低阻油层成因机理及测井评价方法综述

低阻油层成因机理及测井评价方法综述李彬（中国地质大学（武汉）资源学院石油与天然气工程，湖北，武汉430074）摘要：随着油气田开发工作的不断深入，寻找油气田难度日益增加，低阻油层目前已成为我国石油勘探开发领域中最具潜力的研究对象之一。本文主要从低阻油层的特征、成因分析入手，开展了低阻油层测井识别方法定性和定量方面的研究，主要介绍了常规的低阻油气层识别方法，并且对低阻油层饱和度的定量计算模型进行了详细的介绍。对该类储层的研究以及勘探和开发具有重大的意义。关键词低阻油层，成因机理，识别方法，饱和度定量评价模型0引言随着油田勘探和开发的不断深入，泥质砂岩储层中勘探开发目标已经由原来简单的高幅度构造油气藏逐渐转向低孔低渗、低电阻率、复杂岩性和复杂储集空间等复杂油气藏，而低阻油气藏是其中最具潜力的主要研究对象之一。所谓的低阻油层可以认为是油气层的电阻率低于邻近水层或者泥岩层的电阻率，或者虽然高于两者，但是油气层的电阻率比通常所说的油气层的电阻率的范围要低，属于低阻油层[2]。由于低电阻率油层形成原因多种多样，测井响应关系也很复杂，故测井识别方法较常规油层来说，存在很大的区别。低电阻率储层在常规测井资料上表现为其电阻率值低，或与水层差别不大，造成应用测井曲线区分油水层困难。目前，国内外关于低阻油层的成因机理和评价技术方面取得了可喜的成果，将低阻油层成因机理和测井评价技术进行系统化、综合化的分析研究具有重要意义。.低阻油层的成因机理[1]做好低阻油层评价工作的基础就是正确认识其形成机理。国内外关于低阻油层形成机理成果丰富，这里对其进行归纳和梳理，见表1。除了表1中所列的常见低阻成因以外，原油TIe质（密度、粘度及流动性等卜油水系统、含有饱和度和测井仪器（电极距大小）等也会使油层电阻率降低，产生低阻油层。另外，低阻油层的形成不仅有其微观的岩石物理机理，岩石物理成因揭示了低阻油气层的本质，地质条件的特殊性是低阻油气层岩石物理成因的基础。因此研究岩石物理成因与地质背景之间的关系，将会有助于低阻油气层的识别评价与预测。地质因素主要通过地质构造作用、沉积环境与沉积相带作用和成岩作用对低阻油层的形成产生影响，见表2。由于低阻油层往往是多种因素共同作用所致，因此开展低阻油层评价时，应从上述一般机理出发，结合研究区实际开展低阻具体成因机理和测井评价技术的针对性研究。

表1常见低阻油层成因及其作用机理类别作用类型作用机理油层本身岩性、物性变化引起的低阻油气层（内因）高不动水引起的低阻油层较高的不动水饱和度会组成良好导电网络，使油层的电阻率降低。储层不动水含量受到岩石颗粒粒度、孔隙结构特征及粘土分布状况等多因素控制。黏土附加导电引起的低阻油气层地层水较淡，泥质附加导电性上升为造成低阻的主要因素，其电阻率降低的幅度随着地层水矿化度的减小而增加。其电阻率下降的数值取决于粘土含量、分布和阳离子交换能力。骨架导电引起的低阻油气层黄铁矿或磁铁矿等导电矿物的存在，会增加地层的导电性，岩石骨架富含磷铁矿等也会引起低阻。导电矿物的分布形式影响岩石的导电性。岩石强亲水（润湿性）引起的低阻油气层当岩石骨架为强润湿性时，就会吸附水分子，束缚水含量就会增加，为形成发达的导电网络提供了保障，使电阻率降低。低阻油层表现为亲水性，高阻油层表现为亲油性。其它因素变化引起的低阻油气层（外因）泥浆滤液深侵入与测井探测范围有限这一矛盾引起的低阻油气层钻井液侵入地层对电阻率的影响主要表现在以下两个方面：1.测井过程中电流径向流入地层，而井筒内的高电导率泥浆引起的电流在井轴方向上的分流；2.高比重盐水泥浆低阻深侵形成低阻侵入环带，导致测井仪器探测失真，其结果导致电阻率测量值低于地层深电阻率，在极端情况下，还有可能造成油气层呈现水层特征，这种情况在低矿化度地层水背景下更加严重。砂泥岩间互层引起的低阻油层砂泥岩间互储层中呈条带状的泥岩和砂岩的厚度都较小，当它们的厚度都低于电阻率测井仪器的纵向分辨率时，所测量的视电阻率值就不能反映地层的真实情况，往往测量的电阻率大大低于储层的真实电阻率。油水层矿化度不同产生的低阻油气层在储层岩性、物性相似的条件下，若油气层不动水矿化度大于水层矿化度时，油气层与水层的电阻率差异就会减小，并且随着矿化度差异的增大，电阻率差异会越来越小，导致出现低对比度的低阻油气层。油水分异作用引起的低阻油气层油水分异作用实际上就是油水在复杂的多孔介质中进行低速渗流，这种分异的过程比较复杂，受到多种力的作用。油水作用作用弱，油水分离不充分，产生的含水油层、油水同层含油饱和度相对于油层都低，使得储层电阻率小，并可能因此而产生低阻油气层。复合成因复合成因的的低阻油气藏以上几种典型的情况可能在某一具体油藏中同时遇到数种因素交织在一起，其中有油气层内因的作用，也有外因的作用，这样形成的低阻油气层被认为复合成因的低阻油气层。表2地质因素对低阻油层形成的影响（赵军龙等）序号类型作用机理1地质构造作用构造作用对盆地的形成、发展与演化，盆地沉积体系的空间展布和生、储、盖组合，盆地中油气圈闭的形成起着控制作用。其主要从构造活动、构造样式和构造幅度三个方面对低阻油气层产生影响2沉积环境与沉积相带作用从沉积学的角度考察已经发现的低阻油气藏，可发现它们最为突出的岩性特征是以细、粉砂岩为主，普遍含泥（使储层的微孔隙发育、油气层束缚水饱和度高）。这些条件为形成低阻油气层提供条件3成岩作用成岩作用对孔隙的保存、发育和破环起着决定性的作用，其中压实、胶结和溶蚀对孔隙的改造起重要的作用。而微孔隙是形成低阻油气层的重要原因之一，所以成岩作用对低阻油层的形成也有一定的影响.低阻油层的定性识别方法研究交会图法识别低阻油层[4]交会图法是测井解释中最常用、也是最基本的油水层定性识别方法之一。它是利用测井原始或计算信息两两组合而形成交会图，依据交会图中不同类型数据点的分布规律评价油气水层的方法。对于低阻油层的识别就成为了如何将低阻油气层的主控成因与识别参数联系起来，通过能够反映低阻主控成因的识别参数的两两组合放大低阻油层与水层之间的微弱差异，到达准确识别低阻油气层的目的。通过对常规测井的有效融合(多信息的综合计算或者单一信息的处理)，可以得到一系列的综合参数，主要有Rwa(Rt)、Rwa(SP)、AGRASPA中等，对这些参数进行有效的组合可以得到许多对低阻油气层非常敏感的参数，如Rwa(Rt)/ASPRwa(Rt)/Rwa(SP)等。这些参数中，AGR主要反映储层岩性变化，体现岩石粒度的粗细；ASP主要反映储层内地层水质的变化；Rwa(Rt)和Rwa(SP)体现了两种来源的视地层水电阻率，它们的高低从不同的侧面反映了储层中流体性质的变化，是判别储层流体性质的敏感参数；Rwa(Rt)/ASP是对由测量电阻率计算的视地层水电阻率进行水性的归一化校正；Rwa(Rt)/Rwa(SP)是两种视地层水电阻率的比值，如果储层内的流体为水，则该比值接近于1,如果储层内的流体为烧类流体，则含油饱和度越高则Rwa(Rt)越大，对于咸水泥浆的低阻油气层电阻率而言计算的Rwa(SP)是低值，于是低阻油气层Rwa(Rt)/Rwa(SP)是高值。AGR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)ASP=(S-SPsh)/(SPw-SPsh)Rwa(Rt尸Rt*?mRwa(SP尸Rmft/10-SSP/K式中：GR-目的层段自然伽马测量值，API;GRmin-目的层所在沉积旋回内纯砂岩”的自然伽马测量值，API；GRmax-目的层所在沉积旋回内纯泥岩”的自然伽马测量值，API；SP-目的层自然电位测量值，mV;TOC\o"1-5"\h\zSPsh-目的层所在沉积旋回内纯泥岩自然电位测量值，mV;SPw-目的层所在沉积旋回内标准水层自然电位测量值，mV;Rt-地层电阻率(取值为深电阻率测量值)，Qm?-储层孔隙度(采用声波或者中子密度交会计算)，f;Rwa(Rt)-通过电阻率和孔隙度计算的视地层水电阻率，Qm；Rwa(SP)-由自然电位计算的视地层水电阻率，建m;RmfT-地层温度下的泥浆滤液电阻率，夏m;SSP-目的层段自然电位幅度值，mV;K-系数，计算过程中需要校正的地层温度条件下。目前主要衍生三种交会图版：Rwa(Rt)—A?交会图版用于油层与气层的定性区分，其中：A?=(?d+?n)/2-?s式中：？S、？D、？N一分别是由理论模型计算的声波、密度、中子储层孔隙度，％；Rwa(Rt)-AGR交会图版用于将低阻油气层与水层区分开适用于淡水泥浆钻井条件下、水性基本一致的低阻油气层识别。其中：对于泥质砂岩低阻油层，含油饱和度越高，Rwa(Rt)越大；岩性变细和泥质含量增加，Rwa(Rt)越低；水层岩性较粗，泥质成分较低，电阻率成分往往不低，Rwa(Rt)较高；这类交会图版具有很好的效果，这种较好的效果是由于将低阻成因的岩性因素作为一项指标参与油气层的识别。Rwa(Rt)/Rwa(SP)—AG&会图版通常用来表征咸水泥浆钻井条件下的低阻油气层识别，其中：Rwa(SP)表征地层水的信息，造成油气层低阻的咸水泥浆侵入成因和油水层矿化度差异成因。对泥浆侵入较深低阻油层测井评价[5]对于泥浆侵入较深的储层，我们可以采用时间推移测井、径向电阻率测井、阵列感应测井等方法实现。它们适用于矿化度较小的地层，特别对高压地层内油层的识别有较好的效果。通常情况下，淡水泥浆打井时，在水层段表现为高侵特征，在油层段表现为低侵特征。在高矿化度泥浆侵入较深的储层时，可测得电阻率明显下降，最终可测的地层真电阻率，从而识另M氐阻油层。测井新技术识别低阻油气层MDT快速、直观识别低阻油气层[1]MDT是斯伦贝谢公司的一项非电阻率测井技术，能够采集丰富的地层及油藏信息，是快速判别储层流体性质、获取油藏特征参数、减少试油工作量、避免油层污染最直接、有效的方法，能够直接、快捷、准确地提供储层及油藏特征，为勘探和开发快速认识和评价油气藏提供了一种有效的技术手段。MDT在低阻油藏识别评价中的应用主要有两个方面，一是利用高精度的压力资料，提供较为准确的储层流体密度，依据流体密度判断储层流体性质；二是利用光谱分析模块，通过色谱分析的方法识别油水层。是利用MDT压力资料识别低阻油气层实例。由图中可看出，B、C两层通过常规测井曲线很难判别出来。利用Ml)T测井在A、B、C三层储层中分别获得了多点的测量压力，用压力资料计算三层的流体密度分别为0.249g/cm3、0.61g/cm3、1.08g/cm3,三层的流体与理论上的气、油、水的密度非常接近，由此可以确定三层的流体性质，即A层顶部为油气层、底部为油层,B层位油层，C层位水层。aaa^APON0MOT335。出倒向虫削中gaaa^APON0MOT335。出倒向虫削中gmi5--30就•日也『I中㈤H0|口，5SU1口图1.MDT压力梯度识别油气层、低阻油层实例(中国石油勘探与生产分公司，2009)(2)核磁共振测井识别低阻油层(2)核磁共振测井识别低阻油层[3]核磁共振测井利用原子核自身磁性及其在外加磁场作用下产生的弛豫现象来描述储层岩石物理特性和孔隙流体特性，具有测量精度高、信息量丰富、资料解释直观等特点。核磁共振测井通过对反映岩石物理性质和孔隙流体流动特性T2谱的测量，获取与岩性基本无关的地层有效孔隙度、可动和不可动流体体积，并估算渗透率；同时可通过特殊测量方式，如差谱、移谱的测量进行储层燃检测。和常规测井技术相比，核磁共振是目前最能够客观反映储层不动水体积的测井项目，可以独立来解决束缚水成因的低阻油层的识别问题。核磁共振测井能消除岩石骨架的影响，观测信号只来自孔隙中的流体，可以区分孔隙中各种水的状态，以及赋存水的孔隙空间的孔径尺寸，并且孔隙中不同流体具有不同的核磁性质，因此通过差谱法和移谱法可以有效的识别油、气、水三相流体，并对地层的孔隙度、渗透率进行定量解释。.低阻油层饱和度定量评价技术含油饱和度是评价储层含油性的重要指标，是测井定量评价必不可少的参数之一。阿尔奇公式是油气层含油饱和度最基本的定量计算模型，但针对泥质成分较重的低阻油气层，阿尔奇公式的应用受到了限制。多年来，国内外测井学术界发表了很多泥质砂岩储层含油饱和度模型，每一种都体现了不同的泥质砂岩储层特点，或者是体现了对泥质导电的不同认识。这方面的研究成果主要体现在：一是采用经典的阿尔奇变换公式计算含水饱和度；二是泥质砂岩电阻率模型，如Hossin模型、Simandoux模型、印度尼西亚模型等；三是采用泥质砂岩双电层电阻率模型，如W-S、双水和S-B模型等［4］。在这些模型中，以Waxman和Smits于1968年和1974年提出的W-S饱和度模型和Clavier等人于1977年提出的双水模型最为经典。由于低阻油层成因的多样性，每一种饱和度模型都是在一定条件下适用于一种或者几种成因低阻油气层饱和度的计算，而不是适用于所有低阻油气层饱和度的计算。我们简要计算以下两种饱和度计算方法。变参数阿尔奇公式Shell公司著名的岩众所周知，Archie公式是油气层含油饱和度最基本的定量计算模型，是石物理学家ArchieShell公司著名的岩--mF=Ro/Rw=a?TOC\o"1-5"\h\z__--nI=Rt/Ro=bSw推得：Sw=((abRw)/(Rt?m))1/nSo=1-Sw式中：F、I—地层因素、电阻率指数；Ro—完全含水岩石电阻率，建m；Rt—含油、水两相流体岩石电阻率，Qm;Rw—地层水电阻率，Qm;?一岩石孔隙度，f;Sw、So—含水饱和度、含油饱和度，f;m、n一孔隙度指数(胶结指数)、饱和度指数；a、b—岩性系数。其中：m为胶结指数，与岩石胶结情况和孔隙结构有关；n为饱和度指数，与油气水在孔隙中的分布状况有关。

虽然Archie公式是以纯砂岩骨架模型为基础的饱和度模型，但是岩电数据的分析表明,阿尔奇公式中m、n参数都与岩石孔隙结构、黏土含量以及饱和度溶液(电阻率)有非常紧密的联系。因此，对于不同的泥质砂岩储层，可以通过m、n参数的变化来应用阿尔奇公式计算储层饱和度。据此，某油田采用数理统计的方法可以建立岩石m、n值多参数的经验计算模型：m=1.704-0.094*Rw+0.38*lg(K/?)0.5-0.032*Vci

n=2.11-0.148*Rw-0.304*lg(K/?)0.5-0.039*Vci式中：Rw—地层水电阻率，Qm;K一储层岩石渗透率，mD;?一储层岩石孔隙度，%;Vci一储层黏土矿物含量，％;但是，针对泥质砂岩很重的低阻油层，阿尔奇公式的应用受到了限制。3.2W-S饱和度评价模型Waxman-Smits模型(简称W-S模型)是Shell公司荷兰研究中心的一批岩石物理学家20年的研究提出并完善的一个20年的研究提出并完善的一个对于纯砂泥质砂岩电导率模型。众所周知，储层岩石电阻率与含油饱和度及孔隙度的关系,对于纯砂岩可由阿尔奇公式很好的进行描述，但是储层中黏土矿物的存在使得这种关系的存在比较复杂。然而，在众多的泥质砂岩饱和度评价模型中，W-S模型可以很好的描述了泥质砂岩储层岩石电阻率与含油饱和度及孔隙度之间的关系。泥质砂岩完全含水电导率Co的一般方程：Co=(1/F*)(Ce+Cw)式中：F泥质砂岩地层电阻率因数，类似纯砂岩地层;F*=a/?m*式中：a—常数；*式中：a—常数；*—・m一类似于纯砂岩的胶结指数,当储层岩石含油，含水饱和度度与Sw和Qv有关，并且将其定义为:Sw<1由实验确定；时，Waxman和Smits推论，黏土阳离子的有效浓Qv=Qv/Sw则含油泥质砂岩电导率Ct的一般