李彬 詹文霞

摘要：伴隨油氣勘探和電阻率測井技術的發(fā)展，對含層狀泥質礫巖地層、薄砂泥巖交互層等復雜地層的測井解釋已成為普遍重視的問題。影響含層狀泥質礫巖地層電阻率因素數(shù)量眾多，該文基于COMSOL軟件構建了恒定電場中含層狀泥質的礫巖地層模型，采用三維數(shù)值計算方法實現(xiàn)了含層狀泥質的礫巖地層的仿真。逐一揭示了泥質電阻率、泥質厚度、位置等因素對含層狀泥質的礫巖地層視電阻率的影響關系。為含層狀泥質的礫巖儲集層巖電特性分析和油氣解釋評價提供了理論基礎和科學依據(jù)。

關鍵詞：層狀泥質；礫巖地層；視電阻率；COMSOL；數(shù)值計算

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）08-0201-02

地層電阻率是石油測井油氣解釋評價中的重要參數(shù)。Ar-chie公式作為測井解釋的重要理論基礎，揭示了電各向同性純砂巖地層中的巖電特性，然而并不能直接應用于含泥質的各向異性復雜地層。影響含泥質礫巖地層電阻率因素多，導電機理復雜，截至目前，針對含泥質的砂礫巖的巖電特性研究主要有以下兩個方面：

（1）基于電磁場理論的分析討論和導電等效體積模型研究。（2）基于巖心測量與測井資料的實驗研究。然而，現(xiàn)有的含泥質的砂礫巖地層巖電特性研究當中，有的等效導電模型過于簡單，有的實驗研究只能解釋特定區(qū)域，且影響影響含層狀泥質礫巖地層電阻率因素數(shù)量眾多。針對以上不足，本文使用COMSOL軟件構建了合理的恒定電場中含層狀泥質的礫巖地層模型。采用三維數(shù)值計算方法逐一分析了多個因素對含層狀泥質的礫巖地層視電阻率的影響，為含層狀泥質的礫巖儲集層巖電特性分析和油氣解釋評價提供了理論基礎和科學依據(jù)。

1層狀泥質礫巖地層數(shù)值計算模型

一般層狀泥質礫巖地層剖面如圖1所示，由礫巖骨架、層狀泥質和孔隙三部分組成。礫巖骨架按圓度分為角礫巖和礫巖兩類。層狀泥質可能填充水平孔隙，也可能同時填充水平和垂直孔隙。常規(guī)儲層建模采用等效體積模型，將骨架、孔隙和泥質等效為集中的體積模型，很容易推導解析公式計算分析。對于聲波測井，這種等效是合理的。本文將直接構建地層模型，數(shù)值計算分析恒定電流測井中的巖電特性，同時比較與體積模型的差異。

真實地層的礫巖個數(shù)較多、排列復雜，目前計算技術還很難實現(xiàn)。本文構建簡化的層狀泥質礫巖地層巖樣模型，如圖2所示。用125（=5×5×51個方形礫巖構成骨架。圖2中綠色部分為層狀泥質夾層，層狀泥質位置為d。通過控制礫巖尺寸確定孔隙大小。模型尺寸為0.48m×0.48m×0.48m巖樣。為了測量和計算巖樣的電阻率，在巖樣上下兩側放置兩個與表面同樣大小的極板，施加電壓V，上極板為發(fā)射電極，下極板為回路電極，通過計算回路電極上的電流大小I，用下式計算測量電阻率R_a（即視電阻率）

式（1）中，K稱為電極系系數(shù)，通常用骨架和孔隙流體電阻率均為1Ω·m的巖樣計算。如果施加電壓為1V，則電極系數(shù)等于回路電極上的電流大小。

2層狀泥質對礫巖地層電阻率影響分析

根據(jù)圖2含層狀泥質礫巖模型，通過三維數(shù)值計算分別分析泥質電阻率、泥質厚度、層狀泥質位置和有效孔隙度變化對測量電阻率的影響特征。

2.1層狀泥質電阻率影響

模型設計：取礫巖骨架電阻率Rm=1000Ω·m，孔隙中流體電阻率Rf=1000cm，方形礫巖棱長a=0.08m，兩種泥質厚度，h1=0.01m，h2=0.02m，層狀泥質位置d=0.18m，位于第二層。泥質電阻率Rmd由5Ω·m到與100Ω·m，視電阻率隨泥質電阻率的變化關系如圖3所示。從圖4知：視電阻率隨泥質電阻率的增大線性變化，不同層厚線性變化的斜率不一樣，厚度越小斜率越小。當泥質電阻率增大至與流體電阻率相同時，泥質影響不存在，不同泥質厚度的視電阻率重合。

2.2泥質厚度的影響

模型設計：取泥質電阻率為10Ω·m，骨架電阻率和尺寸與圖2相同；層狀泥質位置d=0.18m，泥質厚度h從0.004m增大至0.1m。圖4a和圖4b對應流體電阻率分別為1Ω·m和10Ω·m時，視電阻率隨泥質厚度變化的關系圖。從圖4可知：

（1）當泥質電阻率小于流體電阻率時（圖4a），視電阻率隨泥質厚度增大，分段線性減小，第一段斜率大于第二段。

（2）當泥質電阻率大于流體電阻率時（圖4b），視電阻率隨泥質厚度增大，分段線性增大，第一段斜率大于第二段。

分析：當泥質厚度小于0.02m時，泥質僅填充水平孔隙，因此線性變化。當厚度大于0.02m時，泥質填充垂直孔隙，由層狀泥質和分散構成混合泥質（圖5）。由于泥質電阻率較小，礫巖顆粒相對泥質是絕緣的，此時仍可等效為串聯(lián)結構，因此，地層電阻率隨泥質厚度呈線性變化，但斜率改變。

2.3層狀泥質位置影響

沿電流流動正方向移動泥質夾層，此時模型可等效為層狀泥質與其余部分的串聯(lián)結構電路，因此，層狀泥質位置變化不影響視電阻率。

2.4層狀泥質地層中的有效孔隙度影響

有效孔隙是指互相連通且流體可以在其中流動的孔隙，有效孔隙與巖石總體積之比為有效孔隙度。通過調整礫巖的尺寸改變有效孔隙度。礫巖的電阻率、泥質電阻率與位置與圖3一致，泥質厚度為0.01m。圖6為視電阻率與有效孔隙度關系圖。由圖可知：視電阻率隨有效孔隙度的增大非線性減小。

3結束語

通過含層狀泥質礫巖地層的巖電特性數(shù)值計算研究，我們可得以下結論：

（1）對于含泥質的礫巖地層，當泥質以層狀形式存在時，層狀泥質厚度、泥質電阻率對地層電阻率的影響均為線性的，若存在形式為混合型泥質，電阻率相對骨架較小時，兩因素對地層電阻率仍為線性影響，但斜率改變。即泥質存在形式不同，層狀泥質厚度、泥質電阻率對地層電阻率的影響程度不同。

（2）層狀泥質位置變化不影響視電阻率，地層電阻率隨孔隙度增大非線性減小。

以上結論可以為含層狀泥質的礫巖儲集層巖電特性分析和油氣解釋評價提供了理論基礎和依據(jù)。