白彦,李庆峰,陈涛,邢光龙,董丽新,宋青山

(1.中国石油集团测井有限公司测井技术研究院,陕西西安710077;2.中国石油集团测井有限公司大庆分公司,黑龙江大庆163000;3.燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004)

0 引 言

准确识别与评价低电阻率储层是松辽盆地北部区块测井解释面临的难点:由于低电阻率储层普遍发育砂泥薄互层或砂质页岩层,使传统电阻率测井仪器所测量的电阻率值过低;低电阻率储层大部分是由页岩或细砂和高束缚水组成,地层电阻率具有各向异性,无法用传统电阻率测井仪器探测,使低电阻率储层无法被有效表征,导致储层低估或漏失。常规感应测井仪器测量的是地层径向电阻率,参与解释计算的含油饱和度偏低,为低电阻率储层的评价带来困难。三维感应测井技术为各向异性储层勘探和评价提供了重要的手段[1-5],2000年Kriegshauser等[6]提出利用5个磁场分量来探测地层各向异性的三轴感应测井仪;2003年Rosthal等[7]提出利用9个磁场分量来探测地层各向异性的多分量感应测井仪;2004年Barber等[8]研制出阵列三轴感应测井仪;2013年Hou等[9]研究了适用于油基钻井液井眼的三维感应测井仪,与各种常规电法测井技术不同,该仪器在测量地层各向异性、倾角及方位角等方面起到了很好的作用。

为了解决砂泥岩薄互层等复杂储层低电阻率测量问题[10-11],中国石油集团测井有限公司研制了三维感应测井仪(3D Induction Tool,3DIT),该仪器由1个三轴发射器、4个针对井眼校正和数据处理的短间距单轴接收阵列及3个三轴接收阵列组成,每对三轴发射接、接收阵列产生9个分量。在垂直井中的水平层,对于地层电导率,只有3个正交主分量响应不为零,而在斜井或者是有角度的地层中,9个分量都有响应,对电阻率的计算都有贡献。但是,当区域存在低电阻率泥岩[12-13]、高电阻率钙质砂岩干扰时,依靠电阻率数值大小去判别砂岩储层中的流体性质往往得到相反的结论,计算的地层含油饱和度会导致误判的现象,这样就会造成漏掉含油储层的结果。因此,提出利用三维感应测井资料有效低电阻率储层表征,使用3DIT测量储层电阻率,经过数据处理可以有效反演地层水平和垂直电阻率,再基于解释模型计算砂岩的电阻率,从而计算储层含油饱和度;另外,考虑了储层钙质含量影响,提出了一种有效消除钙质影响的解释模型。最后,通过松辽盆地北部的测井实例描述了3DIT在低电阻率储层评价中的应用。

1 三维感应测井资料处理方法

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分析式(1)和式(2),任意取向收发线圈测井响应不仅决定于地层水平电阻率和垂直电阻率Rh和Rv分布,也和仪器轴相对于各向异性地层取向(地层倾角θ和方位角γ)有关。为了探测地层电阻率各向异性,三维感应探测器采用三轴(X、Y和Z)正交发射线圈和接收线圈,收发线圈法向对应平行,测量9组分量组成三维测量矩阵。3个对角元分量为测量主分量,其他为交叉分量。为了消除主分量测量直耦信号,类似于传统感应测井引入三轴屏蔽线圈,这样每个分量测量对应1组线圈,分别为发射线圈T、接收线圈R和屏蔽线圈B。

图1为3DIT仪器结构简图[3]。由图1(a)可见,三维感应探测器由1组三轴发射线圈、3组不同接收位置的三轴接收线圈(A24、A60、A90)组成的测量9个分量的子阵列,同时增加4组不同接收位置的单轴接收线圈(A06、A10、A16、A39)测量ZZ分量,共同组成7组三维阵列感应探测器。图1(b)为三轴X、Y和Z方向发射与接收线圈结构,其中对称设计X和Y方向线圈,尺寸大小与匝数相同、与Z方向线圈保持同轴共点。由图1(c)可见,每组三维子阵列包含1个三轴发射线圈和1个三轴接收线圈与三轴屏蔽线圈组成的三线圈系结构,LR、LB为接收线圈与屏蔽线圈到发射线圈的距离。

图1 3DIT三维感应测井仪结构图

参照式(1),考虑3DIT仪器线圈系参数,三维感应仪器测井响应方程可以写为

nβ,σα,β=Kα,βVα,β,α,β=x,y,z

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式中,α和β分别为收发分量指标;D为屏蔽线圈和接收线圈有效面积比,选择合适的D值可以有效地消除主分量直耦电动势;σα,β为α和β对应测量分量电导率的测量值,S/m;α和β分别为测量分量电压信号(接收和屏蔽线圈感应电动势差值);Kα,β为刻度系数。

与传统感应测井测量ZZ分量反演地层各向同性电阻率相比,3DIT测井资料涉及多响应分量多参数反演问题,非线性导致反演不适定性非常严重;加之实际测井环境的复杂性(井眼影响和邻层影响)增加了3DIT资料反演难度。分3步求解3DIT测井资料反演问题:①利用均匀介质GREEN函数解析解[4],采用反演方法提取θ、γ、Rh、Rv视值,主要是尽可能提取到误差较小的θ和γ;②利用柱状分层介质中GREEN函数数值解实现测量井眼影响校正[5];③利用平面分层介质中的GREEN函数数值解实现Rh、Rv邻层影响校正。经过上述资料处理流程,可以获得原状地层Rh、Rv测量值,为低电阻率储层解释和评价建立坚实的资料基础。值得指出的是,在各向异性介质中三维感应可以提供θ和Rv信息,这些是传统电阻率测井难以做到的。

2 含泥岩、砂岩和钙质三组分测井解释方法

3DIT测井资料反演水平电阻率和垂直电阻率(Rh和Rv)在储层饱和度评价中的应用:①在砂泥岩储层中,依据地层电阻率测井解释模型,由Rh和Rv反求出砂岩和泥岩电阻率;②根据砂泥岩电阻率和体积比计算储层饱和度。其中,基于薄交互层单轴各向异性解释模型,由地层各向异性电阻率提取薄交互地层组分,砂岩、泥岩电阻率和体积比是三维感应测井资料解释的关键。

图2(a)为常用的砂岩—泥岩薄交互层各向异性模型[14-15],本文采用图2(b)所示泥岩、砂岩和钙质混合层模型解决地层含有钙质的情况。图2(a)描述各向异性地层模型中,Rh和Rv对砂岩电阻率Rsand和泥岩电阻率Rshale及其体积比Fsand和Fshale响应方程为

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由(4)式得到Rsand>Rh,可以有效表征低电阻率储层。要提取到确切的砂岩电阻率还必须已知层状砂泥岩体积比Fsand和Fshale,而且模型要求地层只有砂岩和泥岩二元组分。但是松辽盆地北部低电阻率储层不是简单的砂泥岩二元组分,储层常常含有钙质(具有较大的电阻率),是泥岩、砂岩和钙质三元组分。针对这种三元组分储层仍然采用式(4)解释模型又会出现砂岩电阻率高估现象。为了解决这一问题,需要建立三元组分解释模型。一种模型是CAI等[16]提出泥岩、砂岩和钙质薄交互层模型[见图3(a)],Rh和Rv对Rsand、Rshale和钙质电阻率Rca及其体积比Fsand、Fshale和Fca响应方程为

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3 实测资料应用效果评价

3.1 实例一

图4为3DIT在大庆油田某井测井解释成果图,该井的井径为8.5 in[注]非法定计量单位,1 in=25.4 mm,下同,井眼钻井液的电阻率为1.2 Ω·m。由3DIT测井资料反演水平电阻率和垂直电阻率,垂直电阻率普遍高于水平电阻率,地层电阻率具有明显的各向异性。对比发现,该井段的声波、中子值比其它层高,密度值低,反映储层物性变差,从计算结果看,常规水平电阻率接近20号层垂直电阻率,垂直电阻率与水平电阻率之比略大,反映砂体中的泥质薄夹层变少,该层位表现纯油层特征,联合计算的含油饱和度为68%,实际测试结果日产油5.8 t,无水。结果表明,联合应用地层水平电阻率和垂直电阻率解释方法是可行的。

图2 各向异性电阻率地层模型

图3 计算地层模型及示例

图4 3DIT测井资料成果图

图5 3DIT测井资料成果图

3.2 实例二

根据图5,对井段(1 935～1 960 m)进行综合反演处理,得到地层倾角、水平电阻率和垂直电阻率,进一步处理得到砂岩体积比Fsand与砂岩电阻率Rsand,然后结合常规结果进行了薄互层分析。通过与常规储层评价的结果对比发现,AT90探测的电阻率曲线最大值为30 Ω·m,且垂直电阻率大于水平电阻率,在薄互层特征比较明显的地层中薄互层位置处与常规分析结果有明显不同,常规分析发现有效储层不明显,利用三维电磁感应薄互层分析发现烃源岩内部也存在一些薄层砂体和钙质层,1 944～1 948 m层段砂岩体积比高,59、60号层状砂比例高,有效厚度比常规评价增大,是一些潜在的有效储层。

4 结 论

本文通过使用三维感应测井仪测量储层电导率,经过数据处理可以有效地反演出地层水平电阻率和垂直电阻率。再基于各向异性电阻率解释模型计算砂岩的电阻率,进而计算储层含油气饱和度。建立了含泥岩、砂岩和钙质三组分测井解释方法,有效地提高了低电阻率储层评价精度,通过实际测井资料处理验证了解释方法的可行性。

(1)开发了三维感应测井仪及其配套资料处理方法,可以提供低电阻储层水平电阻率、垂直电阻率和地层倾角信息,为低电阻储层评价难题解决提供了有效的技术途径。

(2)泥岩、砂岩和钙质三组分解释模型的应用有效解决了由水平电阻率和垂直电阻率提取砂岩电阻率存在严重高估的问题,提高了仪器在砂泥岩薄互层中电阻率测量和储量估算的精度。

(3)松辽盆地北部测井应用效果表明三维感应测井仪器在低电阻率储层评价中有重要的应用价值,为进一步现场推广应用奠定了基础。

(4)三维感应测井技术还处于发展中,针对其他复杂储层资料处理方法和解释方法还需要深入研究和不断完善。