基于双“泥质指示因子”的砂泥岩薄互层饱和度模型
张晋言1, 刘海河1, 刘伟1, 孙建孟2, 赵建鹏2    
1. 中石化胜利石油工程有限公司测井公司, 山东东营 257096;
2. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东青岛 266580
摘要:砂泥岩薄互层的电阻率受泥岩影响,导致直接应用阿尔奇公式计算的含油饱和度偏低.针对砂泥岩薄互层内部沉积结构特征,将储层看作多个不同岩性薄层交互分布的层状介质,考虑层间耦合与层内泥质的共同导电效应,提出了一种横向、纵向双"泥质指示因子"导电等效模型,由此建立了砂泥岩薄互层饱和度计算模型.通过处理分析实际测井资料可知,利用该模型计算的含水饱和度比阿尔奇公式计算结果低10%~20%,更接近于岩心试验分析结果.研究表明,新建立的饱和度模型可降低薄互层层内及层间泥质对含水饱和度计算的影响,适用于砂泥岩薄互层测井资料的处理解释,对于厚砂岩层同样适用.
关键词砂岩    泥岩    薄互层    含水饱和度    泥质指示因子    测井解释模型    
Thin Sand and Mudstone Interbed Saturation Model Based on a Dual Mudstone Indicator
Zhang Jinyan1, Liu Haihe1, Liu Wei1, Sun Jianmeng2, Zhao Jianpeng2    
1. Well Logging Company, Sinopec Shengli Oilfield Service Corporation, Dongying, Shandong, 257096, China;
2. School of Geosciences, China University of Petroleum(Huadong), Qingdao, Shandong, 266580, China
Abstract:The resistivity of thin sand and mudstone interbeds is affected by mudstone, so that oil saturation calculated directly by Archie equation is lower. The reservoir can be considered as a layered medium with cross distribution of various thin layers based on internal sedimentary structural characteristics of thin sand and mudstone interbeds. Considering common electric conduction effect of interlayer coupling and a mudstone layer, a horizontal-vertical dual mudstone indicator conductive equivalent model is proposed. Thus, a computation model is built for thin sand and mudstone interbed saturation. According to processing and analysis of actual logging data, the water saturation calculated from the model is 10% to 20% lower than that calculated by the Archie equation which is closer to core test data. Research results show that the new saturation model can reduce effects on water saturation calculation of inter-layer and intra-layer mudstone of thin interbeds. It is applicable logging data interpretation for thin sand and mudstone interbed as well as thick sandstone.
Key words: sandstone    mudstone    thin interbed    water saturation    mudstone indicator    log interpretation model    

由于砂泥岩薄互层单层厚度薄,又多层复合叠加,使测井解释难度增大,含水饱和度计算不准。目前可用的饱和度模型都有其特定的应用条件,如:阿尔奇饱和度模型适用于纯砂岩地层和含泥质较少的砂岩地层[1];基于W-S模型或双水模型的饱和度模型适用于泥质砂岩地层[1,2,3];基于多重孔隙的饱和度模型适用于碳酸盐地层,及同时含有基质孔隙和缝洞的双重或三重介质地层[4,5];基于多薄片串并联导电模型适用于更加复杂的网络导电路径的地层[6]。为了准确评价储层含水饱和度,笔者在分析砂泥岩薄互层地层结构的基础上,从建立考虑层间耦合与层内泥质共同导电效应的导电模型入手,建立了一种基于横向和纵向双“泥质指示因子”的砂泥岩薄互层饱和度计算模型。

1 导电模型的建立

根据砂泥岩薄互层沉积结构的特征,提出了一种参考电成像测井精确计算砂泥岩薄互层含水饱和度的方法,即:利用砂泥岩薄互层电成像测井资料,对处理窗长内的薄层进行岩性划分,将其分为泥岩、砂岩、泥质砂岩3类,统计处理窗长内不同岩层的厚度,处理窗长内的地层电阻率是不同岩性薄层并联导电的结果,不同岩性的权系数由纵向“泥质指示因子”给出,每一薄层的电阻率可以看作是泥质砂岩导电,横向“泥质指示因子”用以表征泥质砂岩层内泥质含量的变化。

该导电模型的提出基于以下假设:1)砂泥岩薄互层主要有泥岩层导电、砂岩层导电和泥质砂岩导电等3种导电形式;2)根据测井测量时的原理,测得的电阻率是上述3种导电形式的并联结果;3)泥岩含水饱和度为100%时,电阻率为定值;4)对于泥质砂岩地层,认为泥质均匀分布,受含水饱和度的影响。

建立的砂泥岩薄互层导电模型等效的岩石物理模型如图 1所示。

图 1 砂泥岩薄互层导电模型 Fig.1 Thin sand and mudstone interbed conduction model
2 双“泥质指示因子”饱和度模型的建立

针对砂泥岩薄互层沉积结构特点,在纵向上,认为地层的导电部分是由泥质砂岩(或砂岩)与泥岩互层并联导电形成的。利用纵向“泥质指示因子”分析层间耦合,纵向“泥质指示因子”可以表示为处理窗长内泥岩薄层的总厚度与窗长L的比值:

式中:Fv为纵向“泥质指示因子”;Hsh为处理窗长内泥岩薄层的总厚度,m;L为处理窗长,m。

纵向“泥质指示因子”不仅反映了处理窗长内的岩性信息,也反映了处理窗长内纯泥岩薄层的厚度。在处理窗长内,考虑到层间的耦合作用,根据并联导电模型,导出砂泥岩薄互层的等效电阻率为:

式中:Rt为砂泥岩薄互层等效电阻率(近似为地层电阻率测井值),Ω·m;Rsh为泥岩含水饱和度100%时的电阻率,Ω·m;Rs-sh为泥质砂岩电阻率,Ω·m;Fv的取值范围为0~1。

由式(2)可知:当Fv=0时,处理窗长内岩石为泥质砂岩,可以根据式(2)计算其电阻率;当Fv=1时,处理窗长内岩石为纯泥岩,退化为纯泥岩电阻率。

在泥质砂岩层内,采用横向“泥质指示因子”分析泥质含量对泥质砂岩电性的影响。横向“泥质指示因子”表示泥质砂岩中混合泥质的含量,针对于泥质砂岩层,其等效电阻率Rs-sh可表示为:

式中:Rs为纯砂岩电阻率,Ω·m;Fh为横向“泥质指示因子”,取值0~1。

由式(3)可知,当Fh=0时,泥质砂岩电阻率简化为纯砂岩电阻率Rs;当Fh=1时,令含水饱和度Sw=1,泥质砂岩电阻率退化为纯泥岩电阻率Rsh

对于纯净砂岩,根据阿尔奇公式有:

式中:Rw为地层水电阻率,Ω·m;为地层孔隙度;Sw为地层含水饱和度;a,b为岩性系数;m,n分别为胶结指数和饱和度指数。

根据图 1,在上述假设条件下,将式(2)、式(3)和式(4)联立求解,可推导出砂泥岩薄互层电阻率模型的数学表达式:

根据式(5)可以推导出砂泥岩薄互层含水饱和度计算式:

当纵向“泥质指示因子”和横向“泥质指示因子”均为0时,双“泥质指示因子”饱和度公式简化为阿尔奇公式。Fv由式(1)求取,Fh按下述方法获得。中子与密度孔隙度的差值与泥质砂岩中泥质含量(Fh)具有较好的指数关系[7],先将中子与密度曲线按刻度进行标准刻度,然后进行归一化,最后利用归一化后的中子密度曲线差值与岩心分析的泥质含量建立关系模型。建立的模型为:

其中

式中:Vsh为泥质含量,%;P为归一化后密度与中子的差值;ρb为密度测井值,g/cm3Φn为中子测井值,%;c,d为地区经验系数。

该方法的优点是可以解决自然伽马异常井段和灰质含量较高储层泥质含量的计算问题[8],建立关系模型时应注意剔除异常井段的数据。

双“泥质指示因子”饱和度模型较好地解决了由于砂泥岩薄互层严重、单层厚度薄、分布规律复杂,从而使测井解释难度增大、含水饱和度计算不准确的问题。

3 实例分析

为了验证双“泥质指示因子”砂泥岩薄互层饱和度模型(以下记为新模型)的适用性,编写处理程序挂接在了Forward测井评价软件平台上[9],并进行了实例分析。

A井地层为典型的滩坝砂薄互层,图 2为其测井曲线处理结果。从图 2中电成像测井图像可以看出,储层以砂泥岩薄互层为主,单层厚度薄,多层叠加。图 2中,利用双“泥质指示因子”饱和度模型和阿尔奇公式计算含水饱和度时,两者采用的地层水电阻率、孔隙度和a,b,m,n值都相同;杆状线为岩心分析所得含水饱和度。

图 2 A井砂泥岩薄互层测井曲线处理结果 Fig.2 Processing results of thin sand and mudstone interbed logging curve in Well A

图 2可知,利用新模型计算的含水饱和度比阿尔奇公式计算的含水饱和度低(低10%~20%),这是因为新模型考虑了薄互层内泥质和层间泥岩对薄互层电阻率的共同影响,提高了砂泥岩薄互层含水饱和度的计算精度。这可为储量计算提供更为真实的有效厚度和饱和度参数。

图 3为B井测井曲线处理结果。B井处理的2 255.00~2 258.00 m和2 260.20~2 261.30 m井段为均质性相对较好的含泥质砂岩层。

图 3 B井泥质砂岩储层测井曲线处理结果 Fig.3 Processing results of sand-mudstone reservoir logging curve in Well B

图 3可知,新模型由于考虑了层内泥质对电阻率的影响,计算的含水饱和度比阿尔奇公式的计算结果要低(低10%~20%),尤其是泥质砂岩上下边界更明显,与岩心试验分析结果一致。可见,在均质性较好的含泥质砂岩层,新模型同样适用。

4 结 论

1) 纵向上,采用纵向“泥质指示因子”分析砂泥岩薄互层层间泥岩和泥质砂岩(或砂岩)的耦合导电;泥质砂岩层内,采用横向“泥质指示因子”分析泥质对电性的影响;储层岩石电阻率是薄互层层间与层内泥质共同作用的结果。基于此,可以推导出砂泥岩薄互层岩石电阻率公式。

2 ) 双“泥质指示因子”砂泥岩薄互层饱和度模型考虑了薄互层的沉积结构,经试验分析数据对比验证,计算的储层含水饱和度更为准确。

3) 双“泥质指示因子”砂泥岩薄互层饱和度模型适用于具有电成像测井资料的含水饱和度计算,对于没有进行电成像测井的井,可以依据不同薄互层结构给定的经验系数计算,不过计算精度可能会受到影响。

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文章信息

张晋言, 刘海河, 刘伟, 孙建孟, 赵建鹏
Zhang Jinyan, Liu Haihe, Liu Wei, Sun Jianmeng, Zhao Jianpeng
基于双“泥质指示因子”的砂泥岩薄互层饱和度模型
Thin Sand and Mudstone Interbed Saturation Model Based on a Dual Mudstone Indicator
石油钻探技术, 2015, 43(02): 59-62
Petroleum Drilling Techniques, 2015, 43(02): 59-62.
http://dx.doi.org/10.11911/syztjs.201502011

文章历史

收稿日期:2014-10-21
改回日期:2015-02-03

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