文慧儉，李雪英，王盛強(qiáng)，馬世忠

1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318

2.青海油田采油二廠，青海 海西 816400

0 引言

水淹層解釋分析具有工作量大、專業(yè)程度高、經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、不易推廣的特點(diǎn)［1－4］，因此，有必要建立一套厚層砂體水淹級(jí)別自動(dòng)判別方法。但是，目前影響水淹解釋符合率提高的主要問(wèn)題在于利用測(cè)井曲線判斷水淹級(jí)別存在多解性［5－8］：相同的水淹級(jí)別，其電性特征往往并不相同；而相同的電性特征又極有可能對(duì)應(yīng)著不同的水淹級(jí)別。這給水淹解釋工作帶來(lái)了極大的困難。即使在人工解釋的情況下，小層水淹級(jí)別判別的符合率也很難超過(guò)80%。

雖然利用測(cè)井曲線判別水淹級(jí)別存在多解性，但是厚層砂體內(nèi)部的水淹級(jí)別分布還是有規(guī)律可循的。眾多學(xué)者研究表明，地層原始沉積韻律對(duì)厚層砂體水淹級(jí)別具有控制作用［9－13］。這體現(xiàn)在2個(gè)方面：不同類型的沉積韻律，水淹強(qiáng)度空間分布規(guī)律不同；而相同類型沉積韻律的水淹強(qiáng)度空間分布規(guī)律大致相同；在同一沉積韻律內(nèi)部，厚層砂體中各小層的水淹強(qiáng)度并不是彼此孤立的，而是高度相關(guān)并具有很強(qiáng)的空間規(guī)律性的。只要能夠準(zhǔn)確劃分出原始沉積韻律類型，就能夠給出沉積韻律內(nèi)部各小層的水淹規(guī)律，即厚層砂體內(nèi)部的水淹規(guī)律是受沉積韻律所控制的。

另一方面，水淹級(jí)別判斷難點(diǎn)在于特高、高、中、低、未淹等水淹級(jí)別的電性標(biāo)準(zhǔn)很難建立，從而導(dǎo)致了水淹解釋符合率不高［14－18］。究其原因，主要在于解釋人員只考慮了水淹強(qiáng)度的不同，而忽略了宏觀地質(zhì)控制因素的不同，將不同類型沉積韻律中具有相同水淹級(jí)別的小層的電性特征放在一起歸納分析。然而不同類型沉積韻律的巖性、物性、地層水礦化度不同，導(dǎo)致相同水淹級(jí)別的電性特征不同，因而很難給出統(tǒng)一的電性標(biāo)準(zhǔn)。即使是相同類型的沉積韻律，相同的水淹級(jí)別，由于該類型沉積韻律所處沉積環(huán)境的千差萬(wàn)別，其絕對(duì)電性特征也不會(huì)相同。而同一沉積韻律具有相同的水動(dòng)力變化規(guī)律，因此，韻律內(nèi)各小層之間的電性特征具有相對(duì)可比性。這說(shuō)明相同類型沉積韻律即使所處位置不同，但其內(nèi)部各小層的電性特征相對(duì)變化規(guī)律大致相同。因此，以沉積韻律理論為宏觀指導(dǎo)，建立韻律內(nèi)部各小層水淹級(jí)別相對(duì)電性特征判別標(biāo)準(zhǔn)，是提高水淹級(jí)別判別符合率的重要途徑之一。

通過(guò)上述分析，筆者將地下儲(chǔ)層根據(jù)原始沉積特征的不同劃分為正韻律、反韻律、均質(zhì)韻律、復(fù)合韻律、多段多韻律等基本類型，并將不同沉積韻律類型映射到測(cè)井曲線上，形成與沉積韻律一一對(duì)應(yīng)的測(cè)井解釋單元。以穩(wěn)定泥巖隔層作為不同解釋單元的分界標(biāo)志，在電阻率測(cè)井曲線上確定解釋單元的頂?shù)捉缦?。在解釋單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，采用電阻率曲線聯(lián)合密度測(cè)井曲線，以電阻率曲線平均斜率傾斜角及密度曲線的相對(duì)重心作為判別參數(shù)，對(duì)每一個(gè)解釋單元內(nèi)部的沉積韻律進(jìn)行自動(dòng)劃分與判別。

1 解釋單元?jiǎng)澐?/h2>

所謂的解釋單元就是把地質(zhì)上的沉積單元（沉積韻律）概念映射到測(cè)井曲線上，將測(cè)井曲線劃分成與地質(zhì)沉積單元一一對(duì)應(yīng)的整體解釋層段［19］。由地質(zhì)沉積理論可知，不同沉積單元之間存在穩(wěn)定的泥巖隔層。因此，測(cè)井曲線上的解釋單元?jiǎng)澐謫?wèn)題就轉(zhuǎn)變?yōu)樵跍y(cè)井曲線上尋找穩(wěn)定泥巖隔層的問(wèn)題。選取電阻率曲線作為基本的劃分曲線，當(dāng)電阻率曲線出現(xiàn)低平直線狀且電阻率值小于給定閾值的層段作為不同解釋單元的分隔層。對(duì)于厚層砂處（解釋單元內(nèi)累計(jì)砂巖厚度≥1m），要求泥巖隔層厚度不小于0.5m，并將測(cè)井曲線上具有明顯泥巖回返處作為解釋單元的頂（底）界；對(duì)于薄層砂，可將測(cè)井曲線上具有明顯回返處作為解釋單元的頂（底）界。

2 韻律劃分與描述

在解釋單元?jiǎng)澐只A(chǔ)上，對(duì)于解釋單元內(nèi)部巖性和物性較好、電性特征較高的厚層砂，根據(jù)沉積時(shí)的水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境的不同將其劃分為以下幾種基本類型，其水淹前后曲線特征參數(shù)變化情況見(jiàn)表1。

1）均質(zhì)韻律厚層砂。它反映的沉積環(huán)境水動(dòng)力條件相對(duì)穩(wěn)定，層段內(nèi)部巖性、物性相對(duì)均質(zhì)，流體性質(zhì)也相對(duì)穩(wěn)定。電性曲線為箱形，與上下圍巖為突變接觸。

2）正韻律厚層砂。它反映的沉積環(huán)境水動(dòng)力條件按強(qiáng)到弱規(guī)律變化：從下到上巖性逐漸變差，粒度逐漸變細(xì)，密度逐漸增大、視電阻率減小。

3）反韻律厚層砂。它反映的沉積環(huán)境水動(dòng)力條件按由弱到強(qiáng)規(guī)律變化：其最高滲透層在砂體頂部，由上到下巖性、物性逐漸變差，密度逐漸增大、視電阻率降低。

表1 不同沉積韻律水淹前后曲線識(shí)別參數(shù)變化對(duì)比表Table1 Identify parameters before and after water flooded from well logging curves in different sedimentary rhythms

4）復(fù)合韻律厚層砂。它反映的沉積環(huán)境水動(dòng)力條件按由弱到強(qiáng)再到弱規(guī)律變化?？v向上，上部為正韻律沉積，下部為反韻律沉積。中部巖性較均勻，滲透率較高；上部和下部漸變部分常有低滲透夾層出現(xiàn)。復(fù)合韻律砂體在視電阻率曲線上表現(xiàn)為小-大-小的變化特征；密度曲線表現(xiàn)為大-小-大的變化特征；微電極曲線的幅值、幅度差為小-大-小的變化特征，在韻律兩端具有明顯齒化的特點(diǎn)。

5）多段多韻律厚層砂。它多形成于各種河道砂體中，為多期河道砂體的切疊。其特點(diǎn)是砂體厚度大，層內(nèi)巖性、物性?shī)A層多，剖面上往往可分為2個(gè)或2個(gè)以上厚度不等的韻律段。在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為多個(gè)厚度不等的峰值組合，反映出多韻律性。多段多韻律層間的夾層一般為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，或是致密鈣質(zhì)層。如果隔層條件較好，它會(huì)削弱重力在韻律中的積極作用，使夾層下部驅(qū)油效率降低，這時(shí)可將多期河道砂體分為單期河道砂體來(lái)處理。如果夾層不穩(wěn)定時(shí)，則夾層上下具有水動(dòng)力聯(lián)系，多表現(xiàn)為注入水下竄；不穩(wěn)定夾層越多，其間油水運(yùn)動(dòng)與水淹規(guī)律也就越復(fù)雜。

3 曲線特征參數(shù)與韻律判別

3.1 判別思路

地質(zhì)上，利用測(cè)井曲線自動(dòng)劃分沉積微相已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，有許多作者對(duì)此做過(guò)相應(yīng)的研究［20－22］。但是，在水淹層原始沉積韻律判別上，其又具有特殊性，這體現(xiàn)在：在沉積韻律判別分析上，最理想的測(cè)井曲線是電阻率曲線，其可以詳細(xì)刻畫(huà)出韻律內(nèi)部各層巖性、物性、含油性以及地層水礦化度的空間變化；但水淹后電阻率測(cè)井曲線上所表現(xiàn)出來(lái)的沉積韻律，并不是地層原始的沉積韻律，這主要是因?yàn)楫?dāng)?shù)貙铀秃螅貏e是地層遭受到強(qiáng)水淹后，會(huì)造成地層電阻率的降低，使電阻率測(cè)井曲線形態(tài)發(fā)生很大的變化，使得原有的鐘形曲線形態(tài)（正韻律沉積）轉(zhuǎn)變?yōu)橄湫危ň|(zhì)韻律）甚至是漏斗形（反韻律）。因此，單純依據(jù)電阻率曲線識(shí)別沉積韻律往往會(huì)造成原始沉積韻律類型的誤判，進(jìn)而影響后續(xù)的小層水淹級(jí)別的判別。解釋辦法是聯(lián)合密度測(cè)井曲線與電阻率曲線進(jìn)行綜合判斷，雖然水淹也會(huì)造成儲(chǔ)層物性的變化，如隨著水淹強(qiáng)度的增加，儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率都會(huì)增大，使得儲(chǔ)層物性進(jìn)一步變好，這使得原始密度曲線形態(tài)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。例如原有密度曲線形態(tài)為鐘形，強(qiáng)水淹后仍然是鐘形，而不會(huì)像電阻率曲線那樣變得相反。此外，在強(qiáng)水淹情況下，密度曲線的幅值改變也不會(huì)像電阻率曲線那樣有很大的變化，因此，密度曲線形態(tài)變化是相對(duì)微小的，可以較好地保持原始沉積韻律所具有的曲線形態(tài)。

3.2 特征參數(shù)的定義

為實(shí)現(xiàn)厚層砂體沉積韻律類型的計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別，需要定量化描述測(cè)井曲線形態(tài)參數(shù)。在本次研究中，主要采取的定量化特征參數(shù)包括測(cè)井曲線的平均斜率傾斜角和相對(duì)重心。

3.2.1 平均斜率傾斜角（α）

曲線的平均斜率是識(shí)別測(cè)井曲線形態(tài)一個(gè)重要的參數(shù)，它表示一段砂體內(nèi)部電性特征連續(xù)變化的趨勢(shì)，可表示電性曲線的增大、減小或不變。對(duì)于密度曲線，負(fù)值平均斜率表示巖性變粗，為正韻律；而對(duì)于電阻率曲線則相反，平均斜率為正，代表巖性變粗，為正韻律（圖1）。平均斜率利用數(shù)學(xué)公式可表示為［22］

圖1 不同測(cè)井曲線的斜率表示示意圖Fig.1 Sketch of slope of different well logging curves

由于平均斜率變化范圍比較小，區(qū)分度不高，不利于韻律類型的自動(dòng)判別，所以將測(cè)井曲線的平均斜率轉(zhuǎn)化為傾斜角：

當(dāng)α≤80°時(shí)，曲線形態(tài)為鐘形。按區(qū)間（0°，40°］、（40°，60°］、（60°，80°］對(duì)應(yīng)可細(xì)分為扁鐘形、正常鐘形和長(zhǎng)鐘形。當(dāng)α≥100°時(shí)，曲線形態(tài)為漏斗形。按所處范圍（180°，140°］、（140°，120°］、（120°，100°］對(duì)應(yīng)可細(xì)分為扁漏斗形、正常漏斗形和長(zhǎng)漏斗形；若α∈（80°，100°），且是高幅，則為箱形。

3.2.2 相對(duì)重心（W）

相對(duì)重心W 用下式表示：

相對(duì)重心的大小表示了不同測(cè)井曲線幅值的分布情況：對(duì)于視電阻率曲線，鐘形曲線形態(tài)的相對(duì)重心偏下，漏斗形相對(duì)重心偏上；對(duì)于密度曲線，鐘形曲線形態(tài)相對(duì)重心偏上，漏斗形相對(duì)重心偏下；箱形曲線形態(tài)的相對(duì)重心居中。

3.3 判別方法

3.3.1 厚層砂內(nèi)部鈣質(zhì)夾層去除

河道砂體在沉積過(guò)程中會(huì)形成頂鈣或底鈣夾層，它的存在會(huì)改變電阻率曲線的形狀，易使儲(chǔ)層韻律性計(jì)算機(jī)判別產(chǎn)生誤差，必須予以準(zhǔn)確識(shí)別。應(yīng)根據(jù)其自然趨勢(shì)進(jìn)行削截、插值、平滑，以保證其不影響原始沉積韻律類型判別精度；對(duì)于獨(dú)立的鈣質(zhì)薄層，直接跳過(guò)，不予解釋。在鈣質(zhì)夾層的去除過(guò)程中，最為關(guān)鍵的是鈣質(zhì)夾層邊界的確定。邊界過(guò)大，會(huì)傷及正常曲線形態(tài)；邊界過(guò)小，鈣質(zhì)夾層會(huì)有殘余。筆者采取測(cè)井曲線活度法［23－24］確定鈣質(zhì)夾層邊界。為了提高活度分層的準(zhǔn)確性，在分層時(shí)，設(shè)定一個(gè)閥值，當(dāng)活度極值超過(guò)此值時(shí)，就認(rèn)定該界面有效。

3.3.2 單韻律砂體的判別

通過(guò)對(duì)大慶長(zhǎng)垣地區(qū)3口密閉取心井已知韻律類型的厚層砂體進(jìn)行平均斜率和相對(duì)重心的計(jì)算，總結(jié)了不同韻律類型砂體的曲線形態(tài)參數(shù)水淹后的變化規(guī)律（表1）。根據(jù)上述規(guī)律，在實(shí)際資料處理中可采用平均斜率傾斜角聯(lián)合相對(duì)重心方法識(shí)別單期河道砂體的原始沉積韻律。

3.3.3 多期河道復(fù)合砂體判別

復(fù)合韻律可以看作是正韻律與反韻律的一種疊合。因此，在實(shí)際計(jì)算中，以層段內(nèi)厚度的中點(diǎn)為界，上平均斜率規(guī)定為該層段內(nèi)起始點(diǎn)到中點(diǎn)這段曲線內(nèi)連續(xù)遞減或遞增的變化趨勢(shì)，其并不局限于2個(gè)點(diǎn)之間的變化，而是反映了曲線的總體變化規(guī)律。同理，下平均斜率則從中點(diǎn)到最后1個(gè)點(diǎn)這段曲線內(nèi)連續(xù)遞減或遞增的變化趨勢(shì)。將上平均斜率和下平均斜率分別記為ˉK上和ˉK下，其所對(duì)應(yīng)的傾斜角分別記為α上和α下。分別計(jì)算以中點(diǎn)為界上下2個(gè)層段的密度曲線的相對(duì)重心，分別記為W上和W下，然后依據(jù)傾斜角和相對(duì)重心的變化范圍確定砂體所對(duì)應(yīng)的原始沉積韻律類型。而多段多韻律往往為多期河道砂體切疊而成，可以根據(jù)韻律內(nèi)部夾層的穩(wěn)定性將其分為單期河道砂體。對(duì)于多韻律內(nèi)部的單期河道砂體，再分別計(jì)算其視電阻率曲線的平均斜率和密度曲線的相對(duì)重心，然后再根據(jù)單期河道砂體沉積韻律的判斷準(zhǔn)則識(shí)別每一期河道砂體的沉積韻律類型。

4 劃分步驟

1）讀入淺（深）側(cè)向電阻率測(cè)井曲線及密度測(cè)井曲線。

2）確定解釋單元間的泥巖分隔層，將具有明顯曲線回返處作為解釋單元的頂（底）界。

3）去除解釋單元內(nèi)部的鈣質(zhì)夾層，根據(jù)曲線的自然趨勢(shì)進(jìn)行插值、平滑。

4）判斷解釋單元內(nèi)部所有泥巖夾層的穩(wěn)定性：如果夾層穩(wěn)定（微電極曲線回返大于給定閾值），則將夾層上下視為2個(gè)韻律類型；如果夾層不穩(wěn)定，則將夾層上下視為同一個(gè)韻律類型。

5）以每一個(gè)韻律類型中點(diǎn)為基準(zhǔn)，分別計(jì)算上斜率和下斜率及其所對(duì)應(yīng)的傾斜角。如果斜率傾向不同，則為復(fù)合韻律；如果上下傾斜角的度數(shù)相差不超過(guò)30°，且斜率的傾向相同，則為單一韻律。

6）對(duì)于每一個(gè)單一韻律，按照表1的判別標(biāo)準(zhǔn)，給出每一種韻律的原始沉積韻律類型。

5 判別與校驗(yàn)

5.1 識(shí)別效果

通過(guò)以上的測(cè)井曲線形態(tài)參數(shù)的計(jì)算，對(duì)大慶長(zhǎng)垣地區(qū)內(nèi)3口密閉井120層進(jìn)行了原始沉積韻律的自動(dòng)解釋與劃分（表2）。與現(xiàn)場(chǎng)專家人工解釋結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，解釋結(jié)果一致的層數(shù)為111個(gè)，總體符合率達(dá)到92.5%。這為后續(xù)水淹級(jí)別的精細(xì)劃分奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.2 誤判原因分析

在原始沉積韻律判別中，存在個(gè)別原始沉積韻律的誤判。對(duì)誤判原因進(jìn)行了認(rèn)真的總結(jié)分析，主要出現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①原始沉積韻律為正韻律沉積，但是測(cè)井曲線表現(xiàn)不明顯，從而誤判成其他曲線類型。②電阻率曲線和密度曲線頻繁連續(xù)劇烈變化，導(dǎo)致曲線形態(tài)異常復(fù)雜，很難利用平均斜率和相對(duì)重心進(jìn)行準(zhǔn)確形態(tài)刻畫(huà)，從而導(dǎo)致原始沉積韻律的誤判。③多是由于解釋單元的邊界劃分不準(zhǔn)確：解釋單元邊界過(guò)小，會(huì)造成完整的沉積韻律的曲線信息的丟失；解釋單元邊界過(guò)大，會(huì)使得同一解釋單元內(nèi)部包含2個(gè)或2個(gè)以上的解釋單元，從而造成原始沉積韻律的誤判。針對(duì)上述情況，可以采用人機(jī)交互的方式，修改解釋單元的邊界以及誤判的原始沉積韻律類型，借以提高其判別精度，從而為后續(xù)小層水淹級(jí)別的劃分奠定良好的基礎(chǔ)。

表2 原始沉積韻律識(shí)別對(duì)比Table2 Comparison of division of original sedimentary rhythms

6 結(jié)論

1）厚層砂體內(nèi)部的水淹規(guī)律主要受沉積韻律所控制，不同的沉積韻律均有自己獨(dú)特的水淹規(guī)律，而在同一沉積韻律內(nèi)部各小層的空間水淹級(jí)別分布具有規(guī)律性。因此，在準(zhǔn)確劃分解釋單元的基礎(chǔ)上，識(shí)別出解釋單元內(nèi)部原始沉積韻律類型是提高厚層砂體水淹規(guī)律的重要途徑。

2）不同沉積韻律小層彼此之間的絕對(duì)電性特征不具有可比性，而只有在同一沉積韻律內(nèi)部的各小層的電性特征才具有相對(duì)可比性。因此，應(yīng)該在正確劃分原始沉積韻律的基礎(chǔ)上，根據(jù)各小層在韻律內(nèi)部空間位置、測(cè)井曲線的相對(duì)變化趨勢(shì)、巖性、物性差異及其組合關(guān)系精細(xì)判定水淹級(jí)別。

3）在多期河道內(nèi)為多段多韻律沉積，其中每一期的河道都具有各自的韻律類型，單期河道之間以穩(wěn)定隔、夾層加以分隔，使單期河道形成獨(dú)立的油水運(yùn)動(dòng)單元，具有各自的水淹規(guī)律。因此，在厚層水淹級(jí)別精細(xì)劃分中應(yīng)分別對(duì)待。

本文部分研究?jī)?nèi)容受到東北石油大學(xué)“油氣藏形成機(jī)理與資源評(píng)價(jià)”黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助，特此表示感謝！

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