基于雙“泥質指示因子”的砂泥巖薄互層飽和度模型

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井公司，山東東營 257096；2.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580)

基于雙“泥質指示因子”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井公司，山東東營 257096；2.中國石油大學(華東)地球科學與技術學院，山東青島 266580)

砂泥巖薄互層的電阻率受泥巖影響，導致直接應用阿爾奇公式計算的含油飽和度偏低。針對砂泥巖薄互層內部沉積結構特征，將儲層看作多個不同巖性薄層交互分布的層狀介質，考慮層間耦合與層內泥質的共同導電效應，提出了一種橫向、縱向雙“泥質指示因子”導電等效模型，由此建立了砂泥巖薄互層飽和度計算模型。通過處理分析實際測井資料可知，利用該模型計算的含水飽和度比阿爾奇公式計算結果低10%～20%，更接近于巖心試驗分析結果。研究表明，新建立的飽和度模型可降低薄互層層內及層間泥質對含水飽和度計算的影響，適用于砂泥巖薄互層測井資料的處理解釋，對于厚砂巖層同樣適用。

砂巖 泥巖 薄互層 含水飽和度 泥質指示因子 測井解釋模型

由于砂泥巖薄互層單層厚度薄，又多層復合疊加，使測井解釋難度增大，含水飽和度計算不準。目前可用的飽和度模型都有其特定的應用條件，如：阿爾奇飽和度模型適用于純砂巖地層和含泥質較少的砂巖地層[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，及同時含有基質孔隙和縫洞的雙重或三重介質地層[4-5]；基于多薄片串并聯(lián)導電模型適用于更加復雜的網(wǎng)絡導電路徑的地層[6]。為了準確評價儲層含水飽和度，筆者在分析砂泥巖薄互層地層結構的基礎上，從建立考慮層間耦合與層內泥質共同導電效應的導電模型入手，建立了一種基于橫向和縱向雙“泥質指示因子”的砂泥巖薄互層飽和度計算模型。

1 導電模型的建立

根據(jù)砂泥巖薄互層沉積結構的特征，提出了一種參考電成像測井精確計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井資料，對處理窗長內的薄層進行巖性劃分，將其分為泥巖、砂巖、泥質砂巖3類，統(tǒng)計處理窗長內不同巖層的厚度，處理窗長內的地層電阻率是不同巖性薄層并聯(lián)導電的結果，不同巖性的權系數(shù)由縱向“泥質指示因子”給出，每一薄層的電阻率可以看作是泥質砂巖導電，橫向“泥質指示因子”用以表征泥質砂巖層內泥質含量的變化。

該導電模型的提出基于以下假設：1)砂泥巖薄互層主要有泥巖層導電、砂巖層導電和泥質砂巖導電等3種導電形式；2)根據(jù)測井測量時的原理，測得的電阻率是上述3種導電形式的并聯(lián)結果；3)泥巖含水飽和度為100%時，電阻率為定值；4)對于泥質砂巖地層，認為泥質均勻分布，受含水飽和度的影響。

建立的砂泥巖薄互層導電模型等效的巖石物理模型如圖1所示。

2 雙“泥質指示因子”飽和度模型的建立

針對砂泥巖薄互層沉積結構特點，在縱向上，認為地層的導電部分是由泥質砂巖(或砂巖)與泥巖互層并聯(lián)導電形成的。利用縱向“泥質指示因子”分析層間耦合，縱向“泥質指示因子”可以表示為處理窗長內泥巖薄層的總厚度與窗長L的比值：

(1)

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

縱向“泥質指示因子”不僅反映了處理窗長內的巖性信息，也反映了處理窗長內純泥巖薄層的厚度。在處理窗長內，考慮到層間的耦合作用，根據(jù)并聯(lián)導電模型，導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井值)，Ω·m；Rsh為泥巖含水飽和度100%時的電阻率，Ω·m；Rs-sh為泥質砂巖電阻率，Ω·m；Fv的取值范圍為0～1。

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

在泥質砂巖層內，采用橫向“泥質指示因子”分析泥質含量對泥質砂巖電性的影響。橫向“泥質指示因子”表示泥質砂巖中混合泥質的含量，針對于泥質砂巖層，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“泥質指示因子”，取值0～1。

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

對于純凈砂巖，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分別為膠結指數(shù)和飽和度指數(shù)。

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

(5)

根據(jù)式(5)可以推導出砂泥巖薄互層含水飽和度計算式：

(6)

當縱向“泥質指示因子”和橫向“泥質指示因子”均為0時，雙“泥質指示因子”飽和度公式簡化為阿爾奇公式。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砂巖中泥質含量(Fh)具有較好的指數(shù)關系[7]，先將中子與密度曲線按刻度進行標準刻度，然后進行歸一化，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含量建立關系模型。建立的模型為：

Fh=Vsh=cedP

(7)

(8)

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

該方法的優(yōu)點是可以解決自然伽馬異常井段和灰質含量較高儲層泥質含量的計算問題[8]，建立關系模型時應注意剔除異常井段的數(shù)據(jù)。

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

3 實例分析

為了驗證雙“泥質指示因子”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測井評價軟件平臺上[9]，并進行了實例分析。

A井地層為典型的灘壩砂薄互層，圖2為其測井曲線處理結果。從圖2中電成像測井圖像可以看出，儲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“泥質指示因子”飽和度模型和阿爾奇公式計算含水飽和度時，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，利用新模型計算的含水飽和度比阿爾奇公式計算的含水飽和度低(低10%～20%)，這是因為新模型考慮了薄互層內泥質和層間泥巖對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算精度。這可為儲量計算提供更為真實的有效厚度和飽和度參數(shù)。

圖3為B井測井曲線處理結果。B井處理的2 255.00～2 258.00 m和2 260.20～2 261.30 m井段為均質性相對較好的含泥質砂巖層。

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

4 結 論

1) 縱向上，采用縱向“泥質指示因子”分析砂泥巖薄互層層間泥巖和泥質砂巖(或砂巖)的耦合導電；泥質砂巖層內，采用橫向“泥質指示因子”分析泥質對電性的影響；儲層巖石電阻率是薄互層層間與層內泥質共同作用的結果。基于此，可以推導出砂泥巖薄互層巖石電阻率公式。

2) 雙“泥質指示因子”砂泥巖薄互層飽和度模型考慮了薄互層的沉積結構，經(jīng)試驗分析數(shù)據(jù)對比驗證，計算的儲層含水飽和度更為準確。

3) 雙“泥質指示因子”砂泥巖薄互層飽和度模型適用于具有電成像測井資料的含水飽和度計算，對于沒有進行電成像測井的井，可以依據(jù)不同薄互層結構給定的經(jīng)驗系數(shù)計算，不過計算精度可能會受到影響。

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[編輯 令文學]

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)于華東石油學院礦場地球物理專業(yè)，教授級高級工程師，主要從事測井資料評價研究及管理工作。

國家科技重大專項“精細勘探關鍵技術攻關與配套完善”(編號：2011ZX05006-002)資助。

?測井錄井?

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。