過(guò)井眼縫洞地層雙側(cè)向電阻率測(cè)井敏感性因素分析

劉璽，張珊珊

(延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠，陜西 延安 717500)

裂縫和洞穴是碳酸鹽巖油氣藏等多種特殊巖性油氣藏的重要滲流通道和儲(chǔ)集空間，由于縫洞型儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性強(qiáng)、各向異性明顯、測(cè)井響應(yīng)特征復(fù)雜的特點(diǎn)，使得縫、洞識(shí)別成為當(dāng)前的難點(diǎn)、熱點(diǎn)[1]。常規(guī)測(cè)井對(duì)洞穴尺寸、充填物性質(zhì)不敏感，解釋精度有限，成像測(cè)井受探測(cè)范圍限制，只能顯示井眼周?chē)牡刭|(zhì)特征[2，3]。而雙側(cè)向電阻率測(cè)井，其淺側(cè)向主要探測(cè)井壁附近地層，而深側(cè)向探測(cè)范圍較淺側(cè)向大，是測(cè)井識(shí)別裂縫與洞穴發(fā)育特征的重要技術(shù)手段。裂縫的張開(kāi)程度、傾斜角度及洞穴的充填程度、充填物的性質(zhì)、洞穴的空間尺寸等是影響雙側(cè)向電阻率測(cè)井的重要敏感因素，國(guó)內(nèi)外的測(cè)井專(zhuān)家對(duì)該類(lèi)油氣藏做了大量的數(shù)值模擬研究，然而在試驗(yàn)驗(yàn)證方面缺乏論據(jù)支持[4～7]?；诖?，筆者通過(guò)建立縮小比例縫洞雙側(cè)向電阻率物理模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，分析不同尺寸泥漿充填、不同充填物洞穴、不同充填程度對(duì)雙側(cè)向電阻率測(cè)井的影響，并對(duì)敏感性因素進(jìn)行分析，為縫、洞識(shí)別提供了有利的試驗(yàn)方法和依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和裝置

1.1 試驗(yàn)材料和模型

致密碳酸鹽巖地層電阻率范圍在2000～10000Ω·m之間，試驗(yàn)基巖地層模型采用水槽模型；洞穴試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎檬?水泥基復(fù)合材料，石墨-水泥基材料的電阻率大小與摻雜石墨的用量多少有關(guān)。

1.2 試驗(yàn)裝置及操作系統(tǒng)

室內(nèi)試驗(yàn)裝置包括地面電路及控制系統(tǒng)和井下部分。地面電路及控制系統(tǒng)包括微機(jī)操作控制系統(tǒng)、雙側(cè)向電阻率測(cè)井儀電路等；井下部分包括水槽地層模型、洞穴物理模型、雙側(cè)向電阻率測(cè)井井下儀器等[5,9,10]，其整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 縮小比例雙側(cè)向電阻率測(cè)井物理模型裝置示意圖

2 雙側(cè)向電阻率測(cè)井敏感性因素分析

基于建立的模擬系統(tǒng)，通過(guò)物理模擬和數(shù)學(xué)模擬相結(jié)合的方法，分析了過(guò)井眼洞穴直徑、洞穴填充物性質(zhì)、充填程度等敏感性因素對(duì)雙側(cè)向電阻率測(cè)井的影響。

依據(jù)對(duì)實(shí)際地層洞穴的空間尺寸、充填物的性質(zhì)、充填程度分析，基于相似約束原理建立縮小比例的雙側(cè)向電阻率測(cè)井物理模擬試驗(yàn)裝置及方法，對(duì)過(guò)井眼洞穴(圖2)進(jìn)行物理與數(shù)學(xué)模擬研究。

圖2 軸對(duì)稱(chēng)均勻穿井洞穴地層雙側(cè)向電阻率測(cè)井響應(yīng)模型

2.1 不同尺寸洞穴泥漿充填影響

當(dāng)洞穴為泥質(zhì)充填時(shí)，分別對(duì)洞穴模型直徑為0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4m進(jìn)行雙側(cè)向電阻率測(cè)井物理模擬試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、4。

圖3 不同直徑大小洞穴模型雙側(cè)向電阻率測(cè)井物理模擬試驗(yàn)曲線

圖4 洞穴直徑變化與雙側(cè)向電阻率關(guān)系

由圖3、4可知：深、淺側(cè)向電阻率曲線異常的底部寬度與洞穴模型的直徑有關(guān)，并呈正相關(guān)關(guān)系；同時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率均隨洞穴模型直徑的增加而減小，且深、淺側(cè)向電阻率測(cè)井出現(xiàn)正差異，先增大后減小，最后趨于一致；當(dāng)洞穴直徑在0～0.05m時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率差異逐漸增大；洞穴直徑在0.05～0.4m之間時(shí)，正差異幅度有逐漸減小的趨勢(shì)；當(dāng)洞穴直徑達(dá)到0.4m時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率基本相同，正差異幅度基本為0。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)洞穴直徑很小時(shí)，淺側(cè)向電阻率會(huì)受到洞穴邊界及填充邊界的影響；同理，當(dāng)洞穴直徑較大時(shí)，深側(cè)向電阻率會(huì)受到洞穴邊界及填充邊界的影響；當(dāng)洞穴直徑大于0.4m時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率接近洞穴電阻率，電阻率曲線趨近相同。

2.2 不同充填物影響

洞穴直徑0.4m、不同石墨比例的模型，其電阻率不同[8]。分別用石墨體積分?jǐn)?shù)20%、10%、5%、0%的洞穴模型代替泥質(zhì)充填、砂巖充填、碎屑巖充填、碳酸鹽巖溶蝕物充填4種不同充填物的洞穴，對(duì)4種充填物進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)圖5。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)洞穴填充物的電阻率較大時(shí)，測(cè)井結(jié)果電阻率也較大，且深、淺側(cè)向電阻率的差異較小。主要是由于深側(cè)向電阻率受到洞穴邊界及填充邊界的影響，其電阻率在基巖與洞穴電阻率之間，因此當(dāng)洞穴電阻率越大時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率的差異越小。同時(shí)試驗(yàn)也說(shuō)明在致密碳酸鹽巖作為基巖的情況下，洞穴模型的電阻率特征可以通過(guò)雙側(cè)向電阻率測(cè)井曲線響應(yīng)特征加以判別。例如，當(dāng)洞穴模型雙側(cè)向電阻率較低時(shí)，可以作為泥巖充填物考慮；當(dāng)洞穴模型的雙側(cè)向電阻率與基巖電阻率相當(dāng)且異常幅度差較小時(shí)，則將洞穴模型判定為碳酸鹽巖溶蝕物充填類(lèi)型；當(dāng)洞穴模型的雙側(cè)向電阻率特征介于上述二者之間，則充填物可以大致判定為砂巖、碎屑巖或者其他巖相。在實(shí)際測(cè)井過(guò)程中，可以結(jié)合其他測(cè)井以及井眼取心等方式綜合判定洞穴的充填物質(zhì)類(lèi)型。

圖5 洞穴不同充填物雙側(cè)向電阻率測(cè)井響應(yīng)試驗(yàn)特征曲線

圖6 二維過(guò)井軸洞穴地層模型

2.3 不同充填程度影響

利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了不同充填程度對(duì)雙側(cè)向電阻率測(cè)井的影響。模擬選取基巖電阻率ρb=1000Ω·m，泥漿電阻率ρm=1Ω·m，填充物電阻率ρf=50Ω·m的二維過(guò)井軸洞穴泥漿部分填充數(shù)值模型(圖6)，分別對(duì)洞穴充填程度0%、20%、40%、60%、80%、100%進(jìn)行數(shù)值模擬，其深、淺測(cè)向電阻率響應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖7。從圖7可以看出，填充界面處深、淺側(cè)向電阻率測(cè)井響應(yīng)明顯異常，且高填充物的淺側(cè)向電阻率能夠較好地反映真實(shí)電阻率信息，而深側(cè)向電阻率由于受洞穴邊界及填充邊界影響嚴(yán)重，不能準(zhǔn)確反映填充物真實(shí)信息。

3 結(jié)論

1)由不同尺寸洞穴的雙側(cè)向電阻率測(cè)井物理模擬試驗(yàn)可知，深、淺側(cè)向電阻率均隨洞穴模型直徑的增加而減小，且深、淺側(cè)向電阻率出現(xiàn)正差異。當(dāng)洞穴直徑在0～0.05m時(shí)，深、淺側(cè)向差異逐漸增大；當(dāng)洞穴直徑在0.05～0.4m之間時(shí)，正差異幅度有逐漸減小的趨勢(shì)；當(dāng)洞穴模型直徑等于0.4m時(shí)，深、淺側(cè)向電阻率基本相同。

2)不同電阻率的洞穴模型，其深、淺側(cè)向電阻率為正差異，且隨著洞穴模型電阻率的不同，深、淺側(cè)向電阻率幅度不同，幅度差也有一定的差別。

圖7 雙層填充、不同充填程度雙側(cè)向電阻率響應(yīng)

3)不同充填程度對(duì)過(guò)井眼對(duì)稱(chēng)洞穴的雙側(cè)向電阻率測(cè)井響應(yīng)模擬結(jié)果顯示，高填充物的淺側(cè)向電阻率能夠較好地反映真實(shí)電阻率信息，而深側(cè)向電阻率由于受洞穴邊界及填充邊界影響嚴(yán)重，不能準(zhǔn)確反映填充物真實(shí)信息。