jìn)行電成像測(cè)井的井，可以依據(jù)不同薄互層結(jié)構(gòu)給定的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算，不過計(jì)算精度可能會(huì)受到影響。

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[編輯 令文學(xué)]

Thin Sand and Mudstone Interbed Saturation Model Based on a
Dual Mudstone Indicator

Zhang Jinyan1， Liu Haihe1， Liu Wei1， Sun Jianmeng2， Zhao Jianpeng2

(1.WellLoggingCompany,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying,Shandong,257096,China；2.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(Huadong),Qingdao,Shandong,266580,China)

The resistivity of thin sand and mudstone interbeds is affected by mudstone,so that oil saturation calculated directly by Archie equation is lower.The reservoir can be considered as a layered medium with cross distribution of various thin layers based on internal sedimentary structural characteristics of thin sand and mudstone interbeds.Considering common electric conduction effect of interlayer coupling and a mudstone layer,a horizontal-vertical dual mudstone indicator conductive equivalent model is proposed.Thus,a computation model is built for thin sand and mudstone interbed saturation.According to processing and analysis of actual logging data,the water saturation calculated from the model is 10% to 20% lower than that calculated by the Archie equation which is closer to core test data.Research results show that the new saturation model can reduce effects on water saturation calculation of inter-layer and intra-layer mudstone of thin interbeds.It is applicable logging data interpretation for thin sand and mudstone interbed as well as thick sandstone.

sandstone;mudstone;thin interbed;water saturation;mudstone indicator;log interpretation model

2014-10-21；改回日期：2015-02-03。

張晉言(1965—)，男，山東嘉祥人，1986年畢業(yè)于華東石油學(xué)院礦場(chǎng)地球物理專業(yè)，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事測(cè)井資料評(píng)價(jià)研究及管理工作。

國家科技重大專項(xiàng)“精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與配套完善”(編號(hào)：2011ZX05006-002)資助。

?測(cè)井錄井?

10.11911/syztjs.201502011

P631.8+4

A

1001-0890(2015)02-0059-04

聯(lián)系方式：(0546)8761540，zhangjinyan209.slyt@sinopec.com。