低阻环带是油气井测井过程中常遇到的一个现象，通常认为，某一径向地层存在高矿化度地层水富集带时可能会形成低阻环带，低阻环带同时也是可动用油气显示的有力证据，是判断油气层，尤其是低电阻率油气层的有效手段^[1-5]。

本文首先分析了低阻环带的形成条件，然后从油水两相流渗流方程出发，推导出油、水在泥浆侵入过程中的渗透速度。相同压力体系下油、水相的渗透速度不同，为低阻环带的形成提供了条件。根据岩芯分析资料和理论推导，得出相同含水饱和度下油、水相的渗透速度，确定形成低阻环带的地层含水饱和度范围，结合实际测井过程中出现低阻环带的3种形式，分析了低阻环带的形成原因和储层性质。

1 低阻环带的形成条件

低阻环带主要是由于地层某一深度出现高矿化度地层水聚集而引起的，因此，出现低阻环带说明两方面问题：一是地层存在高矿化度地层水；二是地层水出现聚集。

高矿化度地层水使地层电阻率大大降低，尤其是感应测井数值减小很多(通常矿化度从几万到几十万)，高矿化度地层水是引起低阻环带的首要条件，高矿化度地层水意味着泥浆电阻率远大于地层水电阻率。

根据阿尔奇公式

$ \dfrac{{{R_{\rm{t}}}}}{{{R_{\rm{w}}}}} = \dfrac{{ab}}{{S_{\rm{w}}^n{\phi ^m}}} $

(1)

式中：$R_{\rm{t}}$，$R_{\rm{w}}$——地层电阻率、地层水电阻率，$\Omega\cdot$m；$S_{\rm{w}}$——含水饱和度，%；$\phi$——孔隙度，%；a，b，m，n——阿尔奇常数。

假设C，T分别为地层水矿化度和温度，地层水电阻率与矿化度和温度存在负相关关系

$ {R_{\rm{w}}} = \dfrac{1}{{f(C,T)}} $

(2)

分别对地层电阻率和地层水电阻率求矿化度的导数，有

$ \frac{{\partial {R_{\rm{t}}}}}{{\partial C}} = - f_C^'(C,T)\frac{{abR_{\rm{w}}^2}}{{S_{\rm{w}}^n{\phi ^m}}} $

(3)

从式(3)可以看出，地层电阻率与地层水矿化度的关系受两方面影响，分别是地层水电阻率及其导数。地层水矿化度越高，则地层水电阻率越低；地层水电阻率对矿化度的导数越大，则地层电阻率受矿化度的影响越大。

图 1为某油田水层、油水同层中地层水矿化度与地层电阻率的关系图^[6]，从图中可以看出，水层时地层电阻率受地层水矿化度影响的变化趋势比油水同层小。地层为油水同层时，地层水矿化度增加使地层电阻率下降较快，说明当地层为油水同层时，地层电阻率受高矿化度地层水影响更大，更易形成低阻环带。

钻井过程中，当油气推移速度大于地层水的推移速度时，在一定深度就形成地层水聚集带，在电阻率曲线上能观察到低阻环带。低阻环带的存在是地层含有可动油的一个充分条件。

图 2中样品残余油饱和度为25.2 %，束缚水饱和度为31.6 %，孔隙度为17.9 %，空气渗透率为74.1 mD，油水两相相对渗透率交于A点，其含水饱和度为51.5 %。

图 3中样品残余油饱和度为20.6%，束缚水饱和度为36.3%，孔隙度为17.7%，空气渗透率为30.4 mD，油水两相相对渗透率交于B点，其含水饱和度为63.5%。当地层含水饱和度在束缚水饱和度和B点之间时才能形成低阻环带，这是因为油相渗透率大于水相渗透率，高矿化度地层水可能在某处聚集；但当含水饱和度大于B点时水相渗透率大于油相渗透率，高矿化度地层水推移速度更快，就不能形成低阻环带。

2 低阻环带的形成过程

低阻环带的形成需要地层中存在高矿化地层水，假设油气层流体模型为可动油、残余油、束缚水和可动水，在钻进油气层的过程中，靠近井眼位置的径向油气饱和度、水饱和度是动态变化的。油水两相的渗透速度是不同的^[7-11]，根据油水两相流数学模型^[12]

$ - {\rm{div}}({\rho _{\rm{o}}}{v_{\rm{o}}}) = \dfrac{{\partial (\phi {\rho _{\rm{o}}}{S_{\rm{o}}})}}{{\partial t}} $

(4)

$ - {\rm{div}}({\rho _{\rm{w}}}{v_{\rm{w}}}) = \dfrac{{\partial (\phi {\rho _{\rm{w}}}{S_{\rm{w}}})}}{{\partial t}} $

(5)

式中：$\rho _{\rm{o}}$——原油密度，g/cm³；$v _{\rm{o}}$——原油渗透速度，m/s；$S_{\rm{o}}$——含油饱和度，无因次；$\rho _{\rm{w}}$——地层水密度，g/cm³；$v _{\rm{w}}$——地层水渗透速度，m/s；t——时间，s。

假设储层相同半径处油、水两相压力相等，则可推导出油、水的渗流推进速度为

$ {v_{\rm{o}}}(r) = \dfrac{{K{K_{{\rm{ro}}}}}}{{{\mu _{\rm{o}}}}}\dfrac{{{\rm{d}}{p_{\rm{o}}}(r)}}{{{\rm{d}}r}} $

(6)

$ {v_{\rm{w}}}(r) = \dfrac{{K{K_{{\rm{rw}}}}}}{{{\mu _{\rm{w}}}}}\dfrac{{{\rm{d}}{p_{\rm{w}}}(r)}}{{{\rm{d}}r}} $

(7)

式中：K——地层渗透率，mD；$K_{\rm{ro}}$——油相相对渗透率，无因次；$K_{\rm{rw}}$——水相相对渗透率，无因次；$\mu_{\rm{o}}$——原油黏度，mPa$\cdot$s；$\mu_{\rm{w}}$——地层水黏度，mPa$\cdot$s；$p_{\rm{w}}$——水相压力，MPa；$p_{\rm{o}}$——油相压力，MPa；r——泥浆侵入深度，m。

对于油水两相储集层，其渗流速度取决于${K_{{\rm{ro}}}}/{\mu _{\rm{o}}}$和${K_{{\rm{rw}}}}/{\mu _{\rm{w}}}$两个参数。冲洗带内泥浆渗透速度大于油水相的渗透速度，当泥浆电阻率远远大于地层水电阻率时，在一定位置就有可能形成高阻环带。在侵入带内油水相的渗透速度大于泥浆渗透速度时，就形成了地层水聚集带，当地层水电阻率小于泥浆电阻率时，就有可能形成低阻环带。根据式(3)和图 1，得出

$ {\left| {\dfrac{{\partial {R_{\rm{t}}}}}{{\partial C}}} \right|_{{\rm{ow}}}} > {\left| {\dfrac{{\partial {R_{\rm{t}}}}}{{\partial C}}} \right|_{\rm{w}}} $

(8)

式(8)显示，油水同层中高矿化度地层水对其电阻率影响比水层大，同样说明油水同层更易形成低阻环带。

因此，在一定含水饱和度条件下，油气在泥浆柱压力的作用下向地层渗透，在${K_{{\rm{ro}}}}/{\mu _{\rm{o}}}>{K_{{\rm{rw}}}}/{\mu _{\rm{w}}}$，且地层水矿化度较高时，油水同层受矿化度的影响更大，在地层某一深度形成低阻环带，而通常用高频感应或阵列感应能探测出储层中的低阻环带。

3 高频感应识别低阻环带的3种形式及分析

通过设计5个不同的发射频率和不同发射线圈与接受线圈之间的距离，使之成为等参数高频感应测井，它能有效地计算出冲洗带电阻率、侵入带电阻率、原状地层电阻率、冲洗带深度和侵入带深度等5个参数^[13-17]。

高频感应测井的探测深度比常规感应测井要深许多，其径向探测深度受地层电阻率和地层厚度的影响^[3]，地层电阻率越高，探测深度越浅；地层厚度越厚、探测深度越深，其探测范围为0.5~2.5 m，通常情况下，高频感应都能探测到原状地层电阻率。

3.1 高频感应曲线中$R_{07}$最低

高频感应曲线中$R_{07}$曲线数值最低，其他曲线均大于$R_{07}$曲线数值，说明储层受泥浆侵入深度浅，形成低阻环带位置离井壁较近，在$R_{07}$的探测范围内。实际资料表明，当5条测井曲线，尤其是$R_{10}$、$R_{14}$、$R_{20}$曲线数值变化不大时，含油饱和度都较高。当地层残余油饱和度较高时可以解释为油层，但通常情况下为油水同层。

DB18—XX井地层水矿化度较高，23#层浅探测深度曲线$R_{07}$表现为倒置型(图 4)，说明低阻环带离井壁较近，泥浆侵入浅，从图 5也能看出低阻环带的深度在0.3 m左右，因此解释23#层为油水同层。试油结论为井段2 661.0~2 663.8 m，日产液12.1 t，日产油3.1 t，含水75%。从测井曲线上看，该井投产后所含的水来自底部井段。

3.2 高频感应曲线中$R_{10}$最低(新含油层序的发现)

高频感应曲线中$R_{10}$曲线数值最低，其他曲线均大于$R_{10}$曲线数值，说明储层受泥浆侵入深度中等，形成低阻环带位置在$R_{10}$的探测范围内。根据油、水相渗透关系表明此种情况含油饱和度中等，一般情况下为油水同层。

SN—XX井常规测井资料显示储层为低电阻率地层，储层电阻率甚至小于围岩电阻率，应用常规测井资料很难解释，利用高频感应测井资料发现，在2 305.0~2 309.0 m存在低阻环带，分析解释该层为油水同层，后经测试获得原油10 m³，含水57%。根据高频感应测井特征，对该地区其他井进行二次解释和试油，日产原油达40 m³，新发现该区块含油面积4.14 km$^2$、控制石油储量371$\times 10^4$ t。

图 6为SN—XX井测井解释成果图，图中的51#层是典型的低阻环带油气层，地层深电阻率仅为3.3 $\Omega\cdot$m，甚至低于围岩电阻率。高频感应测井显示$R_{07}$数值高于$R_{10}$数值，$R_{10}$数值低于$R_{14}$数值，$R_{14}$数值低于$R_{20}$数值，出现明显的低阻环带，说明泥浆侵入深度中等，高频感应解释(图 7)形成低阻环带深度为0.5 m左右。结合以上分析，测井解释为油水同层。

3.3 高频感应曲线中$R_{14}$最低

高频感应曲线中$R_{14}$曲线数值最低，其他曲线均大于$R_{14}$曲线数值，说明泥浆侵入深度较深，形成的低阻环带在$R_{14}$的探测范围内。油、水相渗透关系表明，含油饱和度中等，一般情况下为油水同层。

B425—XX井沙四上段为低孔、特低渗透岩性油藏，储层厚度和含油性主要受岩性和沉积微相控制，B425—XX井的27#层是典型的低阻油层(图 8)，地层水分析报告显示，水型为氯化钙，总矿化度154 232 mg/L，含盐量较高的地层水分布在岩石孔隙中，形成了比较发达的导电网络，促使油层电阻率明显降低。通过对高频感应曲线的解释(图 9)，发现该层存在低阻环带，$R_{14}$曲线数值最低，泥浆侵入深度为0.58 m，解释结论为油水同层，27#层试油日产液1.5 t，其中，日产油0.5 t，含水68.5%，总液1 503.1 t，累油产油557.1 t。

4 结 语

通过对低阻环带的形成条件和形成过程分析，认为低阻环带是由于高矿化度地层水聚集而引起的，油水同层更易形成低阻环带。低阻环带的形成过程和油、水相的相对渗透速度密切相关，只有油相渗透速度大于水相渗透速度才能形成低阻环带。结合高频感应仪器特点，运用高频感应能有效探测出3种形式的低阻环带。低阻环带能对侵入深度、侵入过程和地层含油性质有较清晰的认识，为发现和评价油气层和油水同层提供了一定的理论依据。