電阻率測井在含水飽和度測量中的應(yīng)用分析

李楷 趙云飛

中國石油集團測井有限公司吉林分公司，中國·吉林 松原 138000

為了完成實驗室條件下測量演示孔隙內(nèi)的含水飽和度分布，需要采取相應(yīng)的測試手法來對其進(jìn)行測試。因為實驗室條件下的測量方法和測量精度受到了一定的制約，CT/核磁圖像等方式費用高且不宜多次反復(fù)操作，在比較了點阻力測井原理后，結(jié)合實驗測試的結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，在一定的濃度范圍內(nèi)，溶液電阻和離子濃度是呈現(xiàn)線性關(guān)系的。在油藏條件下為提高測量的精準(zhǔn)度，實驗前需要對溶液濃度和電阻關(guān)系、CT 圖像飽和度值與電阻關(guān)系值的關(guān)系進(jìn)行核對和校正。在銅鼓平板模型驅(qū)替實驗后證明了該方法能清晰的反應(yīng)平面含水量在不同階段的變化情況，以其他的方式相比較，此方式有方便易操作、安全等優(yōu)點，是最適合在實驗室條件下操作的方式。

電阻率測井；巖石電阻率；電阻值；含水飽和度

1 引言

平板模型實驗是為了獲得模擬油倉儲條件下的滲透規(guī)律，飽和度分布規(guī)律對于研究剩余油分布和計算模擬可開發(fā)設(shè)計有著重要作用。測量飽和度的方法通常有電阻率、微波、聲波、CT 圖像和核磁成像等，其中CT 圖像和核磁成像能直觀地獲得飽和度分布信息。但這兩種方式對實驗?zāi)Ｐ偷某叽缬兄鴩?yán)格的要求。聲波和微波方式同樣對實驗非常嚴(yán)格的規(guī)定和要求，并且測量的精準(zhǔn)度也較低。相比之下，電阻率是測量方法中最為簡單的，也是相對更為成熟的測井技術(shù)，它能分辨出測試層含水、油變化。但測試的精準(zhǔn)度還有待提高，對于小于20m的成為無法進(jìn)行識別[1]，這也是電阻率測試方法沒有得到重視的因素之一。經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，在準(zhǔn)備工作就緒后，電阻率法能顯示出很強的測量分辨力，并且能有效地識別小范圍內(nèi)的含水飽和度。

2 電阻率測井的原理

感應(yīng)測井、電極系測井、微球形聚焦測井以及側(cè)向測井方式是最為常見的電阻率測井方式。它們有著相近的測井原理：通過A、B 兩級電攻擊強度為I的電流，在井壁附近建立電廠，測量M、N 兩點間（位于A、B 兩電極之間）的電位差△UMN。△UMN的變化也是反映巖井孔剖面巖層的視電阻率的變化。最后可用公式求巖層的視電阻率：

公式中，Ra為視電阻率，K為電極系系數(shù)，電極系系數(shù)與電極系的類型和尺寸相關(guān)。

由物理知識中可得電阻值公式R=ρL/S和R=△U/I，在公式中，R為電阻值，PL是導(dǎo)體長度，S是導(dǎo)體橫截面積，P是電阻率，Ω·m。

我們可以通過電阻值和電阻率之間的線性關(guān)系看出，在相同測量條件下，變換系數(shù)是恒久穩(wěn)定不變的。根據(jù)原理可得，電阻率測井方式也是在測量得到電阻值通過系數(shù)轉(zhuǎn)換以后形成電阻率數(shù)據(jù)的。實驗?zāi)Ｐ偷臏y量條件對測量點分布的平面和邊界形狀都有所不同，多次測量后，我們能得到邊界形狀對測量結(jié)果的影響微小，且可以忽略不計。同時，我們也能得出電阻值和電阻率的測量方式袁莉以及制定電阻率法在測井資料里的分析過程的優(yōu)勢[2]。

3 巖石電阻率數(shù)值和影響因素

因為受到巖環(huán)境的影響，巖石在典型上有相當(dāng)大的差異。不同類型巖石的電阻率值的范圍，電阻率也是與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布相近的。

我們能了解到巖石電阻率的變化范圍很大。巖石電阻率是由巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和密度及巖石孔隙內(nèi)的流體類型影響的，同一類型的巖石會因孔隙結(jié)構(gòu)和壓實程度的不同而受到不同程度的影響，會有電阻率的差異?？紫秲?nèi)水的礦化程度越高，電阻率則相對越低，含油巖石的電阻率比含水巖石的電阻率高出很多[3]。

4 電阻率測井在含水飽和度測量中的實際應(yīng)用

電阻率測井研究表明，含水飽和度值和電阻值是函數(shù)關(guān)系，為了讓電阻值更精確的轉(zhuǎn)換為含水飽和度值，實驗中中要對巖石樣品、測量探針等實驗物品進(jìn)行標(biāo)定。對于同一區(qū)均質(zhì)巖石，取樣品標(biāo)定后的結(jié)果可以作為試驗的對比基礎(chǔ)。在實驗室條件下的測量精準(zhǔn)度要高于實際的測井過程。研究時選用量程在0.01～990.00KΩ 誤差為2%的電橋測量。軀體模型選用30cm×30cm×4cm的露頭砂巖，模型面積選用較大體積，可以有效地將眼室內(nèi)滲流狀態(tài)進(jìn)行充分反映，這更有利于模擬油藏滲流的特征表現(xiàn)。但也有可能導(dǎo)致模型內(nèi)線路分布復(fù)雜，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上只適合電阻率測量。

4.1 不同離子濃度水溶液的標(biāo)定

確定容器內(nèi)不同離子濃度水溶液和電阻值的關(guān)系，是在空隙中電阻值矯正方式的基礎(chǔ)。同一離子濃度下，兩個探針間距在0.1～20cm之間時候，電阻值差異小于1Ω。不同離子濃度的電阻值表明，電阻值與離子濃度呈線性關(guān)系。

4.2 合理的探針間距

驅(qū)替實驗需要在標(biāo)定濃度范圍內(nèi)選擇實驗溶液，因受到巖石類型和孔隙結(jié)構(gòu)的影響，深度相同、探針間距條件下的測量電阻值與容器內(nèi)的標(biāo)定值有著明顯的差異性。我們將實驗研究地層水離子濃度為CNAC1=10 000mg/L條件下，探針間距與測量電阻值之間的關(guān)系影響。在巖芯完全飽和水和探針深度都一致的條件下，要進(jìn)行不同距離間巖石電阻值的測量。測量結(jié)果中，現(xiàn)實了燈具龍?zhí)舵?zhèn)測量的電阻值因受到外界條件的影響較弱，數(shù)值差異變化非常小。且我們可以在實驗中根據(jù)電阻值與探針間距關(guān)系看出，電阻值和探針間距加大、巖石組成以及均指成都和便捷等影響因素有所增加，為了將測量靈敏度提高，實驗時，探針間距必須要小于2m。

4.3 巖石樣本不同含水電阻值標(biāo)定

巖石樣本飽和油后水驅(qū)，要進(jìn)行不同含水條件下電阻值的測量，并要和含水飽和度進(jìn)行比較，為平板模型提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換做基礎(chǔ)。飽和度的標(biāo)準(zhǔn)的非常難以界定的一個環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，需要利用阿爾奇飽和度和巖性關(guān)系的理論方法來進(jìn)行標(biāo)定，這是最為普遍的方式，確定阿爾奇公式中飽和指數(shù)n 和延性系數(shù)b，我們可以得到含水飽和度的計算公式，即I=R1/RO=b/SNW。在公式中，R1、RO代表巖石含有、巖石完全含水的電阻率Ω·m；SW是含水飽和度，%，b是巖性系數(shù)ln是飽和指數(shù)。確定巖性系數(shù)和飽和指數(shù)的方式，可以用巖芯驅(qū)替試驗方法和經(jīng)驗系數(shù)兩種方法來進(jìn)行確定，純砂石可采用巖性為1，飽和指數(shù)為2的砂石。還可以用CT 圖像來進(jìn)行標(biāo)定，它是新鮮勁的巖石流體分析方式，在與電阻率法結(jié)合后能有效的提高實驗效率和測量的精準(zhǔn)程度。

我們可以將標(biāo)定巖石的過程確定如下：在已飽和油巖芯中進(jìn)行水驅(qū)水淹，恒定0.3Ml/min為驅(qū)替速度。在水驅(qū)0.5PV內(nèi)，每間隔2min 掃描巖芯，并以1.2mm的切片進(jìn)行掃描。掃描結(jié)果經(jīng)過深度的軟件計算含油飽和度，能形成巖芯油水的分布成像。也因為金屬探針對CT 掃描能產(chǎn)生一定的干擾，圖像中會出現(xiàn)拖尾的現(xiàn)象，所以要用此方式標(biāo)定需要用鄰近探針的切片作為標(biāo)定的模板。在實驗中實驗圖像可呈現(xiàn)島狀的油水分布圖，這樣的結(jié)果是因為孔隙形狀而形成的。在掃描軟件對巖芯剖面掃描后，利用統(tǒng)計的方法可以計算出整個平面內(nèi)的水飽和度的平均值，同樣探針也能測量出該平面的電阻值。

4.4 平板巖石模型內(nèi)飽和度的變化

實驗中可進(jìn)行平板模型滲流特征實驗，在水驅(qū)后化學(xué)驅(qū)為樣例，介紹了含水飽和度長圖的變化情況，在采用井網(wǎng)注采模擬實驗，將飽和水和飽和油進(jìn)行真空，讓水驅(qū)達(dá)到含水80%，并繼續(xù)用化學(xué)劑軀體至含水98%，直到實驗結(jié)束。在此實驗中可以得出數(shù)據(jù)，實驗中成高含水條帶，剩油集中分布在角落，平均含水飽和度有明顯提高。在實驗結(jié)果對比可以證明電阻值測量方法的有效可行性。

5 結(jié)語

受到巖石孔隙結(jié)構(gòu)、密度以及巖石孔隙內(nèi)流體類型等因素的影響，巖石電阻率的變化會隨著這些因素的影響而發(fā)生一定的變化。在相同地層水濃度和固定探針間距的有效條件下，相同地層水濃度和固定探針間距條件下的孔隙內(nèi)含水飽和度和巖石電阻值之間也是城線性關(guān)系的。在確定了電阻值和含水飽和度的轉(zhuǎn)換方式和步驟后，要給不同離子濃度水溶液的電阻值進(jìn)行標(biāo)定。不同探針間距的電阻值進(jìn)行標(biāo)定、不同含水飽和度的巖石樣本電阻值也需要利用阿爾奇方法和CT圖像法進(jìn)行標(biāo)定。在通過平板砂巖模型的驅(qū)替實驗中，通過檢驗我們能清晰的得出電阻值方法在含水飽和度變化的實驗中的反映。這個方法相對于其他的測量方法具有更簡單可行和安全的特點，并且在一定條件下，測量的精準(zhǔn)度更準(zhǔn)確。因此，綜上所述，電阻率測井法是非常適合實驗室條件下的含水飽和度的測量的。