楊玉卿 崔維平 王 猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部 河北三河 065201)

成像測井沉積學(xué)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢*

楊玉卿 崔維平 王 猛

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部 河北三河 065201)

成像測井沉積學(xué)是近年來發(fā)展起來的隸屬于儲層沉積學(xué)的一個重要分支，是復(fù)雜性、隱蔽性儲層勘探開發(fā)的重要技術(shù)方法。成像測井沉積學(xué)主要利用成像測井資料，結(jié)合常規(guī)測井、巖心及錄井資料，重點(diǎn)研究井中及近井帶儲層的沉積學(xué)特征，深刻揭示地層的沉積環(huán)境與沉積相，精細(xì)研究和評價儲層。簡要回顧了國內(nèi)外成像測井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，包括電成像、核磁共振成像及聲波成像測井技術(shù)。重點(diǎn)從4個方面論述了成像測井沉積學(xué)的應(yīng)用進(jìn)展，即沉積相分析由表及里，儲層構(gòu)型解析細(xì)致入微，儲層非均質(zhì)性研究由宏觀到微觀，儲層各向異性評價由近及遠(yuǎn)。目前成像測井沉積學(xué)研究方興未艾，還應(yīng)加強(qiáng)成像測井技術(shù)研發(fā)的持續(xù)攻關(guān)、成像測井沉積學(xué)研究內(nèi)容的持續(xù)深化與完善以及與巖心沉積學(xué)和地震沉積學(xué)研究的深度融合。

成像測井；沉積相；儲層構(gòu)型；儲層非均質(zhì)性；儲層各向異性；技術(shù)進(jìn)展；發(fā)展趨勢

成像測井源于美國，屬于高端測井技術(shù)，包括電成像、核磁共振成像及聲波成像測井，它是在井下采用陣列傳感器掃描測量井眼縱向及徑向地層信息，利用遙傳將采集到的這些信息從井下傳到地面，通過圖像處理技術(shù)得到井壁二維圖像或井眼周圍一定探測范圍內(nèi)的三維圖像。成像測井在2000年前后陸續(xù)引進(jìn)我國，在地層評價與儲層地質(zhì)研究中發(fā)揮了重要作用。

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，不斷在復(fù)雜巖性、細(xì)粒薄互層沉積、低滲到致密儲層以及縫洞型儲層發(fā)現(xiàn)有商業(yè)價值的油氣層，由于這類儲層的高度復(fù)雜性，依靠常規(guī)測井要有效發(fā)現(xiàn)并評價這類儲層難度很大，而成像測井技術(shù)由于地層信息采集量大、分辨率高，利用該技術(shù)進(jìn)行儲層評價則可提高10%～20%的油氣儲量[1]。

中海油田服務(wù)股份有限公司(簡稱中海油服)于2010年前后開始進(jìn)行成像測井技術(shù)研究，在“十二五”期間陸續(xù)推出完備的自主成像測井技術(shù)系列。在成像測井資料的地質(zhì)應(yīng)用方面，經(jīng)過10多年的技術(shù)方法創(chuàng)新與實踐，不僅開發(fā)出了完備的成像測井系列軟件，也探索總結(jié)出基于成像測井資料以解決儲層沉積學(xué)問題為核心的邊緣學(xué)科，即碎屑巖成像測井沉積學(xué)[2-3]。

本文在簡要回顧國內(nèi)外成像測井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了成像測井沉積學(xué)的研究內(nèi)容及應(yīng)用進(jìn)展，展望了成像測井技術(shù)改進(jìn)和發(fā)展的方向。

1 成像測井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

與國外成像測井技術(shù)相比，中海油服成像測井技術(shù)研發(fā)起步于“十一五”期間，快速發(fā)展于“十二五”期間，在不足10年的時間內(nèi)，相繼研發(fā)出陣列聲波成像測井儀EXDT、電成像測井儀ERMI以及核磁共振成像測井儀EMRT，在國內(nèi)率先形成了完整的電纜成像測井技術(shù)系列。

1.1 電成像測井

電成像測井是地層微電阻率掃描成像測井的簡稱，是井壁成像的重要測井方法。斯倫貝謝公司早在1991年就率先推出新一代全井眼微電阻率成像測井儀FMI。此后不久，貝克-阿特拉斯公司的聲電組合成像測井儀STARII、哈里伯頓公司的微電阻率成像測井儀EMI和XRMI也相繼投入商業(yè)應(yīng)用。在國內(nèi)，中國石油在2010年率先成功研發(fā)電成像測井儀MCI并得到應(yīng)用。中海油服于2012年成功研發(fā)適用于水基鉆井液的電成像測井儀ERMI并投入應(yīng)用，2014年在國內(nèi)率先推出適用于油基鉆井液的電成像測井儀OGIT，2016年再次成功研發(fā)適用于小井眼的水基鉆井液高溫電成像測井儀。其中，電成像測井儀ERMI有6個極板，每個極板25個電扣分兩排交錯排開，可同時測得150條電阻率曲線，縱向采樣率2.54 mm，在φ203.2 mm井眼的覆蓋率約60%；由于其縱向上具有5.08 mm的極高分辨率和較高的井壁覆蓋率，因此從擬合的地層微電阻率圖像上易于識別薄層和中厚層理的紋層[4]，也包括一些較小的裂縫等，被地質(zhì)學(xué)家稱為“地下地層顯微鏡”。

為了克服油基鉆井液不導(dǎo)電問題并提高井壁地層的覆蓋率，斯倫貝謝公司于2014年推出了最新一代近乎全井眼覆蓋的高清晰油藏地質(zhì)成像儀Quanta Geo[5]。該儀器有上下2個探頭段各4個極板，呈90°角位布置，每個極板有一排水平排列的24個紐扣電極，向地層發(fā)出高頻(MHz頻段)電流，形成電容式連接。該儀器在φ203.2 mm井眼的覆蓋率達(dá)到98%，縱向分辨率達(dá)到6 mm，橫向分辨率達(dá)到3 mm，成像質(zhì)量完全可以與水基鉆井液成像儀FMI媲美。

1.2 核磁共振成像測井

核磁共振成像測井是20世紀(jì)末測井領(lǐng)域最令人激動的技術(shù)成就，它對地層孔隙流體中氫核NMR信號進(jìn)行觀測，測量信號不受固體骨架影響，克服了傳統(tǒng)測井方法的評價缺陷，使得諸如復(fù)雜巖性、低孔低滲油氣藏等常規(guī)測井方法難以解決的復(fù)雜問題迎刃而解[6]。哈里伯頓公司于1997年率先推出全新的核磁共振成像測井儀MRIL-P；同期，斯倫貝謝公司研制的一種貼井壁的核磁共振測井儀CMR也開始商業(yè)化應(yīng)用，并于2006年推出新一代二維核磁共振成像測井儀MR Scanner。2002年，貝克-阿特拉斯公司推出MREx核磁共振成像測井儀進(jìn)入商用市場。在國內(nèi)，中海油服于2012年成功研發(fā)核磁共振成像測井儀EMRT，于2013年實現(xiàn)儀器的工程化制造，填補(bǔ)了國內(nèi)空白；中國石油在2015年成功研發(fā)核磁共振成像測井儀MRT并得到應(yīng)用。核磁共振成像測井能夠?qū)蓜恿黧w、毛管束縛水、黏土束縛水進(jìn)行區(qū)分，并以其獨(dú)有的對地層孔隙結(jié)構(gòu)的刻畫和提供精確的儲層參數(shù)，解決了復(fù)雜儲層分類評價問題，推動了儲層非均質(zhì)性研究以及“甜點(diǎn)”儲層的尋找。

目前，核磁共振成像測井向3個方向發(fā)展：一是由一維向二維發(fā)展，實現(xiàn)對復(fù)雜巖性油氣層的有效識別，如斯倫貝謝公司的二維核磁儀器MR Scanner；二是向隨鉆方向發(fā)展，可以在鉆井過程中獲取儲層孔隙度、滲透率、束縛水及孔徑分布等重要參數(shù)，如哈里伯頓公司的MRIL-WD、斯倫貝謝公司的ProVISION和貝克休斯公司的MagTrak均實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；三是與地層測試取樣結(jié)合，在原狀地層條件下測量流體的相關(guān)核磁共振特性，如含氫指數(shù)、縱向弛豫時間、橫向弛豫時間、擴(kuò)散系數(shù)及黏度等[7]。

1.3 聲波成像測井

多級子陣列聲波成像測井儀是繼長源距聲波測井之后的新一代全波列聲波測井儀器，它采用了單極子全波測量和正交偶極子測量技術(shù)，能精確地進(jìn)行各類地層的聲波測量。斯倫貝謝公司在1995年推出多級陣列聲波成像測井儀DSI；同期，貝克-阿特拉斯公司的多級陣列聲波成像測井儀XMAC系列也投入商用；2000年，哈里伯頓公司推出了多級陣列聲波成像測井儀WaveSonic并進(jìn)入商用市場。在國內(nèi)，幾家油田服務(wù)公司都積極開展了多級子陣列聲波儀器的研制及數(shù)據(jù)處理方法的研究工作，中國石油在2008年率先成功研制多級子陣列聲波成像測井儀MPAL；2009年中海油服成功研發(fā)多級子陣列聲波成像測井儀EXDT，并投入商業(yè)應(yīng)用。聲波成像測井除了能精確進(jìn)行各種地層(包括軟地層)的聲速測量外，在地層評價、巖石機(jī)械特性分析、裂縫評價、橫波各向異性和井周附近地質(zhì)構(gòu)造探測等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，聲波成像測井正向2個方向發(fā)展。一是由探測井壁表面巖石平均速度特性向探測井旁多方位巖石速度方向發(fā)展，即三維聲波成像。三維聲波成像技術(shù)是聲波成像技術(shù)發(fā)展的最新成果，最早以斯倫貝謝公司2006年推出的三維聲波成像測井儀Sonic Scanner為代表，具有更大的徑向探測深度、八方位的周向聲波速度探測能力，能夠呈現(xiàn)井壁附近軸向、徑向、環(huán)向速度變化，對優(yōu)化鉆井、精細(xì)評價儲層以及油田生產(chǎn)壓裂評價等有重要作用。中海油服于2015年成功推出同類儀器AFBS，并投入應(yīng)用。二是向井眼外更遠(yuǎn)方向探測，即遠(yuǎn)探測聲波成像，該技術(shù)旨在探測井眼外更遠(yuǎn)范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造體特征，包括裂縫、孔洞、各類界面等?；趥鹘y(tǒng)單極子縱波測井技術(shù)可實現(xiàn)井眼外探測深度約3～10 m[8]。近年來聲波遠(yuǎn)探測技術(shù)的一個重要進(jìn)展是利用偶極橫波技術(shù)探測地層深部的反射波信號，如貝克-阿特拉斯公司的交叉偶極橫波成像測井儀XMAC-F1可以探測井眼外15～18 m范圍內(nèi)的裂縫及層界面信息。中海油服研發(fā)的偶極橫波遠(yuǎn)探測聲波成像測井儀AFST能夠?qū)壑車?0 m 范圍以內(nèi)的裂縫、斷層或溶蝕孔洞等構(gòu)造體進(jìn)行清晰成像，且由于偶極子聲源具有方向性，使得橫波遠(yuǎn)探測技術(shù)不但能確定反射體的位置，還能確定其方位[9]。

2 成像測井沉積學(xué)研究及應(yīng)用進(jìn)展

世界油氣儲量的90%以上儲藏在沉積巖中，而我國探明油氣總儲量的90%以上又以碎屑巖為主；因此，碎屑巖成像測井沉積學(xué)是今后重要研究方向之一。成像測井技術(shù)在20多年的發(fā)展中為油氣勘探開發(fā)提供了重要動力，在地層沉積相分析[10-13]、儲層研究[14-15]以及潛山火山巖評價[16-17]等方面取得了顯著效果，而且與地震沉積學(xué)一樣，正逐步發(fā)展成為儲層沉積學(xué)的重要分支，即成像測井沉積學(xué)。

成像測井沉積學(xué)是以成像測井資料為主，結(jié)合常規(guī)測井、錄井、巖心與相關(guān)實驗以及地震等資料，以沉積學(xué)理論方法為指導(dǎo)，對地層進(jìn)行沉積學(xué)分析與儲層研究的一門交叉學(xué)科，是直觀、清晰、連續(xù)和深入地認(rèn)識地下地層沉積特征、形成環(huán)境及其展布的重要技術(shù)方法，其核心任務(wù)主要有2個方面，即沉積相分析和儲層評價。其中，前者研究成果豐富，后者是在近幾年逐步發(fā)展起來，內(nèi)容包括了薄儲層成因解析、儲層非均質(zhì)性研究、隔夾層精細(xì)分析、儲層構(gòu)型分析、縫洞型儲層定量評價等。筆者以近年來研究實例為主，結(jié)合前人研究成果，重點(diǎn)從4個方面對成像測井沉積學(xué)的研究進(jìn)展進(jìn)行論述。

2.1 沉積相分析由表及里

傳統(tǒng)方法主要是基于測井曲線的形態(tài)和幅度等特征來研究地層的沉積相，稱為測井相分析，在20世紀(jì)80年代較為盛行；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，地層傾角測井的廣泛應(yīng)用在沉積相研究中發(fā)揮了積極作用，尤其是在砂體沉積構(gòu)造及古流向分析等方面。目前，這些傳統(tǒng)的測井相分析方法仍在測井沉積學(xué)研究中發(fā)揮著積極作用，尤其是在成像測井的采集尚不充分的情況下。

顯然，以常規(guī)測井為主的測井相分析屬于比較宏觀的沉積相分析方法，由于其很低的縱向分辨率(通常>30 cm)而無法洞察砂體內(nèi)部的構(gòu)成單元、疊置關(guān)系以及界面情況等，因而難以準(zhǔn)確認(rèn)識和分析砂體形成過程及形成條件。地層傾角測井資料雖然有較高的縱向分辨率，但測量曲線僅4～8條，只能采用相關(guān)對比或模式識別方法進(jìn)行處理，在地層分布穩(wěn)定且連續(xù)的情況下效果較好，但在地層垂向上復(fù)雜多變或非均質(zhì)性強(qiáng)時可靠性變差、多解性增強(qiáng)，其解釋結(jié)果常常受到地質(zhì)學(xué)家的質(zhì)疑。

電成像測井資料在所有測井資料中分辨率最高，其縱向、橫向分辨率約為5 mm，可以識別出中厚紋層和一般紋層系的厚度[4]，這意味著根據(jù)電成像測井資料可以描述巖心或露頭上可以識別出的絕大部分沉積構(gòu)造特征，且其縱向上的連續(xù)性是巖心或露頭難以企及的?；陔姵上駵y井資料進(jìn)行沉積相分析，其成果自2000年后越來越豐富，主要進(jìn)展與優(yōu)勢體現(xiàn)在以下5個方面。

2.1.1 巖性綜合定量識別

早期從電成像測井FMI識別地層巖性的代表性成果是文獻(xiàn)[18]，作者基于FMI與取心資料對照研究，對目標(biāo)區(qū)碎屑巖、碳酸鹽巖和巖漿巖進(jìn)行了識別，其中碎屑巖識別出了泥巖、砂巖、礫巖與角礫巖、火山碎屑巖等4種類型，所建立的圖像識別模式基本依靠的是圖像顏色及內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，用于特定目標(biāo)區(qū)是可行的。類似的成果還很多，但也都是區(qū)域性適用標(biāo)準(zhǔn)。從電成像測井原理看，所測量的是地層電阻率相對值，受流體性質(zhì)、成巖作用等因素影響大，同一砂體頂?shù)撞咳绯涮盍黧w性質(zhì)不同，其電阻率值是有明顯差異的，因此采用圖像顏色識別巖性有明顯局限性。為克服這些問題，筆者提出了巖性綜合定量識別方法[2]，主要思路是把常規(guī)測井、錄井、巖心分析等資料綜合利用，既融入傳統(tǒng)的巖礦鑒定及粒度分析成果，也參考測井相分析的方法，所識別的巖性按照粒級粗細(xì)分類，克服了流體性質(zhì)和成巖作用的影響；所建立的全井段巖性柱狀圖縱向連續(xù)且分層厚度達(dá)到厘米級(圖1)，可以滿足精細(xì)的沉積學(xué)和層序地層分析需要。

圖1 巖性綜合定量識別成果Fig .1 Comprehensive quantitative recognition of lithology

2.1.2 沉積構(gòu)造綜合識別

沉積構(gòu)造是沉積巖最重要的沉積特征，也是沉積相分析的主要依據(jù)，包括層內(nèi)構(gòu)造和層面構(gòu)造。層內(nèi)構(gòu)造是巖層內(nèi)部碎屑顆粒排列不同呈現(xiàn)出的非均質(zhì)性特征，包括層理構(gòu)造、變形構(gòu)造、化學(xué)成因的結(jié)核及生物擾動構(gòu)造等，其中層理構(gòu)造最為常見。筆者[2]曾建立了7種碎屑巖中常見層理構(gòu)造的電成像圖像、傾角矢量及地質(zhì)模型一體化的綜合識別模式，并提出根據(jù)紋層傾角大小判別砂體沉積期水動力能量強(qiáng)弱的方法。層面構(gòu)造是巖層表面呈現(xiàn)出的不平坦或特殊的沉積構(gòu)造，是地層沉積條件的轉(zhuǎn)換面或主要沉積事件留下的痕跡。目前在二維圖像可識別出的主要層面構(gòu)造是沖刷面及波痕面，其他相關(guān)界面如紋層系界面、層界面以及各類裂縫面等也可有效識別。這些界面是其他測井資料難以有效識別的，是進(jìn)行砂體成因及內(nèi)部構(gòu)型解析的主要依據(jù)。圖2是基于電成像測井資料識別出的部分沉積構(gòu)造類型。

圖2 電成像測井識別常見沉積構(gòu)造Fig .2 Common sedimentary structures from resistivity imaging logging

2.1.3 沉積微相到巖性相精細(xì)分析

沉積相分析綜合性強(qiáng)，其中相標(biāo)志是確定相帶及微相的主要依據(jù)。以往基于常規(guī)測井曲線形態(tài)特征可以有效判斷常見沉積相如辮狀河、曲流河以及三角洲等[19]。以河道型砂體為例，自然伽馬曲線呈箱形一般認(rèn)為是河道中心微相，呈鐘形為河道側(cè)翼微相，呈齒化鐘形為河道邊緣微相，這種相分析方法主要建立在對區(qū)域地質(zhì)背景認(rèn)識清楚并有適量巖心標(biāo)定的基礎(chǔ)之上。但在井少、取心不連續(xù)，尤其是儲層巖性復(fù)雜的情況下，常規(guī)測井資料往往力所不及，而電成像測井由于可以提供儲層的巖性、清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、高精度的沉積序列以及古流向等重要相標(biāo)志信息，使其在沉積相分析方面有突出優(yōu)勢。例如，吳洪深 等[12]、閆建平 等[20]對復(fù)雜砂礫巖沉積相的研究，隆山 等[21]、何小胡 等[22]對重力流沉積相帶的識別，Chai 等[23]、吳煜宇 等[13]對礁灘型碳酸鹽巖沉積相的劃分,這些成果均充分利用了電成像測井資料的優(yōu)勢，取得了很好效果。筆者[14]利用電成像測井將珠江口盆地西部珠江組海相細(xì)粒沉積劃分為8種沉積微相，其中潮汐水道微相的確定就充分利用了砂體中發(fā)育的羽狀交錯層理及古流向信息，而淺海風(fēng)暴砂微相的識別則利用了砂體中發(fā)育的沖刷面、粒序?qū)永硪约俺练e序列等標(biāo)志。圖3是某井三角洲前緣水下分流河道沉積微相測井響應(yīng)圖，可以看出頂部1 636.0～1 642.3 m的河道砂體常規(guī)曲線呈箱形，表明位于河道中心部位；從電成像圖像看，其底部為沖刷面，之上為塊狀滯留沉積，中部交錯層理發(fā)育， 且傾角矢量以藍(lán)模式為主，指示古流向總體為南稍偏西。

圖3 三角洲前緣沉積測井響應(yīng)Fig .3 Logging responses for delta front deposition

在許多復(fù)雜低滲與致密儲層砂體中，同一微相如連續(xù)的河道砂體的物性、孔隙結(jié)構(gòu)及產(chǎn)能差異很大，其中往往蘊(yùn)含著“甜點(diǎn)”。為仔細(xì)刻畫或找出其中的“甜點(diǎn)”，筆者基于電成像測井的優(yōu)勢，參照Miall[24]和李思田[25]對河流沉積成因單元的劃分方法，把沉積微相進(jìn)一步劃分為若干個不同成因單元的巖性相，每種巖性相由巖性及其發(fā)育的沉積構(gòu)造來描述，代表不同的沉積環(huán)境條件。例如，高角度的板狀交錯層理中砂巖反映較強(qiáng)的水動力能量條件，對應(yīng)的碎屑顆粒結(jié)構(gòu)成熟度較好，原始孔隙發(fā)育且連通性好；而塊狀層理的砂礫巖則反映快速或近源沉積條件，碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)成熟度較差，原始物性條件相對不好。按照巖性相分析的方法，筆者[14，26]對珠江口盆地深層低滲砂礫巖儲層及淺層低滲細(xì)粒巖儲層的巖性相進(jìn)行了分析，揭示了在低滲透儲層背景下有利儲層或“甜點(diǎn)”的成因及識別標(biāo)準(zhǔn)。因此，從低滲儲層勘探開發(fā)需要及技術(shù)發(fā)展方向看，急需依靠電成像測井資料將沉積相分析盡快深化到巖性相單元研究，首先從井筒中找出真正的“甜點(diǎn)”及其敏感參數(shù)，然后進(jìn)行橫向分布預(yù)測，并通過側(cè)鉆水平井技術(shù)探索低滲儲層高效開發(fā)的新模式。

超聲檢查技術(shù)具有簡便、無痛、無創(chuàng)、安全、實時、可重復(fù)性、無年齡限制等優(yōu)勢，被廣泛用于胎兒結(jié)構(gòu)畸形的篩查。胎兒主要器官在12周前已基本發(fā)育完成，部分常見的胎兒畸形在此階段已經(jīng)發(fā)生，早期診斷越來越得到重視。早孕期超聲軟指標(biāo)異常，能夠早期預(yù)測胎兒異常，如染色體異常、結(jié)構(gòu)畸形及自然流產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局。

2.1.4 井點(diǎn)古流向精確分析

砂體沉積期古流向分析是盆地分析的主要內(nèi)容之一，也是露頭沉積相分析及物源方向確定的關(guān)鍵任務(wù)?；陔姵上駵y井資料分析確定井點(diǎn)處古流向的方法以及開展不同成因砂體古流向分析應(yīng)注意的事項，筆者[2]曾有專門闡述，相關(guān)成果豐富，不再細(xì)述。

2.1.5 砂體展布趨勢定量預(yù)測

砂體在井眼附近及井間的展布狀態(tài)與其沉積作用方式有關(guān)。各種沉積作用對應(yīng)的砂體展布特征及測井響應(yīng)有較大差異[2]。對于常見填積作用形成的正韻律水道型砂體以及前積作用形成的反韻律砂壩，其理想測井響應(yīng)如圖4所示，可以根據(jù)砂體頂?shù)撞堪l(fā)育的傾角大小定量確定砂體尖滅的距離以及尖滅方向；對于加積作用形成的正韻律或箱形砂體，疊加厚度較大，分布穩(wěn)定廣泛，以辮狀河砂體為代表；對于側(cè)積作用形成的鐘形正韻律砂體，厚度相對較小，多呈側(cè)向疊置，橫向變化快，要錯位追蹤。

圖4 基于成像測井資料的砂體分布預(yù)測Fig .4 Sand body distribution prediction based on resistivity imaging logging

2.2 儲層構(gòu)型解析細(xì)致入微

建立儲層地質(zhì)模型進(jìn)而指導(dǎo)井間儲層預(yù)測是儲層沉積學(xué)研究的范疇。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，須開展露頭和井下儲層地質(zhì)研究，建立各類砂體的原型地質(zhì)模型。最新的三維地震沉積學(xué)可以預(yù)測井間儲層分布，可實現(xiàn)的垂向分辨率約為10m，大體上可以識別較大型沉積體，即相當(dāng)于微相級別的儲層[27]，但對于儲層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征以及非均質(zhì)性特征則無能為力。儲層構(gòu)型或內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)的提出，就是通過引入成因單元和界面分級系列來分層次或單元精細(xì)研究儲層，即把儲層垂向分期、側(cè)向劃界[27]。在井下利用電成像測井資料實現(xiàn)對儲層構(gòu)型的解析已成為重要的手段，也是當(dāng)前攻關(guān)的熱點(diǎn)之一。儲層構(gòu)型解析的內(nèi)容包括各級界面識別分級、紋層層系識別、隔夾層識別、流動單元分析以及砂體疊置關(guān)系等，這些特征信息的提取是實現(xiàn)儲層垂向分期的依據(jù)，而電成像測井資料具備露頭的大部分功能，可以有效識別和分析這些信息。

在儲層構(gòu)型解析中，有2項研究至關(guān)重要：首先是層界面識別與分級，李思田[25]把河流相砂體的內(nèi)部層界面分為8級，其中1～4級即層系、層系組、點(diǎn)砂壩單元及點(diǎn)砂壩體是基本的細(xì)分單元，垂向上疊置可構(gòu)成更大型的沉積體界面;其次是流動單元，主要指橫向和垂向上連續(xù)并具有相似孔滲及流動特征的儲層單元，其與巖性相單元基本吻合，相當(dāng)于沉積微相內(nèi)部成因單元的細(xì)分。圖5是層界面劃分及三角洲前緣分流河道砂體內(nèi)部構(gòu)型解析。

圖5 儲層內(nèi)部構(gòu)型單元劃分Fig .5 Division of internal architecture units of reservoir

研究表明，基于電成像測井的儲層構(gòu)型解析較好地解決了儲層的垂向分級，但側(cè)向劃界應(yīng)結(jié)合前述砂體展布趨勢預(yù)測，兩者結(jié)合可以較好地彌補(bǔ)地震沉積學(xué)對儲層分布預(yù)測精度較低的不足，既使建立的儲層地質(zhì)模型更加精細(xì)可靠，也豐富了儲層沉積學(xué)研究的方法和內(nèi)容。

2.3 儲層非均質(zhì)性研究由宏觀到微觀

儲層非均質(zhì)性是指由沉積、成巖及構(gòu)造作用導(dǎo)致儲層各屬性在三維空間分布及內(nèi)部存在的不均勻變化。儲層非均質(zhì)性是絕對的，具有規(guī)模和層次性差異，表現(xiàn)方式與分類多樣。裘亦楠[28]把儲層非均質(zhì)性分為宏觀及微觀兩類，基于成像測井特點(diǎn)的這種分類易于描述。儲層宏觀非均質(zhì)性是從肉眼可辨的角度分析，主要由巖性及其沉積構(gòu)造的變化來表述，是由原始沉積作用決定的，可由電成像測井資料來刻畫；儲層微觀非均質(zhì)性主要依靠顯微鏡、電鏡等手段來分析，是由原始沉積作用及成巖作用等共同影響的結(jié)果，多體現(xiàn)在孔隙組分及孔隙結(jié)構(gòu)的變化。核磁共振成像測井既可表征儲層不同大小孔隙組分構(gòu)成，也可計算出連續(xù)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)及物性參數(shù)，是表征儲層微觀非均質(zhì)性的主要技術(shù)方法。

在低孔低滲或近致密儲層背景下尋找“甜點(diǎn)”[29]，其實質(zhì)就是在非均質(zhì)性強(qiáng)的儲層中發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲層(圖6)。海上不同層系海陸相儲層成像測井沉積學(xué)研究表明，當(dāng)原始沉積層理構(gòu)造特別是交錯層理發(fā)育時，儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)都較好，是真正的“甜點(diǎn)”儲層(圖6a)；當(dāng)儲層原始沉積構(gòu)造以塊狀層理為主時，在經(jīng)歷同等成巖作用的影響下，儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)較差，難以成為“甜點(diǎn)”儲層[26](圖6b)。這一現(xiàn)象的機(jī)理是：如果儲層原始沉積水動力能量強(qiáng)，碎屑顆粒改造充分、排列良好，形成較高角度的交錯層理，則原始孔隙及結(jié)構(gòu)均較好，在成巖階段也有利于流體的流動交換，易于次生孔隙發(fā)育，保持較好孔滲性；如果儲層以快速方式沉積，碎屑顆粒改造差、排列雜亂，形成塊狀層理構(gòu)造，則原始物性先天性差，在成巖階段不利于流體交換，不利于次生孔隙發(fā)育，現(xiàn)今多表現(xiàn)為較差的孔隙結(jié)構(gòu)。從水道型砂體沉積序列看(圖6a)，底部或下部多為塊狀滯留沉積，通常物性較差；中上部為交錯層理構(gòu)造發(fā)育段，物性均較好，通常為真正的“甜點(diǎn)”存在段；而頂部因巖性變細(xì)物性隨之變差，這就是儲層非均質(zhì)性強(qiáng)的真正原因。

2.4 儲層各向異性評價由近及遠(yuǎn)

各向異性是指巖石某種物理性質(zhì)與空間方向有關(guān)的性質(zhì)，最常見的物理性質(zhì)是聲波速度。在碳酸鹽巖、火山巖及變質(zhì)巖等非均質(zhì)性強(qiáng)的儲層中，較高角度裂縫及孔洞是產(chǎn)生各向異性的首要因素，通常采用聲電成像測井技術(shù)方法評價。目前，隨著成像測井技術(shù)的發(fā)展，對儲層各向異性的評價已經(jīng)實現(xiàn)從井眼“一孔之見”到“一孔遠(yuǎn)見”的顯著進(jìn)步[9]。

井壁各向異性的傳統(tǒng)評價，即“一孔之見”，主要是利用電成像測井對井壁表面縫洞的可視化描述，從本質(zhì)上認(rèn)識各向異性產(chǎn)生的原因；而交叉偶極聲波測井反映的各向異性特征基本是沿井壁表面滑行的折射波的平均值，與電成像測井相互驗證可以確定縫洞的有效性[16]。近年來，三維聲波成像測井可以探測井壁外2 m范圍內(nèi)巖石速度的變化，且具有方向性，即可探測井壁8個方位的巖石速度的變化，實現(xiàn)井壁附近徑向及周向聲波速度各向異性的探測。遠(yuǎn)探測聲波測井技術(shù)發(fā)展較快：首先從儀器改進(jìn)與探測距離看，從早期利用縱波反射波成像測井技術(shù)探測井壁外10 m范圍內(nèi)裂縫、斷層及界面的存在[8]，到近年來利用低頻偶極橫波反射信息實現(xiàn)探測井壁外30 m，最遠(yuǎn)70 m范圍內(nèi)裂縫、孔洞、斷層及界面的存在[9]；其次是在解釋方法方面，通過最近幾年的正反演研究，已經(jīng)建立縫、洞、界面等地質(zhì)反射體的成像響應(yīng)特征及分辨率，為準(zhǔn)確識別和評價井旁儲集空間奠定了良好基礎(chǔ)?？梢?，聲電成像測井技術(shù)組合是強(qiáng)非均質(zhì)性儲層各向異性評價的關(guān)鍵技術(shù)，尤其當(dāng)探測極淺的井壁電成像測井沒有縫洞顯示，而深探測的聲波成像測井在近井及遠(yuǎn)井帶有聲波速度衰減且顯示有縫洞存在時，經(jīng)測試獲得較好效果的案例十分常見[8-9，30]，體現(xiàn)出該技術(shù)組合具有良好的應(yīng)用價值。

圖7是渤海某井復(fù)雜火山巖儲層各向異性評價示意圖，圖中由左及右展示了常規(guī)測井、電成像測井、三維聲波成像測井以及遠(yuǎn)探測聲波成像測井技術(shù)組合實現(xiàn)由近及遠(yuǎn)評價儲層各向異性的效果。可以看出，該儲層段各向異性強(qiáng)，井壁及周圍孔洞縫發(fā)育，具有良好的勘探前景。

圖6 不同沉積構(gòu)造砂巖的成像測井特征Fig .6 Imaging logging characteristics of sandbodies with different sedimentary structures

圖7 火山巖儲層各向異性評價由近及遠(yuǎn)示意圖(第4列為第3列紅色標(biāo)識段放大)Fig .7 From near to distant anisotropic evaluation of volcanic reservoir by imaging logging (see red bar in column 3 for the location of column 4)

3 成像測井沉積學(xué)發(fā)展趨勢

成像測井沉積學(xué)在油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣泛，在對復(fù)雜儲層及隱蔽性儲層的探測及評價中所發(fā)揮的作用也越來越顯著，發(fā)展及應(yīng)用潛力巨大,但從其發(fā)展過程及與其他學(xué)科的融合看，還處于初始起步階段，尚有許多問題需要深化研究。從成像測井技術(shù)本身來看，也有明顯的局限性，即主要注重井眼中及近井帶儲層的研究，常被認(rèn)為是“一孔之見”，橫向預(yù)測性差。因此，從成像測井技術(shù)發(fā)展、儲層精細(xì)表征及沉積學(xué)相關(guān)學(xué)科發(fā)展來看，還應(yīng)在以下幾個方面加強(qiáng)攻關(guān)研究。

3.1 成像測井技術(shù)研發(fā)的持續(xù)攻關(guān)

按照“井中做精、井外做遠(yuǎn)”的思路，成像測井技術(shù)一直在致力于向前發(fā)展，以期為儲層的精細(xì)評價提供更高質(zhì)量的資料。就電成像技術(shù)而言，國外斯倫貝謝公司油基鉆井液電成像儀Quanta Geo已經(jīng)實現(xiàn)全井眼覆蓋和高清晰成像，該技術(shù)質(zhì)的飛躍在一定程度上實現(xiàn)了“電取心”的構(gòu)想[5]，使地質(zhì)人員在水基鉆井液和油基鉆井液井中洞察井下地層的各種沉積特征和微細(xì)構(gòu)造，使地層沉積相分析、儲層內(nèi)部構(gòu)型解析，尤其是“甜點(diǎn)”儲層的識別更加可靠。目前，中海油服正致力于新一代多頻電成像儀研制，通過創(chuàng)新設(shè)計思路提升儀器的覆蓋率和清晰度，力爭于“十三五”期間研發(fā)出同時適用于水基與油基鉆井液并可上下測量的具有國際領(lǐng)先水平的新儀器。

核磁共振成像儀前期發(fā)展快，但后繼乏力，這與其研發(fā)難度大、應(yīng)用存在局限性有關(guān)。無論一維及二維核磁成像技術(shù)，其縱向連續(xù)性的優(yōu)勢有利于對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及孔徑大小的刻畫，為認(rèn)識儲層的非均質(zhì)性及識別“甜點(diǎn)”提供了良好依據(jù)，但其徑向探測淺、縱向分辨率太低(>0.6 m)的特點(diǎn)又不利于更加精細(xì)地刻畫儲層的沉積特征及成因。未來如果核磁成像測井能夠?qū)崿F(xiàn)縱向分辨率<0.1 m，便可依靠其微觀孔隙尺寸刻畫的優(yōu)勢并與電成像測井技術(shù)結(jié)合，不僅可以精細(xì)描述薄層級別的儲層沉積特征，還可通過孔隙尺寸轉(zhuǎn)化為顆粒大小，實現(xiàn)縱向連續(xù)可靠地按照粒級定量識別巖性的目的，為沉積地質(zhì)學(xué)研究提供新的成果。

在聲波成像測井方面，中海油服在研發(fā)方面取得了顯著成效，形成的技術(shù)系列齊全，但在聲波信息采集、處理以及地質(zhì)應(yīng)用方面還有待優(yōu)化，如三維聲波縱橫波徑向速度反演、巖石力學(xué)參數(shù)計算與高分辨率處理，遠(yuǎn)探測聲波反射波信息采集處理、高清晰成像與井旁構(gòu)造體方位識別，橫波成像信息與地震信息的應(yīng)用結(jié)合等。

當(dāng)然，與上述成像測井儀研發(fā)相關(guān)的配套處理軟件的開發(fā)也十分重要，要努力改變重硬件輕軟件的習(xí)慣，實現(xiàn)軟、硬件實力協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 成像測井沉積學(xué)研究內(nèi)容的持續(xù)深化與完善

成像測井沉積學(xué)研究起步晚，無論基礎(chǔ)研究方法還是研究內(nèi)容都需要不斷發(fā)展和完善。應(yīng)加強(qiáng)和研究的主要方面有：①成像測井是地層的聲、電、核磁特征的綜合響應(yīng)，地層各類沉積特征及構(gòu)造特征變化大、影響因素多，這就需要在準(zhǔn)確表征或建立成像測井與地質(zhì)體之間的響應(yīng)關(guān)系，克服多解性難題方面持續(xù)開展基礎(chǔ)研究和攻關(guān)；②很多解釋成果缺乏印證或地質(zhì)實體標(biāo)定，畢竟地下地質(zhì)體看不見、摸不著，如基于聲波遠(yuǎn)探測解釋的高角度裂縫、孔洞等是很難定量解釋的，這就需要持續(xù)開展地下地質(zhì)體的成像測井解釋模型正反演模擬研究，既要建立適用于地區(qū)性的個性解釋模型，也要建立適應(yīng)性強(qiáng)的共性解釋模型；③在儲層定量評價方面，基礎(chǔ)方法及精度均需要提升，如核磁橫向弛豫時間截止值及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，裂縫、孔洞參數(shù)的成像測井定量計算等需要改進(jìn)；④研究內(nèi)容與方法的配套與拓展，目前研究主要集中在沉積相及儲層研究，并以前者為主，后者是近些年逐步探討性開展的，如儲層非均質(zhì)性研究、巖性相研究、儲層內(nèi)部構(gòu)型研究、各類層界面識別與產(chǎn)狀提取等，但與之相關(guān)的解釋方法均需要配套完善?？梢韵嘈?，在地面露頭看到的絕大部分地質(zhì)現(xiàn)象在成像測井資料上均有反映；未來以儲層沉積學(xué)為核心的相關(guān)研究在不斷深化和完善后一定會為油氣勘探開發(fā)提供更多幫助和活力。

3.3 與相關(guān)學(xué)科研究的深度融合

傳統(tǒng)上地質(zhì)技術(shù)人員對儲層沉積地質(zhì)的研究多側(cè)重于露頭、巖心以及常規(guī)測井資料，對井下成像測井信息的認(rèn)識和利用不夠。地震沉積學(xué)對區(qū)域儲層預(yù)測表征全面，但宏觀性強(qiáng)、分辨率較低，如果把井點(diǎn)處與井眼附近幾到幾十米范圍內(nèi)儲層展布狀況的成像測井成果充分利用起來，不僅可彌補(bǔ)常規(guī)測井與地震技術(shù)的空白，也可使儲層分布預(yù)測的效果及技術(shù)水平更上一層樓。因此，未來應(yīng)把成像測井技術(shù)蘊(yùn)含的豐富儲層沉積學(xué)信息充分融入到相關(guān)學(xué)科的研究之中。

4 結(jié)論

1) 成像測井技術(shù)及成像測井沉積學(xué)是油氣勘探開發(fā)中重要的前沿技術(shù)。簡要闡述了當(dāng)前成像測井技術(shù)的研發(fā)狀況，指出成像測井正沿著“井中做精、井外做遠(yuǎn)”的思路發(fā)展，而與之相關(guān)的基礎(chǔ)方法研究及多學(xué)科綜合應(yīng)用研究等急需配套發(fā)展。結(jié)合當(dāng)前油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，如深層、深水、細(xì)粒碎屑巖儲層及非碎屑巖儲層等的評價，從4個方面論述了成像測井沉積學(xué)研究的進(jìn)展及應(yīng)用效果，為復(fù)雜儲層的精細(xì)評價提供了方法和指導(dǎo)。

2) 目前成像測井沉積學(xué)研究及應(yīng)用正處于快速發(fā)展之中，加快研發(fā)自主成像測井技術(shù)、不斷完善基礎(chǔ)研究方法與內(nèi)容、加強(qiáng)與其相關(guān)學(xué)科的深度融合，將會不斷提高成像測井沉積學(xué)研究與應(yīng)用的水平?？梢韵嘈?，未來成像測井沉積學(xué)研究一定會方興未艾，成為井下油氣勘探開發(fā)的一門可靠的應(yīng)用技術(shù)。

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(編輯：張喜林)

A review on the research progress and development trend of imaging logging sedimentology

YANG Yuqing CUI Weiping WANG Meng

(COSLWell-TechDivision,Sanhe,Hebei065201,China)

Imaging logging sedimentology developed in recent years is an important branch of reservoir sedimentology and one of important methods for complex and subtle reservoir exploration. The imaging logging sedimentology can be used to reveal sedimentary environment and facies, and to finely study and evaluate reservoirs around borehole and near-borehole formation according to its sedimentary characteristics reflected by imaging logging, conventional logging, cores and mud logging data. In this paper, the technology progress of electrical imaging logging, nuclear magnetic resonance logging and acoustic imaging logging are reviewed. The imaging logging sedimentology application advancement is focused, including analysis of sedimentary facies from outward appearance to inner essence, reservoir architecture fine analysis, reservoir heterogeneity research from macro to micro scale, the reservoir anisotropy evaluation from near to distant. The imaging logging sedimentology is still in progress and the future researches are believed to be focused on: deepening study on the imaging logging technology, continuous improvement on basic research methods and contents of the imaging logging sedimentology, deep integration cores with seismic sedimentology.

imaging logging; sedimentary facies; reservoir architecture; reservoir heterogeneity; reservoir anisotropy; technology progress; development trend

*中國海洋石油總公司“十二五”科技重大項目“中國近海低孔低滲油氣藏勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與實踐(編號：CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD)”部分研究成果。

楊玉卿，男，教授級高級工程師，1995年畢業(yè)于原石油大學(xué)(北京)沉積學(xué)及巖相古地理學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)任中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部總工程師，主要從事儲層綜合評價及測井地質(zhì)應(yīng)用研究工作。地址：河北省三河市燕郊開發(fā)區(qū)行宮西大街81號(郵編：065201)。E-mail:yangyq1@cosl.com.cn。

1673-1506(2017)03-0007-12

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.002

P631.8+1；TE122.2

A

2016-10-20 改回日期：2017-02-07

楊玉卿,崔維平,王猛.成像測井沉積學(xué)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J].中國海上油氣，2017,29(3)：7-18.

YANG Yuqing,CUI Weiping,WANG Meng.A review on the research progress and development trend of imaging logging sedimentology[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):7-18.