介电测井新技术与应用

介电测井新技术与应用RomuloCarmona委内瑞拉国家石油公司委内瑞拉加拉加斯EricDecoster巴西里约热内卢JimHemingway美国得克萨斯州休斯敦

介电测井仪通过地层电磁波测量能分析淡水环境储层，识别可流动油气。介电测井数据资料对分析稠油储层特别有用。一种新型仪器通过长时间的应用，正将新的生机带入介电测井技术。这一切都得益于最近开发的、用于评价碳酸盐岩结构和泥质对砂岩影响的频散技术。MehdiHizemLaurentMosséTarekRizk法国ClamaRtDaleJulander雪佛龙美国公司美国加利福尼亚州BakERsfiElDJeffreyLittle加利福尼亚州BakERsfiElDTomMcDonald澳大利亚珀斯JonathanMude阿曼石油开发公司阿曼马斯喀特NikitaSeleznev美国马萨诸塞州坎布里奇?油田新技术?2021年春季刊：23卷，第1期。©2021斯伦贝谢版权所有。DiElEctRicPRo，DiElEctRicScannER，EPT，FMI，HRLA，LitHoDEnsitY，MRScannER，PlatfoRmEXPREss和RtScannER等是斯伦贝谢公司的商标。1.SERRaO：WEllLoGGinGHanDbook。巴黎：EDitionsTEcHniP，2021年。2.在不同频率上进行测量时，频散表示介电常数和电导率的变化。3.SERRa，参考文献1。4.麦克斯韦偏微分方程组把电学和电磁学根本参数统一到一起。共有四个根本方程，但据此可进行屡次迭代。有关电磁学和介电响应公式的详细推导，请参见：SERRa，参考文献1。5.一般认为微波是波长在1米到1毫米之间的电磁波，对应频率为300MHz－300GHz，具体取决于参考源。36

石油技术人员不断开发新的仪器去探索地球，并且十分享受这一过程。介电测井就是其中一种技术，它通过电磁波测量确定岩石和流体性质。尽管在岩石物理领域的应用不是很广泛，但利用介电信息能够解决很多解释难题。最近推出的介电测井仪的成功应用激发了业界的巨大兴趣，因为该仪器能提供标准测井系列无法提供的信息。自上世纪七十年代末引入油气工业后，介电测井并未得到广泛认可。人们不愿接受新技术的情况并不少见。技术总是需要时间逐步改善，然

后赢得用户一定程度的接受，最终被推广应用。例如，首台商业化微波炉〔当时的一种全新技术〕是在1947年推出的。其高度比普通人还要高，重量比普通人重三倍。结果可以想象，当时家用微波炉的销量几乎为零，而如今微波炉已成为普通民众厨房中常见的电器，体积小巧的微波炉和当初工业级模型根本无任何相像之处。全新技术可分为不同的认可类别。有些完全取代旧技术。有些是现有方法的补充，而不是将其取代。以微波炉为例，虽然可用微波炉准备多道餐，但人们很少将其用作主要的备油田新技术餐工具。但是，作为一种加热食物的方法，微波炉通常是较好的选择，优于以前的各种炉灶。显然微波炉是一种补充技术。同样，介电测井仪是油气工业的一种补充技术。介电测井仪开发初衷是用来分析含淡水、低矿化度水或矿化度未知的储层。该仪器主要响应于孔隙网络中的水，并测量含水孔隙度。根据含水孔隙度，可得出与电阻

其磁导率可以忽略不计。因为岩石基质导电性差，因此地层电导率〔即电阻率的倒数〕主要是充填岩石孔隙的流体和孔隙连通性的函数。一般用感应和侧向测井仪器测量地层电导率。地层电导率和孔隙度是阿尔奇含水饱和度公式的关键输入参数。在储集岩评价中，一般不考虑测量介电常数。介电常数被定义为某种介质与频率相关的储存来自施加电率无关的流体饱和度。测井分析人员还将介电测量结果与深探测仪器获得的数据结合，用于识别含有可动油气的地层，这对评价稠油油藏来说是极为重要的信息。不幸的是，早期仪器采集的数据质量总是因为井眼粗糙而受到影响，而且测量精度也难以量化。自从首次在岩石物理领域激起业界人士的兴趣后，介电测井仪再也没有到达被广泛认可用于地层评价的程度。上世纪90年代推出核磁共振〔NMR〕仪后，除了个别专门应用外，根本上结束了微波介电测井仪的应用[1]。最近推出的DielectricScanner多频介电频散仪能够克服早期仪器的局限性。该仪器能测量含水孔隙度，与其他孔隙度测量结合，还能确定流体饱和度。其发射器-接收器阵列能以多个探测深度对地层进行探测，并在稠油油藏提供独立的油流动性评估。另外，该仪器还能提供一项新参数〔介电频散〕，根据这一参数，岩石物理师可确定岩石结构属性和泥质的影响[2]。本文表达了介电测量用于岩石物理分析的根本原理，包括对新型介电频散技术的介绍。通过案例研究说明了这一新技术在碳酸盐结构分析、矿

磁场能量的能力，是材料在电场或电磁场中被极化程度的函数。材料的介电常数ε是被归一化到真空无损环境下的电容率。无量纲介电常数不是真正的常数，因为它是电磁场频率的函数。用麦克斯韦方程组根据介电数据可计算出介电常数[4]。储集岩中的大多数矿物和流体〔水除外〕的介电常数都很低〔右上表〕。水的绝对介电常数包含三项：与极化能力相关的实数项、与给定频率对应导电率相关的复数项，以及与偶极驰豫相关的第二个复数项〔下列图〕。因为岩石基质和水的介电常数差异很大，在微波范围内测量的储集岩的介电常数主要是含水孔隙的函数[5]。油和岩石基质的介电常数相同，因此，如果r0x

^常见矿物、岩石和流体的介电常数。有油气存在，单用介电资料无法反演出含水孔隙度和总孔隙度。但与独立孔隙度测量结合，用介电资料能定量分析流体饱和度。影响岩石介电常数和电导率的另一个因素是岩石不同成分混合的方式。当在频率为1GHz左右测量时，该因素对介电常数影响通常较小，但在较低频率下测量时其影响较大。由于这一原因，在介电常数和电导率测量中，岩石结构和泥质含量能够引起对频率敏感的频散效应。斯伦贝谢于上世纪70年代推出了首部商用井下测井仪－EPT电磁传播测井仪－能用微波测量介电属性[6]。该仪器在1.1GHz的单频下工作，测量25C*=r+i0+ix化度多变或低矿化度水地层评价以及稠油油藏评价等方面的应用。

1.1GHz

20GHz微波频率测井三个参数可确定岩石的电学特征：磁导率、电导率和介电常数[3]。储集岩主要由非磁性矿物组成，因而2021年春季刊

^水的介电常数图。体积水的绝对介电常数*包括实数项和复数项，是电磁场频率的函数。实数项〔蓝色〕呈线性变化到最大约1GHz处，之后随电磁场频率增高而降低。电导率复数项〔黑色〕与电磁场频率ω有关，对照真空介电常数归一化处理。电导率分量随频率增高而下降，特别是在井下介电测井仪所采用的频率范围内。第二个复数项i〔紫色〕与偶极驰豫有关，在频率为20GHz时最大。因为井下介电测井仪的作业频率范围在1.1GHz以下，第二个复数项对总的介电常数影响很小。

376.354.162.0-2.41.04.656.87.5-9.25-255.7678.356-806.354.162.0-2.41.04.656.87.5-9.25-255.7678.356-80波孔隙度的怀利方程。要求知道水的矿化度和温度，以估测电磁波在地层水中的传播时间。但地层不仅仅包含水。孔隙流体有水、油和气，岩石基质中有各种矿物质。地层中不同成分间的关系可能

A

}

-

–1

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r

=(,

,,r)

改变电磁波传播特征。tpo方法缺乏以计算含水孔隙度，因此提出了各种混合定律，以解释电磁场与地层中不同元素之间的相互作用[7]。^测量原理。介电仪向地层中发生频率为ω的电磁波〔红色正弦波〕。电磁波与地层中流体和矿物发生相互作用，电磁波发生衰减，速度发生变化。速度的变化对应于可测量的相移。电磁波通过介质后振幅变化A和相移〔黑色正弦波〕可在接收器处测量；它们是初始频率ω、介质的介电常数ε、电导率σ以及发射器与接收器间距r的函数。然后对振幅变化和相移进行反演，得到介电常数、电导率和含水孔隙度ф。

最早用来计算混合物岩石物理属性的方法是复杂时间平均法〔CTA〕，该方法结合了相移和衰减测量。可表达成两个独立方程，一个针对相移，一个针对信号衰减，联合通过地层中传播电磁波的衰减和相移。然后对衰减和相移进行数学反演，推导出岩石物理属性－包括介电常数、电导率和含水孔隙度〔上图〕。通过比拟含水孔隙度和总孔隙度，岩石物理师确定出流体饱和度。斯伦贝谢推出EPT仪器后，其他效劳公司也陆续推出了介电测井仪，各自都在本公司选定的频率下工作。由于介电信息与频率有关，不同频率

下记录的数据通常产生不同的结果，分析比照不同井中测量的结果就会出现问题。数据差异可归因于测量对岩石结构、粘土含量和流体矿化度的敏感度。但对这些敏感度的了解还不是很清楚。早期仪器测量的含水孔隙度用tpo方法计算，该方法基于电磁波通过岩石的传播时间〔下列图〕。计算过程涉及到简单的变换，类似于用来计算声

确定孔隙系统中水的体积。另一种方法是复杂折射指数法〔CRI〕，基于麦克斯韦方程组。由于电磁场随时间呈正弦变化特征，麦克斯韦方程组的时间导数能大为简化[8]。简化到两个决定绝对介电常数的项，一个是介电常数实数项，另一个是随频率变化的电导率复数项[9]。复数项由电磁场角频率和能表示为实数的电导率组成。通过独立方程将传播时间和衰减变换成物理量－介电常数和电导率。因为基质矿物和油tpo

EPT=

tpo–tpmatpwo–tpma

tpo=tpma=tpwo=

气导电能力差，通常相当于绝缘体，电导率信号决定于测井仪探测范围〔冲洗带〕内的水。求解介质电导率CTAtpl=Sxotpw+(1–Sxo)tph+(1–)tpma=SxowCRI=(1–T)m+T(Sww+(1–Sw)oil)

tpl=tpma=tpw=tph==Sxo==w==m=w=oil=Sw=T=

能得到近井区域孔隙流体的电导率。钻井时泥浆滤液侵入冲洗带，改变地层中原始充填流体的属性。泥浆侵入不均匀，且难以量化。早期用来计算介电属性的方法，如tpo法，假设流体电导率是固定值。通过直接求解该区域的流体电导率〔可用CRI方法求解〕，可获得更准确的含水孔隙度测量结果。因为各种原因，CRI法已成为根据介电数据计算岩石物理属性而普38

^介电岩石物理方法的开展。tpo方法〔上〕是介电仪早期孔隙度变换方法，看上去与根据声波资料计算孔隙度的怀利方程类似。该变换只对无损传播时间有效，因此不能代表井下环境。复杂时间平均方法〔CTA〕〔中〕根据振幅衰减、电磁波传播时间和冲洗带含水饱和度提供含水孔隙度，包括对损失的校正，但不如复杂折射指数方法〔CRI〕准确〔下〕。CRI采用井下条件下测量的介电常数ε*。CRI法方程中采用的基质、油和水的介电常数也调整到井下条件。利用总孔隙度ф求解含水饱和度。ф通过其他方法获得，如根据密度和中子测井交会孔隙度得到。

遍采用的方法[10]。另外，岩石的结构参数〔采用常规测井系列难以量化〕可根据多频率下测量的介电数据推导。频率为1GHz左右时，结构参数对CRI方法得到的结油田新技术果影响有限。但在高矿化度环境下，因为能加强岩石结构频散，即使在1GHz范围内也会产生较大影响。在较低

E=0

E频率时，岩石结构明显影响介电常数测量结果－在碳酸盐岩储层中更是如此[11]。针对上述情况开发出了几种模型，以考虑介电常数随频率变化的现象。下文讨论的频散分析方法采用多频介电输出结果量化地层胶结指数m，这是阿尔奇含水饱和度方程中与岩石结构有关的两个输入参数之一。对于碳酸盐岩，这些参数通常从岩心资料获得，然后再用于邻井。根据岩心测量这些参数的方法耗时且本钱高。而根据介电频散信息可连续获得阿尔奇公式中的地层胶结指数m，岩石物理师能更好地用井下资料评价碳酸盐岩。准确分析碳酸盐岩结构参数很重要，

8++

8+

8++因为根据估计全球60%的剩余油都蕴藏在碳酸盐岩储层中。电介质和偶极子在静态电磁场发生极化的材料被

^极化机理。与材料极化相关的几种机理影响介电测量结果。对于电子极化〔上〕，到达电荷平衡后的原子结构在电磁场E中可能发生改变，但影响微小。而水分子在电磁场中表现出取向极化〔中〕，因为水分子是偶极子。在开始阶段，容易极化的水分子表现为随意取向，当暴露到电磁场中后，水分子试图按照电磁场的方向排列。储集岩的界面极化〔下〕受带电粘土、孔隙网络中的盐水和油以及基质矿物的影响。在隔离状态下岩石中不易极化的矿物和元素通常在混合物中表现得很不一样，其介电常数大于任何一种组成成分的介电常数。这种现象是麦克斯韦-瓦格纳效应的一个例子。称为电介质[12]。材料极化的敏感度与其介电常数直接相关。主要有三种极化机理可与岩石物理属性关联起来：电子极化、分子取向和界面极化〔右上图〕。可通过一个盛满咖啡并被放置到微波炉中的瓷杯来了解电磁波与各种介质是如何相互作用的。瓷杯根本上不受电磁波的影响，但杯中的咖啡却被迅速加热。如果不经意间把金属勺放到了杯子里，后果会十分糟糕，因为微波与良导体如金属能发生相互作用。因为原子属性、分子属性及固有电导率不同，这些材料对电磁能量的响应也不一样。金属物体〔如汤勺〕受到微波冲击后除了发生极化，还可能产生感应电流。这是因为当暴露到电磁场中时金属内的自由电子会移动。阻止电流流动会产生极大热量，如果没有导电路径，感应电流就会形成电弧。因为金属是导电体，多数金2021年春季刊

属的介电常数都可能是负值。因为这一原因，一般不将金属归类于电介质。而瓷杯受电磁场的影响很小，只发生轻微极化。极化源位于原子核周围的电子云中。当受到电场作用时，电子的轨迹发生改变。这种现象称为6.比EPT仪器早10年在俄罗斯推出的一款介电仪其应用十分有限。7.关于各种混合定律更多的信息，请参见：SElEznEVN，BoYDA和HabasHYT：“DiElEctRicMiXinGLawsfoRFullYanDPaRtiallYSatuRatEDCaRbonatERocks〞，SPWLA第45届测井年会论文集，荷兰NooRDwiJk，〔2004年6月6-9日〕，论文CCC。8.关于假设条件和基于麦克斯韦方程组的全推导过程，请参见：BöttcHERCJF和BoRDEwiJkP：THEoRYofElEctRicPolaRization：DiElEctRicsinTimE-DEPEnDEntFiElDs，第2卷，第二版。纽约市：ElsEViER科学出版公司〔1978年〕：10-19。9.井下应用时可忽略第三个复数。10.CRI方法参见：WHaRtonRP，HazEnGA，RauRN和BEstDL：“ElEctRomaGnEticPRoPaGationLoGGinG：ADVancEsinTEcHniquEanD

电子极化。形成的介电常数为5－7，和储集岩的介电常数类似[13]。咖啡〔或更具说是咖啡中的水〕受到电磁场作用时的表现完全不同。水分子〔由两个氢原子和一个氧原子组成〕是不对称的：其正负电荷的中心不重合。这种不对称使得水分子形IntERPREtation〞，SPE9267，发表在第55届SPE秋季技术年会暨展览会上，达拉斯，1980年9月21-24日。关于CTA和CRI方法的比较，请参见：CHERuViERE和SuauJ：“APPlicationsofMicRo-WaVEDiElEctRicMEasuREmEntsinVaRiousLoGGinGEnViRonmEnts〞，SPWLA第27届测井年会论文集，达拉斯〔1986年6月9-13日〕，论文MMM。11.KEnYonWE：“TEXtuREEffEctsonMEGaHERtzDiElEctRicPRoPERtiEsofCalcitERockSamPlEs〞，JouRnalofAPPliEDPHYsics，55卷，第8期〔1984年4月15日〕：3153-3159。12.MElRosEDB和McPHEDRanRC：ElEctRomaGnEticPRocEssEsinDisPERsiVEMEDia。英格兰剑桥：剑桥大学出版社，1991年。39成永久偶极距。由于水分子更容易极化，水的介电常数为80左右－比陶瓷的介电常数高一个数量级。在没有电场时，单个水偶极子的取向是随即的，因此单位体积的净磁矩为零。但是，当施加电场后，除了氧原子和氢原子发生电子极化，电场使单个偶极子取向一致，导致单位体积的净磁矩为正。这种效应被称为取向极化。热运动分子之间发生碰撞使分子方向不固定，并限制单位体积的净偶极矩。因此，分子取向极化的幅度是极性分子类型及其温度影响的结果。在施加电场的影响下极性分子的取向不是瞬时完成的。由于分子惯性距的影响，分子取向需要一定的时间，因此在电场方向发生改变时，分子再取向过程受到阻碍。如果施加电场的频率足够高，例如在微波范围内，极性分子没有足够时间按电场方向取向，取向极化的奉献就被减弱。水分子迅速改变极性的阻力可被表达为热量。这种现象被称为偶极驰豫损失。盐水的介电现象是随着矿化度的增加，盐水的电导率增加，但其介电常数降低。向盐水中加盐增加了以非转动方式附着在NaCl分子上的水分

子数量，因此降低了水分子的取向极化。与此同时，奉献电流传导的离子浓度增加。温度的增加对盐水特性产生类似的影响：盐水电导率增加，而介电常数降低，原因是分子热运动使偶极子取向不固定。当电磁波通过各种介质时，因为与介质的相互作用而发生改变。电磁波的振幅和速度随能量减弱而降低，相位也发生变化。介电常数低的材料，如咖啡杯或岩石基质，对返回电磁波的影响很小。而水的介电常数高，对电磁波影响大。早在上世纪五十年代，岩石物理学家通过微波试验认识到，饱和岩心样品的介电常数主要受孔隙中含水量的控制，可以与含水孔隙度直接关联。然而，如要根据介电常数计算岩样中的含水量，必须知道组成岩样的各种组分介电属性间的关系。因此提出了实验室可控条件下的混合定律，以模拟这些相互关系的影响。在实验室条件下，可使用各种尺寸、各种形状的样本，使用不同方法测量介电属性。测量技术决定于目标频率。例如，频率在几个MHz以下时通常使用电容式技术。将测试材料放到两个电容板之间，根据电容测量值计算测试材料的介电常数。如果波长比

导电板的间距长得多，该模型就比拟有效。频率较高时，不容易在装置端口测到总电压和总电流。由于探头有一定的阻抗，而且不容易将探头放到理想位置，因此不能简单地接上电压计或电流计探头进行准确测量。针对GHz范围的频率，科学家开发了相应的技术，如传输线或微波谐振器。由于允许宽带测量，因此传输线方法的应用较为广泛。在低端，随着波长的增加，对样品介电常数的敏感度降低，带宽受到限制。最大测量频率取决于传输线类型、正演模型和采集系统的局限性。利用介电测量定量分析含水孔隙度非常重要，因为含水孔隙度与总孔隙度的比值代表含水饱和度〔左下图〕。通过测量介电常数就能确定含水饱和度，与电阻率测量无关，而用阿尔奇方程计算含水饱和度必须知道电阻率[14]。淡水和油气的电阻率都很高。储集岩中发现的典型盐水电阻率低。阿尔奇方程的前提条件是含油气层和含盐水层的电阻率存在差异。对于含淡水、低矿化度水和地层水矿化度未知的储层，用阿尔奇方程无法得到准确的饱和度结果。而在这些环境中，油气和水的介电常数差异较大，与矿化度无关，因此是测量饱和度的理想方30%

70%

10%

20%

70%

法。

核磁共振〔NMR〕仪器通过测量流体的扩散也能检测淡水环境下的油气[15]。因为核磁共振仪器不依靠孔隙流体电阻率确定饱和度，因此介电仪和S=100%=30%=30%

S=33%=30%=10%

核磁共振仪器通常是定量评价淡水环境或地层水矿化度未知环境下油气体积的主要手段。但介电仪测量必须与其他方法获得的孔隙度结合才能确定油气饱和度。其结果与油气类型和孔^根据介电测量计算饱和度。岩石物理师通常使用阿尔奇含水饱和度方程，该方程需要输入孔隙度和电阻率。介电法不需要电阻率。图中所示简化关系说明了其原理。介电孔隙度测量的是含水局部的孔隙度。当全部孔隙都含水时〔左〕，介电仪测到的孔隙度ф介电与总孔隙度ф一致。ф须用另外的方法测得，如密度-中子交会孔隙度。由于介电测量值相似，据此无法区分油气和岩石基质。因此，介电仪测到的孔隙度降低与油气体积的增加直接相关，因为总孔隙度没有降低〔右〕。40

隙网络无关。介电仪和NMR仪器探测深度较浅，因此无法完全取代传统三组合测井系列。电阻率仪器的探测深度达数油田新技术米，而NMR仪器和介电仪本身的特征限制这类仪器探测深度只有几厘米：在冲洗带内，此处的原状流体已被泥浆滤液侵入。然而，介电测量探测浅的特征能提供关于油流动能力的重要信息。通过将冲洗带介电测量得到的饱和度和原状地层饱和度进行比拟，有助于量化被水基泥浆滤液冲洗的油量。这部分油是可动的，且可通过一次开采方

5045403530252015

12CRI

EPT法进行开采；而没有被泥浆冲洗的含

10

10

10油层需要采用其他方法开采，如注蒸汽、注水或CO2驱，或任何其它一种提高采收率技术将油从岩石中驱出。介电测井资料与其他测井结果结合，能帮助岩石物理师准确描述储层特征。然而，介电测井仪不仅仅只是能够使岩石物理师定量分析含水孔隙度

MHz^碳酸盐岩中的频散。研究人员发现由于岩石结构不同，属性类似的碳酸盐岩可能有差异很大的介电响应，在低频下尤其如此。图中所示为孔隙度、渗透率和饱和流体类似的两块碳酸盐岩样品实验室测得的介电常数以及利用CRI方法计算的介电常数〔黑色〕。实验室测得的2号碳酸盐岩样品的介电常数〔红色〕与CRI方法计算结果相似，而1号碳酸盐岩样品的介电常数〔绿色〕却不同。两个样品都没能给出很好的匹配结果，只有在1GHz左右匹配较好，该频率对应于EPT仪器的工作频率〔红色虚线〕。因为其他因素都一样，因此这种与频率相关的频散主要与碳酸盐岩样品的不同结构相关。13.虚拟应用科学研究所百科全书：“DiElEctRicConstant〞，PHYs_DiElEctRic_const.Htm〔2021年2月11日浏览〕。14.PolEYJPH，NootEboomJJ和DEWaalPJ：“UsEofV.H.F.DiElEctRicMEasuREmEntsfoRBoREHolEFoRmationAnalYsis〞，THELoGAnalYst，19卷，第3期〔1978年5-6月〕：8-30。

和计算油气体积。利用最近开发的以介电频散为根底的测井技术，介电仪还能够确定岩石属性。已证明该技术用于碳酸盐岩特别有效，在评价泥质砂岩方面也颇具优势。

相关的结构差异。研究人员通过对介电特征随频率变化的观察开发出了介电频散模型，用于对岩石结构进行描述。研究人员还用饱和不同矿化度盐水的硅质碎屑岩样品进行了试验，测15.AkkuRtR，BacHmanHN，MinHCC，FlaumC，LaViGnEJ，LEVERiDGER，CaRmonaR，CRaRYS，DEcostERE，HEatonN，HuRlimannMD，LooYEstiJn

频

散由于生物和沉积因素能产生复杂

量了介电常数和导电率[19]。干岩心样品的介电常数在较大频率范围内都是常WJ，MaRDonD和WHitEJ：“核磁共振测井新技术〞，?油田新技术?，20卷，第4期〔2021年冬季刊〕：4-23日。16.关于碳酸盐油藏分析更多的信息，请参见：Al-MaRzouqiMI，BuDEbEsS，SultanE，BusHI，GRiffitHsR，GzaRaKBM，RamamooRtHYR，HussERA，JEHaZ，RotHJ，MontaRonB，NaRHaRiSR，SinGHSK和PoiRER-CoutansaisX：“解决碳酸盐岩评价复杂难题〞，?油田新技术?，22卷，第2期〔2021年夏季刊〕：40-55。17.AliSA，ClaRkWJ，MooREWR和DRibusJR：“成岩作用及其对油藏质量的影响〞，?油田新技术?，22卷，第2期〔2021年夏季刊〕：14-27。18.关于建立岩石结构反演模型更多的信息，请参见：StRouDD，MiltonGW和DEBR：“AnalYticalMoDElfoRtHEDiElEctRicREsPonsEofBRinE-SatuRatEDRocks〞，PEtRoPHYsicalREViEwB34，第8期〔1986年10月15日〕：5145-5153。BakERPL，KEnYonWE和KEstERJM：“EPTIntERPREtationUsinGaTEXtuRalMoDEl〞，SPWLA第26届测井年会论文集，达拉斯〔1985年6月17-20日〕，论文DD。KEnYon，参考文献11。2021年春季刊

的孔隙网络，因此碳酸盐岩的结构比硅质碎屑岩复杂得多[16]。通过沉积后成岩作用，孔隙网络也可能发生化学改变[17]。这使得评价碳酸盐岩的岩石物理特性更加困难－特别是渗透率和流体饱和度，这两个参数度不能直接测量获得，只能利用适当模型综合测量结果推导得到。斯伦贝谢的研究人员发现用CRI技术在1GHz频率计算出的介电属性对于饱和油和盐水的碳酸盐岩样品而言很准确〔上图〕。然而，除矿物和含水量外，还有其他因素影响低频下的介电常数[18]。对孔隙度、矿物成分和含水饱和度均相同的两块碳酸盐岩样品的介电频散测量结果突出强调了这一与频率

数，但用盐水浸泡过的岩样介电常数随矿化度不同而变化，在1GHz左右交会〔下一页，上图〕。导电率却不呈线性变化，盐水对电导率数值的影响随电磁场频率的增加而增强。因此，介电常数随电磁场频率发生变化一定与岩样结构特征或流体矿化度相关。多年来，研究人员开发出了各种模型量化频散。结构模型利用几何元素〔片状颗粒〕以解释结构参数的不同。为验证这些模型，研究人员在大范围频率采集了几种结构特征明显不同的岩石的介电常数和电导率。然后用频散模型对其测量结果进行拟合。利用这种反演技术得到的介电常数和电导率比用传统CRI方法更接近岩心测量结果〔下一页，下列图〕。4160

=15.6%

0.051ohm.m0.211ohm.m

10=15.6%5040302010

1.010ohm.m4.890ohm.m

101

1010MHz

10

101010MHz

10^流体矿化度对介电属性测量的影响。用四种不同盐水〔电阻率范围4.890－0.051ohm.m〕对岩心进行饱和，然后计算10MHz－10GHz范围内的介电常数〔左〕和电导率〔右〕。介电常数测量在1GHz左右交会。为便于比照，还测量了干岩心样品的基准介电常数〔蓝色〕。最高矿化度盐水饱和的岩心〔绿色〕频散程度最高，而且是唯一没有在1GHz交会的岩心。而四个岩心样品的电导率没有交会，而是随着频率增加而增加，说明流体矿化度的频散影响。5040

0.500.450.40

岩石结构模型方法可用来推导胶结指数m，该参数用于阿尔奇含水饱和度方程。用结构模型计算的胶结指数与用碳酸盐岩岩心独立测量的胶结指30

0.300.20

数比拟吻合。在m值从1.7到2.9这一较宽的范围内对实验室数据进行了成功模拟〔下一页，上图〕。该方法已被20

0.10

用于解释与碳酸盐岩结构相关的电阻率变化，这些变化常导致饱和度估算10

1010Hz

10100

1010Hz

1010

结果产生误差〔下一页，下列图〕。频散影响不仅仅局限于碳酸盐岩分析，还可用于泥质砂岩评价。不50

0.50

过，用于泥岩评价的频散模型不同于40

CRI

0.450.40

碳酸盐岩分析模型，因为组成泥岩的粘土会诱发特殊的频散特性。30

0.300.20

泥质砂岩对泥质含量的定量分析只限于自然伽马、声波、中子俘获能谱或中子20

0.10

与密度孔隙度测井的差异。结果不是直接测量得到，而是基于经验推断。10

101010100

10101010

而介电频散模型直接量化泥岩的影响，如砂泥岩互层中泥岩的影响[20]。Hz

Hz

该方法在评价淡水泥质砂岩时特别有^模型比拟。对碳酸盐岩样品实验室测量得到的介电常数和电导率〔蓝色〕与利用CRI方法计算的结果〔下，黑色〕，以及新的频散结构模型计算的结果〔上，红色〕进行了比照。CRI方法计算的结果与岩心试验结果在1GHz时一致，但在低频率时岩心测量结果和CRI结果根本不一致，特别是电导率。结构模型的结果与岩心测量结果匹配较好。图中所示是其中几个被测碳酸盐岩样品之一的结果。所有被测岩心样品都给出了类似的结果。〔根据Seleznev等人的资料修改，参考文献19〕。42

效，淡水泥质砂岩中测量的电阻率在很大程度上决定于粘土含量。油田新技术S/mS/mS/mS/mS/mS/m但利用介电数据评价泥质含量不仅仅限于淡水环境。因为粘土介电属性的频散响应直接与决定其电导率的粘土物理特征有关，因此频散方法能对粘土含量进行准确估算〔下一页，上图〕[21]。如碳酸盐岩的分析结果所示，用CRI模型计算的相对介电常数可能与岩心试验得到的数据在频率低于1GHz时不一致。这一频散特性在泥质砂岩

4.03.53.02.52.01.51.0和砂、泥岩层序中也可看到，但其原因不同。对于这些岩石而言，频散特

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0m

3.5

4.0性与地层中矿物的阳离子交换能力〔CEC〕相关，阳离子交换能力既与电化学极化〔又称双层效应〕有关，也与麦克斯韦-瓦格纳界面极化有关。这两种效应都存在，电化学效应在低矿化度时占主导，而界面极化在高矿化度时占主导。

^阿尔奇含水饱和度方程所用的胶结指数。可用岩心资料测量岩石胶结指数m，但比拟耗时。使用根据介电频散分析建立的结构模型获得了几个碳酸盐岩样品的胶结指数。两种方法获得数值的交会图在较大范围内比拟一致。多数岩样的胶结指数在1.7－2.9之间，因此阿尔奇方程通常默认的数值2并不适宜。〔根据Seleznev等人的资料修改，参考文献19〕。CEC是粘土矿物能在其带负电荷外表附着的阳离子〔带正电的离子〕

1.0

m

3.5

m

1

ohm.m

1,000数量。粘土是铝硅酸盐，其中某些铝离子和硅离子被带不同价或电荷的元

0

gAPI

100

0%100,m=2

1

ohm.m

1,00050

%

0素取代。粘土中的离子会增强电化学

0ppk506

in.

160%100

1

ohm.m

1,00050

%

0界面极化程度[22]。地层中的非导电元素当混合在一起时可能表现出电介导电性，而这些元素孤立存在时可能不具有电介导电性。19.SElEznEVN，HabasHYT，BoYDA和HizEmM：“FoRmationPRoPERtiEsDERiVEDfRomaMulti-FREquEncYDiElEctRicMEasuREmEnt〞，SPWLA第47届测井年会论文集，墨西哥VERacRuz〔2006年6月4-7日〕，论文VVV。20.砂岩互层的特点是薄砂岩和泥岩层交互出现。泥岩薄层的存在导致电阻率测量值降低，从而不能识别油气的存在。薄互层厚度

X,750X,760X,770X,780X,790X,800通常低于常规测井仪器的分辨率门限。X,810X,820^验证频散模型。由于岩石结构的影响，用传统方法计算阿尔奇含水饱和度可能得出错误的结果。在本例中，X,764－X,778米〔蓝色阴影区〕的深感应电阻率数据〔第5道，红色〕比该段上、下的数值都高。用固定胶结指数m=2根据阿尔奇方程计算的含水饱和度〔第3道，红色〕说明该层段可能含油〔绿色阴影〕。介电仪测量的孔隙度〔第6道，蓝色〕和总孔隙度〔黑色〕重合，说明该段没有油。频散模型得到的该层段m值〔第2道，蓝色〕范围在1.9－2.6。用这一校正后的m值根据阿尔奇方程计算的含水饱和度说明该层段含水饱和度为100%〔第3道，黑色〕，与预计结果更一致。2021年春季刊

43mm400

--

-

这是由于几何麦克斯韦-瓦格纳现象造成的，该现象和盐水与岩石界面或岩石与油界面上的电荷聚集有关。在带电界面间，盐水形成宏观偶极子，引起随300200

频率变化的宏观极化。当受到低频率电磁场作用时，偶极子先于电磁场改变方向前到达平衡。当受到高频率电磁场作用时，偶极子不能跟上快速变化的电磁100

∆r

场，从而导致能量消散，电导率增加，介电常数降低[23]。在DielectricScanner仪器的工作频率范围〔20MHz－1GHz〕内，电化学0

1010MHz

1010

极化和几何〔麦克斯韦-瓦格纳〕极化都对含粘土地层中测到的介电频散产生^界面极化。砂岩与粘土的混合表现出的频散介电特性与粘土类型有关。在蒙脱石-水混合物中测得的真实介电常数与频率有较大关系－比拟10MHz和1GHz时的真实介电常数就可知道。高岭石-水混合物也存在这种效应，但不太明显。砂岩-水混合的频散效应几乎没有。由于蒙脱石比高岭石束缚水含量高，频率增加时介电常数随之降低。可利用频散与泥质含量和泥质类型之间的相关性来计算阳离子交换能力，并根据介电数据定量分析泥质的影响。

作用。电化学响应随盐水矿化度增加而减弱。麦克斯韦-瓦格纳效应随盐水矿化度增加而增强。在给定矿化度下，由于电化学和麦克斯韦-瓦格纳机理同时作用的结果，岩石中粘土含量增加导致CEC值增高，介电频散加强。每种机理的相对重要程度受盐水矿化度的影响。例如，对真空干岩样测量结果说明与频率无关，但在沉积岩中，介电常数随外表积和CEC增加而增大。通过将泥岩效应引起的频散与CEC联系起来，岩石物理师能够对储集岩的泥岩含量进行定量分析。21.MYERsMT：“ASatuRationIntERPREtationMoDElfoRtHEDiElEctRicConstantofSHalYSanDs〞，论文9118，发表在第5届岩心分析师学会年会上，美国得克萨斯州圣安东尼奥，1991年8月20-21日。22.SElEznEV等人，参考文献19。23.ToumElinE和ToRREs-VERDínC：“PoRE-ScalESimulationofKHz-GHzElEctRomaGnEticDisPERsionofRocks：EffEctsofRockMoRPHoloGY，PoREConnEctiVitY，anDElEctRicalDoublELaYERs〞，SPWLA第50届测井年会论文集，美国得克萨斯州WooDlanDs〔2021年6月21-24日〕，论文RRR。^高分辨率含油气饱和度。利用三轴感应仪器〔如RtScanner仪器〕测量的水平电阻率和垂向电阻率〔第4道〕可帮助解释人员确定各向异性。但FMI全井眼地层微成像资料〔第1道〕显示薄夹层厚度低于感应仪器和密度-中子仪器的分辨率，如交会孔隙度所示〔第5道，黑色〕。这可能导致净产层计算结果过高。DielectricScanner仪器饱和度测量的垂直分辨率〔第2道，黑色〕可到达2.5厘米。通过比照阿尔奇含水饱和度〔第2道，红色〕和介电含水饱和度〔黑色〕突出说明了分辨率的差异。将介电资料综合到分析中可得到更准确的砂岩净厚度储量估算结果。44

油田新技术FMIFMISFMIFMISwFMISwFMI0%100FMI0%1001ohm.m1,00050%0FMISw1ohm.m1,00050%0FMISwFMI0%1001ohm.m1,00050%01,3501,360r计算含水饱和度的方程要求输入CEC值是研究人员尝试确定粘土体积与粘土类型的目的。CEC决定了粘土对电阻率测量的影响，以及对束缚水体积的影响，需要在总孔隙度中除去束缚水体积才能正确确定含水饱和度和含油体积。直接测量CEC而不是根据粘土类型和粘土体积进行估算是一种简单可靠的确定泥质砂岩含水饱和度的方法。^DielectricScanner仪器。这一最近推出的仪器具有诸多特色，如资料采集得到改善，测量精度得到提高。以前的仪器都采用固定极板，而DielectricScanner通过井径仪臂将活动极板推向地层。极板的曲度也有助于改善仪器与井壁的接触。发射器〔T和T〕和天线组〔R－R和R－R〕在20MHz－1GHz不连续频率下工作。发射器和天线是并列的正交偶极子，可以同时在横向〔红色箭头〕和纵向〔蓝色箭头〕极化模式下工作。两个开放电偶极子〔开放的同轴电缆探头〕测量泥饼的属性，并提供质量控制。如需要更精确的流体属性输入数据，该仪器还在测量点处测量温度和压力。井眼补偿用于消除不平衡的发射器-接收器对。在每个测量周期，针对四种频率中的每一频率，测量72个衰减值和72个相位值。探测深度是2.5－10.2厘米〔1－4英寸〕，具体取决于发射器-接收器间距和地层流体属性。2021年春季刊

介电测量的另一个优点是能够直接测量泥质含量和高分辨率饱和度。虽然已开发了一些利用电阻率仪器测量各向异性的技术，如RtScanner三轴感应仪，但不能到达介电仪的垂直分辨率。核孔隙度测量仪器能提供高分辨率饱和度，但资料的垂直分辨率受到物理和探测器间距的限制。介电测量提供的含水孔隙度分辨率在2.5厘米〔1英寸〕范围内。利用介电信息，岩石物理师能更准确地计算储量，估算产量，结果优于目前采用其他方法〔包括如三轴感应仪等新技术〕提供的电阻率和孔隙度结果〔前一页，下列图〕。测量泥质含量和泥质影响的能力对描述淡水泥质砂岩储层的特征极为关键。解释人员通过观察水平电阻率和垂直电阻率的差异〔如RtScanner仪提供的电阻率〕来识别各向异性储层中油气的存在。但这一方法在淡水环境下无效，因为淡水、泥岩夹层和油之间的电阻率没有明显差异。然而，测井分析人员用DielectricScanner仪器提供的纵向和横向测量结果能确定高分辨各向异性特征。通过这些资料可以对泥质影响和含油饱和度进行定量分析。DielectricScanner仪器工作频率在kHz范围的电磁测井仪器〔如感应仪器〕的测量比极高频率下的介电测量更为人所熟知。低频测量主要受地层电导率的影响，但随着频率的增加，介电效应开始显现，并逐步起主导作用。极高频率下的测量能够同时评估电导率和介电常数。另外，利用介电频散获得关于岩石结构和泥质含量的信息要求在多种频率下采集高质量数据。DielectricScanner仪器的问世为上述应用提供了所需的全部数据〔左图〕。45该仪器有一个全铰接式极板，能将发射器和接收器推靠到井壁上。铰H

E

接式极板的形状是圆柱形的，天线被设计成完全的磁偶极子。2个发射器和8个接收器中的每一个都可以在纵向和E

H

横向极化模式下工作[24]。在四个不连续频率〔20MHz－1GHz〕下进行测量。每个测量周期包括72个发射器-接收器振幅测量和72个相位测量。通过多组发射器-接收器对进行井眼补偿，利用质量控制算法提取不平衡的发射器-接收器对，并将其从计算中去除。探测深度〔DOI〕是发射器-接收器间距、工作频率和地层属性的函数，其范围为2.5－10.2厘米〔1－4英寸〕。可到达2.5厘米的垂直分辨率。极板面上的电偶极子提供两种操作模式。在传播模式下，进行最浅的横^仪器工作模式。介电仪产生电磁波，形成电磁场，其电场〔E〕与磁场〔H〕相互垂直。电磁波的极化决定电磁场的方向。纵向极化〔左〕模式和横向极化〔右〕模式对应于该仪器水平面和垂直面上的测量。每一模式产生特定的电磁场方向和探测区〔插图〕。不同颜色的带代表多个探测深度，探测深度与发射器-接收器间距和地层特性有关。两种模式下的探测区重合〔中下〕；两个方向上测量值的差异帮助分析各向异性。

向测量，用于估算泥浆特性。在反射模式下，测量极板前面物质的介电特性：即泥浆或泥饼的特性。因为该仪器能采集纵向和横向极化数据，因此可定量分析高分辨率各向异性影响。纵向极化探测与仪器轴正R1

F0

F1

F2

F3

交的平面上的介电常数和电导率〔左上图〕。横向极化探测水平和垂直两个方向上的介电常数和电导率。R2

还需要测量温度和压力对介电模R4

R3

105

106

107

108Hz

109

1010

型进行补偿。在井下条件下，压力对水的介电特性有明显影响[25]。介电模型应考虑温度、矿化度和压力之间的关系，以准确解释井下条件的测井资料。利用综合泥浆传感器测量温度，用专用传感器测量静水压力。该仪器主要探测三种信息：径向信息、地质构造信息和岩石基质结构〔左图〕。通过反演各个频率下不同发射器-接收器对记录的数据，得到几个区域的介电常数和电导率：泥饼、近冲^介电测量的维度。DielectricScanner仪器有四种工作频率〔F0－F3〕和四对发射器-接收器间距〔R1－R4〕，能够探测三种信息：结构、径向和构造信息。选定的工作频率能探测界面极化、分子取向和电子极化机理，这些机理与结构和泥质影响有关。径向探测通过四种发射器-接收器间距实现，能够模拟近井区域，包括泥饼和侵入带，还可能延伸到过渡带和原状地层，具体取决于侵入情况。构造探测通过极化取向实现。通过水平面和垂直面上的测量可实现高分辨率各向异性识别。46

洗带和远冲洗带。利用CRI模型计算四种频率中每一频率下的岩石物理参数。用多种频率下的数据针对不同探测深度进行频散处理〔下一页图〕。油田新技术CRIT,

,

T,

,r,SH,F3

SH,F3SH,F3SW,SH,SH

SW,SH,SH

r,SH,F0,r,SH,F1,r,SH,F2,r,SH,F3,

,SH,F0,SH,F1,SH,F2,SH,F3

SH,F0,SH,F0SH,F1,SH,F1SH,F2,SH,F2SH,F3,SH,F3

SW,SH,SH

,F0,F1,F2,F3

,,,,

,F0,F1,F2,F3^CRI方法与频散结构模型的比拟。DielectricScanner仪器有四种工作频率和多个发射器-接收器间距。CRI方法〔左〕的输入资料包括总孔隙度ф、基质介电常数、温度和压力。用实际测量的介电常数和介质电导率进行反演，输出结果是频率和发射器-接收器间距任意组合下的含水饱和度、水电导率和介电常数。图中给出的是浅探测〔SH〕测量结果。作为参考和质量控制，可计算输入资料的测量不确定性，并应用于输出结果。频散模型〔右〕的输入信息和CRI方法类似，但需要多种频率下的介电常数和电导率，用于资料处理。输出结果包括含水饱和度、电导率、介电常数和结构参数。针对不同探测深度〔取决于发射器-接收器间距和地层特性〕可对资料进行反演处理。〔根据Seleznev等人的资料修改，参考文献19〕。为了更好地将介电资料与其他测井资料进行综合，工程师开发出了DielectricPro介电频散解释软件。利用常规仪器获得的孔隙度、电阻率和饱和度分析结果能进行全资料处理与解释。可计算多种频率下的介电常数和电导率。数据交会图能更好地分析结构和泥质含量的频散影响。将各种解释模型融合到工作流中，提供资料分析的替代方法。通过径向处理可得到地层电导率和

中东应用实例阿曼石油开发公司〔PDO〕在几口井中应用了DielectricScanner仪器。PDO的目标是评价砂泥岩层序、稠油碳酸盐岩、泥质砂岩和超高矿化度碳酸盐岩评价[26]。其中一口井的目的是定量评价剩余油〔未被侵入泥浆滤液冲洗的油〕体积，并将介电资料与全系列裸眼井测井数据进行综合。PDO对本次试验应用中DielectricScanner仪器检测油流动性和

24.纵向和横向资料采集相当于老一代EPT仪器的端射模式和垂射模式，这两种模式需要完全不同的硬件。25.HEGERK，UEmatsuM和FRanckEU：“THEStaticDiElEctRicConstantofWatERatHiGHPREssuREsanDTEmPERatuREsto500MPaanD550°C〞，BERicHtEDERBunsEnGEsEllscHaftfüRPHYsikaliscHECHEmiE，84卷，第8期〔1980年8月〕：758-762。26.MuDEJ，ARoRaS，McDonalDT和EDwaRDsJ：“WiRElinEDiElEctRicMEasuREmEntsMakEaComEback：APPlicationsinOmanfoRaNEwGEnERationDiElEctRicLoGMEasuREmEnt〞，SPWLA第50届测井年会论文集，澳大利亚珀斯〔2021年6月19-23日〕，论文GG。介电常数的变化，用于分析各向异性。但是，对介电测井的真正考验还要看井下应用情况。2021年春季刊

提供结构信息的能力进行了评估。该井的目的层是碳酸盐岩储层。泥浆滤液矿化度约为180000ppm。

47因为介电仪测量的是含水孔隙度，因此密度-中子交会孔隙度与介电0.2

ohm.m

2,000

孔隙度之差是剩余油饱和度。在本例中，二者的差异很大，说明存在大量未60

in.m=n

100%016DielectricScanner3.5100%0100

%

0.20.200.2

ohm.m2,000DielectricScannerohm.m2,000HRLAohm.m2,00050

50

%DielectricScanner%

00

F3–F2F2–F1F0–F1

F2–F3F1–F2F0–F1

动油气〔左图〕。不依赖于电阻率测量定量确定剩余油满足了PDO的第一个试验目标。为实现第二个目标，分析人员计算了阿尔奇含水饱和度方程用到的介电结构数据。频散分析说明胶结指数m在目标层段的变化范围是1.5－2.5。PDO把m的变化归因于碳酸盐岩结构和相变的结果。利用更准确的m值得到了更精确的含油饱和度。通常的做法都是采用常X10X20X30X40^中东碳酸盐岩储层试验应用实例。测井分析人员将DielectricScanner测井资料与LithoDensity－阵列孔隙度－HRLA测井系列进行综合。孔隙度分析〔第5道〕包括总孔隙度〔黑色〕和介电孔隙度〔蓝色〕。两种孔隙度的差异〔绿色阴影〕代表剩余油气。介质电导率被转换成电阻率〔第4道，蓝色〕后，与HRLA电阻率〔红色和黑色〕和LithoDensity得到的浅电阻率〔绿色〕一并显示。含水饱和度用介电资料〔第2道，黑色〕和阿尔奇方程〔红色〕计算，对胶结指数m的变化进行了校正〔第1道，蓝色〕，胶结指数根据介电资料获得。通过比拟根据频率对计算的介电常数差异和电导率差异可直观分析频散影响〔第6道〕。频率响应的差异用不同色码表示〔青色、蓝色和红色〕。48

数m值，而根据以上发现，这样会得出错误的结果。接下来把介电资料综合到分析中，并与根据输入数据〔该油田典型特征数据〕计算出的含水饱和度进行比较。在上部层段，通常采用较高的阿尔奇饱和度参数〔n值〕，两种方法吻合较好。固定值n根据邻近油田资料获得，比拟适合亲油岩石〔下一页图〕。从油层到水层的过渡带，用常数n值计算的结果和用介电资料的结果存在差异。很可能是因为过渡带的岩石与油层岩石相比亲油性差的原因。分析人员认为不应采用高n值计算上部层段含水饱和度，而应采用一个较低的值。美国稠油应用实例浅层稠油油藏〔包括目前使用介电测井的个别油藏〕在全球很多地区广泛分布。加拿大、美国、墨西哥、印度尼西亚和委内瑞拉等国拥有大量稠油储量[27]。在美国加利福尼亚州，自十九世纪90年代以来一直在开采稠油，其中很大一局部稠油产自埋深缺乏3000英尺〔1000米〕的储层。这些浅层稠油油藏都存在与淡水有关的解释困难。因为很多油藏已经历了50多年的蒸汽驱或注水开发，使得解释工作变得更加复杂[28]。这些油藏新钻井钻遇的流体和原始流体十分不同，或者由于开采历史不同，看似非常均质的储层段上的流体变化很大。油田新技术层，因为提高采收率作业注入的流体使,

60

in.gAPI

RxoHRLA0160.02ohm.m2,00045%-15RtHRLA600.02ohm.m2,0001.95g/cm32.950

%%

4040100

%

0100

%

0

地层流体发生了改变。在加利福尼亚州的稠油油藏井中获得高质量资料一直比拟困难。在很多油藏，砂岩颗粒被地下稠油胶结在一起。已经开采过的储层井眼很不规那么，原因是局部油被采出后地层变得不稳定。EPT仪器的测量结果常常由于井眼不规那么而质量变差。而DielectricScanner仪器活动极板设计能在井眼状况不理想时改善与井壁的接触。EPT测量数据的解释也受到由蒸汽X25X50X75^改善含水饱和度计算结果。在这一中东碳酸盐岩油藏实例中，使用标准的输入数据计算了含水饱和度〔第5道〕。在阿尔奇含水饱和度方程中使用了根据邻井岩心数据得到的常数n。另外还利用介电资料计算了含水饱和度〔第6道〕。在上部层段两种饱和度结果吻合较好〔浅绿色阴影〕，证明所用n值是适宜的。下部层段的介电含水饱和度〔浅蓝色阴影区〕〔包括从油到水的过渡带〕较低，比用适合于上部层段的n值计算的含水饱和度低，说明含油较多。这样的结果会对原油储量估算产生影响，进而对设备要求和油田开发方案产生影响。

驱所引起的井下环境变化的影响。蒸汽驱井的温度剖面并非呈现常见的线性梯度变化，而这却是解释介电测量结果的假设前提。因为EPT仪器没有外部温度传感器，因此无法对原始数据进行温度校正，从而在测量中引入误差。为克服上述局限性并提供更多环境校正，DielectricScanner仪器将压力、温度和泥饼传感器都集成到活动极板上。雪佛龙〔美国〕公司在其稠油蒸汽驱Cymric油田试验应用了DielectricScanner仪器，该油田位于加利福尼亚州圣华金河谷西南边缘。其中一个主要生产层段是Tulare组，地质年代是从上新世到更新世，主要是胶结较差的河流-三角洲砂岩沉积，其上下均为泥岩层。砂岩产层层深为50－1600英尺〔15－490米〕。平均孔隙度为34%，渗透率为2000－3000mD。含油饱和度平均55－65%，原油API重度9－14。从上世纪初开始生产，在上世纪70年代启动蒸汽驱。因为多年注蒸汽的结果，原始地层从20世纪80年代中期开始，经常使用EPT仪器对加利福尼亚州的浅层稠油油藏进行岩石物理分析，估测油气地质储量，到20世纪90年代该仪器的使用非常普遍。EPT仪器测量的是冲洗带含水饱和度。在这些油藏使用介电仪器的27.AlbouDwaREJH，FEliXJ，TaYloRS，BaDRYR，BREmnERC，BRouGHB，SkEatEsC，BakERA，PalmERD，PattisonK，BEsHRYM，KRawcHukP，BRownG，CalVoR，CañasTRianaJA，HatHcockR，KoERnERK，HuGHEsT，KunDuD，LóPEzDECáRDEnasJ和WEstC：“稠油油藏评价与开2021年春季刊

优点在于，在根本上没有泥浆滤液入侵而且油实际上为不可动油的储层，介电仪器记录的信息反映的是原状地层的信息。最初推出EPT仪器的目的是对地层水是淡水的储层进行分析，如今介电仪器也用于地层水矿化度未知的储发〞，?油田新技术?，18卷，第2期〔2006年夏季刊〕：34-53。28.LittlEJD，JulanDERDR，KnauERLC，AultmanJT和HEminGwaYJL：DiElEctRicDisPERsionMEasuREmEntsinCalifoRniaHEaVYOilREsERVoiRs〞，SPWLA第51届测井年会论文集,澳大利亚珀斯〔2021年6月19-23日〕，论文D。

水矿化度发生了改变，用电阻率资料计算含水饱和度面临很大的困难。雪佛龙用PlatformExpress三组合测井系列和DielectricScanner仪器对Cymric油田的井进行了测量。测井系列中包括了EPT仪器，因此雪佛龙公司能够将以前的测量结果与新仪器测量的结果进行比拟。在整个生产层段上进行了井壁取心。49““度可以寻找流动油的证据。如果四个探8.5in.18.5

2

测深度获得的含水饱和度相同，说明油是不流动的。如果不同，说明该储层的油是可流动的，因此可以考虑对相应层段实施完井。2.5in.2.5in.

00

0.50.50.5

ohm.mohm.mohm.m

5,0005,00005,0000

%100DielectricScannerDielectricScanner%100100%

50%DielectricScanner50%050%

050%DielectricScanner050%EPT050%

000

EPT记录的孔隙度应和DielectricScanner孔隙度重合，多数层段都是这样。但在两个井壁不规那么层段，EPT记录的含水饱和度较高，相当于比DielectricScanner结果低23个饱和度单位。如果两者的差异不是因为油的流动造成，那么应该是水或蒸汽的优先突破所致。从DielectricScanner仪器记录的600800^消除不规那么井壁的影响。DielectricScanner仪器的活动极板随井壁曲度调节，能补偿井壁不规那么和冲刷的影响。EPT仪器是一款心轴型装置，极板固定在仪器上。雪佛龙公司希望对Cymric稠油井上述两种仪器采集的资料进行比拟。测井后，工程师通过LithoDensity仪器的微测井传感器〔橄榄灰阴影〕发现在780－820英尺之间的层段明显存在泥饼〔深度道，浅蓝色阴影〕。存在泥饼说明储层具有渗透性和可动油。EPT仪器测量的810－820英尺层段的含水饱和度〔第5道，红色〕比其他层段〔如540－605英尺层段〕要高。这可能说明泥浆滤液取代了原来的油，工程师原本认为在该层段可通过一次生产方式进行开采。而改良的DielectricScanner活动极板克服了井壁不规那么的影响，含水孔隙度〔第4和第5道〕说明在该层段上没有增加。LithoDensity仪器测井响应指示的泥饼是由于循环钻屑重新充填崩落地层所致。

数据指示没有侵入或油的流动。根据井径读数，在有问题的层段处进行了扩眼。未固结砂岩可能崩落，泥浆固相也可能沿井壁堆积。井眼不稳定性和井壁不规那么造成了上述相互矛盾的结果，而不是泥浆侵入形成泥饼或是存在地层水所致。这些层段由于油柱上发生了粘度变化、含油饱和度降低或出现早期水淹可能被误解释为含有可动油气。含水饱和度的误差〔相当于地下油气饱和度降低23%〕可能会使作业公司漏掉两个潜在产层。介电测量结果的可靠性帮助雪佛龙公司进行了更科学的完井决策。委内瑞拉稠油应用实例委内瑞拉奥里诺科稠油带蕴藏着世界上最大储量的稠油。作业者PDVSA发现该地区沉积环境复杂，均质厚层很快就变化到不连续的薄层。而砂岩质该井在830英尺〔253米〕深处穿过油-水界面〔上图〕。在该深度以下，介电孔隙度与LithoDensity光电密度和中子孔隙度仪器交会孔隙度根本非常一致，说明该层段主要含水。通过井壁取心分析了孔隙度、渗透率和流体饱和度。根据浅探测介电测井资料推算的含水饱和度与井壁取心获得的饱和度一致。虽然井壁取心样品和介电仪测井都反映井壁周围冲洗带的情况，但两种方法获得的饱和度根本上都和该油田原状地层的饱和度差不多。DielectricScanner仪器的铰接式极50

板有助于补偿井眼不规那么和冲刷带来的影响。而EPT仪器是一个心轴型仪器，也就是说EPT的极板是固定到仪器上的。在Cymric稠油井中对这两种仪器的测量结果进行了比拟。井径曲线说明井壁不规那么，出现冲刷，铰接式极板受井壁不规那么的影响比心轴型极板要小。PlatformExpress冲洗带电阻率测井结果似乎显示存在泥饼。泥浆滤液侵入地层从而形成泥饼，将油驱替并将流体驱替到更深处，据此可指示地层渗透性以及油的流动性。而在稠油储层中，利用DielectricScanner仪器的多个探测深

量的明显差异使本来已经复杂的地质条件变得更加复杂，使得测井解释更加困难。早期产水使工程师认识到深入了解储层情况的必要性。要制定该地区最佳开发方案，必须准确识别高产水层。地层电阻率常被用来识别产水层，但工程师发现该方法并不可靠，原因是砂岩质量多变，存在淡水，先前被冲洗的层含有大量不可动剩余油和可动水。将介电传播测量与标准测井系列结合起来在该环境下使用比拟理想，但由于井筒条件差，泥浆滤液侵入影响油田新技术以及资料解释困难等因素，作业者不愿意使用这些仪器。PDVSA认识到新型DielectricScanner仪器设计上的改良，主动参与了该仪器的现场试验应用[29]。在试验初期，工程师注意到水基泥浆的侵入可能使介电资料的解释变得复杂。在奥里诺科稠油带油藏中，泥浆侵入通常较浅，只有几英寸。工程师根据典型井特征〔孔隙度为35%的砂岩，模拟原状到完全冲洗的地层条件〕建立了合成测井记录，对介电仪器的侵入响应进行了模拟。模拟输入数据包括原状地层束缚水孔隙度为5pu〔孔隙度单位〕，到完全冲洗地层含水孔隙度为15pu[30]。模拟所用泥浆滤液矿化度为5000ppm。CRI模型〔用于计算仪器响应〕被应用到DielectricScanner仪器的4个工作频率上，结合9个不同发射器-接收器间距，提供36个视介电常数和36个视电导率测量，得到了一个台阶状剖面，增量大约为1英尺长x0.1英寸深〔30厘米x0.25厘米〕。通过分析其中一个较低频率下产生的合成测井记录，说明当没有发生侵

05101520253035404505101520

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0.1入时，视介电常数和视电导率与原状地层的介电常数和电导率相同。随着泥浆滤液侵入地层，最深DOI的数值接近最浅的读数。在最高频率下，情况变得非常复杂，视介电常数和视电导率不再呈线性变化，DOI也不统一〔右图〕。根据本次模拟中获得的经验教训，对奥里诺科某井记录的介电常数和电导率数据进行了分析。结果与模拟测井记录很相似，提供了适用于该油田井资料处理的岩石物理反演方法。鉴于取得了如此好的结果，PDVSA在其他井中也使用了DielectricScanner仪器。29.MossEL，CaRmonaR，DEcostERE，FaiVREO和HizEmM：“DiElEctRicDisPERsionLoGGinGinHEaVYOil：ACasEStuDYfRomtHEORinocoBElt〞，SPWLA第50届测井年会论文集，得克萨斯州WooDlanDs〔2021年6月21-24日〕，论文AAA。30.在本模拟中，5Pu的水代表14%的含水饱和度。在地层被15Pu的泥浆滤液冲洗后，代表含水饱和度为43%。2021年春季刊

2530354045^模拟介电响应。PDVSA的奥里诺科稠油带岩性复杂，资料解释困难。PDVSA和斯伦贝谢在奥里诺科井预计条件下首先对DielectricScanner仪器的泥浆侵入响应进行了测试。在本研究中使用了9个间距和4种频率〔F0－F3〕下共计36组衰减-相移测量数据。分析中，每1英尺〔30厘米〕的测井段表示0.1英寸〔0.25厘米〕的侵入〔插图〕。为简单起见，这里给出了频率F1〔上〕和F3〔下〕