楊克兵，曹程程

（中國(guó)石油華北油田分公司，河北任丘062552）

隨著油氣田勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)測(cè)井解釋而言，各種新的疑難層不斷出現(xiàn)，如低阻油氣層、致密油氣層、水淹層、高阻水層等，導(dǎo)致測(cè)井識(shí)別評(píng)價(jià)油氣水層的難度進(jìn)一步加大［1-4］。 盡管新方法、新技術(shù)解決了一些問(wèn)題，但不可否認(rèn)的是，由于生產(chǎn)成本的原因，當(dāng)前用于評(píng)價(jià)油水層的資料仍以常規(guī)測(cè)井資料的9條測(cè)井曲線為主（9條曲線指的是深中淺三條電阻率曲線，中子、密度、聲波三條孔隙度曲線及自然伽馬、自然電位、井徑三條泥質(zhì)評(píng)價(jià)曲線），大量井并沒(méi)有陣列聲波、成像、核磁等新方法測(cè)井資料。 因此，如何使用常規(guī)測(cè)井資料的9條曲線提高復(fù)雜油氣水層的評(píng)價(jià)精度一直是測(cè)井解釋人員努力的方向［5-8］。

在使用常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)油水層的過(guò)程中，主要依靠電阻率曲線來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油性，形成了許多以電阻率測(cè)井資料為基礎(chǔ)的油水層識(shí)別評(píng)價(jià)方法。 如電阻率-孔隙度交會(huì)圖版等多種油水層評(píng)價(jià)圖版，含水飽和度的各種計(jì)算公式等［9-10］。 其中，電阻率比值法擔(dān)當(dāng)了一個(gè)重要角色。 因此，對(duì)近年來(lái)使用電阻率比值評(píng)價(jià)油水層方法的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)，分析其有利和不利因素，優(yōu)選最有效評(píng)價(jià)方法，必將有助于解決低阻油層、復(fù)雜油氣層等的識(shí)別評(píng)價(jià)問(wèn)題，有助于提高測(cè)井解釋符合率，為推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域測(cè)井技術(shù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 電阻率比值法的分類及定義

二十世紀(jì)二十年代電阻率測(cè)井就已誕生，與自然伽馬、中子等測(cè)井曲線不同的是，電阻率測(cè)井有不同徑向探測(cè)深度的曲線， 如感應(yīng)電阻率測(cè)井有深、中、淺3 條曲線，陣列感應(yīng)電阻率曲線有5 條或6 條。還有不同設(shè)計(jì)原理的測(cè)井儀器，如側(cè)向測(cè)井系列與感應(yīng)測(cè)井系列等，這就為使用多種電阻率比值方式評(píng)價(jià)油水層提供了基礎(chǔ)資料。 但嚴(yán)格說(shuō)，電阻率比值法當(dāng)前并沒(méi)有學(xué)術(shù)上的定義，所有涉及使用各種電阻率比值進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)的方法都被測(cè)井解釋人員稱為電阻率比值法。 如可用井筒不同探測(cè)深度的目的層和水層電阻率比值（縱向）來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油性，也可用同一探測(cè)深度的不同探測(cè)半徑的電阻率比值（徑向）來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油性，還可用不同測(cè)井儀器（側(cè)向和感應(yīng)等）同一測(cè)量深度的電阻率比值進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)。 從方法上，可用電阻率比值制作交會(huì)圖版評(píng)價(jià)油水層，也可用電阻率比值計(jì)算含水飽和度來(lái)評(píng)價(jià)油水層。

綜上所述，使用電阻率比值評(píng)價(jià)油水層在方法上都是相通的， 即交會(huì)圖版法和含水飽和度計(jì)算法。 從電阻率比值使用方法看，可分為縱向電阻率比值法和徑向電阻率比值法。 因此，縱向電阻率比值法可定義為使用井筒縱向上不同探測(cè)深度的電阻率測(cè)井曲線比值進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)的方法；徑向電阻率比值法可定義為使用同一個(gè)深度點(diǎn)不同徑向探測(cè)深度的電阻率曲線比值進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)的方法，無(wú)論曲線是否為同一類測(cè)井儀器。

2 電阻率比值法技術(shù)的發(fā)展

從二十世紀(jì)八十年代中期使用縱向電阻率比值進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)以來(lái)（譚廷棟等）［11］，該方法發(fā)展至今近四十年，已成為油田勘探開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用的一種油水層的識(shí)別與評(píng)價(jià)方法。

2.1 縱向電阻率比值法技術(shù)的發(fā)展

縱向電阻率比值法的核心是用目的層深電阻率與該層計(jì)算的水層電阻率或與鄰近水層、 致密層、圍巖等電阻率的比值來(lái)評(píng)價(jià)油水層。 資料調(diào)研表明，這方面應(yīng)用早在1985 年就已開(kāi)展［11］，根據(jù)所計(jì)算目的層的含水飽和度對(duì)砂泥巖剖面的油水層進(jìn)行評(píng)價(jià)。 該方法以阿爾奇公式為基礎(chǔ)［12］，通過(guò)目的層電阻率與該層計(jì)算的水層電阻率比值的高低來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油性。 這種方法在砂泥巖剖面油水層評(píng)價(jià)取得了較好效果。 其公式為：

式中：Rt為儲(chǔ)層電阻率，Ω·m；RO為水層電阻率，Ω·m；Sw為含水飽和度， 小數(shù)；Swi為束縛水飽和度，小數(shù)；n 為飽和度指數(shù)，小數(shù)；

從式中可以看出，當(dāng)儲(chǔ)層為水層時(shí)，則Rt、RO相等，計(jì)算出Sw為1。 當(dāng)儲(chǔ)層不為水層時(shí)，可根據(jù)電阻率比值計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度，關(guān)鍵是束縛水飽和度Swi的確定。該公式的優(yōu)點(diǎn)是使用參數(shù)比阿爾奇公式要少，不需要地層水電阻率Sw，巖電參數(shù)a、b、m、n中只需要n 值。 缺點(diǎn)是需要可靠的束縛水飽和度Swi，如果Swi不準(zhǔn)確，則會(huì)影響Sw的計(jì)算精度。

后來(lái)，這一方法被推廣應(yīng)用到砂泥巖剖面氣層評(píng)價(jià)［13］，在煤層氣解釋評(píng)價(jià)方面也取得了不錯(cuò)的效果［14］。 此外，在使用縱向電阻率比值交會(huì)圖方面也取得一些進(jìn)展，如利用目的層與圍巖電阻率比值制作交會(huì)圖評(píng)價(jià)低阻氣層［15］，利用縱向電阻率比值交會(huì)圖評(píng)價(jià)白云質(zhì)泥巖縫洞型儲(chǔ)層［16］，利用縱向電阻率比值交會(huì)圖識(shí)別儲(chǔ)層的流體性質(zhì)等［17］。

可以看出，縱向電阻率比值法在生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，解決了一些實(shí)際問(wèn)題。 但是，該方法評(píng)價(jià)原理與阿爾奇公式類似，還是依靠單條電阻率曲線值的高低評(píng)價(jià)油水層，沒(méi)有消除水性、巖性等變化對(duì)儲(chǔ)層含油性評(píng)價(jià)的影響，不能擺脫高阻解釋為油、低阻為水的傳統(tǒng)解釋模式，因而解決不了低阻油氣層、復(fù)雜油氣層等疑難層評(píng)價(jià)問(wèn)題［18-19］，存在明顯的局限性。

2.2 徑向電阻率比值法技術(shù)的發(fā)展

徑向電阻率比值法的核心是采用同一測(cè)量深度點(diǎn)的不同徑向探測(cè)深度的電阻率值進(jìn)行比較，進(jìn)而評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的含油性。 這一方法在二十世紀(jì)九十年代初開(kāi)展應(yīng)用研究［20］，仍采用計(jì)算含水飽和度的方式對(duì)油水層進(jìn)行評(píng)價(jià)。 其原理是對(duì)阿爾奇公式進(jìn)行微分運(yùn)算， 推出一套計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度的公式。后來(lái)這一方法被應(yīng)用到水淹層的解釋評(píng)價(jià)上［21］，都取得了一定的效果。 公式為：

式中：△Sw為含水飽和度的徑向變化值，小數(shù)；△Rt為儲(chǔ)層電阻率的徑向變化值， 小數(shù)；△Rw為地層水電阻率的徑向變化值，小數(shù)；a、b、m、n 為巖電參數(shù)，無(wú)量綱；準(zhǔn)為儲(chǔ)層孔隙度，小數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m。

實(shí)際應(yīng)用表明，微分法計(jì)算的含水飽和度能消除泥質(zhì)及地層水電阻率變化的影響，因此，在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中， 使用該方法可以有效地識(shí)別因混合水、淡水等影響造成的水淹層，也可用來(lái)計(jì)算剩余油飽和度。 但是，該方法合理使用比較復(fù)雜，不適合進(jìn)一步推廣使用。

隨后，徑向電阻率比值法在交會(huì)圖評(píng)價(jià)方法和含水飽和度計(jì)算方法方面都有了廣泛的應(yīng)用研究。如采用深淺電阻率比值交會(huì)圖評(píng)價(jià)復(fù)雜油氣層［22］、低孔低滲儲(chǔ)層［23］、氣水層［24］、瀝青砂巖儲(chǔ)層等［25］。 之后又將這一技術(shù)發(fā)展到使用深電阻率與沖洗帶電阻率比值評(píng)價(jià)低阻、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)油氣水層，取得了非常顯著的效果［26-27］。

同時(shí)，提出了直接使用阿爾奇公式推導(dǎo)的徑向電阻率比值計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度的公式［28］：

式中：Sxo為沖洗帶含水飽和度， 小數(shù)；Rmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m；Rxo為沖洗帶儲(chǔ)層電阻率，Ω·m。

這是一種基于陣列感應(yīng)測(cè)井資料的解釋方法，該公式計(jì)算結(jié)果還能反映侵入帶的含水飽和度變化，降低泥漿侵入、地層水電阻率變化、沖洗帶殘余油飽和度的影響，可以作為儲(chǔ)層流體綜合識(shí)別的一種方法。 但該方法要獲取的參數(shù)有地層水電阻率Rw、泥漿濾液電阻率Rmf、飽和度指數(shù)n 及沖洗帶含水飽和度Sxo，這些參數(shù)如何確定并沒(méi)有給出有效的辦法，因此，對(duì)其推廣應(yīng)用造成了一定影響。

再后來(lái)，視含水飽和度計(jì)算模型被提出［29］，其原理是用水層深淺電阻率比值作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)刻度未知層的含水飽和度， 假定含水飽和度為100%的純水層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為常數(shù)a，即a=RO/Sxo，未知含水飽和度儲(chǔ)層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為b，即b=Rt/Sxo，如果儲(chǔ)層深淺電阻率比值能反映儲(chǔ)層含油氣程度， 則a 與b 的比值可定義為儲(chǔ)層含水程度。因?yàn)閍 是儲(chǔ)層100%含水程度的反映， 而b 是儲(chǔ)層含水程度不同時(shí)的反映，當(dāng)儲(chǔ)層為純水層時(shí)，b≈a。實(shí)際資料表明， 當(dāng)儲(chǔ)層含油性越高時(shí)b 值越大，越低時(shí)b 值越小，直到與純水層相當(dāng)。 純水層含水程度100%，純油層含水程度可能接近0，與阿爾奇公式計(jì)算的含水飽和度Sw值的特點(diǎn)有相似性，可看作是一種視含水飽和度。 公式為：

式中：Swa為儲(chǔ)層視含水飽和度， 小數(shù)；a 為常數(shù)，反映單井某一層段內(nèi)純水層特征值，小數(shù)；Rt為深探測(cè)電阻率，Ω·m；Rxo為沖洗帶電阻率，Ω·m。

可以看出，視含水飽和度僅依靠深淺電阻率資料就能計(jì)算，不需要孔隙度、巖電參數(shù)等資料。 同時(shí)， 視含水飽和度的高低與儲(chǔ)層電阻率的高低無(wú)關(guān)，取決于深淺電阻率的比值，這就與阿爾奇公式有明顯區(qū)別，避免了高阻是油、低阻是水的評(píng)價(jià)局限。 使用視含水飽和度理論上可以有效識(shí)別評(píng)價(jià)低阻油層，這一方法也發(fā)展到使用深電阻率與沖洗帶電阻率比值計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度，效果要好于深淺電阻率比值法［26-27］。

此外，在使用不同儀器的徑向電阻率比值評(píng)價(jià)低阻、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層油水層方面也獲得了較好的應(yīng)用。 如利用側(cè)向與感應(yīng)電阻率比值識(shí)別低滲透率儲(chǔ)層流體性質(zhì)［30］，采用雙電法測(cè)井評(píng)價(jià)低阻油層［31］，還可進(jìn)行復(fù)雜斷塊薄互層儲(chǔ)層流體識(shí)別等［32］。

由上可以看出，徑向電阻率比值法的發(fā)展有兩個(gè)主要變化，一是用深電阻率與沖洗帶電阻率比值代替原來(lái)的深淺電阻率比值評(píng)價(jià)油氣水層，精度明顯提高；二是計(jì)算含水飽和度的公式從以阿爾奇公式為基礎(chǔ)到與阿爾奇公式無(wú)關(guān)， 能夠評(píng)價(jià)低阻油層，擺脫了阿爾奇公式的局限性［18-19］。 因此，徑向電阻率比值法與其它油氣水層評(píng)價(jià)方法相比，有明顯的優(yōu)勢(shì)。 首先是不需要其它任何參數(shù)，避免了參數(shù)取值誤差造成的解釋失誤；其次，通過(guò)比值消除了儲(chǔ)層巖性、水性變化對(duì)評(píng)價(jià)含油性的影響［33］；再次，通過(guò)比值消除了電阻率絕對(duì)值的高低對(duì)油水層評(píng)價(jià)的影響，儲(chǔ)層的含油性評(píng)價(jià)與電阻率絕對(duì)值的高低無(wú)關(guān)，理論上能夠識(shí)別低阻油氣層。

3 應(yīng)用展望

縱觀近四十年來(lái)電阻率比值法的發(fā)展，使用電阻率比值法評(píng)價(jià)油氣水層的方法較多，但縱向電阻率比值法原理上與阿爾奇公式類似， 存在局限性，對(duì)復(fù)雜油氣水層評(píng)價(jià)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)；徑向電阻率比值法由于消除了巖性、水性、電性對(duì)含油性評(píng)價(jià)的影響，能夠識(shí)別低阻、 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的油氣水層，因而獲得了更加廣泛的應(yīng)用，在使用常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)油氣水層的方法中，變得越來(lái)越重要。 因此，徑向電阻率比值法代表了電阻率比值法的發(fā)展趨勢(shì)。

當(dāng)前，除電阻率比值法以外的常規(guī)測(cè)井資料的油氣水層評(píng)價(jià)技術(shù)并無(wú)突破性進(jìn)展，阿爾奇公式仍在發(fā)揮主導(dǎo)作用。 使用以前的一些經(jīng)典方法已不能滿足水淹層、低阻油氣層、致密油氣層、高阻水層等日益復(fù)雜的疑難層評(píng)價(jià)要求，徑向電阻率比值法為解決這一難題提供了相對(duì)有效的方法，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。 具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）對(duì)沖洗帶完全侵入的油氣水層，深電阻率與沖洗帶電阻率比值能夠反映儲(chǔ)層的含油性，補(bǔ)充完善了該方法理論缺陷，表明徑向電阻率比值法一樣能夠發(fā)展成為經(jīng)典的油氣水層評(píng)價(jià)方法，為該方法的推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 依據(jù)如下：

對(duì)于式（3），當(dāng)?shù)貙油耆秩霑r(shí)，Sxo=1，由于Rw/Rmf、n 為常數(shù)，式（3）可變?yōu)椋?/p>

這就表明對(duì)完全侵入地層，儲(chǔ)層含水飽和度與深電阻率和沖洗帶電阻率比值為冪函數(shù)關(guān)系，即儲(chǔ)層的含油性與深電阻率和沖洗帶電阻率比值存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，深電阻率與沖洗帶電阻率比值能夠反映儲(chǔ)層的含油性。

（2）徑向電阻率比值法消除了巖性、水性、電阻率的高低對(duì)含油性評(píng)價(jià)的影響， 能夠進(jìn)行水淹層、低阻油氣層、致密油氣層、高阻水層的識(shí)別評(píng)價(jià)，具有其它常規(guī)測(cè)井資料評(píng)價(jià)方法所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。 如使用徑向電阻率比值交會(huì)圖能夠清楚的區(qū)分低阻油層與常規(guī)油層、高阻水層等，這是以前任何交會(huì)圖版都做不到的。 電阻率比值的大小本身就能區(qū)分油、氣、水，這也為制作各種油氣水層識(shí)別圖版打下了基礎(chǔ)。 圖1 是使用徑向電阻率比值進(jìn)行低阻油層評(píng)價(jià)的應(yīng)用實(shí)例，Rd為深感應(yīng)電阻率。圖中油層區(qū)、油水同層區(qū)、水層區(qū)能夠明顯分開(kāi)，每一區(qū)間都可有低阻和高阻之分，這樣就比較容易識(shí)別低阻及復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)油氣層，避免了以前交會(huì)圖低阻油層落在水層區(qū)無(wú)法與水層區(qū)分的局限。

圖1 使用徑向電阻率比值評(píng)價(jià)油水層的應(yīng)用實(shí)例

（3）視含水飽和度法計(jì)算簡(jiǎn)單，為推廣應(yīng)用提供了極大便利。 具體表現(xiàn)在以下方面：

首先，通過(guò)比值能消除巖性、水性變化對(duì)電阻率計(jì)算含水飽和度的影響，提高含水飽和度的計(jì)算精度。 如使用阿爾奇公式計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度時(shí)，由于無(wú)法得到當(dāng)儲(chǔ)層巖性變化時(shí)所導(dǎo)致巖電參數(shù)變化，往往導(dǎo)致解釋失誤。 而視含水飽和度法是，當(dāng)巖性變化導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率較高時(shí)，其沖洗帶電阻率同時(shí)變高， 二者比值正好能消除巖性變化的影響。其次， 儲(chǔ)層電阻率的高低與儲(chǔ)層的含油性無(wú)關(guān)，能夠避免因常規(guī)的“高阻是油、低阻是水”解釋模式與實(shí)際資料不吻合造成的解釋失誤。 再次，需要參數(shù)較少或不需要其它參數(shù)， 如不需要計(jì)算孔隙度，不需要相關(guān)巖電參數(shù)，僅僅依靠電阻率資料本身就能評(píng)價(jià)，避免了參數(shù)確定誤差所造成的解釋失誤。

圖2 是某區(qū)塊低阻氣層解釋成功的實(shí)例，該井區(qū)塊氣層電阻率一般大于25 Ω·m 以上，15 號(hào)層電阻率15 Ω·m 左右，低于氣層解釋標(biāo)準(zhǔn)，阿爾奇公式計(jì)算含水飽和度偏高，解釋為氣水同層。 經(jīng)過(guò)使用徑向電阻率比值法計(jì)算視含水飽和度，15 號(hào)層與鄰近16 號(hào)氣層視含水飽和度數(shù)據(jù)范圍相當(dāng)，約38%～50%，甚至略好于16 號(hào)氣層，可以解釋為氣層。經(jīng)過(guò)二層合試，日產(chǎn)氣3.1×104m3，無(wú)水，證實(shí)徑向電阻率比值法評(píng)價(jià)正確。

圖2 某區(qū)塊使用徑向電阻率比值法評(píng)價(jià)低阻氣層

可以看出，徑向電阻率比值法有助于提高低阻油氣層、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)油氣層的識(shí)別精度，具有其它測(cè)井油水層評(píng)價(jià)方法所不具備的優(yōu)勢(shì)。 經(jīng)過(guò)不同區(qū)塊的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這一方法還存在一些問(wèn)題，主要有兩個(gè)方面：

①實(shí)際應(yīng)用表明，沖洗帶測(cè)井資料如八側(cè)向測(cè)井、微球聚焦測(cè)井有時(shí)存在一些質(zhì)量問(wèn)題，可能是測(cè)井時(shí)儀器與井壁之間沒(méi)有貼緊， 表現(xiàn)在與深、淺電阻率資料反映具有不一致現(xiàn)象， 匹配性不好，導(dǎo)致徑向電阻率比值法無(wú)法使用或使用效果不好。 陣列感應(yīng)儀器的曲線匹配性效果較好，建議使用徑向電阻率比值法以陣列感應(yīng)資料為主。

②鉆井時(shí)地層的侵入特性受影響因素較多，而比值法需要完全侵入地層的沖洗帶電阻率。 當(dāng)?shù)貙硬煌耆秩霑r(shí)，沖洗帶電阻率失真，其比值會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差。 于是在使用徑向電阻率比值法進(jìn)行油水層評(píng)價(jià)時(shí)，要先進(jìn)行沖洗帶地層侵入特征預(yù)判，如何確定地層完全侵入是需要解決的問(wèn)題。

因此， 隨著徑向電阻率比值法的完善和發(fā)展，必將在復(fù)雜儲(chǔ)層油氣水層評(píng)價(jià)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

4 結(jié)論

（1）電阻率比值法可劃分為縱向電阻率比值法和徑向電阻率比值法，但二者解決問(wèn)題的能力和應(yīng)用效果差別較大。 只有徑向電阻率比值法能夠有效評(píng)價(jià)復(fù)雜儲(chǔ)層油氣層，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

（2）徑向電阻率比值法經(jīng)過(guò)發(fā)展，利用深電阻率與沖洗帶電阻率比值代替深淺電阻率比值評(píng)價(jià)油氣水層，精度明顯提高，是對(duì)該方法的完善。 進(jìn)一步研究表明，只有深電阻率與完全侵入的沖洗帶電阻率比值能夠反映儲(chǔ)層的含油性，理論上解決了徑向電阻率比值法評(píng)價(jià)油氣水層的有效性問(wèn)題，為該方法的推廣使用提供了有力支撐。

（3）使用徑向電阻率比值計(jì)算儲(chǔ)層含水飽和度的模型還可進(jìn)一步完善， 有望解決參數(shù)確定問(wèn)題，為今后獲得可靠的含水飽和度資料指明了方向。