楊克兵，曹程程

（中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

隨著油氣田勘探開發(fā)的不斷深入，對測井解釋而言，各種新的疑難層不斷出現，如低阻油氣層、致密油氣層、水淹層、高阻水層等，導致測井識別評價油氣水層的難度進一步加大［1-4］。 盡管新方法、新技術解決了一些問題，但不可否認的是，由于生產成本的原因，當前用于評價油水層的資料仍以常規(guī)測井資料的9條測井曲線為主（9條曲線指的是深中淺三條電阻率曲線，中子、密度、聲波三條孔隙度曲線及自然伽馬、自然電位、井徑三條泥質評價曲線），大量井并沒有陣列聲波、成像、核磁等新方法測井資料。 因此，如何使用常規(guī)測井資料的9條曲線提高復雜油氣水層的評價精度一直是測井解釋人員努力的方向［5-8］。

在使用常規(guī)測井資料評價油水層的過程中，主要依靠電阻率曲線來評價儲層的含油性，形成了許多以電阻率測井資料為基礎的油水層識別評價方法。 如電阻率-孔隙度交會圖版等多種油水層評價圖版，含水飽和度的各種計算公式等［9-10］。 其中，電阻率比值法擔當了一個重要角色。 因此，對近年來使用電阻率比值評價油水層方法的應用情況進行總結，分析其有利和不利因素，優(yōu)選最有效評價方法，必將有助于解決低阻油層、復雜油氣層等的識別評價問題，有助于提高測井解釋符合率，為推動相關領域測井技術發(fā)展提供依據。

1 電阻率比值法的分類及定義

二十世紀二十年代電阻率測井就已誕生，與自然伽馬、中子等測井曲線不同的是，電阻率測井有不同徑向探測深度的曲線， 如感應電阻率測井有深、中、淺3 條曲線，陣列感應電阻率曲線有5 條或6 條。還有不同設計原理的測井儀器，如側向測井系列與感應測井系列等，這就為使用多種電阻率比值方式評價油水層提供了基礎資料。 但嚴格說，電阻率比值法當前并沒有學術上的定義，所有涉及使用各種電阻率比值進行油水層評價的方法都被測井解釋人員稱為電阻率比值法。 如可用井筒不同探測深度的目的層和水層電阻率比值（縱向）來評價儲層的含油性，也可用同一探測深度的不同探測半徑的電阻率比值（徑向）來評價儲層的含油性，還可用不同測井儀器（側向和感應等）同一測量深度的電阻率比值進行油水層評價。 從方法上，可用電阻率比值制作交會圖版評價油水層，也可用電阻率比值計算含水飽和度來評價油水層。

綜上所述，使用電阻率比值評價油水層在方法上都是相通的， 即交會圖版法和含水飽和度計算法。 從電阻率比值使用方法看，可分為縱向電阻率比值法和徑向電阻率比值法。 因此，縱向電阻率比值法可定義為使用井筒縱向上不同探測深度的電阻率測井曲線比值進行油水層評價的方法；徑向電阻率比值法可定義為使用同一個深度點不同徑向探測深度的電阻率曲線比值進行油水層評價的方法，無論曲線是否為同一類測井儀器。

2 電阻率比值法技術的發(fā)展

從二十世紀八十年代中期使用縱向電阻率比值進行油水層評價以來（譚廷棟等）［11］，該方法發(fā)展至今近四十年，已成為油田勘探開發(fā)中廣泛應用的一種油水層的識別與評價方法。

2.1 縱向電阻率比值法技術的發(fā)展

縱向電阻率比值法的核心是用目的層深電阻率與該層計算的水層電阻率或與鄰近水層、 致密層、圍巖等電阻率的比值來評價油水層。 資料調研表明，這方面應用早在1985 年就已開展［11］，根據所計算目的層的含水飽和度對砂泥巖剖面的油水層進行評價。 該方法以阿爾奇公式為基礎［12］，通過目的層電阻率與該層計算的水層電阻率比值的高低來評價儲層的含油性。 這種方法在砂泥巖剖面油水層評價取得了較好效果。 其公式為：

式中：Rt為儲層電阻率，Ω·m；RO為水層電阻率，Ω·m；Sw為含水飽和度， 小數；Swi為束縛水飽和度，小數；n 為飽和度指數，小數；

從式中可以看出，當儲層為水層時，則Rt、RO相等，計算出Sw為1。 當儲層不為水層時，可根據電阻率比值計算儲層含水飽和度，關鍵是束縛水飽和度Swi的確定。該公式的優(yōu)點是使用參數比阿爾奇公式要少，不需要地層水電阻率Sw，巖電參數a、b、m、n中只需要n 值。 缺點是需要可靠的束縛水飽和度Swi，如果Swi不準確，則會影響Sw的計算精度。

后來，這一方法被推廣應用到砂泥巖剖面氣層評價［13］，在煤層氣解釋評價方面也取得了不錯的效果［14］。 此外，在使用縱向電阻率比值交會圖方面也取得一些進展，如利用目的層與圍巖電阻率比值制作交會圖評價低阻氣層［15］，利用縱向電阻率比值交會圖評價白云質泥巖縫洞型儲層［16］，利用縱向電阻率比值交會圖識別儲層的流體性質等［17］。

可以看出，縱向電阻率比值法在生產中獲得了廣泛的應用，解決了一些實際問題。 但是，該方法評價原理與阿爾奇公式類似，還是依靠單條電阻率曲線值的高低評價油水層，沒有消除水性、巖性等變化對儲層含油性評價的影響，不能擺脫高阻解釋為油、低阻為水的傳統(tǒng)解釋模式，因而解決不了低阻油氣層、復雜油氣層等疑難層評價問題［18-19］，存在明顯的局限性。

2.2 徑向電阻率比值法技術的發(fā)展

徑向電阻率比值法的核心是采用同一測量深度點的不同徑向探測深度的電阻率值進行比較，進而評價儲層的含油性。 這一方法在二十世紀九十年代初開展應用研究［20］，仍采用計算含水飽和度的方式對油水層進行評價。 其原理是對阿爾奇公式進行微分運算， 推出一套計算儲層含水飽和度的公式。后來這一方法被應用到水淹層的解釋評價上［21］，都取得了一定的效果。 公式為：

式中：△Sw為含水飽和度的徑向變化值，小數；△Rt為儲層電阻率的徑向變化值， 小數；△Rw為地層水電阻率的徑向變化值，小數；a、b、m、n 為巖電參數，無量綱；準為儲層孔隙度，小數；Rw為地層水電阻率，Ω·m。

實際應用表明，微分法計算的含水飽和度能消除泥質及地層水電阻率變化的影響，因此，在油田開發(fā)過程中， 使用該方法可以有效地識別因混合水、淡水等影響造成的水淹層，也可用來計算剩余油飽和度。 但是，該方法合理使用比較復雜，不適合進一步推廣使用。

隨后，徑向電阻率比值法在交會圖評價方法和含水飽和度計算方法方面都有了廣泛的應用研究。如采用深淺電阻率比值交會圖評價復雜油氣層［22］、低孔低滲儲層［23］、氣水層［24］、瀝青砂巖儲層等［25］。 之后又將這一技術發(fā)展到使用深電阻率與沖洗帶電阻率比值評價低阻、復雜孔隙結構油氣水層，取得了非常顯著的效果［26-27］。

同時，提出了直接使用阿爾奇公式推導的徑向電阻率比值計算儲層含水飽和度的公式［28］：

式中：Sxo為沖洗帶含水飽和度， 小數；Rmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m；Rxo為沖洗帶儲層電阻率，Ω·m。

這是一種基于陣列感應測井資料的解釋方法，該公式計算結果還能反映侵入帶的含水飽和度變化，降低泥漿侵入、地層水電阻率變化、沖洗帶殘余油飽和度的影響，可以作為儲層流體綜合識別的一種方法。 但該方法要獲取的參數有地層水電阻率Rw、泥漿濾液電阻率Rmf、飽和度指數n 及沖洗帶含水飽和度Sxo，這些參數如何確定并沒有給出有效的辦法，因此，對其推廣應用造成了一定影響。

再后來，視含水飽和度計算模型被提出［29］，其原理是用水層深淺電阻率比值作為標準來刻度未知層的含水飽和度， 假定含水飽和度為100%的純水層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為常數a，即a=RO/Sxo，未知含水飽和度儲層其原狀地層電阻率與地層沖洗帶電阻率的比值為b，即b=Rt/Sxo，如果儲層深淺電阻率比值能反映儲層含油氣程度， 則a 與b 的比值可定義為儲層含水程度。因為a 是儲層100%含水程度的反映， 而b 是儲層含水程度不同時的反映，當儲層為純水層時，b≈a。實際資料表明， 當儲層含油性越高時b 值越大，越低時b 值越小，直到與純水層相當。 純水層含水程度100%，純油層含水程度可能接近0，與阿爾奇公式計算的含水飽和度Sw值的特點有相似性，可看作是一種視含水飽和度。 公式為：

式中：Swa為儲層視含水飽和度， 小數；a 為常數，反映單井某一層段內純水層特征值，小數；Rt為深探測電阻率，Ω·m；Rxo為沖洗帶電阻率，Ω·m。

可以看出，視含水飽和度僅依靠深淺電阻率資料就能計算，不需要孔隙度、巖電參數等資料。 同時， 視含水飽和度的高低與儲層電阻率的高低無關，取決于深淺電阻率的比值，這就與阿爾奇公式有明顯區(qū)別，避免了高阻是油、低阻是水的評價局限。 使用視含水飽和度理論上可以有效識別評價低阻油層，這一方法也發(fā)展到使用深電阻率與沖洗帶電阻率比值計算儲層含水飽和度，效果要好于深淺電阻率比值法［26-27］。

此外，在使用不同儀器的徑向電阻率比值評價低阻、復雜孔隙結構儲層油水層方面也獲得了較好的應用。 如利用側向與感應電阻率比值識別低滲透率儲層流體性質［30］，采用雙電法測井評價低阻油層［31］，還可進行復雜斷塊薄互層儲層流體識別等［32］。

由上可以看出，徑向電阻率比值法的發(fā)展有兩個主要變化，一是用深電阻率與沖洗帶電阻率比值代替原來的深淺電阻率比值評價油氣水層，精度明顯提高；二是計算含水飽和度的公式從以阿爾奇公式為基礎到與阿爾奇公式無關， 能夠評價低阻油層，擺脫了阿爾奇公式的局限性［18-19］。 因此，徑向電阻率比值法與其它油氣水層評價方法相比，有明顯的優(yōu)勢。 首先是不需要其它任何參數，避免了參數取值誤差造成的解釋失誤；其次，通過比值消除了儲層巖性、水性變化對評價含油性的影響［33］；再次，通過比值消除了電阻率絕對值的高低對油水層評價的影響，儲層的含油性評價與電阻率絕對值的高低無關，理論上能夠識別低阻油氣層。

3 應用展望

縱觀近四十年來電阻率比值法的發(fā)展，使用電阻率比值法評價油氣水層的方法較多，但縱向電阻率比值法原理上與阿爾奇公式類似， 存在局限性，對復雜油氣水層評價沒有優(yōu)勢；徑向電阻率比值法由于消除了巖性、水性、電性對含油性評價的影響，能夠識別低阻、 復雜孔隙結構儲層的油氣水層，因而獲得了更加廣泛的應用，在使用常規(guī)測井資料評價油氣水層的方法中，變得越來越重要。 因此，徑向電阻率比值法代表了電阻率比值法的發(fā)展趨勢。

當前，除電阻率比值法以外的常規(guī)測井資料的油氣水層評價技術并無突破性進展，阿爾奇公式仍在發(fā)揮主導作用。 使用以前的一些經典方法已不能滿足水淹層、低阻油氣層、致密油氣層、高阻水層等日益復雜的疑難層評價要求，徑向電阻率比值法為解決這一難題提供了相對有效的方法，因而具有廣闊的應用前景。 具體表現在三個方面：

（1）對沖洗帶完全侵入的油氣水層，深電阻率與沖洗帶電阻率比值能夠反映儲層的含油性，補充完善了該方法理論缺陷，表明徑向電阻率比值法一樣能夠發(fā)展成為經典的油氣水層評價方法，為該方法的推廣應用打下了基礎。 依據如下：

對于式（3），當地層完全侵入時，Sxo=1，由于Rw/Rmf、n 為常數，式（3）可變?yōu)椋?/p>

這就表明對完全侵入地層，儲層含水飽和度與深電阻率和沖洗帶電阻率比值為冪函數關系，即儲層的含油性與深電阻率和沖洗帶電阻率比值存在一一對應關系，因此，深電阻率與沖洗帶電阻率比值能夠反映儲層的含油性。

（2）徑向電阻率比值法消除了巖性、水性、電阻率的高低對含油性評價的影響， 能夠進行水淹層、低阻油氣層、致密油氣層、高阻水層的識別評價，具有其它常規(guī)測井資料評價方法所沒有的優(yōu)勢。 如使用徑向電阻率比值交會圖能夠清楚的區(qū)分低阻油層與常規(guī)油層、高阻水層等，這是以前任何交會圖版都做不到的。 電阻率比值的大小本身就能區(qū)分油、氣、水，這也為制作各種油氣水層識別圖版打下了基礎。 圖1 是使用徑向電阻率比值進行低阻油層評價的應用實例，Rd為深感應電阻率。圖中油層區(qū)、油水同層區(qū)、水層區(qū)能夠明顯分開，每一區(qū)間都可有低阻和高阻之分，這樣就比較容易識別低阻及復雜孔隙結構油氣層，避免了以前交會圖低阻油層落在水層區(qū)無法與水層區(qū)分的局限。

圖1 使用徑向電阻率比值評價油水層的應用實例

（3）視含水飽和度法計算簡單，為推廣應用提供了極大便利。 具體表現在以下方面：

首先，通過比值能消除巖性、水性變化對電阻率計算含水飽和度的影響，提高含水飽和度的計算精度。 如使用阿爾奇公式計算儲層含水飽和度時，由于無法得到當儲層巖性變化時所導致巖電參數變化，往往導致解釋失誤。 而視含水飽和度法是，當巖性變化導致儲層電阻率較高時，其沖洗帶電阻率同時變高， 二者比值正好能消除巖性變化的影響。其次， 儲層電阻率的高低與儲層的含油性無關，能夠避免因常規(guī)的“高阻是油、低阻是水”解釋模式與實際資料不吻合造成的解釋失誤。 再次，需要參數較少或不需要其它參數， 如不需要計算孔隙度，不需要相關巖電參數，僅僅依靠電阻率資料本身就能評價，避免了參數確定誤差所造成的解釋失誤。

圖2 是某區(qū)塊低阻氣層解釋成功的實例，該井區(qū)塊氣層電阻率一般大于25 Ω·m 以上，15 號層電阻率15 Ω·m 左右，低于氣層解釋標準，阿爾奇公式計算含水飽和度偏高，解釋為氣水同層。 經過使用徑向電阻率比值法計算視含水飽和度，15 號層與鄰近16 號氣層視含水飽和度數據范圍相當，約38%～50%，甚至略好于16 號氣層，可以解釋為氣層。經過二層合試，日產氣3.1×104m3，無水，證實徑向電阻率比值法評價正確。

圖2 某區(qū)塊使用徑向電阻率比值法評價低阻氣層

可以看出，徑向電阻率比值法有助于提高低阻油氣層、復雜孔隙結構油氣層的識別精度，具有其它測井油水層評價方法所不具備的優(yōu)勢。 經過不同區(qū)塊的應用，發(fā)現這一方法還存在一些問題，主要有兩個方面：

①實際應用表明，沖洗帶測井資料如八側向測井、微球聚焦測井有時存在一些質量問題，可能是測井時儀器與井壁之間沒有貼緊， 表現在與深、淺電阻率資料反映具有不一致現象， 匹配性不好，導致徑向電阻率比值法無法使用或使用效果不好。 陣列感應儀器的曲線匹配性效果較好，建議使用徑向電阻率比值法以陣列感應資料為主。

②鉆井時地層的侵入特性受影響因素較多，而比值法需要完全侵入地層的沖洗帶電阻率。 當地層不完全侵入時，沖洗帶電阻率失真，其比值會導致計算結果產生誤差。 于是在使用徑向電阻率比值法進行油水層評價時，要先進行沖洗帶地層侵入特征預判，如何確定地層完全侵入是需要解決的問題。

因此， 隨著徑向電阻率比值法的完善和發(fā)展，必將在復雜儲層油氣水層評價中發(fā)揮越來越重要的作用。

4 結論

（1）電阻率比值法可劃分為縱向電阻率比值法和徑向電阻率比值法，但二者解決問題的能力和應用效果差別較大。 只有徑向電阻率比值法能夠有效評價復雜儲層油氣層，具有更廣闊的應用前景。

（2）徑向電阻率比值法經過發(fā)展，利用深電阻率與沖洗帶電阻率比值代替深淺電阻率比值評價油氣水層，精度明顯提高，是對該方法的完善。 進一步研究表明，只有深電阻率與完全侵入的沖洗帶電阻率比值能夠反映儲層的含油性，理論上解決了徑向電阻率比值法評價油氣水層的有效性問題，為該方法的推廣使用提供了有力支撐。

（3）使用徑向電阻率比值計算儲層含水飽和度的模型還可進一步完善， 有望解決參數確定問題，為今后獲得可靠的含水飽和度資料指明了方向。