地球物理测井方法课件-流体识别和储层参数计算

第4章测井地层评价(FormationEvaluationfromWellLogs)前言测井评价概述第1节岩性识别与储层划分第2节流体识别与储层参数计算（北京）本科生课程《地球物理测井方法》CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM一、储层孔隙度的确定1.交会图法确定岩性和孔隙度2.岩石体积物理模型与孔隙度的计算二、储层渗透率的估算三、储层含油性评价1.利用Archie公式计算饱和度2.储层含油性的快速解释3.泥质砂岩饱和度模型四、应用统计方法建立地区解释模型第2節流體識別與儲層參數計算GaoJ-4-22中高渗储层，孔隙分布较均匀，其物理性质基本上各向同性。常规方法对于中高渗储层的评价，会得到好的效果。研究发现，低孔低渗的砂泥岩储层由于沉积环境、成岩作用的复杂性，其孔隙结构与常规储层有明显地不同，不但层间孔隙结构差异较大，层内也有明显的不同。孔隙性储层中高渗储层低孔低渗储层按储集空间结构划分储层：孔隙性、裂缝性、洞穴性储层孔隙结构复杂化是低孔低渗储层评价难的主要原因！一、储层孔隙度的确定GaoJ-4-23三种孔隙度测井，则有三种组合形式的双孔隙度交会图版，即：中子-密度；中子-声波和密度-声波三种交会图。所有这类形式的交会图版都是在含水纯地层、井内为水基泥浆的条件下，根据Δt-Φ、ρb-Φ和N-Φ关系作出的。每种双孔隙度交会图版上有3条单矿物岩性线（砂岩线、石灰岩线和白云岩线），每条岩性线上均有孔隙度刻度。1.交会图法确定岩性和孔隙度（1）双孔隙度交会图法确定岩性和孔隙度如果地层是由两种矿物组成的过渡岩性，必须采用两种孔隙度测井的交会图确定岩性和孔隙度。双孔隙度交会图确定岩性和孔隙度，只能指出矿物组合的可能趋势，而不能给出唯一的岩性解释；只能在已知岩性或矿物对时，才能计算矿物的含量，并求准孔隙度。GaoJ-4-24根据解释井段的岩性特征和地质上的可能性，判断解释层的岩性。例如A点判断为石灰岩-白云岩过渡岩性。估计孔隙度：通过A点引一条直线，使之平行A点附近两条单矿物岩性线上等孔隙度点的连线。从它与单矿物岩性线的交点P或Q可读出过渡岩性的孔隙度。估计矿物百分含量根据A点在线段上的位置可确定矿物的百分含量。PQA中子-密度测井交会图中子-密度测井交会图是应用最多的一种确定岩性和孔隙度的交会图。GaoJ-4-25B声波-中子测井交会图中子测井有两种，故声波-中子测井交会图版有两张。与中子-密度测井交会图比较，两图对岩性的分辨力略有差别：声波-中子交会图对砂岩-石灰岩分辨力较强；而密度-中子交会图对石灰岩-白云岩分辨力较强。但声波要受压实程度和缝洞等影响，油气影响也不易计算，因此声波-中子交会图求解岩性和孔隙度的效果不如中子-密度测井交会图好。GaoJ-4-26C声波-密度交会图可以看出，这些岩性线相距较近，表明该交会图对岩性的分辨能力差，而且，若矿物选错了，所求孔隙度会有很大的误差。故声波-密度测井交会图很少用。但这种交会图的特点是它对岩盐、石膏和硬石膏等蒸发岩类分辨能力好，用于膏岩剖面识别岩性较好。GaoJ-4-27（2）密度-Pe交会图法确定岩性和孔隙度GaoJ-4-282.岩石体积物理模型与孔隙度的计算根据测井物理原理，孔隙度测井和一些测井方法的测量结果（如岩石体积密度、纵波传播时差、含氢指数、岩石自然放射性强度、热中子宏观俘获截面和光电吸收截面等）可以看作是仪器探测范围内单位体积岩石各组分相应物理量的体积加权值，在测井领域，把这种模型称为测井响应的岩石体积物理模型，简称测井响应体积模型。具体地说，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组分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作是各部分贡献之和。GaoJ-4-29岩石体积物理模型方法要点：1）按物质平衡原理，岩石体积V等于各部分体积Vi之和，即；若Vi表示相对体积，则。2）岩石宏观物理量M等于各部分宏观物理量Mi之和，即。当用单位体积物理量（测井参数）表示时，则岩石单位体积物理量m等于各部分相对体积Vi与其单位体积物理量mi乘积之和，即从测井解释角度，由于泥质成分与岩石骨架成分在物理性质上有显著的区别，故把岩石分为含泥质岩石和纯岩石（含泥质很少）两类。从岩石体积物理模型来看，可把储集层分为两种体积模型：1）纯岩石体积模型：岩石骨架（单矿物或多矿物）及孔隙流体；2）含泥质岩石体积模型：泥质、岩石骨架（单矿物或多矿物）及孔隙流体。

GaoJ-4-210砂岩体积模型(a)含水纯砂岩；(b)含水泥质砂岩；(c)含油气纯砂岩；(d)含油气泥质砂岩GaoJ-4-211(1)确定单矿物岩性储层的孔隙度

A含水纯岩石声波测井

（Wyllie公式，适用正常压实和胶结的纯岩石）对未压实砂岩，声波在颗粒和流体界面发生散射和折射，导致时差增大。此时，用上式计算的孔隙度数值须进行压实校正：Cp为压实校正系数，Cp≥1

“单曲线方法”GaoJ-4-212密度测井

中子测井GaoJ-4-213B含水泥质岩石

GaoJ-4-214C含油气泥质岩石作业：

含油气单矿物纯岩石的孔隙度？GaoJ-4-215(2)确定双矿物岩性储层的孔隙度（以含水纯岩石为例）一种孔隙度测井资料无法确定双矿物条件下的岩性和孔隙度，若采用两种孔隙度测井的响应方程联立求解，则可以解决问题：当地层中无次生孔隙时，可用声波测井。“多曲线方法”GaoJ-4-216(3)确定三矿物岩性储层的孔隙度（以含水纯岩石为例）当储层由三种矿物组成且孔隙中含水时，为求解岩性和孔隙度，将有4个未知量，需建立四元联立方程组：“多曲线方法”GaoJ-4-217渗透率是岩石的固有属性，只要流体不和岩石发生反应，该岩石对于单一均质流体的渗透率就是一个常数，此为绝对渗透率。Q-流量，cm3/s；μ-流体的粘度，mPa.s或CP(厘泊)；A-流体流动穿过的横截面积，cm2；L-流体流动穿过的岩石厚度，cm；ΔP-压差，Pa；K-绝对渗透率，μm2(达西，D)。达西(D)是渗透率的标准单位，1D相当于在流动方向上压力梯度为1大气压/cm的条件下，岩石允许粘度为1CP、体积为1cm3的流体，在1s时间内通过截面积为1cm2的能力。渗透率的常用单位为毫达西(mD)，1D=103mD。二、储层渗透率的估算GaoJ-4-2181.主要影响因素及分析渗透率孔隙度束缚水饱和度电阻率碳酸盐含量粘土含量分选系数粒度中值渗透率1.00.316-0.4640.533-0.118-0.537-0.2720.839孔隙度1.0-0.8190.320-0.332-0.603-0.4180.365束缚水饱和度1.0-0.5760.1950.670.3060.602电阻率1.0-0.0277-0.464-0.1560.596碳酸盐含量

1.00.130.0149-0.153粘土含量1.00.478-0.698分选系数1.0-0.245粒度中值1.0影响K的主要地质因素为粒度中值、粘土含量、束缚水饱和度，与孔隙度也有一定关系。影响Swi的主要地质因素为孔隙度、粒度中值、粘土含量。GaoJ-4-219粒度中值对地层渗透率有明显影响。粒度中值增大，孔隙结构变好，渗透率随粒度中值的增大而增大。西部侏罗系地层粒度中值和渗透率关系图GaoJ-4-220Permeability~GrainSizePermeabilityk

vs.grainsized(BentheimSandstone,Scherhornoilfield,Germany)FromSchopper1982logk=2.2logd-2.101kinmD,dinμmGaoJ-4-221Permeability~PorosityCoresamplesfromthreesandstonereservoirs,fromTimur1968.GulfCoastFieldColoradoFieldCaliforniaFieldGaoJ-4-222Permeability~PoreSize(afterBasanetal.1997)GaoJ-4-223泥质含量与渗透率的关系随泥质含量的增加，孔隙喉道减小，储层的孔隙结构变差，造成渗透率减小。GaoJ-4-224应用孔隙度和束缚水饱和度计算渗透率对于均质储层，在Wyllie和Rose提出一般关系的基础上，研究人员提出了各种经验关系，其中常见的有:Wyllie和Rose的关系式：

式中，C与油气密度有关(油的密度ρ=0.8g/cm3，C=250；天然气C=79)。3.储层渗透率的估算（1）均质储层渗透率的估算GaoJ-4-225Timur的关系式：Coates的关系式：式中：K-渗透率(10-3μm2，mD)；

-孔隙度；

Swi-束缚水饱和度。GaoJ-4-226对于一个地区的特定地层，有时用单参数(

或Swi)与岩心渗透率做回归分析，也会有比较满意的结果！渗透率与束缚水饱和度关系渗透率与孔隙度关系GaoJ-4-227式中，D1与砂岩的压实程度、胶结物含量和分选性有关，可根据地区经验确定。用孔隙度和粒度中值计算渗透率根据我国八个油田4373块岩心的实测数据得到的经验关系为：GaoJ-4-228（2）不同孔隙结构储层渗透率的确定分沉积微相和孔隙结构建立渗透率模型首先对储层按沉积微相和孔隙结构进行分类，求出孔隙度，再建立渗透率与测井孔隙度的关系。大情字井河口坝沉积微相的孔隙度和渗透率模型为：Ⅰ类孔隙结构：f＝-0.3803+0.0023

tⅡ类孔隙结构：f＝-0.7739+0.0041

t分支河道沉积微相的孔隙度和渗透率模型为：

Ⅰ类孔隙结构：f＝-0.3638+0.0022

tⅡ类孔隙结构：f＝-0.7739+0.0041

t（引自吉林油田）GaoJ-4-229通过对42个层计算渗透率和岩心的对比，显示分沉积微相和孔隙结构建立的渗透率模型精度更高。分沉积微相及孔隙结构不分沉积微相及孔隙结构GaoJ-4-230可按流动带指数进行孔隙结构分类：长庆油田长6-8储层按流动带指标分类后得到较好的孔渗关系：据流动带指数进行孔隙结构分类，建立渗透率模型GaoJ-4-2311942年，Shell公司的G.E.Archie根据前人饱和两相流体岩石电阻率实验结果及本人对100％含水岩样电阻率实验结果，引入两个比值：地层因素(F)和电阻率指数(I)，建立地层因素F与孔隙度、电阻率指数I与含水饱和度的实验关系——著名的Archie公式；Archie公式作为油气层识别最重要的理论基础，体现了油气及地层水这两类储层流体差异最大的物理性质——电阻率。1.利用Archie公式计算饱和度三、储层含油性评价GaoJ-4-232（1）地层因素—孔隙度

FormationFactorvs

Porosity(F~Φ)（2）

电阻率指数—含水饱和度

ResistivityIndexvsWaterSaturation(

I~Sw)1942年，Shell公司的G.E.Archie提出著名的Archie公式：Archie公式33GaoJ-4-2钻井取心储层取样标记柱塞样品Archie公式建立的实验基础含水饱和度与电阻率指数关系（Archie，1942）地层因素与孔隙度关系（Archie，1942）3435（1）

地层因素—孔隙度F－地层因素（相对电阻率）；R0－100％含水岩石电阻率；Rw－地层水电阻率；

－孔隙度；m－胶结指数。GaoJ-4-2岩石系数疏松砂岩弱胶结砂岩中等胶结砂岩疏松的贝壳石灰岩及白云岩中等致密的粗晶质石灰岩及白云岩致密细晶质的石灰岩及白云岩a10.70.50.550.60.8m1.31.92.21.852.152.3a为与岩性有关的比例系数，变化范围为0.6~1.5;m为胶结指数，随岩石胶结程度不同而变化,变化范围为1.5~3。地层因素与孔隙度关系曲线实例GaoJ-4-236胶结指数m和岩性系数a数值表TypicalrelationshipsbetweenFormationresistivityfactorandPorosity37GaoJ-4-2Humble方程Ridgefield方程（2）

电阻率指数—含水饱和度I－电阻率指数(电阻增大系数)；Rt－含油岩石电阻率；R0－100％含水岩石电阻率；Sw－含水饱和度；n－饱和度指数。I=1.012/Sw1.859

高温高压条件下电阻率指数与含水饱和度关系GaoJ-4-238I与Sw关系曲线实例GaoJ-4-239RtR0RwResistivityCubeofwaterhavingresistivityRwNon-shalyrock,100%saturatedwithwaterhavingresistivityRwRockcontainingporessaturatedwithwaterandhydrocarbons=100%Sw=100%=20%Sw=100%=20%Sw=20%IncreasingResistivity(1)Rockcontainingoil/gas(2)Rockcontainingwater(3)FreshWater(4)SaltWaterIncreasingConductivityArchieEquationGaoJ-4-240a、b、m、n的确定方法主要利用岩石物理实验测量确定a、b、m、n。在本地区选择同类岩性的若干块岩样，分别测量在100%饱和盐水时的电阻率R0，不同含水饱和度Sw时的电阻率Rt及相应的值，在双对数坐标上分别绘出F~和I~Sw关系曲线。根据F~和I~Sw关系曲线，可以确定a、b、m、n数值！GaoJ-4-241地层水电阻率Rw的求取：用水分析资料或地区参数值确定Rw用自然电位测井（SP）计算Rw利用水层电阻率R0反求RwArchie公式中a、b、m和n及Rw等参数对公式应用效果影响明显，需要随地区或解释层段变化而确定！42G.E.ArchieGustaveE.Archie(1907~1978),apioneerinformationevaluation,developedthefundamentalquantitativerelationshipsamongporosity,electricalresistivityandhydrocarbonsaturationofrocksthatlaidthefoundationformodernloginterpretation.Hisfundamentalformulaisknownthroughouttheindustryasthe“ArchieEquation”.Archieisalsocreditedwithcoiningtheterm“petrophysics”.Petrophysicsisthestudyofrockpropertiesandrockinteractionswithfluids(gases,liquidhydrocarbons,andaqueoussolutions).“ThemostinfluentialstudyofrockresistivitywasArchie's1942examinationofsandstonecoresfromgulfcoastregion.”——Hearst,Nelson1985GaoJ-4-2Archie公式是针对纯地层得到的！其理想应用条件是具有粒间孔隙的纯地层。对含泥质较多的地层和裂缝性地层，直接应用Archie公式往往有问题。但是，它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，成为测井资料综合定量解释的最基本解释关系式。Archie公式是测井油气识别与定量评价的理论基础！Archie公式地位GaoJ-4-2432.储层含油性的定性解释(1)电阻率比较法标准水层对比法/径向电阻率法/时间推移测井法(2)交会图法电阻率—声波时差交会图(3)视地层水电阻率法(4)邻井曲线对比法(5)直观显示气层的方法“储层含油性的快速直观解释”GaoJ-4-2441）

标准水层对比法原理：根据测井曲线确定渗透层，并将岩性均匀、物性好、深探测电阻率最低的渗透层作为标准水层；然后，将解释层与标准水层比较，电阻率大于3~5倍标准水层电阻率的储层判断为油气层。油气层Rt>(3~5)R0I=Rt/R0=1/Sw2条件：岩性、物性、地层水性质一致！标准水层对比法实例(1)电阻率比较法GaoJ-4-245GaoJ-4-246标准水层对比法实例油层Rt=5~13Ω.m水层Rt=1.2Ω.m营33-斜XX井日产油47t，不含水2）径向电阻率法

Rmf>Rw时：水层—增阻侵入(高侵)

Rxo>Rt—负差异油层（油水同层）—减阻侵入(低侵)

Rxo<Rt—正差异

Rmf<Rw时：水层、油层（油水同层）—减阻侵入(低侵)

Rxo<Rt—正差异但Rt油层>Rt水层，油层差异>水层差异。

注意：对薄层通常需要进行影响因素校正！储层径向电阻率分布示意图(a)高侵剖面(b)低侵剖面GaoJ-4-247用深、浅侧向测井曲线判断油水层48负差异正差异GaoJ-4-2河86-XX水层高侵油层低侵水层：深/中/浅：1/1.2/2.5油层：深/中/浅：9/7/5.5I=9/1水层高侵ZS6井油层低侵3218.5~3225.5m6mm油嘴放喷，日产油76.3m3、气2607m3阵列感应侵入特征与试油结论一致含油层段第一次测量第二次测量渗透层段：呈现增阻现象水层更明显非渗透层段：两次感应曲线基本上重合3）时间推移测井法两次感应测井曲线对比实例GaoJ-4-249(2)交会图法电阻率—声波时差交会图GaoJ-4-250GaoJ-4-251声波时差（us/m）GaoJ-4-252声波时差（us/m）GaoJ-4-253(3)邻井曲线对比法邻井曲线对比法实例红色线—SP曲线；蓝色线—0.45m视电阻率曲线GaoJ-4-254声波测井：天然气使声速降低，声波幅度衰减明显，测井声波时差明显变大或出现“周波跳跃”，ФS增大；密度测井：由于天然气的密度明显低于油的密度，因此在密度测井曲线上表现为密度测井值下降，ФD增大；中子测井：天然气使中子测井读数下降，ФN降低，挖掘效应明显时甚至可能出现负值。用三种孔隙度曲线或两种孔隙度曲线按孔隙度刻度重叠在一起时,气层幅度差明显，即声波孔隙度ΦS和密度孔隙度ΦD明显大于中子孔隙度ΦN。注意：由于孔隙度测井探测深度较浅，受钻井液滤液侵入影响较大。当钻井液滤液侵入很深时，孔隙度测井曲线上可能看不到异常显示，这时要结合深、中、浅电阻率作分析。(4)直观显示气层的方法GaoJ-4-255中子-密度孔隙度重叠法解释天然气实例1与5号

N>

D，直观指示是泥岩层。层号2、3与4

N<

D，直观指示是气层。3709~3725m测试结果：天然气产量88.63万m3/d，原油产量1.5m3/d，水产量13.4m3/d。气层-油层测井曲线及解释结果GaoJ-4-256(1)层状泥质砂岩并联导电模型层状泥质砂岩地层及等效并联电路模型假设层状泥质砂岩由纯砂岩及层状泥质组成；设岩石截面积为A，边长为L；纯砂岩及层状泥岩截面积分别为Asd及Ash；纯砂岩孔隙度为

sd，含水饱和度为Sw；泥质砂岩有效孔隙度为

e。若电流垂直岩石截面流向地层，则泥质砂岩的电阻r为纯砂岩电阻rsd及泥岩电阻rsh的并联：（1）3.泥质岩石饱和度模型GaoJ-4-257层状泥质砂岩地层电阻率假设泥质砂岩、纯砂岩及层状泥岩的电阻率分别为Rt、Rsd及Rsh，则有：将上述三式代入（1），两端乘以L2，得：其中，V、V1和V2分别为泥质砂岩、纯砂岩和泥质等效体积。令纯砂岩、泥质的相对体积分别为Vsd、Vsh，（2）式可写为：或（2）或（3）GaoJ-4-258层状泥质砂岩地层饱和度模型对纯砂岩，应用Archie公式将上式代入（3），得：因此，可得：GaoJ-4-259若取m=n=2,a=1，则因此：层状泥质砂岩的有效孔隙度

e=

sd(1-Vsh)；(2)泥质岩石的Simandoux公式和Indonisia公式Simandoux方程Indonisia方程常取m=n=2;d=1~2，常取d=1常取c=1-Vsh/2GaoJ-4-260(3)泥质岩石的Waxman-Smits模型通过实验测量，Hill和Milburn发现了随溶液电导率(Cw)增加，岩石电导率(C0)的非线性变化规律，如图所示。Waxman和Smits认为，在稀溶液范围（图中低Cw段），溶液电解质浓度的增加所导致的岩石电导率的急剧增加是由于岩石中粘土表面可交换阳离子的迁移率增加所致。B：交换阳离子当量电导（S.cm3/(mmol.m)）GaoJ-4-261W-S模型GaoJ-4-262含低矿化度(5,000mg/L)地层水油层的I~Sw关系含高矿化度(60,000mg/L)地层水油层的I~Sw关系（岩心刻度测井）岩心刻度测井就是在取心井段，应用数理统计方法建立测井资料和岩心分析资料之间的统计模型，然后应用这些统计模型在全井段(甚至在一个地区)进行定量解释处理。岩心刻度测井方法主要用于孔隙度、渗透率、泥质含量等参数的评价，一定条件下也可用于评价饱和度。岩心刻度测井技术的成功与否取决于岩心分析资料的数量、质量和代表性。岩心资料越丰富，越具有代表性，所作的分析化验项目越齐全，这类方法越可靠；反之，当岩心资料很少，单纯应用统计方法，解释模型变得不可靠。四、应用统计方法建立地区解释模型GaoJ-4-2631.岩心分析资料和测井资料的收集所需要的岩心分析资料有：物性分析资料、岩电实验资料、粒度分析资料、压汞资料、粘土分析资料、薄片分析资料和扫描电镜资料等。测井资料的收集要求：测井项目应当齐全，并注意了解测井仪器类型、性能、刻度条件及测井曲线图头上的温度、钻头直径、泥浆性能。2.资料的整理（1）测井资料的环境校正和标准化处理环境校正的目的是尽可能地减少和消除各种非地层因素的影响，使校正后的测井曲线尽可能真实地反映地层性质和孔隙流体性质的变化，保证测井曲线的质量。（主要考虑井眼及泥浆影响）标准化处理的原因通常来源于不同测井公司、不同测井仪器和不同井的测井资料之间存在不反映地层变化的系统误差。有定性和定量两大类标准化方法。GaoJ-4-264（2）岩心分析数据的整理岩心分析数据的插值处理：将离散的、非等间