测井解释基本原理

1、测井资料综合解释 测井资料综合解释 就是把多种测井方法探测到的测井信息转换成地质信息。简单表 示为为什么要进行测井资料综合解释？1）测井方法多达近百种，每种测井方法都有它本身的探测特性和适用范围，仅反映 地层某一方面的物理特性局限性。2）各种测井方法又都是间接地，有条件地反映地层特性的一个侧面间接性。3）井下地质情况非常复杂，如岩石种类多，孔隙结构多变，流体性质和含量各不相 同，以致不同的地层在某种测井曲线上很可能有相同的显示。如GR，这就是单一测井资料解释的多解性。因此，要全面准确地认识井下地层特性，需要用多种测井方法进行综合解释。同时 还要参考钻井、取心等资料。第一章测井储集层评价的基础第

2、一节储集层的特点一储集层1什么是储集层石油和天然气是储存在地下具有孔隙、孔洞或裂缝 （ 隙） 的岩石中的。自然界的岩 石种类虽然很多 , 但并不是所有岩石都能储存石油和天然气。能够储存石油和天然气 的岩石必须具备两个条件：一是具有储存油气的孔隙、孔洞和裂缝（隙）等空间场 所；二是孔隙、孔洞和裂缝（隙）之间必须相互连通 , 在一定压差下能够形成油气流 动的通道。我们把具备这两个条件的岩层称为储集层。简单地说 , 储集层就是具有连 通孔隙，即能储存油气 , 又能使油气在一定压差下流动的岩层。2储集层的特点孔隙性 储集层或者说岩石具有由各种孔隙、孔洞、裂缝（隙）形成的流体储存空 间的性质；渗透性 在

3、一定压差下允许流体在岩石中渗流的性质称为渗透性。孔隙性和渗透性是储集层必须同时具备的两个最基本的性质 , 这两者合称为储集 层的 储油物性 。我们常说的油层、气层、水层、油水同层、含油水层都是储集层，因为它们不管 产什么，都具备以上两个条件；而泥岩层只具有孔隙性，无渗透性，所以不是储集 层。储集层是形成油气层的基本条件 , 因而是应用测井资料进行地层评价和油气分析 的基本对象。3储集层的分类通常按成因和岩性把储集层划分为三类 : 碎屑岩储集层 、碳酸盐岩储集层 与其他岩类 储集层 。前两类是主要的储集层。不同类型的储集层具有不同的地质特征。这里只介绍碎屑岩储集层特征。二碎屑岩储集层碎屑岩储集层

4、为陆源碎屑岩 ,主要包括 砂岩、粉砂岩、砂砾岩和砾岩 。它们的储 集空间以碎屑颗粒之间的 粒间孔隙为 主, 有时伴有裂隙 （缝） 、微孔隙以及成岩过程中 所产生的各种次生孔隙。在碎屑岩储集层的上下一般以泥岩作为隔层 , 故在油井剖面中常常是砂岩、泥岩 交替出现 , 测井解释称之为 砂泥岩剖面 。碎屑岩主要是由 各种矿物碎屑、岩石碎屑、胶结物 （泥质、灰质、硅质和铁质 ） 及孔隙空间组成。决定碎屑岩岩性特征的主要因素是 碎屑的成分和颗粒的大小 , 并以 它们作为碎屑岩分类和命名的主要依据。1碎屑物的矿物成分目前已发现的碎屑矿物约有 160种,最常见的约 20种。但在一种碎屑岩中 ,其主要 碎屑矿

5、物通常只有 35种, 常见的碎屑矿物主要有 石英、长石、云母和粘土以及重矿 物。石英 是碎屑岩中分布最广、含量最多的一种碎屑矿物 , 它主要出现在砂岩和粉砂 岩中（其含量可达 50%90%）在, 砾岩中的含量较少 ,在粘土岩中的含量更少。长石在碎屑岩中的含量仅次于石英 ,通常, 砂岩中长石的平均含量为 10%15%远, 小于石英含量 , 但在有些砂岩中 ,长石的含量相当高 , 可达50%。白云母和黑云母的碎屑颗粒是砂岩中常见的次要组分。 白云母多分布在粉砂岩和 细砂岩中；而黑云母则常出现在砾岩或杂砂岩中。碎屑岩中密度大于 2.86g/cm 3的矿物称为 重矿物,它们在岩石中的含量很少 ,一般

6、不超过1%。重矿物的种类很多 , 常见的有辉石、角闪石、荧铁矿、磁铁矿、重晶石、 锆英石、电气石、金红石等等。这些含量很少的重矿物 , 在地质工作中常用于划分地 层和地层对比 , 而且它们对密度、岩性密度等测井响应也有着重要影响。岩石碎屑（岩屑）是母岩经机械破碎形成的岩石碎块 , 一般由两种以上的矿物集合 体组成 , 保留着母岩的结构特点 ,因此岩屑是判断母岩成分及沉积来源的重要标志。 2碎屑颗粒的粒度1）粒度的定义及作用粒度是指颗粒的大小 ,用粒径表示。它是碎屑颗粒最主要的结构 , 直接决定着碎 屑岩的分 类命名和性质。2）粒度的分类根据粒度大小将碎屑分成砾、砂、粉砂三类 , 表1-1是我国

7、广泛采用的碎屑颗粒的粒 度分类表。表1-1碎屑颗粒的粒度分类表碎屑名称颗植直径（ mm）巨砾1000砾粗砾1000100中砾10010细砾101粗砂10.5砂中砂0.50.25细砂0.250.1粉砂粗粉砂0.10.05细粉砂0.050.01粘土（泥）75%者为好, 含量在50%70%者为中,含量 20%,油和水相对渗透率相等的点 A有较高含水饱和度 （ Sw50%）,而残余油饱 和度较低。亲油储集层与此相反 , 一般Swb15%,点A的Sw3002.22.6高值高值基值低，平直低，平直大于钻头直5径煤35041.32.6SNP40低值异常不明高值，无接近钻头直505CNL70显或很大烟煤最径正

8、异常（无低烟煤）砂岩25032.12.5中等低值明显异常中等，明显低到中略小于钻头80正差异等直径生物2003比砂岩较低比砂岩明显异常较高，明显较高略小于钻头灰岩00略高还低正差异直径石灰16522.42.7低值比砂岩无异常高值，锯齿高值小于或等于岩50还低状正、负差钻头直径异白云15522.52.8低值比砂岩大片异常高值，锯齿高值小于或等于岩505还低状正、负差钻头直径异硬石约164约3.0约为0最低基值高值接近钻头直膏径石膏约171约2.3约为 50最低基值高值接近钻头直径岩盐约220约2.1约为0最低（钾基值极低高值大于钻头直岩很高）径例如，在淡水泥浆井中，地层剖面由砂岩、致密灰岩、生物

9、灰岩和泥岩四种岩石组 成。如果测井资料由 SP、微电极、声波时差和电阻率，则可以按下列步骤区分它们： 1）用 SP曲线和微电极曲线把渗透层和非渗透层区分开。砂岩和生物灰岩得SP曲线有明显得负异常， 微电极有正幅度差； 而致密灰岩、 泥岩的 SP无异常 ,微电极无幅度差。2）利用声波时差和微电极测井曲线区分砂岩和生物灰岩。砂岩声波时差要高于 生物灰岩 , 而微电极曲线则表现出砂岩的曲线幅度值低于生物灰岩的特征。3）利用电阻率可区分泥岩和致密灰岩 , 致密灰岩为高阻 , 泥岩为低阻。 二划分储集层储集层就是具有一定孔隙性和渗透性的岩层。在人工解释中 , 划分储集层是根据 测井资料, 并结合其他地质

10、资料 ,把一口井中那些可能含油气的储集层划分出来 , 并 确定其顶、底界面的深度及厚度 , 以便进一步对储集层作出评价。关于碳酸盐岩及裂 缝性储集层的划分将在第五章介绍 , 这里只介绍砂泥岩储集层的划分。砂泥岩剖面中的储集层得岩性主要是砂岩、粉砂岩以及少数砾岩 , 个别地区可能 还有薄层碳酸盐岩储集层（如生物灰岩等）。在储集层的上下围岩通常都是厚度较 大而稳定的泥岩隔层。一般采用常规测井系列 , 便可准确地将渗透性地层划分出来。 常用的测井方法是自然电位 SP（或自然伽马 GR）、微电极系测井（ ML）、井径曲线。 人工解释划分砂泥岩剖面储集层的方法是：1）将本井的取心、岩屑录井、钻井中油气显

11、示、气测井等第一性资料标注在综 合测井图上 , 并与邻井对比 ,找出本井钻井的目的层位 , 把测井资料分为若干解释井 段, 每段的地层水有基本相同的含盐量 （矿化度）, 图3-3示出的就是一个解释井段。2）对每个解释井段 , 大致按以下方法划分出每个储集层。自然电位 SP或自然伽马 GR法。砂岩储集层的 SP曲线的明显特征是相对于泥岩 基线来说，对淡水泥浆（ RmfRw） , 在SP曲线上显示负异常；反之 , 当Rmf20Rm, 且曲线成尖锐的锯齿变化，幅度差的大小、正负不定时 , 则为非 渗透性致密层。当渗透层的岩性渐变时 , 微电极系测井曲线值与幅度差也常呈渐变形 式显示。此外,在砂泥岩剖

12、面中 , 渗透层处存在着泥饼 , 使实测井径值一般小于钻头直径 , 且井径曲线较平直。因此可参考井径曲线来划分渗透层。孔隙度测井曲线可反映地 层孔隙度大小 , 对划分渗透层也有参考价值。一般来说 , 先用 SP（或 GR）曲线、 ML曲线及井径曲线确定渗透层位置后 , 再用 ML曲 线准确确定渗透层上、下截面。图 3-3 示出我国砂泥岩剖面中常用的测井系列及综合 测井图 , 并用上述方法划分出渗透层。按划分储集层的要求 , 用水平分层线逐一标出所细分的储集层界面。此时应注 意几点A要兼顾所有曲线的合理性来画分层线。B油层、气层和油水同层中有 0.5m以上的非渗透夹层时 , 应把夹层上下分为两

13、个层解释。C遇到岩性渐变层的顶界（顶部渐变层）或底界（底部渐变层） , 就分到岩性 渐变结束、纯泥岩或非储集层开始为止。D在一个较厚的储集层中 ,若有两种或两种以上的解释结论 , 则应分层解释。 三储集层评价要点对测井来说 , 储集层评价是地层评价的基本任务 , 这包括单井评价 与多井评价 。单井储集层评价就是在在油井地层剖面中划分储集层，评价储集层的岩性、物性、含 油性及产能。 多井评价是油藏描述的基本组成部分 , 它是着眼于在面上对一个油田或 地区的油气藏整体的多井解释和综合评价 , 主要任务包括 : 全油田测井资料的标准 化、井间地层对比、建立油田参数转换关系、测井相分析与沉积相研究、单

14、井储集 层精细评价、储集层纵横向展布与储集层参数空间分布及油气地质储量计算。二者关系：单井评价是多井评价的基础 ,而多井评价则是更高层次发展 , 是在全油 田测井资料基础上对测井资料更高水平的统一解释和对整个地区油气藏的综合地质 评价。这里主要介绍单井储集层评价要点。1岩性评价储集层的岩性评价是指确定储集层岩石所属的岩石类别 , 计算岩石主要矿物成 分的含量和泥质含量 , 还可进一步确定泥质在岩石中分布的形式和粘土矿物的成分。1）岩石类别：测井地层评价是按岩石的主要矿物成分确定岩石类别 , 如砂岩、 泥质砂岩、粉砂岩、砾岩、石灰岩、白云岩、石膏、硬石膏、盐岩、花岗岩、变质 岩、石灰质白云岩等。

15、2）泥质含量和粘土含量： 泥质含量是岩石中颗粒很细的细粉砂 （ 小于 0.1mm）与 湿粘土的体积占岩石总体积的百分数 , 用符号 Vsh表示。当需要把泥质区分为细粉砂和 湿粘土时 , 则要计算岩石的 粘土含量, 它表示岩石中湿粘土的体积占岩石体积的百分 数, 用 Vclay 表示。岩石中除了泥质以外的其他造岩矿物构成的岩石固体部分 , 我们称为 岩石骨架 , 这是测井的专用术语。所谓确定岩石矿物成分及其含量 , 就是确定岩石骨架的矿物成 分及其体积占岩石体积的百分数。由于岩石的矿物成分较复杂 , 而测井的分辨能力有 限,故一般只考虑一、二种主要矿物成分 ,最多能考虑六种矿物成分 , 其他忽略

16、不计。 同时, 测井只注重矿物的化学成分 ,如方解石微 CaC03,白云石为 CaC03.MgC03石, 膏为 CaS04（HzO）2,硬石膏为 CaS04等。3）泥质分布形式：泥质分布形式是指泥质在岩石中分布的状态 , 一般三种形式 : 分散泥质,是分布在粒间孔隙表面的泥质 , 其体积是粒间孔隙体积的一部分 ,故它 使泥质砂岩的有效孔隙度减少； 层状泥质,是呈条带状分布的泥质 , 其体积取代了 相应纯砂岩颗粒及粒间孔隙度； 结构泥质,是呈颗粒状分布的泥质 , 但不改变其粒 间孔隙度。因此 ,泥质分布形式 ,对泥质砂岩的有效孔隙度有很大影响。 粘土矿物的成分主要成分有：高岭石、蒙脱石、伊利石和

17、绿泥石。2含油性评价储集层的 含油性 是指岩层孔隙中是否含油气以及油气含量大小。 地质上对岩心含 油级别的描述分为饱含油、含油、微含油、油斑及油迹 , 其含油性依次降低。应用测 井资料可对储集层的含油性作定性判断 , 更多的是通过定量计算饱和度参数来评价 储集层的含油性。通常计算的饱和度参数有：地层含水饱和度 Sw，束缚水饱和度 Swb，可动水饱和度 Swm，含油气饱和度 Sh或含油饱和度 So，含气饱和度 Sg, 残余油饱和度 Sor，可动油饱和度 Som，以及冲洗带可动油体积 Vom=Som和残余油体积 Vor =Sor。应用这些参数来评价储 集层的含油性。含油气饱和度 Sh或含水饱和度

18、Sw无疑是评价储集层含油性的基础和依据。 因此长期以 来采用含油气饱和度或含水饱和度作为划分油（气）与水层的主要标准 , 并取得显着 效果。然而 , 实践表明,只有Sh或Sw来划分油气、水层 ,有时并不能准确判断地层的产 液性质,特别是那些束缚水含量高的低电阻率油气层更是如此。例如 , 有的油气层的 Sw50%,甚至高达60%70%竟, 然只产油气而不出水。 因此, 含油性只是产层的静态特性 的反映,是判别油气、水层的必要条件 , 但不是充分条件。因为它不能完整地描述储 集空间油气的储集和渗流的动态规律。我国着名测井分析家曾文冲从藏藏物理学的基本原理入手 , 以油、气、水在地层 孔隙内的分布与

19、渗流理论为依据 , 提出应用可动水分析法与相对渗透率分析法来评 价油、气、水层的解释理论与方法 , 并在我国许多油田得到广泛应用 ,取得较好的效 果。其要点是 :油气层是储集层与所含流体 （油、气、水）之间形成的统一体 , 以彼此之间的物理 作用相维系。当多相流体并存时，储集层产出流体的性质将服从多相流体渗流理论 所描述的动态规律。储集层所产流体性质归根结蒂是取决于储集层内油、气、水各 相的相对渗透率大小 , 即取决于油、气、水在地层孔隙中的相对流动能力。只含束缚水，不含“可动水” , 即水的相对渗透率 Krw=0,是油气层普遍共有的特 征。油气层具有渗流孔隙与高比例的微孔隙组成的双孔隙系统是

20、导致高束缚水饱和 度形成大多数低油气饱和度特点的根本原因。因此 , 产层的含油气饱和度大小主要取 决于它们的束缚水含量的变化。这意味着储集层的含油性只是描述与区别油气层的 必要条件 , 并非充分条件。对于油和水共渗体系 , 可建立如下的概念模型A当储集层的 Sw=Swb，Swm=0，无可动水时 , 则Krw=0（见图3-2）, 而Kro1, 故地层只 产油不出水 , 属于油层。B当SwSwb,Swm有0,可动水时 , 则0Kro1,0KrwRw）时，发 生泥浆高侵。因此，淡水泥浆钻井的水层一般是高侵，部分具有高矿化度地层水的 油气层也可能是高侵，但 Rxo与 Rt差别较小。2）低侵剖面： Rx

21、o明显低于 Rt，称为泥浆低侵或减阻侵入，低侵地层电阻率径向变 化称为低侵剖面。一般在泥浆滤液电阻率大于地层水电阻率（Rmf60%时, 几乎 不再出现低阻环带。同时 , 泥饼的存形成就使泥浆侵入速度迅速降低 ,泥浆滤液由径 向渗滤转为纵向渗滤。后者主要是由于油、气与水的密度不同产生的重力分异作用 所引起的。在纵向渗滤中，滤液将向下移动，可动油气将向上去代替它们，这就有 可能在前述低阻环带之前形成一个含油气饱和度相对高，地层水较少而滤液较多的 环带，即出现一个电阻率 Rxo和 Rt都要高的高阻环带。纵向渗滤期间：泥饼厚度达到最大时 , 由于泥饼渗透性很差 ( 0.01 10-3 m2), 滤液的

22、径向渗滤很小，而纵向渗透将占优势。侵入带中的滤液和低阻环带中的地层 水都要向下移动 , 可动油与将去代替它们 ,以致低阻环带将逐渐消失，冲洗带范围将 缩小，而高阻环带将向冲洗带方向扩大 , 直到最后达到平衡。固井以后：由于油气水的重力分异作用，井眼周围所有可以移动的地层水和 滤液将继续向下往油水接触面分散，可动油气则向上代替它们，并逐渐恢复到泥浆 侵入前的状态。这时的水并不是原始的地层水，而是它与滤液的混合物。 二测井方法的探测深度1. 岩性孔隙度测井岩性-孔隙度测井的探测范围均比较小 , 多限于冲洗带以内。自然伽马测井的探测深度约为 15cm，在通常的测井条件下 , 自然伽马测井的地 层分辨

23、力约为 1m。补偿密度测井对于中等密度的地层 , 其探测深度约为 10cm。补偿密度测井的地 层分辨力约为 1m。岩性密度测井的探测深度约为 5cm。中子测井的探测深度与地层孔隙度及源距有关。对于裸眼井中孔隙度为22%的地层，其探测深度约为 25cm；井壁中子测井的探测深度约为 18cm。中子测井的地层 分辨力约为 1m。补偿声波测井的探测深度很浅，对均匀地层来说，约为 13m。由上可知 , 岩性孔隙度测井方法的探测深度均较浅。主要探测井壁附近冲洗带地 层的岩性及孔隙度。2. 电阻率测井系列测井方法冲洗带侵入带原状地层感应测井深感应（ 6FF40）双感应 深感应（ ILd） 中感应（ ILm

24、）普通电阻率测井电位电极系 短电位（16”）长电位（ 64”）梯度电极系（ 18 8”）侧向测井三侧向 深三侧向（ LL3d） 浅三侧向（ LL3s）七侧向 深七侧向（ LL7d） 浅七侧向（ LL7s）双侧向 深侧向（ LLd ） 浅侧向（ LLs）八侧向（ LL8）球形聚焦（ SFL）微电阻率测井微电极测井（ ML） 微侧向测井（ MLL） 邻近侧向测井（ PL） 微球形聚焦测井（ MSFL）由上可知，从探测深度来看，电阻率测井大致分为深、中、浅、微四类：1）深探测电阻率测井有：这些电阻率测井的探测深度均为 1m以上，可探测原状地层 的真电阻率。2）中探测电阻率测井有：它们的探测深度约为（

25、 0.31m），可探测泥浆侵入带电阻 率。3）浅探测电阻率测井：它们的探测深度较浅（ 0.450.9m），可探测冲洗带到过度 带的电阻率。4）冲洗带电阻率测井：主要探测冲洗带电阻率；它们的电极距都很小，探测深度很 浅，故称为微电阻率测井。三测井系列的选择选择测井系列的原则对油气勘探开发来说 , 一个地区所选用的测井系列是否合理有效 ,主要取决于它 们能否有效地鉴别岩性 , 划分渗透性地层 ,较为精确地计算储集层主要地质参数 , 可 靠地对储集层进行油气评价 , 以及解决其他地质问题。归结起来 , 选择测井的主要原 则是：能有效地鉴别油井剖面地层的岩性， 估算地层的主要矿物成分含量与泥质含量 ,

26、 清楚地划分出渗透性储集层；能较为精确地计算储集层的主要地质参数，如孔隙度、含水饱和度、束缚水 饱和度和渗透率等；能可靠地区分油层、气层和水层、准确地确定含油气饱和度, 可动油 （气量和残余油气量、油气层有效厚度以及计算油气地质储量；尽可能地减少和克服井眼、泥浆侵入、围岩等环境因素的影响 , 至少能通过适 当的校正来有效地减少和消除这些与地层性质无关的环境因素的影响 , 获得较为真 实地反映岩层及孔隙流体性质的、质量较好的测井资料。具有研究、解决地质构造、沉积相等地质问题和油田开发及有关的工程问题 的能力。具有良好的经济效益，在保证能有效地完成预期的油气勘探开发任务的前提下 应力求测井系列简化

27、与经济有效 , 提高投入产出比 ,但切忌牺牲解决地质问题的能力 片面追求经济效益而使测井系列过分简化。第三节纯岩石模型及测井响应方程 为了应用计算机技术对测井资料处理解释 , 就必须根据所要解决的问题应用适 当的数学物理方法,建立相应的 测井解释模型、导出测井响应值与地质参数之间的数 学关系 , 然后对测井资料加工处理和分析解释 , 把测井信息转变为尽可能反映地质原 貌特征的地质信息 , 供地质勘探开发使用。目前, 在测井数据处理中采用的解释模型有许多种 ,可按不同角度对它们大致分 类。按 岩性分类有：纯岩石和含泥质岩石模型；单矿物、双矿物和多矿物模型；砂 泥岩、碳酸盐岩、火成岩、变质岩模型。

28、按 储集空间特征分类有: 孔隙型、双重孔隙 型、裂缝型和孔隙 -裂缝型模型。按 孔隙流体性质与特征 分类有：含水岩石和含油气 岩石模型以及阳离子交换模型 （瓦克斯曼 -史密菠模型和双水模型 ）。按建模方法分类 有:岩石体积模型 ,最优化模型和概率统计模型。此外 , 还可以从其它角度来对解释模 型分类。为了便于叙述 , 我们将以建模方法为线索 , 一、岩石体积物理模型由测井方法原理可知 , 许多测井方法的测量结果 ,实际上都可看成是仪器探测范 围内岩石物质的某种物理量的平均值。如岩石体积密度 b, 可以看成是密度测井仪器 探测范围内物质 （骨架和孔隙流体 ）密度的平均值 , 即单位体积岩石的质量

29、 （g/cm 3） 。岩 石中子测井值 N 可以看成中子测井探测范围内岩石物质含氢指数的平均值 , 即单位 体积岩石的含氢指数。总之, 上述测井方法有两个共同特点： 它们测量的物理参数可以看成是单位体 积岩石中各部分的相应物理量的平均值； 在岩性均匀的情况下 , 无论任何大小的岩 石体积,它们对测量结果的贡献 ,按单位体积来说 ,都是一样的。根据这些特点 , 我们 在研究测井参数与地质参数的关系时 , 就可以避开对每种测井方法微观物理过程的 研究, 着重从宏观上研究岩石各部分（孔隙流体、泥质、矿物骨架）对测量结果的贡 献,从而发展了所谓岩石体积物理模型 （简称体积模型 ）的研究方法。用这种方法

30、导出 的测井响应方程与相应测井理论方法和实验方法的结果基本一致 , 是一种很好的 近 似方法。此法的特点是推理简单,不用复杂的数学物理知识 ,除电阻率测井外 ,对其它 具有前述“平均”概念的测井方法 , 均可导出具有线性测井响应方程 ,既便于人们记 忆使用 , 又便于计算机计算处理。所谓岩石体积物理模型 , 就是根据测井方法的探测特性和岩石中各种物质在物理 性质上的差异按体积把实际岩石简化为性质均匀的几个部分 , 研究每一部分对岩石 宏观物理量的贡献 , 并把岩石的宏观物理量看成是各部分贡献之和。这种方法的要点 有二：按物质平衡原理 ,岩石体积V等于各部分体积 Vi之和,即V Vi ；如用相对

31、体积iVi表示 , 则 Vi =1。i岩石宏观物理量 M等于各部分宏观物理量 Mi之和,即MMi 。当用单位体积物i 理量（一般就是测井参数 ）表示时, 则岩石单位体积物理量 m就等于各部分相对体积 Vi 与其单位体积物理量 mi乘积之总和 , 即m Vimi 。i石油测井中遇到的地层虽然很复杂 ,岩性类型很多 ,但是油气储集层主要是砂泥 岩和碳酸盐岩两大类。从测井解释来看 , 由于泥质成分与岩石骨架成分在物理性质上 有显着的区别 , 故可把岩石划分为含泥质岩石和纯岩石 （ 不含泥质或含泥质甚少 ） 两 类。从数学物理观点看 , 不管岩石骨架成分如何 , 均可把储集层简化为两种简单的岩 石体积

32、模型： 纯岩石模型,由岩石骨架及其孔隙流体组成； 含泥质岩石体积模型, 由 泥质、岩石骨架及其孔隙流体组成。当地层岩性复杂、骨架矿物的物理性质明显不 同时, 还可以把骨架矿物分为两种或多种 ,从而建立双矿物岩石体积模型和多矿物岩 石体积模型。但最基本的是纯岩石和泥质岩石两种体积模型 , 因此,本节主要介绍纯 岩石体积模型。二纯岩石水层模型及测井响应方程纯砂岩水层岩石结构及其等效体积模型如图 1-5 所示。砂岩骨架矿物颗粒的物理 性质比较接近 , 且与孔隙中的水或泥浆滤液的物理性质有很大差别。如石英等矿物颗粒几乎是不导电的 , 而地层水是可导电的；矿物颗粒的密度比地层水的密度大一倍以 上；矿物颗

33、粒传播声波的速度也比地层水大得多。因此 , 从物理性质上考虑 , 可把纯 砂岩分成岩石骨架和和孔隙两部分。设沿井轴截取一块长为 L, 体积为 V的纯岩石正方体，其断面结构如图 3-1(a) 所 示。设想把岩石骨架集中在一起 , 矿物颗粒间没有孔隙，成为一块物理性质均匀、长 为Lma、体积为 Vma的岩石骨架；而孔隙部分则是长为 L 、总体积为 V 。这就是与纯砂 岩等效的体积模型 , 如图3-1(b) 所示。显然有以下关系 :V=Vma+V ； L=Lma+ L而岩石的孔隙度 为 VV根据上述纯砂岩水层的体积模型 , 可以导出各种测井值与岩石孔隙度等参数之间 的基本关系式。电阻率测井对纯砂岩来

34、说 , 可以认为岩石骨架基本上是不导电的 , 只有岩石孔道中的流体导 电。而岩石孔道是弯曲的 , 电流在岩石中也是曲折流动的。故可根据电流流动情况把 岩石体积模型简化为图 3-2 的等效模型。设ro 、rma和 rw 分别表示岩石、骨架和孔隙流体的电阻 , 根据电阻并联原理有 : 可认为纯砂岩骨架得电阻率趋于无穷大，故上式可改为式中 Lw和 Aw一分别代表电流通过等效孔道的长度和截面积。由于V=LA, V LwAW , 将上式整理得RoRwLw3-19)式中 Lw /L 孔隙孔道的弯曲程度常称为孔道曲折度；Ro/Rw一饱含水的纯岩石电阻率与地层水电阻率之比值 , 通常称为地层因素或相对电阻率

35、, 用F表示。上式表明, 饱含水的纯岩石电阻率 Ro与地层水电阻率 Rw成正比,与孔隙度成反 比, 并与孔隙孔道的曲折度有密切关系。1942年Archie 发表了他的实验研究结果 ,他认为, 对于饱含矿化度大于 20000mg/L 的地层水的纯砂岩样品 , 孔隙中100%含水时的电阻率 Ro与地层水电阻率 Rw之比值, 即 地层因素 F=Ro/Rw为一常数 ,而且F值只与岩样的孔隙度、胶结程度和孔隙形状有关 与地层水电阻率 Rw无关。在以F为纵坐标, 以为横坐标的双对数坐标上 (图3-3),F- 关系基本为一条直线 , 由此得出F Ro /Rw a/ m (3-20)式中a一与岩石有关的比例系

36、数 ,一般为 0.61.55 ；m一岩石的胶结指数 ,是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数 ,一般为 1.53, 常取 2左右。式( 3-20) 称为 Archie 公式。可见地层因素 F是100%饱和地层水的岩石电阻率 Ro 与所含地层水电阻率 Rw的比值, 其大小主要取决于地层孔隙度 ,且与岩石性质、胶结 程度和孔隙结构有关 , 但与地层水电阻率无关。对比式 (3-19) 与(3-20) ，可见, 地层 因素F与孔隙度 成反比,并随岩石孔道的曲折度 Lw / L增大而明显增大 , 但与Rw无关。 因此, 对岩性和孔隙度一定的纯岩石来说 ,地层因素F是一个常数。在实际工作中 ,由 于孔道曲折

37、度 Lw / L很难确定 , 故一般采用阿尔奇公式(式 (3-20) 来解释。显然由式 (3-20) 计算的孔隙度应为岩石的含水孔隙度。这里强调指出,阿尔奇公式中的 a与m是两个重要的解释参数 ,它们对解释结果有 着重要的影响 , 而且a与m是相互制约 , 密切相关的。一般说 ,a 大,m就小； a小,m就大。 由于a和m值与岩石性质、胶结情况、孔隙结构等有密切关系。因此 , 应根据本地区的 岩性来合理选择 m和a值。同理, 当冲洗带岩石孔隙完全被泥浆滤液饱和时 ,则有与式(3-20) 类似的关系式FxoRxoRmf3-21)Rxo和Rmf一分别为饱含泥浆滤液的冲洗带电阻率和泥浆滤液电阻率；F

38、xo一冲洗带的地层因素。综上所述 , 岩石体积模型方法的基本点是 : 按物理性质的差别 , 把岩石当作是由几个 部分组成的 , 而且岩石的总体积等于各部分体积之和；岩石的某一宏观物理量 M等于 各部分同一物理量之总和 , 即 MM i 。具体说可分两类： 一类象孔隙度测井那样的i方法, 岩石的宏观物理参数(如 t b 等)就等于各部分相对体积与其相应的单位体积 物理参数乘积之总和 , 其体积模型公式都是线性方程。根据这些特点 ,很容易写出这 类线性方程体积模型公式。另一类是象电阻率测井方法 , 其宏观物理量不等于其体积 与单位物理量之乘积 , 必需根据物理意义 ,用等效体积的方法来建立具体的体

39、积模型 公式。三纯岩石油气层模型及测井响应方程纯砂岩油气层的孔隙中 , 除了地层水外还有油气。纯砂岩油气层的岩石结构、等 效体积模型及其物理参数如图 3-12 所示显然, 当岩石饱和水和油气时 ,岩石的孔隙体积 V 等于地层含水部分体积 Vw,与 含油气部分体积 Vh 之和V =Vw +Vh按饱和度定义：1 VVw VVh Sw Sh （3-22）在泥浆冲洗带中 , 岩石孔隙中饱含的原始流体受到钻井泥浆滤液的侵入或冲洗 , 岩石孔隙体积 V 等于泥浆滤液体积 Vxo残余油气体积 Vhr之和：V =Vxo+Vhr 。设Sxo VxoV 为冲洗带的含水饱和度； Shr Vhr V 为冲洗带的残余油

40、气饱度。同理有Sxo Shr 1(3-23)2. 电阻率测井含油气的砂岩中只有一部分孔隙体积充填导电的地层水 , 而其余的孔隙体积则充填不导电的油气。因此 , 含油气层导电的孔隙结构要比纯水层复杂得多。为了简单起见, 我们仍可用类似图 3-10的模型及其等效电路 , 来计算含油气岩石电阻率。显然含油气岩石中单位体积岩石内导电的孔隙水体积为Sw , 参考公式 （3-19）, 可直接写Rt1SwRtR021 LwSwLw3-34)出含油气纯砂岩的电阻率 Rt的公式23-33)LwL了比较同一岩石在含油与不含油时的电阻率差别 , 将式（3-33） 除以式（ 3-19）得比值 Rt /R0 表示一个地

41、层在含油气时的电阻率 Rt比它完全含水时的电阻率 R0所增大的倍数, 故称为电阻增大系数或油气层电阻率指数 , 用I 表之。 Lw / Lw表示含油气岩石导电孔隙结构的复杂性 , 它不仅与岩石原来的孔隙结构有关 ,而且还与油、气、水在孔 隙中的分布状况有关。上式表明 , 油气层的电阻增大系数 I, 不仅与地层含水饱和度 Sw 有关, 而且与 Lw / L w比值有更为密切的关系。Archie 同样用实验发现 , 对于同样纯砂岩，在地层水电阻率和孔隙度一定时 , 岩 样的含油饱和度 So（=1-Sw） 越高, 则岩石的电阻率也越高；含油饱和度 So越低, 岩石电 阻率亦越低。为了消除地层水和孔隙

42、度的影响 , 采用电阻增大系数 I, 即含油岩石电阻 率Rt与该岩石完全含水时的电阻率 R0之比, 在同样岩石中 , 电阻增大系数 I只与岩石含 油饱和度 So（ 或Sw）有关, 而与地层水电阻率 Rw和岩石孔隙度 等因素无关。在以 I 为纵坐标, 以Sw为横坐标的双对数坐标上 （ 图3-13）, I-S w关系基本为一直线 , 由此得出 : b一与岩性有关的常数 , 一般很接近于 1, 常取 1。RtR0RtFRwSwnb(1 So)n3-35)n一饱和度指数 , 与油、气、水在孔隙度中分布状况有关 , 其值在 1.04.3 之间 , 以1.52.2 者居多 , 常取n=2。式（ 3-35

43、）也称为 Archie 公式, 应根据实验和统计资料确定每个地区的 b值和n值同理, 对冲洗带来说 , 当其岩石孔隙中含有残余油气时的电阻率为 Rxo, 而该冲洗带岩石完全饱含泥浆滤液时的电阻率应为FxoRmf , 故可得类似于式（ 3-35）的公式 :RxoFRxo mfbSxno（1 bShr）n （3-36）当令b=1时,可改写上式为 :Fxo Fxo Sxno（3-37 ）式中 Fxo Rxo /Rmf 一冲洗带的视地层因素Fxo则为冲洗带的真地层因素。 Fxo等于真正的地层因素 F。四 Archie 公式及其应用Archie 根据实验分别得出的上述含水纯岩石和含油气纯岩石的电阻率测井

44、解释 的关系式统称为 Archie 公式, 其一般形式归结如下 :F Ro / Rw a/ m （3-38 ）IR0FRwSwn（1 So）n （3-39 ）Ro-100%饱和地层水的岩石电阻率 , m；Rw一地层水电阻率 , m； 一岩石有效孔隙度 , 小数； a一与岩性有关的岩性系数 , 一般为 0.61.53 ； m一胶结指数 , 与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数 , 一般为 1.53, 常取 2左右；F一一地层因素 , 它是100%饱和地层水的岩石电阻率 R0。与所含地层水电阻率 Rw的比值, 其大小主要取决于地层孔隙度 , 且与岩石性质、胶结情况和孔隙结构等有关 , 但与 地层水电

45、阻率 Rw无关；Rt一岩石真电阻率 , m； b一与岩性有关的系数，一般接近于 1,常取b=l ；n一饱和度指数 ,与油、气、水在孔隙中的分布状况有关 ,其值1.04.3, 以1.52.2 者 居多, 常取n=2；Sw一岩石含水饱和度 , 小数； Sh一岩石含油气饱和度 , 小数；I 一电阻增大系数 , 它是含油气岩石真电阻率 Rt 与该岩石 100%饱含地层水时的电阻率 R0的比值,其大小基本决定于此 Sw（或Sh）, 但与地层的孔隙度和地层水电阻率无关。虽然Archie 公式本来是对具有粒间孔隙的纯地层得出的 ,但实际上 ,它们可用于绝 大多数常见储集层。在目前常用的测井解释关系式中 ,只

46、有Archie 公式最具有综合性 质, 它是连接孔隙度测井和电阻率测井两大类测井方法的桥梁 ,因而成为测井资料综 合定量解释的最基本解释关系式。实际应用时 , 一般先用孔隙度测井资料计算地层孔 隙度，用 Archie 公式计算地层因素 F, 再根据地层真电阻率 Rt和地层水电阻率 Rw,由 Archie 公式计算地层含水饱和度 Sw或含油气饱和度 Sh。典型的声 - 感组合测井资料解 释,就是先用声波时差 t计算 ,再利用感应测井视电阻率作孔 ,由Archie 公式定量 计算Sw或Sh,由此对储集层含油气水性质作出评价 , 这种解释方法在我国得到广泛应 用。在定性判断油水层中常采用同一井相邻油

47、水层电阻率比较的方法 : 如地层电阻 率Rt大于等于标准水层电阻率的 35倍, 即Rt/R035,则该层可能就是油气层。由 Archie 公式知, 这种比较方法的依据 , 就是解释井段内各地层均有相近的 Ro=FRw=a/ m值, 即只能在 Rw相同的井段内 , 将孔隙度和岩性与标准水层基本相同 的地层作比较。但不能将 Rw、和岩性相差大的地层互相比较。由Archie 公式得RW=Ro/F=Ro m/a 。在解释井段内选出岩性均匀、含泥质少、较 厚的标准水层 , 采用深探测电阻率和孔隙度测井资料 ,即可用此式计算出地层水电阻 率RW。任一地层真电阻率 Rt 与其地层因素的比值 Rt/F 称为视

48、地层水电阻率 Rwa: RWa=Rt /F=Rtm/a(3-13) 视地层水电阻率 Rwa是测井解释中的一个重要概念。显然 , 对标准水层 ,Rwa=Rw；对油 气层, 由于RtR0,故RwaRw,一般把 Rwa/Rw35作为含油气层的标志之一。Archie 公式假设地层是纯岩石，不含泥质和其他导电矿物 , 岩石骨架不导电 , 岩 石的导电性取决于连通孔隙中的地层水。故用电阻率资料按 Archie 公式计算的孔隙 度, 代表地层水所占的孔隙度 , 称为含水孔隙度 , 用w表示。因它是用深探测电阻率 计算的 , 故又称电阻率孔隙度 R, R即w。对于含油气地层 , 由于油气不导电 , 故按 Rt

49、/Rw=a/ 计算的孔隙度 , 仍然代表地层含水孔隙度。因此 , 对纯或较纯地层来说 , 用孔隙度测井资料计算出地层有效孔隙度 , 用下式计算地层含水孔隙度 w 当地层 100%饱含水时 , w=；当地层的含油气饱和度较高时 , 由于RtR0,故w。 一般常把 / w35作为判断油气层的一个重要标志。当用孔隙度测井资料计算地层孔隙度 , 用Rt( 或深探测电阻率 ) 计算地层含水 孔隙度 w，用Rxo计算冲洗带含水孔隙度 xo时, 则可对地层孔隙流体性质作进一步 分析。此时 h=- w表示地层中油气所占的孔隙度 , 称为油气孔隙度； hm=xo- w表示冲洗带中被泥浆滤驱替的油气所占的孔隙度

50、, 称为可动油气孔隙 度；hr=-xo表示冲洗带中未被泥浆滤液驱替的油气所占的孔隙度 , 称为残余油 气孔隙度。当用孔隙度测井和电阻率测井资料分别计算出 、w和xo时, 就可以 分析地层的含油气孔隙度 h, 可动油气孔隙度 hm和残余油气孔隙度 hr了, 由此, 可估计油气层的产能。在应用 Archie 公式时 , 应注意以下几点 :Archie 公式中的 m、a、n、b及Rw等参数 , 对应用 Archie 公式的效果有十分重要 的影响 , 而且它们又是随地区甚至解释层段而变的 , 故应根据本地区地质特征 ,用实 验统计方法得出适合于本区的这些解释参数值。应用Archie 公式的理想条件应是

51、具有颗粒孔隙的纯地层 ,对泥质含量少的地层 也可取得较好结果。但对含粘土或泥质较多的地层和裂缝性地层 ,直接应用Archie 公 式解释时 , 往往得不到令人满意的结果。此时 , 应作相应的改进。第三章纯岩石模型及测井响应方程 为了应用计算机技术对测井资料处理解释 , 就必须根据所要解决的问题应用适 当的数学物理方法,建立相应的 测井解释模型、导出测井响应值与地质参数之间的数 学关系 , 然后对测井资料加工处理和分析解释 , 把测井信息转变为尽可能反映地质原 貌特征的地质信息 , 供地质勘探开发使用。目前, 在测井数据处理中采用的解释模型有许多种 ,可按不同角度对它们大致分 类。按 岩性分类有

52、：纯岩石和含泥质岩石模型；单矿物、双矿物和多矿物模型；砂 泥岩、碳酸盐岩、火成岩、变质岩模型。按 储集空间特征分类有: 孔隙型、双重孔隙 型、裂缝型和孔隙 -裂缝型模型。按 孔隙流体性质与特征 分类有：含水岩石和含油气 岩石模型以及阳离子交换模型 （瓦克斯曼 -史密菠模型和双水模型 ）。按建模方法分类 有:岩石体积模型 ,最优化模型和概率统计模型。此外 , 还可以从其它角度来对解释模 型分类。为了便于叙述 , 我们将以建模方法为线索 , 一、岩石体积物理模型由测井方法原理可知 , 许多测井方法的测量结果 ,实际上都可看成是仪器探测范 围内岩石物质的某种物理量的平均值。如岩石体积密度 b, 可以

53、看成是密度测井仪器 探测范围内物质 （骨架和孔隙流体 ）密度的平均值 , 即单位体积岩石的质量 （g/cm 3） 。岩 石中子测井值 N可以看成中子测井探测范围内岩石物质含氢指数的平均值 , 即单位 体积岩石的含氢指数。总之, 上述测井方法有两个共同特点： 它们测量的物理参数可以看成是单位体 积岩石中各部分的相应物理量的平均值； 在岩性均匀的情况下 , 无论任何大小的岩 石体积,它们对测量结果的贡献 ,按单位体积来说 ,都是一样的。根据这些特点 , 我们 在研究测井参数与地质参数的关系时 , 就可以避开对每种测井方法微观物理过程的研究, 着重从宏观上研究岩石各部分（孔隙流体、泥质、矿物骨架）对

54、测量结果的贡 献,从而发展了所谓岩石体积物理模型 （简称体积模型 ）的研究方法。用这种方法导出 的测井响应方程与相应测井理论方法和实验方法的结果基本一致, 是一种很好的 近似方法。此法的 特点是推理简单 , 不用复杂的数学物理知识 ,除电阻率测井外 , 对其它 具有前述“平均”概念的测井方法 , 均可导出具有线性测井响应方程 ,既便于人们记 忆使用 , 又便于计算机计算处理。所谓岩石体积物理模型 , 就是根据测井方法的探测特性和岩石中各种物质在物理 性质上的差异按体积把实际岩石简化为性质均匀的几个部分 , 研究每一部分对岩石 宏观物理量的贡献 , 并把岩石的宏观物理量看成是各部分贡献之和。这种

55、方法的要点 有二：按物质平衡原理 , 岩石体积 V等于各部分体积 Vi之和, 即V Vi ；如用相对体积iVi表示 , 则 Vi =1。i岩石宏观物理量 M等于各部分宏观物理量 Mi之和,即MMi 。当用单位体积物i 理量（一般就是测井参数 ）表示时, 则岩石单位体积物理量 m就等于各部分相对体积 Vi 与其单位体积物理量 mi乘积之总和 , 即m Vimi 。i从数学物理观点看 , 不管岩石骨架成分如何 ,均可把储集层简化为两种简单的岩 石体积模型： 纯岩石模型,由岩石骨架及其孔隙流体组成； 含泥质岩石体积模型 , 由 泥质、岩石骨架及其孔隙流体组成。二纯岩石水层模型及测井响应方程纯砂岩水层

56、岩石结构及其等效体积模型如图 1-5 所示。可把纯砂岩分成岩石骨架 和和孔隙两部分。设沿井轴截取一块长为 L, 体积为V的纯岩石正方体，其断面结构如图 3-1（a） 所 示。设想把岩石骨架集中在一起 , 矿物颗粒间没有孔隙，成为一块物理性质均匀、长为Lma、体积为Vma的岩石骨架；而孔隙部分则是长为 L 、总体积为V 。这就是与纯砂 岩等效的体积模型 , 如图3-1(b) 所示。显然有以下关系 :V=Vma+V ； L=Lma+ L而岩石的孔隙度 为 VV电阻率测井对纯砂岩来说 , 可以认为岩石骨架基本上是不导电的 , 只有岩石孔道中的流体导 电。而岩石孔道是弯曲的 , 电流在岩石中也是曲折流

57、动的。故可根据电流流动情况把 岩石体积模型简化为图 3-2 的等效模型。设ro、rma和 rw分别表示岩石、骨架和孔隙流体的电阻 , 根据电阻并联原理有 : 可认为纯砂岩骨架得电阻率趋于无穷大，故上式可改为 式中 Lw和 Aw一分别代表电流通过等效孔道的长度和截面积。由于V=LA, V Lw AW ,将上式整理得RoRw21 LwL3-1)式中 Lw /L 孔隙孔道的弯曲程度常称为孔道曲折度；Ro/Rw一饱含水的纯岩石电阻率与地层水电阻率之比值 , 通常称为地层因素或相对电阻率 , 用F表示。上式表明, 饱含水的纯岩石电阻率 Ro与地层水电阻率 Rw成正比,与孔隙度成反 比, 并与孔隙孔道的曲

58、折度有密切关系。1942年Archie 发表了他的实验研究结果 ,他认为, 对于饱含矿化度大于 20000mg/L 的地层水的纯砂岩样品 , 孔隙中100%含水时的电阻率 Ro与地层水电阻率 Rw之比值, 即 地层因素 F=Ro/Rw为一常数 ,而且F值只与岩样的孔隙度、胶结程度和孔隙形状有关 与地层水电阻率 Rw无关。在以F为纵坐标, 以为横坐标的双对数坐标上 (图3-3),F- 关系基本为一条直线 , 由此得出F Ro /Rw a/ m (3-2)式中a一与岩石有关的比例系数 ,一般为 0.61.55 ；m一岩石的胶结指数 , 是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数 ,一般为 1.53, 常

59、取 2左右。式( 3-2) 称为 Archie 公式。可见地层因素 F是100%饱和地层水的岩石电阻率 Ro与 所含地层水电阻率 Rw的比值, 其大小主要取决于地层孔隙度 , 且与岩石性质、 胶结程 度和孔隙结构有关 , 但与地层水电阻率无关。对比式 (3-1) 与(3-2) ，可见, 地层因素 F 与孔隙度 成反比 , 并随岩石孔道的曲折度 Lw /L 增大而明显增大 , 但与Rw无关。因此 , 对岩性和孔隙度一定的纯岩石来说 , 地层因素 F是一个常数。在实际工作中 , 由于孔道 曲折度 Lw /L 很难确定 , 故一般采用阿尔奇公式(式 (3-2) 来解释。显然由式( 3-20) 计算的

60、孔隙度应为岩石的含水孔隙度。这里强调指出 , 阿尔奇公式中的 a与m是两个重要的解释参数 ,它们对解释结果有 着重要的影响 , 而且a与m是相互制约 , 密切相关的。一般说 ,a 大,m就小； a小,m就大。 由于a和m值与岩石性质、胶结情况、孔隙结构等有密切关系。因此 , 应根据本地区的 岩性来合理选择 m和a值。Fxoam同理, 当冲洗带岩石孔隙完全被泥浆滤液饱和时 ,则有与式 (3-2) 类似的关系式3-3)Rxo和Rmf一分别为饱含泥浆滤液的冲洗带电阻率和泥浆滤液电阻率；Fxo一冲洗带的地层因素。三纯岩石油气层模型及测井响应方程纯砂岩油气层的孔隙中 , 除了地层水外还有油气。纯砂岩油气