白彥,李慶峰,陳濤,邢光龍,董麗新,宋青山

(1.中國石油集團測井有限公司測井技術(shù)研究院,陜西西安710077;2.中國石油集團測井有限公司大慶分公司,黑龍江大慶163000;3.燕山大學信息科學與工程學院,河北秦皇島066004)

0 引 言

準確識別與評價低電阻率儲層是松遼盆地北部區(qū)塊測井解釋面臨的難點:由于低電阻率儲層普遍發(fā)育砂泥薄互層或砂質(zhì)頁巖層,使傳統(tǒng)電阻率測井儀器所測量的電阻率值過低;低電阻率儲層大部分是由頁巖或細砂和高束縛水組成,地層電阻率具有各向異性,無法用傳統(tǒng)電阻率測井儀器探測,使低電阻率儲層無法被有效表征,導(dǎo)致儲層低估或漏失。常規(guī)感應(yīng)測井儀器測量的是地層徑向電阻率,參與解釋計算的含油飽和度偏低,為低電阻率儲層的評價帶來困難。三維感應(yīng)測井技術(shù)為各向異性儲層勘探和評價提供了重要的手段[1-5],2000年Kriegshauser等[6]提出利用5個磁場分量來探測地層各向異性的三軸感應(yīng)測井儀;2003年Rosthal等[7]提出利用9個磁場分量來探測地層各向異性的多分量感應(yīng)測井儀;2004年Barber等[8]研制出陣列三軸感應(yīng)測井儀;2013年Hou等[9]研究了適用于油基鉆井液井眼的三維感應(yīng)測井儀,與各種常規(guī)電法測井技術(shù)不同,該儀器在測量地層各向異性、傾角及方位角等方面起到了很好的作用。

為了解決砂泥巖薄互層等復(fù)雜儲層低電阻率測量問題[10-11],中國石油集團測井有限公司研制了三維感應(yīng)測井儀(3D Induction Tool,3DIT),該儀器由1個三軸發(fā)射器、4個針對井眼校正和數(shù)據(jù)處理的短間距單軸接收陣列及3個三軸接收陣列組成,每對三軸發(fā)射接、接收陣列產(chǎn)生9個分量。在垂直井中的水平層,對于地層電導(dǎo)率,只有3個正交主分量響應(yīng)不為零,而在斜井或者是有角度的地層中,9個分量都有響應(yīng),對電阻率的計算都有貢獻。但是,當區(qū)域存在低電阻率泥巖[12-13]、高電阻率鈣質(zhì)砂巖干擾時,依靠電阻率數(shù)值大小去判別砂巖儲層中的流體性質(zhì)往往得到相反的結(jié)論,計算的地層含油飽和度會導(dǎo)致誤判的現(xiàn)象,這樣就會造成漏掉含油儲層的結(jié)果。因此,提出利用三維感應(yīng)測井資料有效低電阻率儲層表征,使用3DIT測量儲層電阻率,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可以有效反演地層水平和垂直電阻率,再基于解釋模型計算砂巖的電阻率,從而計算儲層含油飽和度;另外,考慮了儲層鈣質(zhì)含量影響,提出了一種有效消除鈣質(zhì)影響的解釋模型。最后,通過松遼盆地北部的測井實例描述了3DIT在低電阻率儲層評價中的應(yīng)用。

1 三維感應(yīng)測井資料處理方法

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分析式(1)和式(2),任意取向收發(fā)線圈測井響應(yīng)不僅決定于地層水平電阻率和垂直電阻率Rh和Rv分布,也和儀器軸相對于各向異性地層取向(地層傾角θ和方位角γ)有關(guān)。為了探測地層電阻率各向異性,三維感應(yīng)探測器采用三軸(X、Y和Z)正交發(fā)射線圈和接收線圈,收發(fā)線圈法向?qū)?yīng)平行,測量9組分量組成三維測量矩陣。3個對角元分量為測量主分量,其他為交叉分量。為了消除主分量測量直耦信號,類似于傳統(tǒng)感應(yīng)測井引入三軸屏蔽線圈,這樣每個分量測量對應(yīng)1組線圈,分別為發(fā)射線圈T、接收線圈R和屏蔽線圈B。

圖1為3DIT儀器結(jié)構(gòu)簡圖[3]。由圖1(a)可見,三維感應(yīng)探測器由1組三軸發(fā)射線圈、3組不同接收位置的三軸接收線圈(A24、A60、A90)組成的測量9個分量的子陣列,同時增加4組不同接收位置的單軸接收線圈(A06、A10、A16、A39)測量ZZ分量,共同組成7組三維陣列感應(yīng)探測器。圖1(b)為三軸X、Y和Z方向發(fā)射與接收線圈結(jié)構(gòu),其中對稱設(shè)計X和Y方向線圈,尺寸大小與匝數(shù)相同、與Z方向線圈保持同軸共點。由圖1(c)可見,每組三維子陣列包含1個三軸發(fā)射線圈和1個三軸接收線圈與三軸屏蔽線圈組成的三線圈系結(jié)構(gòu),LR、LB為接收線圈與屏蔽線圈到發(fā)射線圈的距離。

圖1 3DIT三維感應(yīng)測井儀結(jié)構(gòu)圖

參照式(1),考慮3DIT儀器線圈系參數(shù),三維感應(yīng)儀器測井響應(yīng)方程可以寫為

nβ,σα,β=Kα,βVα,β,α,β=x,y,z

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式中,α和β分別為收發(fā)分量指標;D為屏蔽線圈和接收線圈有效面積比,選擇合適的D值可以有效地消除主分量直耦電動勢;σα,β為α和β對應(yīng)測量分量電導(dǎo)率的測量值,S/m;α和β分別為測量分量電壓信號(接收和屏蔽線圈感應(yīng)電動勢差值);Kα,β為刻度系數(shù)。

與傳統(tǒng)感應(yīng)測井測量ZZ分量反演地層各向同性電阻率相比,3DIT測井資料涉及多響應(yīng)分量多參數(shù)反演問題,非線性導(dǎo)致反演不適定性非常嚴重;加之實際測井環(huán)境的復(fù)雜性(井眼影響和鄰層影響)增加了3DIT資料反演難度。分3步求解3DIT測井資料反演問題:①利用均勻介質(zhì)GREEN函數(shù)解析解[4],采用反演方法提取θ、γ、Rh、Rv視值,主要是盡可能提取到誤差較小的θ和γ;②利用柱狀分層介質(zhì)中GREEN函數(shù)數(shù)值解實現(xiàn)測量井眼影響校正[5];③利用平面分層介質(zhì)中的GREEN函數(shù)數(shù)值解實現(xiàn)Rh、Rv鄰層影響校正。經(jīng)過上述資料處理流程,可以獲得原狀地層Rh、Rv測量值,為低電阻率儲層解釋和評價建立堅實的資料基礎(chǔ)。值得指出的是,在各向異性介質(zhì)中三維感應(yīng)可以提供θ和Rv信息,這些是傳統(tǒng)電阻率測井難以做到的。

2 含泥巖、砂巖和鈣質(zhì)三組分測井解釋方法

3DIT測井資料反演水平電阻率和垂直電阻率(Rh和Rv)在儲層飽和度評價中的應(yīng)用:①在砂泥巖儲層中,依據(jù)地層電阻率測井解釋模型,由Rh和Rv反求出砂巖和泥巖電阻率;②根據(jù)砂泥巖電阻率和體積比計算儲層飽和度。其中,基于薄交互層單軸各向異性解釋模型,由地層各向異性電阻率提取薄交互地層組分,砂巖、泥巖電阻率和體積比是三維感應(yīng)測井資料解釋的關(guān)鍵。

圖2(a)為常用的砂巖—泥巖薄交互層各向異性模型[14-15],本文采用圖2(b)所示泥巖、砂巖和鈣質(zhì)混合層模型解決地層含有鈣質(zhì)的情況。圖2(a)描述各向異性地層模型中,Rh和Rv對砂巖電阻率Rsand和泥巖電阻率Rshale及其體積比Fsand和Fshale響應(yīng)方程為

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由(4)式得到Rsand>Rh,可以有效表征低電阻率儲層。要提取到確切的砂巖電阻率還必須已知層狀砂泥巖體積比Fsand和Fshale,而且模型要求地層只有砂巖和泥巖二元組分。但是松遼盆地北部低電阻率儲層不是簡單的砂泥巖二元組分,儲層常常含有鈣質(zhì)(具有較大的電阻率),是泥巖、砂巖和鈣質(zhì)三元組分。針對這種三元組分儲層仍然采用式(4)解釋模型又會出現(xiàn)砂巖電阻率高估現(xiàn)象。為了解決這一問題,需要建立三元組分解釋模型。一種模型是CAI等[16]提出泥巖、砂巖和鈣質(zhì)薄交互層模型[見圖3(a)],Rh和Rv對Rsand、Rshale和鈣質(zhì)電阻率Rca及其體積比Fsand、Fshale和Fca響應(yīng)方程為

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3 實測資料應(yīng)用效果評價

3.1 實例一

圖4為3DIT在大慶油田某井測井解釋成果圖,該井的井徑為8.5 in[注]非法定計量單位,1 in=25.4 mm,下同,井眼鉆井液的電阻率為1.2 Ω·m。由3DIT測井資料反演水平電阻率和垂直電阻率,垂直電阻率普遍高于水平電阻率,地層電阻率具有明顯的各向異性。對比發(fā)現(xiàn),該井段的聲波、中子值比其它層高,密度值低,反映儲層物性變差,從計算結(jié)果看,常規(guī)水平電阻率接近20號層垂直電阻率,垂直電阻率與水平電阻率之比略大,反映砂體中的泥質(zhì)薄夾層變少,該層位表現(xiàn)純油層特征,聯(lián)合計算的含油飽和度為68%,實際測試結(jié)果日產(chǎn)油5.8 t,無水。結(jié)果表明,聯(lián)合應(yīng)用地層水平電阻率和垂直電阻率解釋方法是可行的。

圖2 各向異性電阻率地層模型

圖3 計算地層模型及示例

圖4 3DIT測井資料成果圖

圖5 3DIT測井資料成果圖

3.2 實例二

根據(jù)圖5,對井段(1 935～1 960 m)進行綜合反演處理,得到地層傾角、水平電阻率和垂直電阻率,進一步處理得到砂巖體積比Fsand與砂巖電阻率Rsand,然后結(jié)合常規(guī)結(jié)果進行了薄互層分析。通過與常規(guī)儲層評價的結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),AT90探測的電阻率曲線最大值為30 Ω·m,且垂直電阻率大于水平電阻率,在薄互層特征比較明顯的地層中薄互層位置處與常規(guī)分析結(jié)果有明顯不同,常規(guī)分析發(fā)現(xiàn)有效儲層不明顯,利用三維電磁感應(yīng)薄互層分析發(fā)現(xiàn)烴源巖內(nèi)部也存在一些薄層砂體和鈣質(zhì)層,1 944～1 948 m層段砂巖體積比高,59、60號層狀砂比例高,有效厚度比常規(guī)評價增大,是一些潛在的有效儲層。

4 結(jié) 論

本文通過使用三維感應(yīng)測井儀測量儲層電導(dǎo)率,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可以有效地反演出地層水平電阻率和垂直電阻率。再基于各向異性電阻率解釋模型計算砂巖的電阻率,進而計算儲層含油氣飽和度。建立了含泥巖、砂巖和鈣質(zhì)三組分測井解釋方法,有效地提高了低電阻率儲層評價精度,通過實際測井資料處理驗證了解釋方法的可行性。

(1)開發(fā)了三維感應(yīng)測井儀及其配套資料處理方法,可以提供低電阻儲層水平電阻率、垂直電阻率和地層傾角信息,為低電阻儲層評價難題解決提供了有效的技術(shù)途徑。

(2)泥巖、砂巖和鈣質(zhì)三組分解釋模型的應(yīng)用有效解決了由水平電阻率和垂直電阻率提取砂巖電阻率存在嚴重高估的問題,提高了儀器在砂泥巖薄互層中電阻率測量和儲量估算的精度。

(3)松遼盆地北部測井應(yīng)用效果表明三維感應(yīng)測井儀器在低電阻率儲層評價中有重要的應(yīng)用價值,為進一步現(xiàn)場推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

(4)三維感應(yīng)測井技術(shù)還處于發(fā)展中,針對其他復(fù)雜儲層資料處理方法和解釋方法還需要深入研究和不斷完善。