基于雙地層水電阻率的低對(duì)比度油層識(shí)別方法及應(yīng)用

鐘吉彬 石玉江 王長(zhǎng)勝 張少華 李衛(wèi)兵

（1 中國石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院 ;2 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室）

基于雙地層水電阻率的低對(duì)比度油層識(shí)別方法及應(yīng)用

鐘吉彬1,2石玉江1,2王長(zhǎng)勝1,2張少華1,2李衛(wèi)兵1,2

（1 中國石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院 ;2 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室）

視地層水電阻率（Rwa）是測(cè)井解釋中的一個(gè)重要參數(shù)，通常與儲(chǔ)層地層水真電阻率（Rw）一起用于識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)。然而針對(duì)陸相低對(duì)比度油藏，由于地層水性質(zhì)變化較大，同一區(qū)域采用同一個(gè)Rw值識(shí)別油層，往往得到錯(cuò)誤的結(jié)論。依據(jù)自然電位曲線可以逐層計(jì)算儲(chǔ)層地層水電阻率（Rw_sp），用Rw_sp代替Rw結(jié)合Rwa進(jìn)行綜合解釋，對(duì)于陸相油藏中低對(duì)比度油層具有較強(qiáng)的識(shí)別能力，實(shí)際應(yīng)用效果顯著。

低對(duì)比度油層；視地層水電阻率；基于自然電位的地層水電阻率；自然電位曲線幅度；束縛水電阻率；導(dǎo)電離子濃度；鉆井液性質(zhì)

通常認(rèn)為“低對(duì)比度油層”是指電阻增大率小于2 的低阻油層。2009 年歐陽健等將低阻油層（電阻增大率小于2）與復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的低孔滲油層統(tǒng)一概括為“低對(duì)比度油層”[1-2]。長(zhǎng)期以來，測(cè)井識(shí)別這類油層存在較大難度。前人對(duì)此進(jìn)行了大量研究，并取得較大進(jìn)展。利用阿爾奇公式求取的視地層水電阻率Rwa對(duì)于識(shí)別低對(duì)比度油層效果較好。但是油層和水層的Rwa界限不易劃分，不同區(qū)塊和層位，甚至相鄰兩井同一層位的Rwa下限值都可能不一樣。從統(tǒng)計(jì)規(guī)律來看，低對(duì)比度油層的Rwa和水層的Rwa通?；祀s于界限附近，不易區(qū)分，給Rwa的應(yīng)用帶來難度。本文提出了雙地層水電阻率對(duì)比法識(shí)別低對(duì)比度油層，在Rwa的基礎(chǔ)上引入了自然電位計(jì)算的地層水電阻率，為區(qū)別于地層水真電阻率Rw，本文將其稱為Rw_sp。將Rw_sp作為基值與Rwa對(duì)比，可快速識(shí)別低對(duì)比度油層。

1 理論基礎(chǔ)

根據(jù)阿爾奇公式 [公式 (1)]可知，在純水層中利用100%飽和地層水的巖石電阻率、巖石有效孔隙度、巖性系數(shù)、膠結(jié)指數(shù)即可求取地層水電阻率。如果對(duì)于含油儲(chǔ)層仍用阿爾奇公式計(jì)算地層水電阻率，將R0替換為含油的巖石電阻率Rt即可得到視地層水電阻率Rwa[公式 (2)]。Rwa包含了儲(chǔ)層孔隙、油和水的信息，是儲(chǔ)層含油性評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)。當(dāng)Rwa≈Rw時(shí)，指示為水層；當(dāng)Rwa≥ 3Rw時(shí)，指示為油氣層[3]。

式中 F——地層因素；

R0——100% 飽和地層水的巖石電阻率，Ω·m；Rw——地層水真電阻率 ,Ω·m; a——巖性系數(shù)，一般為1；φ——巖石有效孔隙度；

m——膠結(jié)指數(shù) ,一般為 2；

Rwa——視地層水電阻率，Ω·m；Rt——含油的巖石電阻率，Ω·m 。

此方法在應(yīng)用時(shí)需要以儲(chǔ)層地層水的真電阻率Rw作為參考值，而通常情況下Rw難以準(zhǔn)確獲取，導(dǎo)致該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在誤差。于是前人放棄了利用Rwa絕對(duì)值識(shí)別油層的方法，而是利用Rwa的統(tǒng)計(jì)規(guī)律符合正態(tài)概率分布的特點(diǎn)識(shí)別油層，使得利用Rwa識(shí)別流體性質(zhì)的方法得到了實(shí)際應(yīng)用[3-5]。本文用Rw_sp代替Rw，結(jié)合Rwa值進(jìn)行油水層識(shí)別。

對(duì)于利用自然電位曲線計(jì)算地層水電阻率的研究完善，理論基礎(chǔ)扎實(shí)、公式推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)，此處不再詳細(xì)介紹其推導(dǎo)過程 [ 公式 (3)][3,6]。該公式適用于任何礦化度的地層水，但求出的結(jié)果是地層水等效電阻率（Rwe），斯倫貝謝公司對(duì)此作了大量的研究，制作了 SP-2 圖版將Rwe轉(zhuǎn)換為地層條件下的地層水電阻率，并將計(jì)算方法寫進(jìn)了解釋軟件。用該軟件計(jì)算的Rw_sp是比較準(zhǔn)確的。

式中 SSP——地層靜自然電位，mV；

K——自然電位系數(shù)，與溫度成正比；

Rmfe——鉆井液等效電阻率，Ω·m ；

Rwe——地層水等效電阻率，Ω·m；

Rw_sp——自然電位計(jì)算的地層水電阻率，Ω·m 。

2 關(guān)于Rw_sp的討論

一直以來，用自然電位計(jì)算地層水電阻率的目的是用到阿爾奇公式 [公式 (1)]中，代替Rw進(jìn)行含油飽和度評(píng)價(jià)。通常認(rèn)為只有在純水層才能獲得比較準(zhǔn)確的地層水電阻率，而在油層段求取的Rw是不準(zhǔn)確的。究其原因是，當(dāng)在含泥質(zhì)砂巖地層中采用淡水鉆井液鉆井，儲(chǔ)層含油層時(shí)的自然電位曲線幅度通常比含水時(shí)的自然電位曲線幅度小，從而認(rèn)為自然電位曲線幅度的變化除了受地層水的影響外，還受油氣影響。然而，本文認(rèn)為即使在純油層中Rw_sp仍然能夠表征儲(chǔ)層地層水電阻率，只不過此時(shí)的電阻率是束縛水（或不可動(dòng)水）的電阻率。在油水同層中，自然電位則是束縛水與部分可動(dòng)水共同作用下產(chǎn)生的。所以，Rw_sp應(yīng)該代表了束縛水和可動(dòng)水二者共同的電阻率。在純水層中，認(rèn)為Rw_sp反映的是可動(dòng)水電阻率。

從自然電位的產(chǎn)生機(jī)理來看，自然電位曲線幅度取決于地層水電化學(xué)活度（Cw）與鉆井液電化學(xué)活度（Cmf）的差異。自然電位主要由擴(kuò)散電動(dòng)勢(shì)（Ed）、擴(kuò)散吸附電動(dòng)勢(shì)（Eda）和過濾電動(dòng)勢(shì)（Ef）共同作用產(chǎn)生，并在井內(nèi)形成自然電位[7]。實(shí)際應(yīng)用中通常只考 慮前兩 種 電動(dòng)勢(shì) （ 圖1）， 且 有 SSP=Ed-Eda=（在 自 然 電 位 形 成 的 整 個(gè) 過 程 中， 地 層水和鉆井液濾液中導(dǎo)電離子的擴(kuò)散、吸附作用起了主導(dǎo)作用，同時(shí)還受到地層陽離子交換能力的影響[8]。

圖1 自然電動(dòng)勢(shì)示意圖

在實(shí)際應(yīng)用中，自然電位曲線幅度的影響因素較多，例如：泥質(zhì)含量、含油飽和度、鉆井液侵入深度以及儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)等。在鉆井液礦化度一定的情況下，儲(chǔ)層泥質(zhì)含量增加、含油飽和度變大、鉆井液侵入加深及孔隙結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，都會(huì)導(dǎo)致自然電位曲線幅度變小。因此，淡水鉆井液侵入時(shí)，自然電位負(fù)異常幅度減小存在多解性，據(jù)此識(shí)別流體性質(zhì)是不準(zhǔn)確的。

由自然電位曲線的電化學(xué)性質(zhì)可知，其異常幅度的大小僅與可交換離子的數(shù)量有關(guān)。以上導(dǎo)致自然電位負(fù)異常幅度減小的根本原因可以歸結(jié)為儲(chǔ)層中導(dǎo)電離子數(shù)量的減少。而導(dǎo)電離子主要存在于束縛水、可動(dòng)水和鉆井液濾液中，因此Rw_sp反映的是不同性質(zhì)地層水的礦化度。在純水層中，自然電位曲線幅度變化主要是自由水的離子交換作用引起的，此時(shí)Rw_sp≈Rw；在純油層中，自然電位曲線幅度變化則主要依靠束縛水的離子交換完成，此時(shí)Rw_sp應(yīng)該是束 縛 水 電 阻 率（Rwi)[9-10]， 即 Rw_sp≈Rwi。 在 孔 滲 條件較好時(shí)，即使儲(chǔ)層含油，Rw_sp仍然與實(shí)際地層水電阻率保持一致，油氣的影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。因此，利用Rw_sp與Rw對(duì)比的方法識(shí)別油、水層是比較可靠的。

3 雙地層水電阻率對(duì)比法的應(yīng)用

通常陸相沉積的低對(duì)比度油藏均與地層水礦化度有關(guān)[11-13]。在鄂爾多斯盆地的巖性油藏中，由于地層水礦化度差異大以及成藏時(shí)油氣充注不飽滿等原因引起的低對(duì)比度油層極為常見[14-15]。因此，在識(shí)別這類油層時(shí)，充分考慮地層水的信息非常必要。

理論與實(shí)踐均證明，在復(fù)雜地層水礦化度條件下，自然電位曲線是反映地層水礦化度變化最直觀的曲線[16-17]。將Rw_sp作為背景值與 Rwa對(duì)比，消除了儲(chǔ)層自身的地層水信息，最大程度地保留了油的信息，特別有利于低對(duì)比度油層的識(shí)別。當(dāng)Rwa>Rw_sp時(shí)，儲(chǔ)層含油可能性比較大；當(dāng)Rwa

圖2 H353 井測(cè)井解釋成果圖

根據(jù)巖石物理實(shí)驗(yàn)獲得準(zhǔn)確的m、a值，利用上述理論及公式計(jì)算Rwa，利用自然電位曲線、鉆井液及溫度信息計(jì)算Rw_sp?；谝陨戏椒?，對(duì)油、水層進(jìn)行判別，效果很好。圖2中最后一道的紅色曲線為Rw_sp，黑色曲線為Rwa，兩條曲線采用對(duì)數(shù)刻度，交互充填顯示，紅色指示為油層，藍(lán)色指示為水層。各層參數(shù)取值如表1所示。

表1 H353 井地層水電阻率取值表

1 號(hào) 層：Rwa≈Rw_sp， 解 釋 為 水 層；2 號(hào) 層：

Rwa>Rw_sp， 解 釋 為 油 層；3 號(hào) 層：Rwa

4 應(yīng)用效果分析

鄂爾多斯盆地存在大量的低對(duì)比度油層，主要分布于中生界延長(zhǎng)組 C1—C3 段儲(chǔ)層以及侏羅系儲(chǔ)層，屬于低幅度構(gòu)造—巖性油藏，這類油層與水層的測(cè)井響應(yīng)特征相似（圖2）；另一類則是盆地北部C4+5—C6 段儲(chǔ)層，屬于低孔滲的巖性油藏[18-20]，由于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層水礦化度變化大，平面分布不均勻，加之巖性較細(xì)，油層與水層測(cè)井曲線可比性差，造成測(cè)井解釋非常困難。利用雙地層水電阻率對(duì)比法識(shí)別這兩類低對(duì)比度油層，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)；它比常規(guī)四性分析法，多考慮了地層水的信息，識(shí)別效果更好。如圖3、圖4 中 C4+5 段和 C6 段儲(chǔ)層段的低對(duì)比度油層，在常規(guī)四性分析較難得出結(jié)論時(shí)，采用雙地層水電阻率對(duì)比法進(jìn)行評(píng)價(jià)則更容易。Rwa與 Rw_sp包絡(luò)面積相對(duì)飽滿的解釋為油層，較差的解釋為油水同層，評(píng)價(jià)結(jié)果與試油結(jié)果對(duì)應(yīng)得非常好。

圖3 G178 井測(cè)井解釋成果圖

圖4 H310 井測(cè)井解釋成果圖“CORE_”表示相應(yīng)的巖心分析數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)鄂爾多斯盆地低對(duì)比度油、水層可得到Rwa與Rw_sp交會(huì)圖（圖5），可以看出水層主要集中在Rw（Rwa=Rw_sp）這條純水線以下，水線之上為油層或油水同層，油水界限非常清晰，與理論分析吻合。在相同地區(qū)，同一層位中距離水線越遠(yuǎn)，越有可能是純油層，符合Rwa>3Rw的一般規(guī)律。在單井解釋中，Rw_sp變化地表征了油層、水層的Rwa界限，而不是同一地區(qū)采用同一個(gè)值作為標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別油層，更符合低對(duì)比度油層特征。

圖5 鄂爾多斯盆地低對(duì)比度油水層Rwa與Rw_sp交會(huì)圖

2015 年利用該方法對(duì)鄂爾多斯盆地侏羅系低對(duì)比度油層進(jìn)行老井復(fù)查，成功識(shí)別出了一批低對(duì)比度油層，優(yōu)選了12口井進(jìn)行試油驗(yàn)證，7口井獲得了工業(yè)油流，L233 井就是其中比較典型的一個(gè)例子（圖6）。L233 井位于侏羅系低幅度構(gòu)造—巖性油藏邊部，處于構(gòu)造不利位置，在一次解釋時(shí)，分析其鄰井 L279 井，兩井相距 2.84km，L279 井在 Y10段 頂 部 1710.9～1714.8m 處 試 油 獲 日 產(chǎn) 純 油 35.2t（表2、圖7）。L233 井儲(chǔ)層內(nèi)泥質(zhì)夾層增多，與L279 井相比密度值相當(dāng)（表2），聲波時(shí)差較高，但是電阻率值偏小，依據(jù)常規(guī)四性分析，將 Y10 段頂部 1454.0～1458.8m 解釋為水層。在老井復(fù)查過程中，利用雙地層水電阻率對(duì)比法進(jìn)行二次評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)L233 井 Y10 段 1454.0～1458.8m 處顯示含油，但是Rwa與Rw_sp交互充填并不飽滿；而鄰井 L279 井 Y10段頂部同樣具有明顯的含油指示且充填飽滿，并且試油證實(shí)其為高產(chǎn)油層。據(jù)此，將 L233 井 Y10 段頂部1454.0～1458.8m 的水層重新解釋為油水同層。在1457.6m 處定點(diǎn)射孔，經(jīng)壓裂改造后，日產(chǎn)油 4.7t，日產(chǎn)水 7.8m3，證實(shí)了二次解釋的正確性，擴(kuò)大了該區(qū) Y10 段含油面積。

圖6 L233 井測(cè)井解釋成果圖

表2 L233 井與 L279 井含油層段參數(shù)對(duì)比表

圖7 L279 井測(cè)井解釋成果圖

5 結(jié)論

(1)自然電位曲線幅度的變化，只與儲(chǔ)層中導(dǎo)電離子濃度有關(guān)。在儲(chǔ)層孔滲條件一定的情況下，Rw_sp受油氣的影響可忽略，不會(huì)影響雙地層水電阻率對(duì)比法的應(yīng)用效果。

(2)利用自然電位曲線，根據(jù)鉆井液性質(zhì)、溫度、壓力等參數(shù)計(jì)算的Rw_sp，真實(shí)反映了不同地層水電阻 率， 水 層 時(shí) Rw_sp≈Rw， 油 層 時(shí) Rw_sp≈Rwi； 并 且利用其與Rwa對(duì)比，可以簡(jiǎn)便、有效地指示儲(chǔ)層含油情況。

(3)利用雙地層水電阻率對(duì)比法識(shí)別油層時(shí)，只需常規(guī)測(cè)井曲線、鉆井液、溫度等信息即可，非常適合于老井復(fù)查工作，對(duì)隱蔽的低對(duì)比度油藏進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。但在使用時(shí)，需要注意縱向上綜合對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行多井對(duì)比分析，可取得不錯(cuò)的效果。

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Low-contrast reservoir identifi cation method based on double formation water resistivity and its application

Zhong Jibin1,2, Shi Yujiang1,2, Wang Changsheng1,2, Zhang Shaohua1,2, Li Weibing1,2
(1 Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Changqing Oilfi eld Company; 2 National Engineering Laboratory of Low-permeability Oil & Gas Exploration and Development)

The apparent formation water resistivity (Rwa) is an important parameter of well logging interpretation. It is usually used, together with the true formation water resistivity (Rw), to identify the properties of reservoir fl uids. For low-contrast continental reservoirs, however, the properties of formation water vary greatly, thus the wrong conclusion is often reached if the same Rwis used in the same area to identify oil reservoirs. In this paper, the formation water resistivity (Rw_sp) was calculated layer by layer on the basis of spontaneous potential curve. Then, Rw_sp, as the substitute for Rw, was used for comprehensive interpretation combined with Rwa. This method is quite capable of identifying lowcontrast oil layers in continental reservoirs with remarkable practical results.

t: low-contrast reservoir, apparent formation water resistivity, formation water resistivity based on spontaneous potential, amplitude of spontaneous potential curve, irreducible water resistivity, conductive ion concentration, mud property

P631.322

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.03.012

國家科技重大專項(xiàng)“鄂爾多斯盆地大型巖性地層油氣藏勘探開發(fā)示范工程”（2011ZX05044）。

鐘吉彬（1981-），男，四川資陽人，碩士，2004 年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，工程師，主要從事測(cè)井綜合解釋與方法研究工作。地址：陜西省西安市未央路 151 號(hào)長(zhǎng)慶油田勘探開發(fā)研究院，郵政編碼：710018。E-mail: zhongjibin_cq @petrochina.com.cn

2016-02-26；修改日期：2017-03-12