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测井储层评价

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1、测井资料评价孔隙结构储集岩的孔隙结构特征是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系,对于碳酸盐岩来说其孔隙结构主要是指岩石具有的孔、洞、缝的大小、形状及相互连通关系。储集层岩石的孔隙结构特征是影响储层流体(油、气、水) 的储集能力和开采油、气资源的主要因素,因此明确岩石的孔隙结构特征是发挥油气层的产能和提高油气采收率的关键。常规岩石孔隙结构特征的描述方法主要包括:室内实验方法和测井资料现场评价法。室内实验方法是目前最主要,也是应用最广泛的描述和评价岩石孔隙结构特征的方法,主要包括:毛管压力曲线法(半渗透隔板法、压汞法和离心机法等) 、铸体薄片法、扫描电镜法及 描法利用测井资料研究岩石孔隙结构特征则为室内实验开辟了另一条途径,且测井资料具有纵向上的连续性,大大方便了储层孔隙结构的研究。电阻率测井资料研究岩石孔隙结构利用电阻率测井资料研究储层岩石的孔隙结构特征,主要还是建立在岩石导电物理模型和 式的基础之上。电阻率测井资料反应的是岩石复杂孔隙结构内在不同流体(油、气、水) 时的电阻率,因此储层岩石不同的孔隙结构特征一定会对电阻率测井响应产生影响。国内外关于岩石微观孔隙结构模型、物理模型也较多,包括毛管束模型、曲折度模型、电阻网络模型和渗流理论、有效介质理论等。毛志强等采用网络模型模拟岩石孔喉大小及分布、水膜厚度、孔隙连通性等微观孔隙结构特征参数的变化对含两相流体岩石电阻率的影响,得出了影响油气层电阻率变化规律的 2 个主要因素分别是孔隙连通性(以孔喉配位数表示) 和岩石固体颗粒表面束缚水水膜厚度。孔隙连通性差的储集层具有较高的电阻率;相反,当岩石颗粒表面束缚水水膜厚度增加时,储集层的电阻率则明显降低。杨锦林等采用简化的岩石导电物理模型,定义了一个岩石孔隙结构参数 S,综合反映了储层孔隙孔道的曲折程度及其大小。如果孔隙孔道越大越平直,S 值越大,说明储层条件越好;反之孔隙孔道越小,越曲折,S 值越小,说明储层条件越差。利用测井资料求取 S 的公式为:S=w/R 0)(1)式中:R w 为地层水电阻率,Ω·m;R 0 为岩石 100%含水时的电阻率,Ω·m; φ 为岩石孔隙度。式表明,地层的电阻率因素 F 主要决定于岩石孔隙度,且与岩石性质、胶结程度和孔隙结构有关。李秋实等研究表明,式中的电阻率因素 F 不但与储层孔隙度、孔隙曲折度有关,还与储层的孔喉比有关,孔喉比越小,F 值越低。同时地层电阻率指数 n 值的大小也主要受储层孔喉比的影响,当储层是孔喉比为 1 的管状孔时,n 最小(等于 1),孔喉比越大,n 值越大。n 值反映的是储层孔喉比的大小。核磁共振测井研究岩石孔隙结构核磁共振测井是 20 世纪 90 年代以来投入使用的最新测井技术之一,它是通过研究地层中孔隙流体的原子核磁性及其在外加磁场作用下的振动特性,来研究各种流体孔隙度,进而评价岩石的孔隙结构。核磁共振测井测量的信号是由不同大小的孔隙内地层水的信号叠加,经过复杂的数学拟合得到核磁共振 布,因此 分布反映了岩石孔隙大小的分布,大孔隙内的组分对应长的 布,小孔隙组分对应短的 布,这就是利用核磁共振测井资料研究储层岩石孔隙结构的基础。目前利用核磁共振测井资料研究地层孔隙结构的方法都是进行室内实验,将岩心的压汞毛管压力曲线和核磁共振 布对比,建立其相关性,进而通过核磁共振 布,间接地利用岩石的毛管压力分布曲线来研究岩石的孔隙结构。高敏等利用一定数量岩心毛管压力资料和核磁共振测井资料对比建立了 布与岩石孔隙结构参数之间的关系。何平均值与孔喉半径均值 系为:431 (2)何平均值与分选系数 μ 关系为:μ= (3)何平均值与均质系数 ω 关系为:ω=+ (4)何平均值与孔渗比 K/φ 关系为:(K/φ )1/2= (5)运华云等通过对岩心的核磁共振 布与压汞孔喉半径分布对比,发现其具有较好的相关性,进而从理论上推导出毛管压力曲线和核磁共振 布的转换关系见式(6),这样就可以由 布计算出相应的毛管压力曲线,从而为测井解释大规模研究孔隙结构提供了有效的方法。·1/T 2 (6)式中:P c 为毛管压力,C 为转换系数,与岩石孔隙形状和岩石横向表面驰豫率有关。赵杰等通过对不同岩性(包括砂岩、砂砾岩和泥质粉砂岩等) 的岩心实验表明,核磁共振 布和毛管压力曲线的转换系数 C 与岩石的孔渗比具有对数线性关系,转换系数随孔渗比的增大而减小;转换系数还受到岩石中的顺磁物质的影响,随着顺磁物质含量的增加,转换系数增大。从而建立了核磁共振 布和毛管压力曲线的转换系数与岩石孔渗比和顺磁物质含量的对应关系式为:C=f [n(φ /n)] (7)这样,通过对某地区的实验数据进行回归,消除岩石内顺磁物质的影响,就可以确定地区性经验参数,通过转换核磁共振 布与毛管压力曲线来研究该地区的岩石孔隙结构。2、测井资料评价孔隙渗透率渗透率是流体矿藏(石油、天然气、煤层气、地下水等 )储集层评价与开采的重要参数,一直是地质学家、开发工程师、测井分析家着力解决的问题。为了预测渗透率,人们已进行了长期不懈的努力。目前,获得储层渗透率的途径主要有岩心实验室测量渗透率、地震解释渗透率、电缆地层测试渗透率、钻杆地层测试渗透率、试井渗透率以及测井解释渗透率等几种方法。但前几种方法相对于测井预测渗透率,其成本较高,且受到各种限制。因此,在地层评价中常常利用测井来获取连续的地层渗透率资料。井分析确定渗透率几乎每口井都实施地球物理测井,测井资料是最容易获取的资料。因此,从测井资料中获取渗透率是人们研究的重点领域。验方法很多经验公式都是建立在大量的测井数据分析归纳的基础上。最著名的 式,虽然没有提供直接的计算渗透率的方程,但是它为测井解释的量化提供了基础。通过分析大量来自不同砂岩层的饱和盐水的岩芯的电阻, 入地层电阻系数:F= W=a/φ 0—100%含水岩石电阻率,Ω·m ;00%地层水电阻率, Ω·m ;a—岩性系数,其值在 0. 4~间;m—胶结指数,其值在 1. 3~ 2. 5 之间,随胶结程度增加而增大。通过 式能够定量的计算油气层的含油气饱和度。而饱和度和渗透率之间存在一定的关系,于是很多经验公式就是基于此构造出来了(详见后面的经验公式) 。磁测井(生产地层流体的核磁测井能够提供两个计算渗透率的参数。一个是可运移流体(水和油,不包括气体)的自由流动指数 个是旋转晶格驰豫时间 作原理:对地层作用一个大的极化磁场然后关掉求得 号在固体和束缚流体中衰减很快,核磁测井工具探测不到。只有在自由流体中的衰减才能测量到,并且其值与质子在自由流体中的数量成比例。而 映岩石和流体润湿孔隙表面一种属性,与孔隙大小相关。因为渗透率与孔隙尺寸的平方成比例关系,所以假设渗透率与 正比也是合理的。人通过对世界范围内的 80 块砂岩进行研究提出了如下关系式:k=0球化学测井(是通过测定井筒核能光谱来确定地层 10 种元素的含量,由元素含量获得渗透率。其理论基础是:矿物学上的任何变化都伴随岩石颗粒的大小、形状、形态的变化。这些变化直接影响岩石的渗透率。得到如下关系式:m+3)- φ)+∑B m—长石含量结构成熟度; 物常数(对粘土、胶结物和骨架矿物 );石中每一种矿物的重量百分含量。的衰减和传播斯通利波的能量主要分布在井内流体中,由于地层的渗透性,井中一部分流体将在声波到达时流向地层,从而带走部分能量,导致斯通利波幅度减小。地层渗透率和孔隙度越大、孔隙流体的粘性越小且其可压缩性越大,则从井内流入地层的流体就越多,斯通利波幅度衰减越明显。当声源频率低于 3 ,地层渗透率变化引起的斯通利波幅度衰减比较明显,所以可以利用低频斯通利波幅度衰减确定地层渗透率。3、致密储层裂缝识别的测井方法勘探实践表明,在已发现的油气藏中,除存在常规的高孔隙度、高渗透率的砂岩储层外,在某些致密岩石中还有由大量裂缝造成的具有有效孔隙度和渗透率的储层。这些裂缝发育在碳酸盐岩、火山岩、泥岩等致密岩层中。为评价此类致密储层,必须准确地识别裂缝。通常按产状将裂缝分为高角度裂缝、低角度裂缝和网状裂缝三种类型。裂缝识别主要包括裂缝的真实性、裂缝的有效性、裂缝填充物的性质(即含油气性) 的识别和裂缝产状的计算。应用测井方法对裂缝进行识别是目前最常用、最有效的方法。规测井方法可用多种常规测井方法对裂缝进行识别,电阻率测井、声波测井、补偿中子测井、密度测井、补偿密度测井、岩性测井、电磁波测井以及地层倾角测井等对裂缝都有不同程度的响应。电阻率测井:包括微侧向(微球聚焦 )测井和深、浅侧向测井。由于裂缝发育的不均一性,电阻率测井曲线形态常呈高低间互、起伏不平的多尖峰状。当裂缝较发育时,电阻率曲线都为低值显示;但当仅有孤立稀疏的小裂缝发育时,深、浅侧向测井电阻率值降低不明显,而微侧向测井可为显著低值。声波测井:包括声波时差测井、声波全波波形测井及声波变密度测井等。其识别裂缝的原理主要依据裂缝发育段声波能量严重衰减、波形扰动进行判断,而地层界面、被泥质充填的砾岩段和泥质薄层等也会引起波形扰动,应结合(去铀 )自然伽马测井曲线加以区别。补偿中子测井:通过测量地层的含氢指数来反映地层孔隙度,在岩石骨架不含氢的情况下,它反映地层的总孔隙度,并不受孔隙空间几何形态和分布的影响。由于致密岩石基质孔隙度很低,因此中子测井可直接反映裂缝和溶洞的发育程度。密度测井:密度测井主要反映岩石的总孔隙度,与测井仪器极板是否靠上裂缝关系极大。若极板靠上裂缝,曲线反映的孔隙度偏高;而与仪器极板不接触或处于探测空间以外的裂缝溶洞则无法反映。为校正裂缝发育使井壁粗糙不平对密度测井测量结果产生的影响,需对密度测井曲线进行校正,该校正值可用来识别裂缝的存在,裂缝带呈正的窄尖峰状显示,但要注意区分钻井时造成的人工裂缝对密度测井的影响。补偿密度测井:为消除泥饼和井壁不平对密度测量的影响,采用补偿密度测井方法,可以识别井壁不平情况,从而间接反映裂缝发育的信息。岩性测井:正常情况下岩性测井与裂隙发育程度几乎无关,但当利用含重晶石的泥浆钻井时,由于重晶石泥浆侵入裂缝带或裂缝带井壁会形成含重晶石的泥饼,使裂缝带的岩性测井值急剧升高,可以成为判断裂缝带的标志。电磁波测井:电磁波测井对于划分裂缝带及分析裂缝性质颇为有用。水平缝呈极明显的薄而尖锐的传播时间增大异常;垂直缝则无显示,或为较长井段的传播时间增大异常。地层倾角测井:应用高分辨率地层倾角测井提供的 4 条微电阻率曲线、3 条角度曲线和 2 条井径曲线,依据开启裂缝在电阻率曲线上显示的低阻特征进行裂缝识别。针刺状电导异常代表低角度缝、水平缝、斜交缝和网状缝的测井响应,而高角度缝、垂直缝的测井响应对应于较长井段的低电阻异常,但要与角砾岩带和地层层面产生的同为针刺状的非裂缝电导异常相区别。值得注意的是,进行高导异常截止处理时难以区分泥质条带和低角度及水平裂缝,一般作为噪音予以消除,则处理结果只能反映出高角度和斜交裂缝。其次裂缝发育可能引起井壁岩块的崩落形成椭圆井眼,利用双井径曲线的变化识别裂缝发育情况,区段分布一般较短。此外还可以根据仪器转动差异(键槽效应 )识别有无裂缝发育。上述常规测井方法对早期的裂缝分析工作起到了重要促进作用,有的仍是当前裂缝分析的重要手段。但是这些分析方法在准确确定裂缝产状、裂缝参数等方面具有很大的模糊性与局限性。像测井方法随着测井数据采集技术与信息处理技术的高速发展,声、电成像测井、核磁共振测井、偶极或多极子声波的发展为解决复杂地质问题提供了有效手段。而成像测井方法是目前测井技术中识别裂缝最直观、最有效的方法,具体包括井下声波电视测井、微电阻率扫描成像测井( 井周成像测井方法(井下声波电视测井方法通过带方位的电视测井图像(井壁回声信号幅度 ),直观、形象地反映井壁形态,达到识别溶洞、裂缝及其方向的目的。成像测井通过图像上的颜色、形态直接反映裂缝,通过对原始测井资料进行处理,突出因裂缝变化而引起的岩石声阻抗和电阻率的变化特征,降低由钻井工程等因素造成的非裂缝响应影响,若再结合其他测井资料,是目前极为有效的识别裂缝的测井方法。(1)裂缝在图像上的显示特征因为天然有效裂缝在原始状态下是开启的,所以在钻井过程中,由于钻井液压力差异,会造成泥浆侵入地层,使微电阻率扫描和井周反射声波图像显示出低阻、低反射幅度的暗色条纹。此外,图像上显示出的低阻、低反射幅度暗色条纹还有层理面、岩性界面、断层面、不整合面、钻井诱导缝、井壁划痕等,易与天然裂缝相混淆,但因各自的地质意义不同,所反映出的图像特性仍然有区别。一般裂缝的规律性较差,层界面或层理面不交叉,具有上下连续完整的特点。断层面上下岩层有错动,泥质条带一般平行于层面,界面清晰。井筒穿过(斜交)裂缝与井壁的交线为一椭圆。将井壁 像沿着正北方向展开,裂缝在 像上表现为一个正弦波。因此,裂缝在成像图上为线状组合。当裂缝中充填高电导率物质(低密度 )时,如泥质等,图像特征为暗色的正弦线;当充填高电阻率物质( 高密度)时,如方解石、石英等,图像特征往往表现为亮色的正弦线。在钻井、测井施工过程中,由于应力释放、起下钻、测井、应用特种钻头等因素,在井壁上造成划痕和钻井诱导缝,钻井诱导缝与地层应力有密切关系,一般钻井诱导缝排列整齐、规律性强,且延伸不大,缝面较规则,且呈 180°对称分布于井壁,两侧伴有羽毛状微小裂隙、井壁划痕则是以平行于井轴方向的直线暗色条纹显示。(1) 真假裂缝的鉴别真、假裂缝的识别需要成像测井结合常规测井方法共同判断。对于层界面与裂缝、缝合线与裂缝的鉴别,主要依靠电导率异常。层界面常常是一组互相平行的或接近平行的高电导率异常,且异常宽度窄而均匀;但裂缝总是与构造运动和溶蚀相伴生,因而高电导率异常一般既不平行,又不规则。由于缝合线是压溶作用的结果,一般平行于层界面,但两侧有近垂直的细微高电导率异常,通常不具有渗透性;天然裂缝无此特征。至于断层条带与裂缝的鉴别则主要依据断层面处的地层的错动,与天然裂缝的区别非常明显。泥质条带与裂缝的鉴别类似于层界面与裂缝的区别,依靠电导率异常识别。人工诱导裂缝与天然裂缝在形态上有以下主要区别:诱导裂缝受地应力作用即时产生,故排列整齐,规律性强,形状较规则且缝宽变化很小,径向延伸小,故深侧向测井电阻率下降不太明显。而天然裂缝常为多期构造运动形成,又遭地下水的溶蚀与沉淀作用的改造,分布极不规则,裂缝面也不规则,且裂缝有较大的变化。根据这些区别,较容易从成像测井图上将它们识别出来。(2)裂缝有效性评价通过成像资料可以把各种裂缝与其他地质现象区别开来,但对裂缝有效性的评价需要根据多种资料进行综合判断。第一,通过成像图与双侧向或方位电阻率成像测井比较,判断裂缝的有效性。当裂缝径向延伸大时,深、浅侧向电阻率读数均降低;当裂缝径向延伸较小时,浅侧向电阻率读数降低,深侧向电阻率读数无明显变化。一般来讲,井壁成像径向探测深度比方位电阻率成像测井小得多,因此成像图上能显示的各种裂缝既包括有效裂缝也包括无效裂缝,而方位电阻率成像测井图上能显示出来的裂缝主要是有效裂缝。第二,利用成像图与核磁测井的 布判断裂缝有效性。由于核磁共振测井能够反映储层当中的可动流体与束缚流体以及孔隙大小的分布,如果裂缝、孔洞被泥质充填,那么布上将表现出束缚流体特征,没有可动流体,由此可以判断裂缝是被低阻矿物或泥质所充填;如果裂缝、孔洞不被泥质充填,那么 布上将表现出可动流体和大孔隙分布,即 豫时间特别长,从而确定出有效裂缝和孔洞。第三,利用斯通利波测井判断裂缝有效性。(4)裂缝的定量评价传统的裂缝参数计算多采用双侧向测井资料,虽然计算结果与成像测井计算结果有一定的相关性,但在准确性及精确程度上仍有一定差距,而成像测井资料可获得较为准确的裂缝定量评价参数。裂缝的定量评价参数主要包括裂缝平均宽度、裂缝长度、裂缝密度、裂缝视孔隙度等。成像测井探测深度浅,探测结果是冲洗带电阻率,斯仑贝谢公司利用浅侧向测井资料对图像进行标定,标定的图像实际上是井壁的电导率图,采用孔隙频谱分析软件( 式可将图像转变成孔隙度图像并进行自动分析。通过对 长图像上孔隙的分析统计,便可确定基质孔隙与次生孔隙的分界点,从而确定原生孔隙与次生孔隙的比率,原生孔隙加次生孔隙等于总孔隙。若处理出的频率分布图只有一个峰,说明仅发育原生孔隙,而峰值带的宽窄反映非均质性的强弱,峰值带宽说明非均质性强,反之亦然。值得指出的是孔隙频谱分析程序主要用于分析孔隙的分布,根据孔隙分布特征计算出次生孔隙度的大小。波波形及其能量衰减识别法全波波形及其能量衰减识别法依据“裂缝发育带声波传播时间和能量受到明显干扰”来识别裂缝。纵横波传播系数与裂缝倾角有一定关系,即:0°—33°和 76°—90°倾角的裂缝对纵波幅度衰减小,对横波幅度有明显衰减;33°—76°倾角的裂缝对纵波幅度衰减较大,对横波幅度衰减较小。研究证实斯通利波的能量衰减与地层渗透率、张开度、径向延伸度、三维空间中的连通程度等相关,是评价裂缝有效性的最好指标。图 1 为某井主产层段的全波测井图,4833m —4845m 附近声波全波列的纵波衰减明显,而横波衰减相对较弱,表明其裂缝以高角度缝为主,其次为低角度缝。图 1 某井声波全波列测井识别裂缝小结微电阻率扫描测井技术不仅能识别裂缝形态、类型和发育程度,还能识别裂缝的方向、充填情况和发育规律,可以为下一步油气勘探及储量计算提供重要依据。成像等测井新技术在识别裂缝系统方面具有独到的成功之处,能够直观地反映井壁特征,且分辨率比常规测井相对较高,对井下细微差异可以在成像图上表现出来,使裂缝性致密储集层的解释有了长足的进步。常规资料与成像等新测井技术结合,能够更直观准确的指示裂缝,使裂缝解释精度大为提高。碳酸盐岩储层评价的难点在于常规测井方法获得的信息是一维的,成像测井也只能获得二维的信息,因此,对于在三维空间具有强烈非均质性的碳酸盐储层来说,最实用的方法是将一维的和二维的测井信息有机结合起来,作为一种准三维信息来研究。参考文献[1] 陈杰,周改英,]005,12(4).[2] 杨锦林,J]998,18(5).[3] 王学武,杨正明,]010,32(2).[4] 陈杰,刘向君,]005,27(6).[5] 罗万静,王晓东,]006, (1).[6] 常文会,赵永刚,]005,29(6).[7] ]005,12(3).[8] 王天娇,李强,J]010, (6).
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