CN101775983A - 基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及砂岩水层电阻率的储层数据处理方法，属于基于电阻率的储层属性的识别方法，适用于对地下水层识别。包括利用地质勘探设备采集储层岩性数据；通过分析设备分析采集的储层岩性数据获得砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度及可动地层水电阻率和地层束缚水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩水层真电阻率、地层流体替换率和泥浆滤液分配系数。最终得到被污染砂岩水层视电阻率，通过比较砂岩储层深浅侧向视电阻率和真电阻率及实测电阻率之间的数值关系，判定砂岩储层是否是水层。本发明通过对井眼周围砂岩储层污染程度分析，避免了油气层在投入开发射孔时误射水层，减少了对异常的误判，降低了开发成本。

Description

基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探开发方法，具体为一种基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法，属于基于电阻率的地层属性的识别方法，尤其适用于对地下水层的识别。更具体地，该发明涉及的测井海量信息综合解释评价范畴，涉及地层岩性参数的数据采集测试分析领域。

背景技术

快速准确地评价油水层一直是油田勘探开发科技人员要解决的技术难题。目前油水层评价主要有五类方法：

一是取心法：通过对钻井取心(系统取心、见显示取心和井壁取心)的直接观察，分类描述不同岩性的含油状况，进而评价油水层；

二是测试法：通过对目标层的直接测试，获取地层孔隙流体的各类信息及地层温度和地层压力资料，直接评价油水层的生产能力；

三是录井法：通过录井信息解释评价油水层；

四是图版法：根据普遍而全面的测井资料，通过有限的取心和测试成果建立油水层解释图版，实现对油水层的评价研究；

五是综合法：依据测井、取心、录井和测试等信息综合评价油水层。

众所周知，利用取心或测试技术是评价油水层最直接，也是最有效的评价技术，但不能口口井都进行取心或每个渗透性砂层都进行测试，这既不经济也不现实。后三种方法特别是图版法评价油水层经济高效，应用更为普遍。需要指出的是，测井资料是应用任何方法评价油水层时都不能抛开的最普遍、最有价值的地层信息。

图版法通常是采用测井技术结合取心和测试成果，依据Archie方程制定油水层识别标准，但由于钻井周期长，泥浆对地层(包括油层和水层)污染严重，破坏了地层原有的电性特征，同时由于井与井之间的泥浆性能不统一，从而无法制定统一的油水层识别标准，造成油水层识别率低，给油田开发带来很大的损失，为解决由于泥浆污染对油水层评价造成的不利影响，开展了深浅侧向电阻率测井受泥浆污染后的电阻率评价技术研究。

泥浆侵入原状地层后由于含油饱和度发生变化，使地层中的导电流体性质发生改变。如何客观准确地描述地层流体性质的变化是解决泥浆侵入原状地层后客观求取地层电阻率和识别流体特征的关键。

一大批专家学者在此方面做了大量的研究工作，但多少都存在一些不足，如专利号为CN1243958A的“储层流体性质测量方法及设备”，该专利是通过记录设备发出的两种以上频率的复合电流在储层中产生对应频率的可测量信号，通过对记录信号的对比，认为幅度差值比例小的井段储层流体是水，幅度差值比例大的井段储层流体是油或气。该专利对于受污染油层或水层判别会出现较大偏差，当砂岩储层中的原状流体被泥浆部分或全部驱替时，原状地层(油层或水层)的流体性质均发生变化，应用该专利技术存在对油层或水层的误判现象。

再如，专利号为CN 101363315A的“定量化薄层地层的电阻率和含烃饱和度的方法”，该专利是根据各层的束缚水饱和度和总孔隙度及估算的各层的束缚水总体积，计算地层水平电阻率和垂直电阻率，将估算值与测定的水平电阻率和垂直电阻率进行比较，调整所估算的各层的束缚水饱和度并反复估算该值，直到估算值与所测定的垂直电阻率之间的差值降到所选的阀门值，由经过调整的各层的束缚水饱和度估算烃体积。该专利采用反复调整后的束缚水饱和度实现估算电阻率与实测电阻率的一致性，并用调整后的束缚水饱和度估算烃体积，该专利把由于泥浆侵入造成的地层电阻率升高或降低都归结到束缚水饱和度上，从而直接造成采用调整后的束缚水饱和度估算的烃体积可信度降低。

发明内容

为了解决上面背景技术中存在的问题，本发明提出一种基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法，属于基于电阻率的地层属性的识别方法，尤其适用于对地下水层的识别。

依据本发明所述的技术方案，提供一种基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法，其包括以下步骤：

1)利用地质勘探设备，可以采集储层岩性数据；

2)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得地层中的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度；

3)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得包括可动地层水电阻率R_wf和地层束缚水电阻率R_wi的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩水层真电阻率R_o；

4)根据在步骤2)中获得的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度，以及根据在步骤3)中获得的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩储层真电阻率，来获得地层流体替换率和泥浆滤液分配系数；其中地层流体替换率是指在井眼周围的指定范围内(指侧向电阻率测井探测深度)，侵入渗透性砂岩储层中的侵入液体积与原状砂岩储层中可动流体体积之比，侵入液体积是指泥浆和泥浆滤液体积之和；泥浆滤液分配系数是指侵入渗透性砂岩储层中的泥浆滤液与侵入液体积之比；

地层流体替换率表达式

$u_f=\frac{V_F}{V}---\left(1\right)$

V_F＝V_mud+V_mf                (2)

式中：V_F-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆和泥浆滤液总体积，m³(立方米)；V^mud-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆体积，m³(立方米)；V_mf-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆滤液体积，m³(立方米)；V-指定原状地层(侧向电阻率测井探测深)中可动流体体积，m³(立方米)；u_f-地层流体替换率，0≤u_f≤1，无因次；

泥浆滤液分配系数表达式：

$v_f=\frac{V_{\mathrm{mf}}}{V_{\mathrm{mud}}+V_{\mathrm{mf}}}---\left(3\right)$

式中泥浆滤液分配系数取值范围为0≤v_f＜1。

根据上面得到的参数，依据砂岩储层中的视电阻率解释式得到R_LLso、R_LLdo：

$R_{\mathrm{LLso}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{mfs}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(4\right)$

$R_{\mathrm{mfs}}=\frac{1}{\frac{v_f}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-v_f}{R_m}}---\left(5\right)$

$R_{\mathrm{LLdo}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(6\right)$

式中：R_LLso-100％含水砂岩浅侧向视电阻率，Ω·m；R_LLdo-100％含水砂岩深侧向视电阻率，Ω·m；R_wi-地层束缚水电阻率，Ω·m；R_wf-可动地层水电阻率，Ω·m；R_mf-地层温度下泥浆滤液电阻率，Ω·m；R_mfs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的侵入液综合电阻率，Ω·m；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1；u_fs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的地层流体替换率，0≤u_fs≤1；u_fd-在深侧向电阻率测井探测范围内(探测深度1.15m)的地层流体替换率，0≤u_fd≤1；v_f-泥浆滤液分配系数，0≤v_f＜1；φt-砂岩总孔隙度，0＜φ_t≤47.64％。

5)根据R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间的数值关系，可以判定出砂岩储层是否是水层。

进一步地，当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＜R_LLdo＜R_LLso(附图1为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第一示意图A)的数值关系，且存在或

的数值关系，需判定的砂岩储层是水层。

进一步地，当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＜R_LLso＜R_LLdo(附图2为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第二示意图B)的数值关系，且存在

或

的数值关系，需判定的砂岩储层是水层。

进一步地，当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_LLso＜R_o＜R_LLdo(附图3为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第三示意图C)的数值关系，且存在

或

的数值关系，需判定的砂岩储层是水层。

进一步地，当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_LLso＜R_LLdo＜R_o(附图4为盐水泥浆侵入水层梯形趋势的第四示意图D)的数值关系，且存在

或

的数值关系，需判定的砂岩储层是水层。

其中R_ts为浅侧向电阻率测井实测电阻率；R_td为深侧向电阻率测井实测电阻率。

优选地，根据岩心分析孔隙度和实测声波时差得到砂岩总孔隙度。

优选地，采用不受井眼环境影响的压汞资料确定束缚水饱和度。

优选地，地层水密度是地层水矿化度、地层温度和地层压力的函数。

优选地，可动地层水电阻率R_wf可通过地层水矿化度(S·C)转换为等效NaCl矿化度后，通过总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图版查取(附图5为总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图、附图6为地层水等效NaCl溶液电阻率与温度交会关系的示意图)。

更优选地，纯水层束缚水饱和度和可动水饱和度之间的关系：

1-S_wi＝S_wc

式中：S_wc-100％含水砂岩中可动水饱和度，0≤S_wc＜1；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1。

使用本发明所述的基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法来识别地下水层，将水层避开后射孔，可有效地提高了油(气)藏的单井开采效率，降低了开发成本。有利于油田经济高效地开发油层或气层。本发明评估了泥浆对井眼砂岩储层的污染程度，避免了油层或气层在投入开发射孔时误射水层，减少了对异常的误判。

附图简要说明

图1为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第一示意图A；

图2为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第二示意图B；

图3为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第三示意图C；

图4为盐水泥浆侵入水层梯形趋势的第四示意图D；

图5为总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图；

图6为地层水等效NaCl溶液电阻率与温度交会关系的示意图；

图7为含油饱和度与油藏高度关系的示意图；

图8为原始溶解气油比与地层原油密度关系的示意图；

图9为应用本发明技术方案的葵东102井解释成果示意图；

具体实施方式

依据本发明所述的基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法来识别地下纯水层，具有识别准确、误判率低的优点。该地层数据采集处理方法主要基于以下事实而进行研究来获得的。

在侧向电阻率测井探测范围内，泥浆和泥浆滤液侵入原状砂岩储层，将孔隙中的地层水部分或全部驱替，孔隙中地层水性质也因泥浆和泥浆滤液的侵入而发生变化。为了准确描述泥浆侵入砂岩储层后，砂岩储层中原状流体的变化，本发明提出了“地层流体替换率”和“泥浆滤液分配系数”的思想。“地层流体替换率”是指在井眼周围的指定范围内(指侧向电阻率测井探测深度)，侵入渗透性砂岩储层中的侵入液体积与原状砂岩储层中可动流体体积之比，侵入液体积是指泥浆和泥浆滤液体积之和；“泥浆滤液分配系数”是指侵入渗透性砂岩储层中的泥浆滤液与侵入液体积之比。

本发明采用如下技术方案来识别地下纯水层，即一种基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法，其包括以下步骤：

1)利用地质勘探设备，可以采集储层岩性数据；

2)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得地层中的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度；

3)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得包括可动地层水电阻率R_wf和地层束缚水电阻率R_wi的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩水层真电阻率R_o；

4)根据在步骤2)中获得的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度，以及根据在步骤3)中获得的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩储层真电阻率，来获得地层流体替换率和泥浆滤液分配系数；其中地层流体替换率是指在井眼周围的指定范围内(指侧向电阻率测井探测深度)，侵入渗透性砂岩储层中的侵入液体积与原状砂岩储层中可动流体体积之比，侵入液体积是指泥浆和泥浆滤液体积之和；泥浆滤液分配系数是指侵入渗透性砂岩储层中的泥浆滤液与侵入液体积之比；

地层流体替换率表达式

$u_f=\frac{V_F}{V}---\left(1\right)$

V_F＝V_mud+V_mf            (2)

式中：V_F-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆和泥浆滤液总体积，m³(立方米)；V_mud-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆体积，m³(立方米)；V_mf-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆滤液体积，m³(立方米)；V-指定原状地层(侧向电阻率测井探测深)中可动流体体积，m³(立方米)；u_f-地层流体替换率，0≤u_f≤1，无因次；

泥浆滤液分配系数表达式：

$v_f=\frac{V_{\mathrm{mf}}}{V_{\mathrm{mud}}+V_{\mathrm{mf}}}---\left(3\right)$

式中泥浆滤液分配系数的极限取值范围为0≤v_f＜1。

根据上面得到的参数，依据砂岩储层中的视电阻率解释式得到R_LLso、R_LLdo：

$R_{\mathrm{LLso}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{mfs}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(4\right)$

$R_{\mathrm{mfs}}=\frac{1}{\frac{v_f}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-v_f}{R_m}}---\left(5\right)$

$R_{\mathrm{LLdo}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(6\right)$

式中：R_LLso-100％含水砂岩浅侧向视电阻率，Ω·m；R_LLdo-100％含水砂岩深侧向视电阻率，Ω·m；R_wi-地层束缚水电阻率，Ω·m；R^wf-可动地层水电阻率，Ω·m；R_mf-地层温度下泥浆滤液电阻率，Ω·m；R_mfs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的侵入液综合电阻率，Ω·m；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1；u_fs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的地层流体替换率，0≤u_fs≤1；u_fd-在深侧向电阻率测井探测范围内(探测深度1.15m)的地层流体替换率，0≤u_fd≤1；v_f-泥浆滤液分配系数，0≤v_f＜1；φ_t-砂岩总孔隙度，0＜φ_t≤47.64％。

5)根据R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间的数值关系，可判定砂岩储层是否是纯水层。

进一步地，当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＜R_LLdo＜R_LLso或R_o＜R_LLso＜R_LLdo或R_LLso＜R_o＜R_LLdo的数值关系(附图1为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第一示意图A、附图2为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第二示意图B、附图3为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第三示意图C、附图4为盐水泥浆侵入水层梯形趋势的第四示意图D)，在满足上述四种情形之一的同时，还存在

或的数值关系，需判定的砂岩储层是纯水层。

其中R_ts为浅侧向电阻率测井实测电阻率；R_td为深侧向电阻率测井实测电阻率。

其中，根据岩心分析孔隙度和实测声波时差得到砂岩总孔隙度，采用不受井眼环境影响的压汞资料确定束缚水饱和度，地层水密度是地层水矿化度、地层温度和地层压力的函数；可动地层水电阻率R_wf可通过地层水矿化度(S·C)转换为等效NaCl矿化度后，通过总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图版查取(附图5为总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图；附图6为地层水等效NaCl溶液电阻率与温度交会关系的示意图)；纯水层束缚水饱和度和可动水饱和度之间的关系：1-S_wi＝S_wc，式中S_wc-100％含水砂岩储层中可动水饱和度，0≤S_wc＜1；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1。

为了更进一步详细说明本发明的技术方案，下面描述如何得到本发明中采用的各种岩性参数。但是本领域技术人员应当清楚，下面对各种岩性参数的解释和说明仅仅是示例性的；本领域技术人员也可以通过其他途径来获得砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度，以及地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩储层真电阻率等。

1储层地质参数

1.1砂岩总孔隙度

1986年J.P.Martin等人在Raymer-Hunt 工作的基础上，提出了声波地层因素公式：

$\frac{\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}}=\frac{1}{{(1-{\mathrm{\φ}}_t)}^x}---\left(7\right)$

式中：φ_t-砂岩总孔隙度，f；Δt-砂岩声波时差，μs/m；Δt_ma-砂岩骨架时差，μs/m；x-岩性系数。

由于(7)式与地层电阻率因素

很相似，故把

称为“声波地层因素”。

(7)式可转换为：

${\mathrm{\φ}}_t=1-{\left(\frac{{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ma}}}{\mathrm{\Δt}}\right)}^{1/x}---\left(8\right)$

根据岩心分析总孔隙度(φ_c)和实测声波时差(Δt)，由上式变形后的公式形式回归求得骨架时差(Δt_ma)和岩性系数(x)，最终得到孔隙度解释方程。

logΔt＝logΔt_ma-xlog(1-φ_c)           (9)

式中：φ_c-实验室分析的砂岩总孔隙度，f。

1.2束缚水饱和度

利用J(S_w)函数对毛管压力曲线进行分类和平均。

$J\left(S_w\right)=\frac{P_c}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}\sqrt{\frac{K}{\mathrm{\φ}}}---\left(10\right)$

式中：σ，θ和P_c-分别为实验室内的界面张力、接触角和毛管压力；K-砂岩渗透率，mD；φ-砂岩有效孔隙度(实验室分析)，f。

若毛管压力试验为水银-空气系统，公式可转化为：

$J\left(S_w\right)=0.086P_c\sqrt{\frac{K}{\mathrm{\φ}}}---\left(11\right)$

J(S_w)函数确定含油饱和度的具体步骤：

第一步，计算每块样品的C值。

对某一样品的毛管压力曲线而言，σ，cosθ，K和φ均为常数。为计算方便，令(11)式中的常数项为C，即：

$C=0.086\sqrt{\frac{K}{\mathrm{\φ}}}---\left(12\right)$

第二步，计算岩样每个测压点的J(S_w)函数值。

J(S_w)＝CP_c                            (13)

第三步，统计不同饱和度区间的平均汞饱和度、平均J(S_w)函数和平均压力数据。

第四步，以纵坐标表示J(S_w)函数，横坐标表示汞饱和度(S_Hg)，点上J(S_w)点子。

如果点子集中，说明这些样品同属于一种孔隙结构类型，可以综合为一条代表该类储层的J(S_w)函数曲线。

第五步，求取该类储层的平均毛管压力曲线。

已知该类储层的平均渗透率和平均孔隙度，利用(12)式算出平均C，而后将J(S_w)函数曲线上任一含汞饱和度对应的J(S_w)值乘以平均C值的倒数，即可得到该点对应的平均毛管压力值(P_c)，进而得出该类储层的平均毛管压力曲线。

${\stackrel{\‾}{P}}_c=\frac{1}{\stackrel{\‾}{C}}J\left(S_w\right)---\left(14\right)$

第六步，将实验室条件下的平均毛管压力曲线换算为油藏条件下的毛管压力曲线。

在实验室内测量的毛管压力曲线，虽然使用的样品是油藏储层实际岩心，但非润湿相和润湿相流体不能直接采用油藏条件下的流体，而不同组合的流体界面张力和润湿接触角不同，测得的毛管压力也各不相同。因此无论采用油-水或水银-空气那个系统测得的毛管压力曲线，在计算原始含水饱和度时，必须校正为油藏条件下的平均毛管压力曲线。

实验室毛管压力表达式和油藏毛管压力表达式分别为：

$P_c=\frac{2\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}{r}---\left(15\right)$

$P_{\mathrm{cR}}=\frac{2{\mathrm{\σ}}_R\cos {\mathrm{\θ}}_R}{r}---\left(16\right)$

式中：σ，θ和P_c-分别为实验室内的界面张力、接触角和毛管压力；

σ_R，θ_R和R_cR-分别为油藏条件下的界面张力、接触角和毛管压力。由(15)、(16)式联立得：

$P_{\mathrm{cR}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_R\cos {\mathrm{\θ}}_R}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}{P}_c---\left(17\right)$

实验室流体的界面张力和润湿接触角是已知的，而由于油藏流体处在地层较高温度和地层压力下，且油和水中有溶解气，因此油藏流体的界面张力很难求取。测量油藏条件下润湿接触角十分困难，在实际使用中，将公式(17)简化为：

$P_{\mathrm{cR}}=\frac{{\mathrm{\σ}}_R}{\mathrm{\σ}\cos \mathrm{\θ}}{P}_c---\left(18\right)$

表1界面张力、接触角实验室分析成果

将实验室分析的参数(表1为界面张力、接触角实验室分析成果)代入(17)式得：

$P_{\mathrm{cR}}=\frac{P_c}{17.143}---\left(19\right)$

第七步，将油藏条件下的毛管压力换算为油柱高度。

油藏的毛管压力由油水的重力差来平衡，而毛管压力可表示为：

P_cR＝H(ρ_wf-ρ_of)g    (20)

式中：H-油藏的自由水面以上高度，m；g-重力加速度，9.80m/s²。将(20)式转化为SI制实用单位，求解含油高度为：

$H=\frac{{102P}_{\mathrm{cR}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wf}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{of}}}---\left(21\right)$

式中：P_cR-油藏毛管压力，MPa；ρ_wf、ρ_of-分别为油藏条件下地层水密度和原油密度，g/cm³。

第八步，求取含油饱和度。

将(19)式代入(21)式得：

$H=\frac{{5.95P}_c}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wf}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{of}}}---\left(22\right)$

由(22)式和油藏平均毛管压力曲线即可得到含油饱和度与油藏高度关系，附图7为含油饱和度与油藏高度关系的示意图，进而求得不同油藏高度下的含油饱和度和束缚水饱和度。1.3地层水密度

地层水密度是地层水矿化度、地层温度和地层压力的函数，目前确定地层水密度采用以下方法计算。

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{wf}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{w1}}{62.4{\mathrm{\ρ}}_{w2}{\mathrm{\ρ}}_{w3}}---\left(23\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{w1}={10}^{3.05\×{10}^{-7}S\·C+1.745}---\left(24\right)$

ρ_w2＝1-1.87×10^-5t-1.063×10^-6t²      (25)

ρ_w3＝1-1.40×10^-5t-2.40×10^-6P_i       (26)

式中的地层水矿化度(S·C)为实测值，地层温度(t)是根据研究地区的实测地层温度与垂直深度(D/m)建立的统计方程计算：

$t=10+\frac{3.2D}{100}---\left(27\right)$

式中地层压力(P_i/MPa)是根据实测地层压力与垂直深度(D/m)建立的统计方程计算：

P_i＝0.10+0.01D                          (28)

1.4地层原油密度

在地层条件下，由于原油中不同程度地溶有天然气，使地层原油密度的变化与溶解气含量密切相关。根据实验室提供的实际样品分析数据，建立了原始溶解气油比与地层原油密度相关统计方程(299组分析数据)，附图8为原始溶解气油比与地层原油密度关系的示意图，相关系数为0.9090。

ρ_of＝1.30736-0.29186logR_si    (29)

$B_{\mathrm{oi}}=1+0.01176{\mathrm{\ρ}}_o^{-16.22}+0.01589D^{3.27}---\left(30\right)$

R_si＝321(B_oi-1)^1.02            (31)

式中：ρ_o-地面原油密度(实际分析值)，g/cm³；B_oi-原油体积系数，无因次；R_si-原始溶解气油比(由PVT分析或由公式求取)，m³/m³；D-垂直深度，m。

1.5地层水电阻率

综合地层水电阻率(R_w ^*)和可动地层水电阻率(R_wf)可由实验室分析获取：

$R_w^{*}=R_o{\mathrm{\φ}}_t---\left(32\right)$

式中：R_o-100％含水砂岩真电阻率，Ω·m；φ_t-砂岩总孔隙度，f。可动地层水电阻率(R_wf)：

$R_{\mathrm{wf}}=\frac{R_w^{*}+(1-S_{\mathrm{wi}})R_w^{*}}{2}---\left(33\right)$

地层束缚水电阻率(R_wi)求取方法：

$R_{\mathrm{wi}}=\frac{S_{\mathrm{wi}}{R}_w^{*}{R}_{\mathrm{wf}}}{R_{\mathrm{wf}}-(1-S_{\mathrm{wi}})R_w^{*}}---\left(34\right)$

另外，可动地层水电阻率(R_wf)还可通过地层水矿化度(S·C)转换为等效NaCl矿化度后，通过总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图获得，附图5为总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图、附图6为地层水等效NaCl溶液电阻率与温度交会关系的示意图。

1.6泥浆及泥浆滤液电阻率

泥浆和泥浆滤液电阻率是根据实测泥浆电阻率(R′_m)、泥浆密度(ρ_m)、泥浆温度(t′)等参数，采用D.W.Hilchie在1984年提出的公式和Schlumberger公司提供的公式计算求取：

$R_m=\left(\frac{t^{\′}+z}{t+z}\right)R_m^{\′}---\left(35\right)$

$z=\frac{160}{9}+{10}^{0.3861545-0.340396\lg R_m^{\′}}---\left(36\right)$

$R_{\mathrm{mf}}=R_m{10}^{0.396-0.0475{\mathrm{\ρ}}_m}---\left(37\right)$

式中：R_m-地层温度下泥浆电阻率，Ω·m；t′-井口实测温度，℃；t-地层温度，℃；R′_m-井口实测泥浆电阻率，Ω·m；ρ_m-井口泥浆密度，g/cm³；R_mf-地层温度下泥浆滤液电阻率，Ω·m；z-转换系数。

1.7砂岩储层真电阻率

(1)纯水层真电阻率

纯水层束缚水饱和度和可动水饱和度之间的关系：

1-S_wi＝S_wc                (38)

式中：S_wc-100％含水砂岩储层中可动水饱和度，f；S_wi-砂岩束缚水饱和度，f。

纯水层电阻率计算方程：

$R_o=\frac{N}{\frac{N^2{\mathrm{\φ}}_t(1-S_{\mathrm{wi}})}{{\mathrm{NR}}_{\mathrm{wf}}}+\frac{N^2{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{{\mathrm{NR}}_{\mathrm{wi}}}}---\left(39\right)$

式中：N-单位立方体砂岩的切片数，个。

(39)式化简后得：

$R_o=\frac{R_{\mathrm{wi}}{R}_{\mathrm{wf}}}{R_{\mathrm{wi}}{\mathrm{\φ}}_t(1-S_{\mathrm{wi}})+R_{\mathrm{wf}}{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}---\left(40\right)$

式中：R_o-100％含水砂岩储层真电阻率，Ω·m。

(2)含可动水油层真电阻率

含可动水油层的束缚水饱和度、可动水饱和度及含油饱和度之间的关系：

1-S_wi-S_of＝S_wf            (41)

根据(41)式，得含可动水油层真电阻率方程：

$R_t^{\′}=\frac{R_{\mathrm{wi}}{R}_{\mathrm{wf}}}{R_{\mathrm{wi}}{\mathrm{\φ}}_t(1-S_{\mathrm{wi}}-S_{\mathrm{of}})+R_{\mathrm{wf}}{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}---\left(42\right)$

式中：R′_t-含可动水油层真电阻率，Ω·m。

(3)纯油层真电阻率

1-S_wi＝S_oi                (43)

根据(43)式，得纯油层真电阻率方程：

$R_t=\frac{R_{\mathrm{wi}}}{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}---\left(44\right)$

式中：R_t-砂岩油层真电阻率，Ω·m。

1.8地层流体替换率和泥浆滤液分配系数

(1)地层流体替换率

$u_f=\frac{V_F}{V}$

V_F＝V_mud+V_mf

式中：V_F-侵入指定地层(指侧向电阻率测井探测深度)的泥浆和泥浆滤液总体积，m³(立方米)；V_mud-侵入指定地层(指侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆体积，m³；V_mf-侵入指定地层(指侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆滤液体积，m³；V-指定原状地层(指侧向电阻率测井探测深度)中可动流体体积，m³；u_f-地层流体替换率，0≤u_f≤1，无因次。

地层中泥浆和泥浆滤液的侵入量(V_F)为钻井过程中滤失泥浆体积(V_L)与钻井岩屑中可动流体体积(V_sc)之差：

V_F＝V_L-V_sc               (45)

钻井岩屑中可动流体体积(V_sc)：

$V_{\mathrm{sc}}=\mathrm{\π}{\left(\frac{d}{2}\right)}^{2}h{\stackrel{\‾}{\mathrm{\φ}}}_t(1-{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{wi}})---\left(46\right)$

式中：V_sc-钻井岩屑中可动流体体积，m³；d-钻头直径，一般采用直径9.5in的钻头，即9.5×0.0254＝0.2413m；h-渗透性地层厚度，m；φ_t-渗透性地层厚度权衡孔隙度，f；S_wi-渗透性地层孔隙厚度权衡束缚水饱和度，f。

钻井过程中滤失泥浆体积(V_L)：

由于泥浆与岩屑、地层孔隙流体交换的体积量(V_L)相等，则混合(composition)了地层水的泥浆密度可表示为：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mc}}=\frac{({\mathrm{\αV}}_m-V_L){\mathrm{\ρ}}_m+V_L{\mathrm{\ρ}}_f}{{\mathrm{\αV}}_m}---\left(47\right)$

式中：ρ_mc-混合了地层流体的泥浆密度(实际分析)，g/cm³；ρ_m-钻井泥浆密度(现场分析)，g/cm³；ρ_f-在地面，原状地层中被驱替的孔隙流体密度(实际分析)，g/cm³；V_m-理论计算的泥浆体积，m³；V_L-钻井过程中滤失的泥浆体积，m³；α-钻井过程中泥浆实际使用量与理论计算泥浆体积的比值(在实际钻井过程中所使用的泥浆体积量为理论计算值的2.0～3.0倍)，无因次。

由(47)式转换得：

$V_L=\frac{{\mathrm{\αV}}_m({\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mc}})}{{\mathrm{\ρ}}_m-{\mathrm{\ρ}}_f}---\left(48\right)$

上式中的三种密度(钻井泥浆密度、原状地层被驱替的孔隙流体密度、混合了地层流体的泥浆密度)均可由现场取样分析及时获取，而钻井过程所需要的泥浆体积量可通过理论计算。

$V_m=\mathrm{\πL}{\left(\frac{d}{2}\right)}^2---\left(49\right)$

式中：π-圆周率，取值3.1415；L-钻井轨迹长度(对直井而言为钻井深度D)，m。

深浅侧向电阻率测井探测范围内的泥浆侵入量：浅侧向电阻率测井探测深度为0.35m，深侧向电阻率测井探测深度为1.15m。

浅侧向电阻率测井探测范围内的可动流体体积：

$V_s=\mathrm{\πh}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\φ}}}_t(1-{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{wi}})[r_s^2-{\left(\frac{d}{2}\right)}^2]---\left(50\right)$

式中：r_s-浅侧向电阻率测井探测半径(等于探测深度加钻头半径)，m；V_s-浅侧向电阻率测井探测范围内的可动流体体积，m³。

深侧向电阻率测井探测范围内的可动流体体积(含浅侧向电阻率测井探测范围内的可动流体体积)：

$V_d=\mathrm{\πh}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\φ}}}_t(1-{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{wi}})[r_d^2-{\left(\frac{d}{2}\right)}^2]---\left(51\right)$

式中：r_d-深侧向电阻率测井探测半径(等于探测深度加钻头半径)，m；V_d-深侧向电阻率测井探测范围内的可动流体体积，m³。

在井筒中滤失泥浆总量的百分比ω分布在浅侧向电阻率探测范围内，余下的1-ω分布在深侧向电阻率探测范围内，即：

$u_{\mathrm{fs}}=\frac{{\mathrm{\ωV}}_F}{\mathrm{\πh}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\φ}}}_t(1-{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{wi}})[r_s^2-{\left(\frac{d}{2}\right)}^2]}---\left(52\right)$

$u_{\mathrm{fd}}=\frac{(1-\mathrm{\ω})V_F}{\mathrm{\πh}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\φ}}}_t(1-{\stackrel{\‾}{S}}_{\mathrm{wi}})(r_d^2-r_s^2)}---\left(53\right)$

式中：u_fs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的地层流体替换率，0≤u_fs≤1；u_fd-在深侧向电阻率测井探测范围内(探测深度1.15m)的地层流体替换率，0≤u_fd≤1；ω-侵入深浅侧向探测范围内的侵入液比例(分析获取)，0＜ω≤1。

(2)泥浆滤液分配系数表达式

$v_f=\frac{V_{\mathrm{mf}}}{V_{\mathrm{mud}}+V_{\mathrm{mf}}}$

式中：v_f-泥浆滤液分配系数，0≤v_f＜1。

泥浆滤液分配系数是由实验室根据岩心分析获取，主要分布区间为0.30～0.95。

1.9纯水层视电阻率方程

泥浆和泥浆滤液侵入砂岩储层后，将孔隙中的可动水部分或全部驱替，此时地层中的可动水饱和度为S_wc＝1-S_wi，则由(39)式可导出深浅侧向电阻率测井在砂岩储层中的视电阻率解释方程：

$R_{\mathrm{LLso}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{mfs}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}$

$R_{\mathrm{mfs}}=\frac{1}{\frac{v_f}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-v_f}{R_m}}$

$R_{\mathrm{LLdo}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}$

式中侵入泥浆与泥浆滤液混合后的侵入液电阻率(R_mfs)是根据实验室分析的泥浆滤液分配系数(v_f)计算求取。

2水层评价

通过对上述系列电阻率解释方程的求解分析，采用淡水泥浆钻井时，侵入液电阻率大于地层水电阻率，泥浆和泥浆滤液侵入水层后，会使砂岩水层的电阻率增大，深浅侧向电阻率测井表现出水层为“增阻”(递增或倒增)或“半增阻”泥浆侵入特征，即R_o＜R_LLdo＜R_LLso，附图1为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第一示意图A，或R_o＜R_LLso＜R_LLdo，附图2为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第二示意图B，或R_LLso＜R_o＜R_LLdo，附图3为淡水泥浆侵入水层梯形趋势的第三示意图C。

采用盐水泥浆钻井时，侵入液电阻率小于地层水电阻率，泥浆侵入水层后，会使砂岩水层的电阻率减小，深浅侧向电阻率测井表现出水层为“减阻”泥浆侵入特征，即R_o＞R_LLdo＞R_LLso，附图4为盐水泥浆侵入水层梯形趋势的第四示意图D，在满足上述四种情形之一时还要满足或

的数值关系，这是识别水层的典型特征，附表2为水层识别模式。

表2水层识别模式

本发明技术方案中所述方法，经过实际验证，取得了显著成效，具体为：上述系列砂岩储层电阻率计算及孔隙流体识别技术在辽河油田五个区块应用后，效果显著，使水层测井解释精度由原来的75％～80％提高到90％～95％，解释符合率提高了十五个百分点。下面列举一个实例加以说明。

实例：

葵东102井完钻井深2306m，井口温度18℃，井口泥浆密度1.190g/cm³，混合泥浆密度1.181g/cm³，属盐水泥浆。50号层垂深对应地层温度60.93℃，泥浆使用量263m³，地层温度下泥浆电阻率0.087Ω·m，地层温度下泥浆滤液电阻率0.190Ω·m，钻头直径9.5in(0.2413m)，总孔隙度28.7％，束缚水饱和度45.0％，综合地层水电阻率2.239Ω·m，束缚水电阻率3.471Ω·m，可动地层水电阻率1.736Ω·m，100％纯水层电阻率7.80Ω·m，泥浆滤液分配系数0.90，浅侧向地层流体替换率6.9％，深侧向地层流体替换率1.5％，侵入液40％分布在浅侧向探测范围，由此计算该层含油时(未受泥浆污染)真电阻率为26.87Ω·m，地层受泥浆污染后计算的深浅侧向视电阻率：R_LLso为5.38Ω·m，R_LLdo为7.16Ω·m，此时存在5.38(R_LLso)＜7.16(R_LLdo)＜7.80(R_o)的数值关系，同时存在

或

的数值关系，属盐水泥浆侵入水层的“减阻”泥浆侵入特征，50号层原解释为油层，采用本发明技术方案解释是水层，经单层试油证实50号层是水层：日产水97.80方，附图9为葵东102井解释成果示意图。

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法来识别地下纯水层。尽管本发明的优选实施例详细描述并解释了本发明，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims (10)

1.一种基于砂岩储层水层电阻率的地层数据处理方法，其包括以下步骤：

1)利用地质勘探设备，可以采集储层岩性数据；

2)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得地层中的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度；

3)基于采集到的储层岩性数据，通过岩性数据分析设备获得包括可动地层水电阻率R_wf和地层束缚水电阻率R_wi的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩水层真电阻率R_o；

4)根据在步骤2)中获得的砂岩总孔隙度、束缚水饱和度、地层水密度和地层原油密度，以及根据在步骤3)中获得的地层水电阻率、泥浆及泥浆滤液电阻率和砂岩地层真电阻率，来获得地层流体替换率和泥浆滤液分配系数；其中地层流体替换率是指在井眼周围的指定范围内(指侧向电阻率测井的探测深度)，侵入渗透性砂岩地层中的侵入液体积与原状砂岩地层中可动流体体积之比，侵入液体积是指泥浆和泥浆滤液体积之和；泥浆滤液分配系数是指侵入渗透性砂岩地层中的泥浆滤液与侵入液体积之比。

地层流体替换率表达式：

$u_f=\frac{V_F}{V}---\left(1\right)$

V_F＝V_mud+V_mf    (2)

式中：V_f-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆和泥浆滤液总体积，m³(立方米)；V_mud-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆体积，m³(立方米)；V_mf-侵入指定地层(侧向电阻率测井探测深度)中的泥浆滤液体积，m³(立方米)；V-指定原状地层(侧向电阻率测井探测深)中可动流体体积，m³(立方米)；u_f-地层流体替换率，0≤u_f≤1，无因次；

泥浆滤液分配系数表达式：

$v_f=\frac{V_{\mathrm{mf}}}{V_{\mathrm{mud}}+V_{\mathrm{mf}}}---\left(3\right)$

式中泥浆滤液分配系数取值范围为0≤v_f＜1。

根据上面得到的参数，依据砂岩储层中的视电阻率解释式得到R_LLso、R_LLdo：

$R_{\mathrm{LLso}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{mfs}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fs}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(4\right)$

$R_{\mathrm{mfs}}=\frac{1}{\frac{v_f}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-v_f}{R_m}}---\left(5\right)$

$R_{\mathrm{LLdo}}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\φ}}_t{S}_{\mathrm{wi}}}{R_{\mathrm{wi}}}+{\mathrm{\φ}}_t(\frac{u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{mf}}}+\frac{1-u_{\mathrm{fd}}}{R_{\mathrm{wf}}})(1-S_{\mathrm{wi}})}---\left(6\right)$

式中：R_LLso-100％含水砂岩浅侧向视电阻率，Ω·m；R_LLdo-100％含水砂岩深侧向视电阻率，Ω·m；R_wi-地层束缚水电阻率，Ω·m；R_wf-可动地层水电阻率，Ω·m；R_mf-地层温度下泥浆滤液电阻率，Ω·m；R_mfs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的侵入液综合电阻率，Ω·m；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1；u_fs-在浅侧向电阻率测井探测范围内(探测深度0.35m)的地层流体替换率，0≤u_fs≤1；u_fd-在深侧向电阻率测井探测范围内(探测深度1.15m)的地层流体替换率，0≤u_fd≤1；v_f-泥浆滤液分配系数，0≤v_f＜1；φ_t-砂岩总孔隙度，0＜φ_t≤47.64％。

5)根据R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间的数值关系，可判定砂岩储层是否是纯水层。

其中R_o为砂岩水层真电阻率，R_ts为浅侧向电阻率测井的实测电阻率，R_td为深侧向电阻率测井的实测电阻率。

2.根据权利要求1中所述方法，其中当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＜R_LLdo＜R_LLso的数值关系，且存在

或

的数值关系，需判定的砂岩储层是纯水层。

3.根据权利要求1中所述方法，其中当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＜R_LLso＜R_LLdo的数值关系，且存在

或的数值关系，需判定的砂岩储层是纯水层。

4.根据权利要求1中所述方法，其中当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_LLso＜R_o＜R_LLdo的数值关系，且存在或

的数值关系，需判定的砂岩储层是纯水层。

5.根据权利要求1中所述方法，其中当R_LLso、R_LLdo、R_o、R_ts和R_td之间存在R_o＞R_LLdo＞R_LLso的数值关系，且存在

或

的数值关系，需判定的砂岩储层是纯水层。

6.根据权利要求1-5中之任一所述方法，其中根据岩心分析孔隙度和实测声波时差得到砂岩总孔隙度。

7.根据权利要求1-5中之任一所述方法，其中采用不受井眼环境影响的压汞资料确定束缚水饱和度。

8.根据权利要求1-5中之任一所述方法，其中地层水密度是地层水矿化度、地层温度和地层压力的函数。

9.根据权利要求1-5中之任一所述方法，其中可动地层水电阻率R_wf可通过地层水矿化度(S·C)转换为等效NaCl矿化度后，通过总矿化度与对应离子含量的等效系数关系图版查取。

10.根据前述权利要求中之任一所述方法，其中纯水层束缚水饱和度和可动水饱和度之间的关系：1-S_wi＝S_wc

式中：S_wc-100％含水砂岩中可动水饱和度，0≤S_wc＜1；S_wi-砂岩束缚水饱和度，0＜S_wi≤1。

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