0 引言

临兴神府地区隶属于鄂尔多斯盆地东北缘，勘探层位主要为上古生界石炭系—二叠系致密砂岩储层.致密气储层与常规碎屑岩储层不同，具有岩石成分复杂，孔隙度及渗透率极低的特点(邹才能等，2012；蒋平等，2015；赖锦等，2015；马东旭等，2016).测井解释面临着气层、水层电性特征不明显，以及储层与非储层下限界定困难的难题.众多专家学者对于致密砂岩储层流体性质的识别进行了研究，提出了图版法、阵列声波纵横波速度比法、三孔隙度重叠法等多种经典的识别方法(赵军龙等，2009；徐德龙等，2012；何永宏等，2016).但是这些方法多属于定性识别，在研究区进行应用的过程中经常出现解释为气层，但是压裂测试出水或者干层的情况，难以取得理想的效果.鉴于此，迫切需要探索致密砂岩储层流体性质评价的新方法.

本文提出了一种利用密度孔隙度与电阻率测井进行回归分析，求取二者幂函数相关系数的方法，从而利用相关系数的大小定量评价致密储层流体性质.实际资料的解释结果表明，该方法能够快速准确的识别该区致密砂岩储层流体性质，验证了该方法的准确性及有效性，在致密砂岩储层的勘探及开发中起到了重要作用.

1 致密储层特征及解释难点

根据对研究区上古生界近300块砂岩储层岩心样品物性资料的统计结果，孔隙度主要分布在4%~8%，渗透率小于1 md，根据国家行业标准属于致密气或者近致密气的范畴(国家能源局，2011).另外，致密砂岩储层具有孔隙结构异常复杂的特点，常规测井显示孔隙度较好的储层，通过实验分析或者核磁测井显示，以毛管孔和束缚流体为主，可动孔隙度较低.如A井1446~1453 m(图 1)，常规孔隙度14%左右，但是从核磁成果显示可动孔隙度仅3%，毛管孔达10%.这样的储层条件下，造成测井解释主要面临两个方面的难点：

(1) 电性受岩性、储层孔隙结构的影响过大，导致流体电阻率差异不明显，储层含气性的信息被覆盖和淹没，储层压裂后出现高阻出水，低阻出气的现象，利用常规方法根据电阻率大小判断流体性质出现失误.

(2) 储层的孔隙结构特征对产能具有非常重要的控制作用，单纯应用宏观物性特征评价储层的有效性受到限制，应用孔隙度等特征表征储层的产气能力受到限制(刘伟等，2014).在压裂改造过程中经常会遇到在相似的物性条件下，有些储层能获得高产，有些则无产能，利用常规孔隙度大小判断储层有效性出现失误.

这两种情况下，导致有些储层被误判或被遗漏，严重影响着勘探的效益和效率.

2 研究背景

对于常规砂泥岩储层的流体识别，主要根据电阻率及孔隙度的高低进行评价(康志勇, 2011).气层具有高孔隙度，高电阻率的特点，而水层具有高孔隙度，低电阻率的特点.但是在致密砂岩储层中，由于物性及孔隙结构的特点，储集空间大部分被束缚水及毛细管水占据，流体电阻率被岩性掩盖，利用电阻率及孔隙度评价的方法基本完全失效.目前评价致密砂岩含气性比较经典的方法主要采用测录井结合及阵列声波“气指示”判断的方法.

(1) 测录井结合法：通过实际工作中积累的经验，对于物性较好的气层，一般气测显示都比较好，而水层或者干层气测显示较差.

(2) 阵列声波“气指示”法：通过阵列声波测井资料，可以计算岩石力学参数，利用泊松比和体积压缩系数进行交会可以提高气层识别的准确性(张蕾等，2013；张海涛等，2015).根据泊松比在气层明显减小，体积压缩系数明显增大的特征，在气层段有明显的包络面积，包络面积越大，含气饱和度越高.

如B井下石盒子组1635.2~1642.3 m，该层砂体物性较好，录井气测显示好，而且泊松比与体积压缩系数包络面积较大(图 2)，经测试日产气28390.5 m³/d，为工业气层.

但是，这两种方法在实际应用中也经常出现不符合的情况.如C井下石盒子组1882.0~1890.4 m，该套层物性较好，录井气测显示良好，且阵列声波含气性显示明显(图 3)，但是经测试，产能极低，测试结论为干层.

基于以上情况，目前急需寻找更好的技术手段对流体性质进行识别，但鉴于成本所限，最好的办法是对常规测井资料进行深度挖掘，从常规测井曲线的匹配关系中发掘储层的含气信息.

3 技术方法 3.1 理论依据

经典的Archie模型证实了电阻率测井响应与岩性、孔隙度及含气饱和度具有相关性，为利用电阻率测井与孔隙度测井的相关性判别储集层流体性质提供了理论依据.根据Archie公式(孙建国，2007)，对于水层或者干层，可以得到：

(1)

式(1) 中，F为地层因素，R_O为100%含水岩石电阻率，Ω·m；R_w为地层水电阻率，Ω·m；a为岩性系数；m为胶结指数；ϕ为孔隙度，%.R_O表达式为

(2)

对于水层或者干层，R_w与a为固定值，即：

(3)

根据上面公式，对于水层或者干层，电阻率与孔隙度曲线应呈幂函数关系.

对于油气层，可以得到：

(4)

式(4) 中，I为电阻增大系数；R_t为含气岩石的电阻率，Ω·m；R_o为100%含水岩石电阻率；b为系数；S_w为含水饱和度，%；n为饱和度指数.

结合公式(1) 可得：

(5)

即：

(6)

R_w与a、b均为固定值，因此有：

(7)

根据公式(7)，对于油气层，电阻率不仅受物性影响，而且受含气饱和度影响，电阻率与孔隙度已经不是简单的幂函数关系，而是受到了含气饱和度的影响，相关性变差.

另外，对于纯水层，随着孔隙度增加，电阻率减小，即密度孔隙度与电阻率测井呈负相关关系.干层实际上并非铁板一块，其中也有一定的微小孔隙，并含有流体.电阻率与孔隙度亦应满足上述公式(7)，只不过束缚水含量较高，S_w趋近于100%，影响比较小，因此电阻率与孔隙度呈幂函数关系.

对于微小孔隙中充水的干层来说，与水层相同，电阻率测井响应与密度孔隙度呈负相关关系.而对于微小孔隙中充气的干层，含水饱和度即束缚水饱和度，即S_w=S_wi.Buckles在其1965年发表的文章中指出(杨仁林和刘知国，2004；孙赞东等，2011)，对于只含束缚水的地层，储层ϕ与S_wi的乘积趋于一个常数，即K=ϕ*S_wi，代入公式(7) 可得：

(8)

定义A=C/Kⁿ，B=n-m，那么有：

(9)

显然，A大于零，根据区域研究成果，n约等于2，m一般小于1，因此B始终是大于零的.因此，在含气的干层，随着孔隙度增加，电阻率测井响应也增加，即电阻率测井响应与密度孔隙度呈现正相关关系.

3.2 计算原理

相关系数的计算主要根据概率论及数理统计的基本原理(王志磊和郭红梅，2011)，两组随机变量X(x₁，x₂，…，x_n)与Y(y₁，y₂，…，y_n)，为了解x与y之间关系的密切程度，要用相关系数R²来判断.其定义为

(10)

R²值范围介于-1与+1之间，即-1≤r≤1.当R² > 0时直线的斜率为正，称正相关；当R² < 0时直线的斜率为负，称负相关.当|R²|＝1时全部数据点都落在拟合线上.若R²＝0则x与y之间完全不相关.R²值愈接近±1则它们之间的相关性愈密切.

两个随机变量之间关系的拟合以及相关系数的计算，目前在Excel及常用的测井软件中均可以进行，并以R²表示相关系数.本文中以深侧向RD或者深感应M2RX表示地层电阻率，以密度测井ZDEN计算得到的孔隙度表示储层的孔隙度，数据采样间隔采用常用的0.1 m进行采样与相关系数的计算.

3.3 区域分析

通过对近年来临兴神府地区24个测试层位进行深入研究发现，使用密度孔隙度与电阻率测井相关性在评价储层流体性质方面具有很好的效果.

(1) 如D井下石盒子组1611.7~1616.7 m，从测井曲线上看，该层密度与电阻率测井曲线形态基本相似，相关性好，计算电阻率与密度孔隙度相关系数达0.6496，且呈负相关性(图 4).该层通过测试，自然产能为日产水0.653 m³，压后稳产水2.362 m³/d，定义测试结论为干层.但是从测试情况看，该套层应该为含水干层，与以上理论结论相符.

(2) E井太原组下段2015.7~2019.5 m，从电阻率与密度相关性上看，二者呈明显的对称镜像关系，计算孔隙度与电阻率相关系数为0.3711，且为正相关性(图 5).该套砂体通过测试自然产能为日产气1144 m³，定义测试结论为干层.但是从测试情况看，该套层应该为含气干层，只不过未达到工业气层的标准，定义为干层，测试结果与以上理论结论相符.

(3) F井太原组密度与电阻率对比，相关性较差，计算密度孔隙度与电阻率相关系数为0.0029(图 5)，该层加砂压裂测试日产气119520 m³/d，测试结论为工业气层，测试结果与相关性分析法符合.

通过对研究区所有测试层位的密度孔隙度与电阻率测井相关系数进行统计，除去部分井段密度受扩径及泥质夹层影响较大未统计外，其余均标示在交会图上(如图 7).图中灰色点为干层，蓝色的为水层，红色点为工业气层.通过统计发现，对于研究区来说，水层及干层的相关系数基本在0.2以上，而工业气层相关系数基本小于0.2.另外，通过理论及实例分析，水层及含水干层密度孔隙度与电阻率测井呈负相关性，含气干层电阻率与密度孔隙度测井为正相关性.含气干层具有一定的储气能力，只不过在目前的测试条件下难以获得工业气流，随着压裂技术的进一步提高，应该具有一定的勘探潜力.

4 现场应用

使用相关系数法在临兴神府地区进行了应用，用常规测井解释方法解释出现失误的疑难层，利用该方法取得了良好的效果，测井解释符合率大大提高.

(1) 下图为G井本溪组2095.6~2101.3 m测井解释成果图，从录井资料上看，气测显示较差，从测井曲线上看，电阻率最低在8 Ω·m左右，根据常规测井解释方法，解释为气水同层.但是该套砂体从相关性上看，密度与电阻率测井相关性较差，计算密度孔隙度与电阻率相关系数0.0256(图 7)，根据上述研究结果，为气层的响应特征.该套砂体最终通过加砂压裂测试日产气27628 m³/d，测试结论为工业气层.

(2) 下图为H井本溪组常规测井解释成果图，从录井资料上看，气测有一定显示，从测井上看，物性较好，计算孔隙度8%左右，但是电阻率较低，仅5 Ω·m左右，根据常规测井解释方法解释为可疑气层.但是从相关性上看，该套砂体孔隙度与电阻率相关性较好，计算相关系数为0.2537(图 8)，根据前面研究成果，为非气层的特征.该套层后期经加砂压裂测试，不产气，测试结果为干层.

5 结论 5.1

致密砂岩储层由于其较差的物性条件及复杂的孔隙结构，测井解释面临着低阻出气，高阻出水以及根据物性无法评价储层为气层、差气层或者干层的难题.经典的定性的测井解释方法无法解决流体性质识别的问题.

5.2

利用密度孔隙度与电阻率测井进行回归分析，求取幂函数的相关系数，可以对储层流体性质进行评价.气层相关性差，相关系数小于0.2，水层及干层的相关性好，相关系数大于0.2.水层及含水干层孔隙度与电阻率测井具有负相关性，而含气干层具有正相关性.

5.3

该方法的最大优点是绕开了常规测井方法孔隙度大小及电阻率大小这一概念，而以二者相关性来定量评价致密气储层流体性质，克服了传统方法定性认识的不足，在实际应用中取得了好的效果.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见及编辑部的大力支持！