利用測(cè)井曲線的洛倫茲系數(shù)評(píng)價(jià)地層的非均質(zhì)性

岳崇旺，楊小明，鐘曉勤,潘保芝，王 飛

1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,西安 710018 3.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026

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利用測(cè)井曲線的洛倫茲系數(shù)評(píng)價(jià)地層的非均質(zhì)性

岳崇旺1，楊小明2，鐘曉勤2,潘保芝3，王 飛1

1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054 2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,西安 710018 3.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026

簡(jiǎn)要介紹了測(cè)井資料洛侖茲系數(shù)的原理和計(jì)算方法，將洛侖茲系數(shù)和含砂比引入到測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理當(dāng)中。將常規(guī)測(cè)井曲線的洛侖茲系數(shù)與含砂比結(jié)合能夠?qū)︺@井剖面的非均質(zhì)性進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，為地層非均質(zhì)性的定量評(píng)價(jià)提供了一種新思路。首先根據(jù)地層資料信息選擇了對(duì)地層非均質(zhì)性較為敏感的自然伽馬曲線作為地層非無(wú)質(zhì)性評(píng)價(jià)曲線;然后計(jì)算出地層的含砂比和洛倫茲系數(shù)；最后針對(duì)自然伽馬測(cè)井曲線的洛倫茲系數(shù)結(jié)合含砂比給出了鉆井剖面地層的層內(nèi)非均質(zhì)性 ，進(jìn)一步挖掘地層的砂體結(jié)構(gòu)信息。根據(jù)多井評(píng)價(jià)結(jié)果做出了鄂爾多斯盆地蘇里格氣田召60區(qū)塊地層和含砂比的平面分布圖，可以看出盒8上與盒8下段地層中部較為均質(zhì)，儲(chǔ)層分選性較好。

洛倫茲系數(shù)；常規(guī)測(cè)井；非均質(zhì)性

0 引言

儲(chǔ)集層非均質(zhì)性是指其各種屬性在三維空間上分布的非均勻性，可分為層間、平面、層內(nèi)和孔隙非均質(zhì)性4類[1]。其中,層內(nèi)非均質(zhì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括粒度韻律、層理構(gòu)造序列、滲透率差異程度及水平、垂直滲透率比值等。目前，碎屑巖儲(chǔ)層的層內(nèi)非均質(zhì)性常依靠巖樣統(tǒng)計(jì)分析和測(cè)井資料的二次解釋來(lái)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和計(jì)算[2-4]。蘇里格氣田以致密砂巖為主，為沼澤背景下的辮狀河沉積，其有效砂體常呈孤立狀分布在致密砂巖中,規(guī)模小且連續(xù)性、連通性差，具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性；儲(chǔ)層物性具有低孔、特低滲、強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)[5-9]，大部分砂體屬于致密砂巖。致密砂巖氣是一種儲(chǔ)集于低滲透--特低滲透致密砂巖儲(chǔ)層中的典型非常規(guī)天然氣資源[10-12]，找到評(píng)價(jià)致密砂巖地層非均質(zhì)性的有效評(píng)價(jià)方法成為擺在地質(zhì)工作者面前的一道難題。因此，認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)蘇里格氣田儲(chǔ)層的砂體結(jié)構(gòu)及其非均質(zhì)性,對(duì)于儲(chǔ)層優(yōu)選以及建立儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)有利區(qū)、指導(dǎo)油田開(kāi)發(fā)決策和合理布置增產(chǎn)措施具有重要意義。

洛倫茲系數(shù)又叫基尼系數(shù)，最早由意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼于1922年提出。洛倫茲系數(shù)首先應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，是用來(lái)測(cè)定貧富不均勻程度的一個(gè)指標(biāo)[13-14]。最近，很多人把其引入到油藏參數(shù)的評(píng)價(jià)當(dāng)中，取得了不錯(cuò)的效果。如：王慶等[15]利用洛侖茲曲線研究油藏的產(chǎn)液、吸水剖面；馬玉玲等[16]通過(guò)計(jì)算大量巖心樣品數(shù)據(jù)的洛倫茲系數(shù)，給出了儲(chǔ)層非均質(zhì)性；劉超等[17]對(duì)洛倫茲系數(shù)表征儲(chǔ)層質(zhì)量的方法做了改進(jìn)，Peter等[18]將其應(yīng)用于碳酸鹽巖的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)當(dāng)中。這些方法大多是對(duì)巖心采樣點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算樣品數(shù)據(jù)的洛倫茲系數(shù)。為了充分挖掘石油測(cè)井資料中豐富的巖石物理信息，進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)層的非均質(zhì)性，筆者嘗試?yán)贸Ｒ?guī)測(cè)井資料的洛倫茲系數(shù)來(lái)識(shí)別和評(píng)價(jià)蘇里格氣田召60區(qū)塊的非均質(zhì)性儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)井曲線的連續(xù)處理，以期找到一種經(jīng)濟(jì)有效地評(píng)價(jià)地層非均質(zhì)性的方法。

1 洛倫茲系數(shù)計(jì)算原理

地球物理測(cè)井是油田勘探開(kāi)發(fā)中獲取地層信息的重要途徑和常規(guī)手段，通過(guò)單井解釋能夠獲取鉆井剖面的地質(zhì)體巖性、物性的連續(xù)變化特征。非均質(zhì)的產(chǎn)生可以歸結(jié)為巖性、物性、沉積相等在地層縱向和橫向上變化。產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象的內(nèi)在復(fù)雜性與成巖作用的地質(zhì)過(guò)程和沉積成因有關(guān)。地層非均質(zhì)性的宏觀表現(xiàn)就是地層巖性物性的變化，這種變化表現(xiàn)在測(cè)井曲線上即測(cè)井曲線的形態(tài)、幅值大小的變化。因此，各種測(cè)井曲線的變化特征是對(duì)地層物理屬性在鉆井剖面發(fā)生變化的綜合體現(xiàn)?；诖?，筆者從測(cè)井資料出發(fā)，利用測(cè)井曲線的洛侖茲系數(shù)來(lái)求取鉆井剖面上儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。下面簡(jiǎn)述測(cè)井曲線洛倫茲系數(shù)計(jì)算方法。假設(shè)待求深度段某測(cè)井曲線的值為t1、t2、…、ti、…、tn，將待求深度段內(nèi)的0值t1～tn進(jìn)行從小到大排列后得y1、y2、…、yi、…、yn，其代表的深度間隔為Δd1、Δd2、…、Δdi、…、Δdn，則令

(1)

可得該層段的洛倫茲曲線函數(shù)為

(2)

其中,

(3)

(4)

洛倫茲系數(shù)同洛倫茲曲線AEC與直線AC之間的面積成正比，因此，用洛倫茲系數(shù)可以表征非均質(zhì)性程度。

圖1 洛倫茲系數(shù)計(jì)算示意圖Fig.1 Schematic drawing of Lorentz coefficient

2 含砂比

以往在進(jìn)行油藏地質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)常利用砂地比在平面上的分布來(lái)研究沉積微相[19]。砂地比表征某地質(zhì)體中砂體總厚度與地層總厚度的比值。然而，常見(jiàn)砂體一般都含有泥質(zhì)或泥巖夾層，泥巖和砂巖并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。為了結(jié)合洛倫茲系數(shù)計(jì)算層內(nèi)含砂量的多少，研究層內(nèi)非均質(zhì)性，筆者采用積分法計(jì)算層段內(nèi)砂體中的砂質(zhì)所占地層的比例，即含砂比來(lái)研究非均質(zhì)性。含砂比記為p,則

(5)

其中：D1、D2為待評(píng)價(jià)地層的上下界面深度；φSAND為測(cè)井曲線記錄點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的砂體積分?jǐn)?shù)，可根據(jù)泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)求取。設(shè)φSH為泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)，則

(6)

若要評(píng)價(jià)某地質(zhì)層段的非均質(zhì)性，可根據(jù)錄井資料劃分的地層界限進(jìn)行選取。利用Forward平臺(tái)可對(duì)D1--D2深度段之間地層進(jìn)行人機(jī)交互處理。

3 蘇里格氣田儲(chǔ)層非均性評(píng)價(jià)

3.1 儲(chǔ)層特征

按照我國(guó)對(duì)低孔低滲的劃分標(biāo)準(zhǔn)[20]，孔隙度低于15%、滲透率低于50×10-3μm2的儲(chǔ)層屬于低孔低滲儲(chǔ)層。楊縣超等[21]認(rèn)為,蘇里格氣田儲(chǔ)層滲透性差主要是由于孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙類型多樣、粒間孔百分比低造成的。蘇里格氣田儲(chǔ)層大多數(shù)屬于低孔低滲儲(chǔ)層。其特征為:從儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)上來(lái)看，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔隙類型多樣，孔喉細(xì)小、溶蝕孔發(fā)育，以中孔、小孔為主;從宏觀上看，巖性物性具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，油氣水具有復(fù)雜多變的特點(diǎn);從含油氣性來(lái)看，蘇里格氣田儲(chǔ)層具有低含氣飽和度和高束縛水飽和度。

3.2 儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)性

3.2.1 單井評(píng)價(jià)

根據(jù)蘇里格氣田召60區(qū)塊區(qū)內(nèi)致密砂巖的特點(diǎn)，自然伽馬對(duì)巖性的變化較為敏感，筆者采用自然伽馬測(cè)井曲線作為洛倫茲系數(shù)的計(jì)算曲線。則圖1中，曲線AEC視為待求層段內(nèi)自然伽馬的洛倫茲曲線，直線AC為絕對(duì)均質(zhì)線，依據(jù)式(4)可計(jì)算出待求層段的自然伽馬的洛倫茲系數(shù)。

圖2為蘇里格氣田A井盒8段的測(cè)井解釋及非均質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。盒8段深度為3 725.875～3 775.000 m，鉆遇淺灰色中粒砂巖25.4 m，測(cè)井解釋含氣層長(zhǎng)6.9 m，視電阻率82.6 Ω·m，聲波時(shí)差212.9 μs/m，密度2.51 g/cm3，平均孔隙度2.4%，平均滲透率0.041×10-3μm2，屬于致密砂巖儲(chǔ)集層。其中3 725.875～3 765.375 m深度段為盒8上段，3 765.375～3 775.000 m深度段為盒8下段。從圖2中可以看出：盒8上段地層洛倫茲系數(shù)為0.27，含砂比為0.49，洛倫茲系數(shù)較高，含砂比中等，非均值性較強(qiáng)，屬于砂泥互層結(jié)構(gòu)；盒8下洛倫茲系數(shù)為0.12，含砂比為0.86，洛倫茲系數(shù)較小，含砂比較大，非均質(zhì)性弱，為砂巖塊狀結(jié)構(gòu)。

圖2 A井非均質(zhì)性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Heterogeneity evaluation of Well A

圖3為蘇里格氣田B井的測(cè)井解釋及非均質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。該井為蘇里格氣田區(qū)部署的一口預(yù)探井，3 032.75～3 082.00 m深度段為盒8段地層，其中3 032.75～3 758.00 m深度段為盒8上段，3 758.0～3 082.0 m為盒8下段。盒8上底部和中間分別存在1段氣層，盒8下底部存在1段氣層。盒8上底部氣層厚度為8.9 m，平均視電阻率23.6 Ω·m，平均聲波時(shí)差246.6 μs/m，視孔隙度11.5%，密度2.45 g/cm3。盒8上段中間段氣層為含氣層，厚度1.5 m，視電阻率23.0 Ω·m，聲波時(shí)差236.5 μs/m，視孔隙度9.6%，密度2.44 g/cm3，基值0.054%。盒8下段氣層厚度4.1 m，視電阻率61.8 Ω·m，聲波時(shí)差214.5 μs/m，視孔隙度5.7%，密度2.27 g/cm3(失真)。從圖3中可以看出：盒8上層段洛倫茲系數(shù)為0.186，含砂比為0.74，非均質(zhì)性較強(qiáng)，屬于石英砂巖正粒序結(jié)構(gòu)；盒8下層段洛倫茲系數(shù)為0.124，含砂比為0.28，儲(chǔ)層相對(duì)均質(zhì)，砂質(zhì)含量較低，呈泥巖塊狀結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)測(cè)井解釋資料綜合分析，得到召60區(qū)塊利用洛倫茲系數(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的劃分區(qū)間，如表1所示。

3.2.2 砂體結(jié)構(gòu)分析

圖3 B井非均質(zhì)性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Heterogeneity evaluation of Well B

從圖2、3中可以看出含砂比和洛倫茲系數(shù)反映了地層巖性、物性的變化規(guī)律。含砂比不但表征了砂體中砂所占地層的比例，而且反映了砂體沉積顆粒大小的變化規(guī)律。洛倫茲系數(shù)則反映層內(nèi)巖性物性的非均勻程度。因此，含砂比與洛倫茲系數(shù)結(jié)合起來(lái)還可以研究由沉積相導(dǎo)致的砂體結(jié)構(gòu)的變化。根據(jù)洛倫茲系數(shù)及含砂比的識(shí)別特征對(duì)蘇里格盒8上和盒8下段做了統(tǒng)計(jì)分析，盒8段地層主要包括塊狀砂體、砂泥巖互層、塊狀泥巖、正粒序、逆粒序5種不同的沉積結(jié)構(gòu)，它們?cè)诤氨群吐鍌惼澫禂?shù)上具有不同的顯示特征，如表2所示。

3.3 儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性

儲(chǔ)層的平面非均質(zhì)性指的是儲(chǔ)層在平面上的幾何形態(tài)、規(guī)模大小、分布的連續(xù)性，以及儲(chǔ)層物性在空間上的變化特征。筆者在召60區(qū)塊內(nèi)單井評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，分別做出了召60區(qū)塊盒8上、盒8下段的含砂比和洛倫茲系數(shù)的平面分布圖(圖4、5)。

表1 召60區(qū)塊儲(chǔ)層非均質(zhì)性洛倫茲系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Table 1 Reservoir heterogeneity evaluation standard of Lorenz coefficient in Zhao-60 block

非均質(zhì)類型洛倫茲系數(shù)均質(zhì)<0．10相對(duì)均質(zhì)0．10～0．15非均質(zhì)0．15～0．20嚴(yán)重非均質(zhì)≥0．20

從盒8上、盒8下段的含砂比分布圖(圖4)中可以看出，盒8上與盒8下段砂體呈條帶狀沿北東方向展布，含砂比均呈中間高、兩側(cè)低的趨勢(shì)?？傮w上看，盒8下地層含砂比相對(duì)盒8上地層較高，且含砂比變化較為連續(xù)。這說(shuō)明在沉積過(guò)程中，盒8上與盒8下地層中部的水動(dòng)力作用更強(qiáng)，含砂量更高，粒度更大，且盒8下水動(dòng)力作用變化更為連續(xù)。

表2 召60區(qū)塊層內(nèi)沉積結(jié)構(gòu)特征

Table 2 Inner layer deposition structure of Zhao-60 block

沉積結(jié)構(gòu)類型巖性特征含砂比洛倫茲系數(shù)塊狀砂體以石英砂巖為主>0．7<0．15正粒序或逆粒序結(jié)構(gòu)以巖屑石英砂巖為主0．3～0．80．15～0．20砂泥巖互層巖石類型以巖屑石英砂巖、泥巖為主0．3～0．7>0．20塊狀泥巖巖石類型以泥巖為主<0．3<0．15

a.盒8上；b.盒8下。圖4 召60塊含砂比分布圖Fig.4 Sand bulk content distribution of He 8 reservoir in Zhao-60 block

a.盒8上；b.盒8下。圖5 召60區(qū)塊洛倫茲系數(shù)分布圖Fig.5 Lorentz coefficient distribution of He 8 reservoir in Zhao-60 block

從盒8上、盒8下洛倫茲系數(shù)分布圖(圖5)中可以看出：盒8上與盒8下段儲(chǔ)層非均質(zhì)性與含砂比相似，呈近北東方向展布，洛倫茲系數(shù)中間低兩側(cè)高，呈條帶狀漸變。對(duì)比盒8上與盒8下段地層含砂比中間高兩側(cè)低的特點(diǎn)可知，盒8上與盒8下段地層中部較為均質(zhì)，儲(chǔ)層分選性較好。

4 結(jié)論

將洛倫茲系數(shù)應(yīng)用于測(cè)井解釋，能夠計(jì)算出測(cè)井曲線的變化程度，進(jìn)一步挖掘測(cè)井觀測(cè)數(shù)據(jù)中隱含的地層信息。從蘇里格氣田召60區(qū)塊盒8段致密砂巖地層中的應(yīng)用實(shí)例可以看出：利用測(cè)井曲線洛倫茲系數(shù)所代表的非均質(zhì)屬性可以直觀快捷地評(píng)價(jià)地層層內(nèi)非均勻性；利用砂地比可以從測(cè)井曲線的角度獲取地層層內(nèi)砂質(zhì)含量，了解地層的分選性；根據(jù)多井評(píng)價(jià)結(jié)果做出的洛倫茲系數(shù)和含砂比平面分布圖，可以進(jìn)一步評(píng)價(jià)地層區(qū)塊的非均質(zhì)性。

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Evaluation of Formation Heterogeneity Using Lorentz Coefficient of Logging Curves

Yue Chongwang1, Yang Xiaoming2, Zhong Xiaoqin2, Pan Baozhi3，Wang Fei1

1.SchoolofGeologyEngineeringandGeomatics,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an710018,China3.CollegeofGeoExplorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China

We introduced the calculation principle and the application method of Lorentz coefficient of logging data. Lorentz coefficient and sand ratio were introduced into the logging data processing. Lorentz coefficient and sand ratio of conventional logging curves can be used to evaluate formation effectively. It provided a quantitative formation evaluation method. In order to evaluate the formation heterogeneity, firstly we selectedGRlogging curve as evaluating curve as it is more sensitive to heterogeneity; secondly, we evaluated the heterogeneity according to Lorentz coefficient combined with sand ratio; and further, we extracted more information on sand structure formation. The formation plane distribution map of Lorentz coefficient and sand ratio is given based on multi-well evaluation results. It can be concluded that the formation of middle region of Zhao-60 block of Sulige gas field of Ordos basin is more homogeneous with good sorting.

Lorentz coefficient; conventional logging; heterogeneity

10.13278/j.cnki.jjuese.201505303.

2015-01-27

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05044)

岳崇旺(1981--)，男，講師，博士，主要從事地球物理測(cè)井方法和解釋理論的教學(xué)與科研工作，E-mail:ycw1981@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201505303

P631.8

A

岳崇旺，楊小明，鐘曉勤，等. 利用測(cè)井曲線的洛倫茲系數(shù)評(píng)價(jià)地層的非均質(zhì)性.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(5):1539-1546.

Yue Chongwang, Yang Xiaoming, Zhong Xiaoqin, et al. Evaluation of Formation Heterogeneity Using Lorentz Coefficient of Logging Curves.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(5):1539-1546.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201505303.