CN103615230A - 一种双泥质指示因子含水饱和度模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对砂泥岩薄互层的双泥质指示因子含水饱和度模型建立方法，能够解决由于砂泥岩薄互层中砂层单层厚度薄，分布规律复杂导致阿尔奇含水饱和度公式不适用的难题。将储层看作多个不同岩性的薄层交互分布的层状介质，在纵向上，采用“纵向泥质指示因子”考虑层间的耦合导电，在层内，采用“横向泥质指示因子”考虑泥质对砂岩电性的影响。在适当的假设条件下，储层岩石电阻率是薄互层之间层间耦合与层内泥质影响的共同作用，进而推导出砂泥岩薄互层岩石总电阻率公式，即“双泥质指示因子”饱和度模型。本发明通过实际资料处理分析，更接近于岩石的真实导电情况，有效解决了砂泥岩薄互层特征造成含水饱和度计算不准的问题。

Description

一种双泥质指示因子含水饱和度模型的建立方法

技术领域

本发明涉及石油勘探开发行业测井领域中的一种饱和度评价方法。 

背景技术

1942年，阿尔奇（Archie）在美国石油工艺杂志上发表了“The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir characteristics”著名论文，将电阻率测井与孔隙度测井有效联系起来，奠定了测井储层评价的基础，具有划时代的意义。 

阿尔奇在实验中利用不同电阻率值的盐水100%饱和同一块纯砂岩岩心，分别测量每次实验盐水的电阻率R_w以及与之对应的岩样电阻率R₀，同时测量岩样的有效孔隙度，然后分别计算同一块岩样不同R_w下的比值R₀/R_w，结果表明该比值为一常数，定义为地层因素，但是对于孔隙度不同的岩样，比值也不相同，也就是说对于给定的岩石，地层因素与饱和岩石的地层水电阻率及岩石电阻率无关，它的大小只受地层的有效孔隙度和岩石的孔隙结构影响，可以用以下公式表示： 

$F=\frac{R_0}{R_w}=\frac{a}{{\mathrm{\Φ}}^m}$

式中:F——地层因素，无量纲； 

R₀——100%饱含水纯岩石的电阻率，Ω·m； 

R_w——地层水电阻率，Ω·m； 

Φ——地层有效孔隙度，小数； 

m—— 

岩石的胶结指数，与岩石的孔隙结构和胶结情况密切相关，无量纲； 

a——岩性系数，无量纲。 

当地层含有油气时，阿尔奇根据自己的实验，把含油气地层的电 阻率R_t与地层100%含水时电阻率R₀的比值称为电阻增大系数，该系数只与岩性和含水饱和度有关，公式如下： 

$I=\frac{R_t}{R_0}=\frac{b}{{S_w}^n}$

式中：I——地层电阻率增大系数，无量纲； 

R_t——含油气地层电阻率，Ω·m； 

R₀——100%饱含水纯岩石的电阻率，Ω·m； 

S_w——地层含水饱和度，小数； 

1 

b——与岩性有关的系数，无量纲； 

n——饱和度指数，无量纲。 

联合上面两式，就得到了经典的阿尔奇含水饱和度公式： 

$S_w=n\sqrt{\frac{{\mathrm{abR}}_w}{R_t{\mathrm{\φ}}^m}}$

阿尔奇饱和度模型将孔隙度测井和电阻率两大测井方法连接起来，具有划时代的重要意义，阿尔奇公式是针对纯砂岩储层提出来的，是目前应用最广泛的饱和度模型。但是，一些砂泥薄互层，单层厚度薄，分布规律复杂，使得阿尔奇饱和度模型不再适用，测井解释难度增大，含水饱和度计算困难。 

发明内容

本发明的目的是为克服砂泥薄互层现象严重，导致含水饱和度计算不准的技术难题，提出了一种“双泥质指示因子”饱和度模型的建立方法。 

本发明按如下技术方案实现： 

“双泥质指示因子”饱和度模型构建的总体思路是：首先在纵向上通过电成像对砂泥薄互层进行分层，根据“纵向泥质指示因子”给出层间耦合条件下薄互层之间导电物理模型，然后根据中子密度差值法计算“横向泥质指示因子”，给出层内含泥质砂岩导电物理模型，然后在假设条件下，推导出针对砂泥薄互层物理导电模型 的数学公式。 

具体步骤如下： 

a.建立等效物理模型 

根据砂泥薄互层电成像测井资料，对处理窗长内的薄层进行岩性划分，将岩性划分为泥岩、砂岩、泥质砂岩三类并统计处理窗长内不同岩性的厚度，处理窗长内的电阻率是不同岩性薄层并联的结果，不同岩性的权系数由“纵向泥质指示因子”给出；每一薄层的电阻率可以看作是泥质砂岩导电，通过“横向泥质指示因子”可以控制薄层的泥质含量。 

b.给出假设条件 

模型的提出是基于以下假设的： 

(1) 

砂泥薄互层主要有三种导电形式：泥岩层导电，砂岩层导电，泥质砂岩导电； 

(2)薄层厚度大于电成像测井的纵向分辨率； 

(3)泥岩含水饱和度为100%，电阻率为定值； 

(4)对于泥质砂岩地层，认为泥质在层内均匀分布； 

(5)薄层在纵向上相互平行，在径向上是等厚度的。 

c.确定数学模型公式 

针对砂泥薄互层储层，在纵向上，采用“纵向泥质指示因子”；考虑层间的耦合，在层内，采用“横向泥质指示因子”考虑泥质对砂岩电性的影响。泥岩含水饱和度为100%，电阻率为定值R_sh。在处理窗长内，考虑到层间的耦合作用有： 

$\frac{1}{R_t}=\frac{1-F_V}{R_{s-\mathrm{sh}}}+\frac{F_V}{R_{\mathrm{sh}}}$

针对于泥质砂岩层，在横向上有： 

$\frac{1}{R_{s-\mathrm{sh}}}=\frac{1-F_H}{R_s}+\frac{F_H}{R_{\mathrm{sh}}}$

对于纯净砂岩，根据阿尔奇公式有： 

将上述三式合并可得： 

$R_t=\frac{{\mathrm{abR}}_{\mathrm{sh}}{R}_w}{{\mathrm{abF}}_V{R}_w+(1-F_V)(R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n+F_H({\mathrm{abR}}_w-R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n))}$

上面各式中，Rt为岩石等效电阻率（Ω·m）；Rw为地层水电阻率(Ω·m)；Rs 

是纯砂岩地层电阻率（Ω·m）；Rsh是泥岩地层电阻率（Ω·m）；Rs- 

sh为泥质砂岩地层电阻率（Ω·m）；φ为地层孔隙度(%)；Sw为含水饱和度(%)； 

a，b，m，n为常数；F_V为纵向泥质指示因子；F_H为横向泥质指示因子。 

d.“双泥质指示因子”的确定 

“纵向泥质指示因子”不仅反映了处理窗长内的岩性信息，也反映了处理窗长内纯泥岩薄层的厚度，当F_V=0时，处理窗长内岩性为泥质砂岩，泥质砂岩电阻率公式计算，当F_V=1时，处理窗长内为纯泥岩，退化为纯泥岩电阻率。“纵向泥质指示因子”可以通过处理窗长内泥岩薄层的总厚度与窗长的比值给出： 

$F_V=\frac{H_{\mathrm{sh}}}{L}$

“横向泥质指示因子”反映了泥质砂岩中泥质含量的变化，可以看出，当F_H=0时，泥 

质砂岩电阻率退化为纯砂岩电阻率，当F_H=1时，泥质砂岩电阻率退化为纯泥岩电阻率。 

中子与密度的差值可以很好地反映“横向泥质指示因子”的变化，先将中子与密度曲线按刻度进行标准刻度，然后进行归一化，最后利用归一化后的中子密度曲线差值与岩心分析的泥质含量建立关 系模型。这种方法的创新点是提取了中子与密度孔隙度差，提取的测井属性参数采用归一化表示。建立的模型公式如下： 

V_sh＝a*e^b*pnd

$\mathrm{pnd}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_b-1.84}{0.84}-\frac{50-{\mathrm{\Φ}}_n}{50}$

其中Vsh为泥质含量（%）；pnd为归一化后密度与中子差值（小数）。 

本发明的有益效果是能够解决由于砂泥薄互层严重、单层厚度薄，分布规律复杂，使得测井解释难度增大，含水饱和度计算困难的问题。该方法能够较准确的计算砂泥薄互层含水饱和度，对储层测井评价、产能预测以及油田开发等方面具有重要意义。在计算砂泥薄互层含水饱和度方面具备其它饱和度模型无可比拟的优势，实际应用效果显著，因此极具推广价值。在目前公开发表文献和商业应用软件中尚无类似方法的提出与应用。 

附图说明

图1是本发明等效物理模型图； 

图2是利用电成像进行薄层划分与“纵向泥质指示因子”计算示意图； 

图3和图4是本发明利用中子密度差值法计算的“横向泥质指示因子”结果准确性验证； 

图5和图6是本发明的实例砂泥薄互层两口井的模型计算含水饱和度与岩心分析值对比效果图。 

具体实施方式

下面结合附图和实例来详细说明本发明。 

“双泥质指示因子”饱和度模型的构建步骤如下： 

第一步，利用电成像资料划分薄层： 

如图2所示为电成像进行薄层划分与“纵向泥质指示因子”计算示意图，在处理窗长内，按照电成像资料，划分泥岩段。 

“纵向泥质指示因子”是窗长内泥岩段厚度与窗长长度的比值： 

$F_V=\frac{H_1+H_2}{L}$

第二步，利用中子密度差值法计算“横向泥质指示因子”： 

通过对研究靶区岩心实验数据分析，建立的模型如下： 

F_H＝5.9422*e^6.3349*pnd

其中： $\mathrm{pnd}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_b-1.84}{0.84}-\frac{50-{\mathrm{\Φ}}_n}{50}$

采用这种方法计算泥质含量是泥页岩储层计算泥质含量的有效补充，对模型进行45度线检验（如图3和图4），模型计算值与岩心分析值有很好的对应性，说明运用该方法计算泥页岩泥质含量精度较高。 

第三步，给出“双泥质指示因子”导电饱和度模型： 

图1所示为“双泥质指示因子”导电饱和度等效物理模型图，适当的假设条件下，给出该物理模型的数学公式： 

$R_t=\frac{{\mathrm{abR}}_{\mathrm{sh}}{R}_w}{{\mathrm{abF}}_V{R}_w+(1-F_V)(R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n+F_H({\mathrm{abR}}_w-R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n))}$

当“纵向泥质指示因子”和“横向泥质指示因子”全为0时，“双泥质指示因子”导电饱和度公式退化成阿尔奇公式。 

上面各式中，Rt为岩石等效电阻率(Ω·m)；Rw为地层水电阻率(Ω·m)；Rs 

是纯砂岩地层电阻率；Rsh是泥岩地层电阻率；φ为地层孔隙度(%)；Sw为含水饱和度(%)； 

a，b，m，n为常数，F_V为纵向泥质指示因子，F_H为横向泥质指示因子。 

第四步，实际资料处理： 

为了验证饱和度模型的适用性，对研究区砂泥薄互层油井进行处理，图5和图6为处理成果图，从电成像图像可以看出，储层以砂 泥薄互层为特征，单层厚度薄。图中曲线a为饱和度模型计算的含水饱和度，曲线b是阿尔奇公式计算的含水饱和度，可以看出新模型计算的含水饱和度比阿尔奇公式计算的含水饱和度偏低并且与岩心分析饱和度吻合较好，这是因为新模型考虑了薄互层的影响，从而说明了本文提出的新饱和度模型对研究区砂泥薄互层的独特优势。 

利用本发明“双泥质指示因子”导电饱和度模型计算滩坝砂储层含水饱和度，能够克服储层薄互层现象造成的饱和度计算困难的难题，在砂泥薄互层中计算饱和度具备其它饱和度模型无法比拟的优势，准确计算含水饱和度，为储层评价与产能预测提供有力帮助，具有较高推广价值和社会效益。 

Claims (4)

1.一种“双泥质指示因子”含水饱和度模型的建立方法，其特征在于：首先在纵向上通过电成像对薄互层进行分层，根据“纵向泥质指示因子”给出层间耦合条件下薄互层之间导电物理模型，根据“横向泥质指示因子”给出层内含泥质砂岩导电物理模型，然后在假设条件下，推导出针对于滩坝砂薄互层物理导电模型的数学公式。

2.根据权利要求1所述的“双泥质指示因子”含水饱和度模型的建立方法，其特征在于按如下步骤实现：

a.建立等效物理模型

根据砂泥岩薄互层电成像测井资料，对处理窗长内的薄层进行岩性划分，将岩性划分为泥岩、砂岩、泥质砂岩三类并统计处理窗长内不同岩性的厚度，处理窗长内的电阻率是不同岩性薄层并联的结果，不同岩性的权系数由“纵向泥质指示因子”给出；每一薄层的电阻率看作是泥质砂岩导电，通过“横向泥质指示因子”控制薄层的泥质含量；

b.给出假设条件

模型的提出是基于以下假设的：

(1)

砂泥薄互层主要有三种导电形式：泥岩导电、砂岩导电和泥质砂岩导电；

(2)薄层厚度大于电成像测井的纵向分辨率；

(3)泥岩含水饱和度为100%，电阻率为定值；

(4)对于泥质砂岩地层，认为泥质在层内均匀分布；

(5)薄层在纵向上相互平行，在径向上是等厚度的；

c.确定数学模型公式：针对砂泥薄互层储层，在纵向上，采用“纵向泥质指示因子”考虑层间的耦合，在层内，采用“横向泥质指示因子”考虑泥质对砂岩电性的影响；泥岩含水饱和度为100%，电阻率为定值R_sh；在处理窗长内，考虑到层间的耦合作用有：

$\frac{1}{R_t}=\frac{1-F_V}{R_{s-\mathrm{sh}}}+\frac{F_V}{R_{\mathrm{sh}}}$

针对于泥质砂岩层，在横向上有：

$\frac{1}{R_{s-\mathrm{sh}}}=\frac{1-F_H}{R_s}+\frac{F_H}{R_{\mathrm{sh}}}$

对于纯净砂岩，根据阿尔奇公式有：

将上述三式合并可得：

$R_t=\frac{{\mathrm{abR}}_{\mathrm{sh}}{R}_w}{{\mathrm{abF}}_V{R}_w+(1-F_V)(R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n+F_H({\mathrm{abR}}_w-R_{\mathrm{sh}}{\mathrm{\φ}}^m{S_w}^n))}$

上面各式中，Rt为岩石等效电阻率(Ω·m)；Rw为地层水电阻率(Ω·m)；Rs

是纯砂岩地层电阻率；Rsh是泥岩地层电阻率；φ为地层孔隙度(%)；Sw为含水饱和度(%)；

a，b，m，n为常数，F_V为纵向泥质指示因子，F_H为横向泥质指示因子；

d.“双泥质指示因子”的确定

“纵向泥质指示因子”不仅反映了处理窗长内的岩性信息，也反映了处理窗长内泥岩薄层的厚度与窗长长度的比值；当F_V=0时，处理窗长内岩性为泥质砂岩，根据泥质砂岩电阻率公式计算；当F_V=1时，处理窗长内为纯泥岩，退化为纯泥岩电阻率；“纵向泥质指示因子”通过处理窗长内纯泥岩薄层的总厚度与窗长的比值给出：

$F_V=\frac{H_{\mathrm{sh}}}{L}$

“横向泥质指示因子”反映了泥质砂岩中泥质含量的变化，当F_H=0时，泥质砂岩电阻率退化为纯砂岩电阻率，当F_H=1时，泥质砂岩电阻率退化为纯泥岩电阻率；“横向泥质指示因子”由中子密度差值法计算得出。

3.根据权利要求2所述的“双泥质指示因子”含水饱和度模型的建立方法，其特征在于所述中子密度差值法是计算中子与密度的差值。

4.根据权利要求3所述的“双泥质指示因子”含水饱和度模型的建立方法，其特征在于计算中子与密度的差值方法是：先将中子与密度曲线按刻度进行标准刻度，然后进行归一化，最后利用归一化后的中子密度曲线差值与岩心分析的泥质含量建立关系模型；建立的模型公式如下：

V_sh＝a*e^b*pnd

$\mathrm{pnd}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_b-1.84}{0.84}-\frac{50-{\mathrm{\Φ}}_n}{50}$

其中V_sh为泥质含量（%）；pnd为归一化后密度与中子差值（小数）。

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