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低孔低渗砂砾岩油气藏测井综合评价技术摘要低孔低渗储层是我国目前岩性地层油气藏勘探开发所面临的主要储层类型，低孔低渗油气藏是未来我国油气储量和产量的主要来源。低孔低渗储层的测井评价一直是一个难点。储层评价的一个十分重要的任务就是确定储层的含水饱和度，然而孔隙结构的复杂化使岩石的电导率与含油饱和度偏离阿尔奇关系,使其成为非阿尔奇岩石，并且低孔低渗特性通常导致测井响应复杂，同时也加剧了低孔低渗储层含水饱和度评价的难度。本文通过总结近几年的文章提出了低孔低渗油气藏测井解释的常用方法。AbstractLow porosity and Low permeability reservoir is the main reservoir typeof chinas current lithostratigraphy hydrocarbon exploration anddevelopment，and it is the main source of Chinas future oil and gas reserveand output. The log evaluation of low porosity and low permeabilityreservoir is always one difficult point. The determination of saturation is avery important task on reservoir evaluation. However, the complexity of itspore structure make rocks conductivity and satuation deviate from Archierelationship, result in the rock becoming non-Archied rock. Usually, theproperty of low porosity and permeability leads to complicate log response,at the same time, it exacerbates the difficulty of saturation evaluation.目录第一章 绪论31.1低孔低渗储集层研究的重要意义31.2低孔低渗储层评价方法研究现状3第二章 低孔低渗储集层的分类及成因52.1低孔低渗储集层的分类52.2低孔低渗储集层物性的影响因素5第三章 低孔低渗储集层测井特征73.1低孔低渗储集层测井研究技术难点和对策73.2低孔低渗储集层测井响应特征83.3低孔低渗储集层测井评价方法9第四章 低孔低渗储集层测井评价114.1低孔低渗储集层测井物性参数的计算方法114.2低孔低渗储集层测井岩性识别134.3低孔低渗储集层测井油气识别154.4低孔低渗储集层评价方法展望15结论17参考文献18第一章 绪论1.1低孔低渗储集层研究的重要意义随着科学技术的发展，石油勘探开发程度更加深入，各种工艺技术也不断提高和完善，低孔低渗砂岩油气藏的勘探与开发已成为全球石油工业的重要组成部分。其中，美国西部、南部的20个沉积盆地拥有大量的低孔低渗油气田，其可采储量占该国总储量的1015；原苏联地区低渗油气层储量已占其总储量的42.5，年产量已达到1108t；我国在长庆油田、吉林油田、大庆油田、塔河油田等地区都存在大量的低孔低渗油气藏，据有关资料预测低渗油气藏已占我国石油总储量的29.7，占天然气总储量的56。低孔低渗油气藏已成为我国油气勘探开发活动的重要领域之一。随着近10年岩性地层油藏的广泛勘探，每年低孔低渗油层约占我国石油储量的一半以上，可见其丰富的潜力。例如吉林油田低渗透油田的探明储量占油田总探明储量的63.5、动用储量占油田总探明储量的41和产量占油田总探明储量的49.66，还有39184104t已探明未动用的低渗透储量，占全部未动用储量的89，近年来要探明的储量也几乎全部为低渗透储量，今后的开发对象以低渗透油田为主。同样辽河油田有低渗透油藏断块20个，总计含油面积130.01km2，原油地质储量15471104t，分别占已探明含油面积和原油地质储量的13和7.5。目前低孔低渗储层已成为一些老油田老井挖潜、增产上储和新区块勘探开发的主要对象，以这类储层为油气勘探主要目标已受到石油行业1.2低孔低渗储层评价方法研究现状对砂泥岩剖面中，高-中孔隙度储层的测井评价已累积了一整套相当成熟的解释处理方法，确实能够提供有关地层评价比较可信的结果，并在油气勘探史上留下光辉的一页39。但是，对低孔隙度、富含泥质、低渗透率、低含油饱和度的砂岩储集层的油气测井评价，测井技术所表现出来的能力不足。目前低孔低渗油气藏的勘探开发不成熟，但经过鄂尔多斯盆地和松辽盆地的理论和实践，在勘探、开发低孔低渗油气藏的理论和实践方面都总结了许多有益的经验，主要成果集中在地质规律研究和开发方案、测井解释沿用中高孔渗油气藏的解释方法和思路居多。低孔低渗储层评价的水平与油气勘探技术需求还有较大的差距，在1989年全国测井解释年会上低孔低渗储层测井解释被列为当时十大”解释难题之一。对这类储层目前尚缺少一套较为实用的新理论、新方法和新技术，存在着一系列迫切需要解决的问题，严重制约了低孔低渗砂泥岩储层测井评价工作的顺利进行。例如南墨西哥湾的低孔地层评价技术，斯伦贝谢公司低孔、低盐度地层特性评价技术等。在UK海相盆地用NMR核磁共振测井仪探测低到中等孔渗及低含氢指数的油气层取得成功。美国得克萨斯州一所大学研究出一种用标准井试验和测井数据计算渗透率的新型地层评价方法并被广泛应用到低渗透率的气层中。虽然在低渗透油气藏的地质特征、机理研究和综合解释等方面已做了许多实验和研究工作，但是由于该类储层的孔隙结构和岩石物理特征的复杂性，在测井曲线上反映不灵敏，储层特征和油气水特征不明显，因此对它们的响应机理及解释方法研究工作并未系统化、完善化。许多预探井区的岩石物理研究处于开始阶段，测试资料少，解释模型及计算参数都是借用相邻区域和其它层系的经验，定量计算油层各参数的精度不够。可以说，近几十年来，测井解释的工作模式并没有突破人工解释的框架，解释水平的提高很大程度上依赖于解释人员地区经验的积累，实际工作中常应用本地区经验和统计规律，即按区块、分层段建立解释模型(图版)，导致图版越来越多，并随勘探区域的不断扩展而继续扩充。在解释理论方面，几十年来一直沿用测井解释学赖以生存的阿尔奇原理，但它是均匀介质、理想条件下的产物，用它解决非均质性严重的低渗透储层，其精度可想而知。虽然在某些特殊岩性的储层评价中对阿尔奇公式也有进一步的探讨和变形，但是针对低渗透储层目前还没有开展完整的系统的岩石物理实验研究44。目前提高低孔低渗储层的测井解释水平，主要有两种途径，一是发展新的测井方法、研制新的测井仪器;二是开展基础理论研究、发展新的测井解释方法，加强测井精细解释技术的研究。相对国内而言，国外的研究者比较重视第一种途径如斯伦贝谢(Schlumberger)测井公司推出MAXIS-500的成象测井系统，阿特拉斯(Atlas)测井公司推出ECLIPS-2000即5700的成象测井系统都大大提高了低孔低渗储层的测井水平，为测井解释提供更加精确可信的测井参数。国内许多院校和测井研究单位则主要利用各种测井资料并与地质、录井、试油资料紧密结合，以发展新的解释方法，开拓新的解释途径。第二章 低孔低渗储集层的分类及成因2.1低孔低渗储集层的分类低渗透这一概念早在20世纪3040年代的科技文献中就已出现，但至今尚无统一的、科学的定义，国内外许多学者不仅划分标准不一，而且名称也各异。A.I.莱福生(1956年)认为渗透率为5103m2或更低的储层可称为致密砂岩或致密灰岩;美国联邦能源管理委员会公布的法规(1955年)，规定渗透率大于1103m2的地层不包括在致密含气地层中;前苏联地层学家认为，岩石颗粒间渗透率不超过0.1103m2为低渗透储层。我国各油田对低渗透的理解也不一致，中原油田把渗透率110103m2的储层定为“低渗透层”，而把渗透率小于1103m2的储层定为“致密储层”;长庆油田认为“低渗透油藏”是指渗透率很低(如0.110103m2)的油、气层所构成的油气藏。中华人民共和国国土资源部根据国内主要油气田储层物性分布规律和相关储层分类方案研究成果，于2005年颁布了碎屑岩储层物性分级标准（表 2-1）。表 2-12.2低孔低渗储集层物性的影响因素1）物源和沉积环境的影响物源区是沉积物产生的地方，每种母岩类型都具有其特殊的矿物组合，因此构成了沉积岩石特征的指标。物源区母岩类型有花岗片麻岩、花岗岩、沉积岩和火山岩等，由于在沉积岩石成分中，石英的硬度较高而且稳定性好，所以母岩为花岗片麻岩和花岗岩的物源沉积形成的储集层趋向于物性较好;而母岩为火山岩的物源，由于含有较多的可塑性矿物成分，沉积形成的储集层物性最差;其他类型母岩的物源所沉积形成的储集层物性介于两者之间。在沉积环境中，湖盆有淡水湖盆、微咸水湖盆、半咸水湖盆、含盐湖盆和湖泊、沼泽交替湖盆等，对于储集层物性最为有利的湖盆水介质是淡水、微咸水和半咸水。2）沉积相的影响 大量统计资料表明，沉积相是影响物性的最基本因素，不同沉积砂体和不同沉积相带储集层往往具有不同的物性参数，一般水动力强的环境下沉积的储集层粒级相对较粗且岩石中填隙物少，分选好，其物性常较好，即使经受长期成岩作用改造，物性仍较好。3）成岩作用的影响成岩作用对储集层物性的改造，主要以压实作用、胶结作用、溶解作用、交代作用及破裂作用的影响最为明显，其中机械压实作用和胶结作用是破坏原生孔隙的重要原因。4）构造应力作用的影响构造应力作用对物性的影响，既有有利的一面，也有不利的一面。如吐哈盆地台北凹陷中侏罗统一般物性较差，但由于裂缝的发育并伴随有溶解作用的产生，使物性得到明显改善，所以有的储集层可达中孔中渗级别。其不利方面是由于挤压应力使岩石变得更加致密，如台北凹陷的博格达山由北而南的挤压，使山前带储集层物性在全区内是最差的。第三章 低孔低渗储集层测井特征3.1低孔低渗储集层测井研究技术难点和对策储集层测井评价的技术难点（1）次生孔隙的存在使储集层孔隙结构变得复杂化。低渗透储集层次生孔隙发育，孔隙类型多样，孔隙结构十分复杂，非均质性强，具有特殊的渗流特性，即低渗透层孔喉半径与渗透率往往呈非线性函数关系;同时，孔隙结构的复杂化使岩石的导电性与含油性偏离阿尔奇的线性关系，使其成为非阿尔奇岩石。（2）储集层的低孔低渗特性导致测井响应复杂。储集层物性差，含油饱和度低，测井响应中来自油气的信息较少，相对而言，岩性(大多含有含量较高的沉积岩、变质岩和火山岩等岩屑、孔隙结构等非流体因素对测井响应的影响增大，造成测井信噪比低，油气水层难以识别，工业产层与低产层、干层界限模糊，其孔渗饱模型将更加复杂、建立难度也更大。（3）泥饼不容易形成，侵入作用严重。相对于高孔高渗储集层而言，低孔低渗储集层更易受钻井液侵入的污染，钻井液滤液对低孔低渗储集层的侵入较深，进一步加剧了测井区分油(气)、水层的难度。（4）产能级别评估与储集层性能评价困难。影响储集层产能的因素很多，其中有些因素是在测井采集之后发生的，因此测井信息不能反映，即使有些因素在测井采集之前已经产生，但测井揭示的能力往往也较弱，再加上低孔低渗储集层的渗流特性并不完全满足达西定律，造成应用测井资料进行产能评价的难度很大。（5）测井精度要求高，常规测井系列难以满足要求。提高测井评价质量的对策（1）选择储集层测井评价的重点和解释方法时，应视储集层的具体情况区别对待。低孔低渗储集层有多种类型，不同类型的低孔低渗储集层测井评价的重点和解释方法应根据其地质成因、岩性矿物成分、孔隙类型及孔隙结构情况而变化。（2）优选低孔低渗油藏测井系列，力求准确采集信息，使用测井新技术，重视声电成像、核磁共振、偶极声波、模块式地层测试及元素俘获测井的应用，并与常规测井相结合，形成以储集层分类为基础的测井方法及技术，提高低孔低渗油藏测井采集精度。（3）重视储集层孔隙结构的测井评价，建立以岩石物理为基础的测井孔隙结构评价方法，发挥测井新技术(核磁共振、偶极横波和阵列电法测井等)在孔隙结构评价中的独到优势，建立评价孔隙结构的方法。（4）建立精细的孔渗饱模型。针对低孔低渗、孔隙结构复杂，而且岩性矿物成分也较复杂的储集层，在有效的测井系列的前提下，结合岩石物理研究建立基于储集层分类和孔隙结构分析条件下的精细孔渗饱计算模型，同时还需要注意钻井液侵入作用对储集层电性质的影响。（5）油气层识别应重视测井评价结果与录井、气测等第一性资料的综合应用。综合对比测井、地质等资料，建立储集层“四性”(岩性、物性、电性、含油性)之间的内在联系，达到综合评价其含油气性的目的。（6）开展产能级别评估与储集层性能评价，测井产能评价研究应以产能级别评估、储集层性能评价等定性结论为主。通过测井产能基本评价，划分出优质储集层的发育段及分布区域。同时，结合对储集层孔隙结构及其含油饱和度、储集层产液性质之间相互关系的研究，开展油气藏流体分布规律的分析评价。3.2低孔低渗储集层测井响应特征低孔低渗储集层测井响应特征的研究是低孔低渗储集层评价的一个难点，而它也控制着储集层解释评价的精确度。对于物性较差的储集层来说，岩石骨架和孔隙结构大大影响了测井响应特征，以及钻井液侵入对电阻率测井的影响，进一步降低了测井反映流体类型和有效储集层的能力。下面通过列表分别论述低孔低渗储集层的测井响应特征。表 3-13.3低孔低渗储集层测井评价方法传统测井评价方法主要是针对原生粒间孔隙储集层，孔隙结构相对简单，喉道较平直，孔隙与喉道分选好，孔隙度与渗透率呈指数关系(半对数坐标系下为直线)，岩电关系近似直线，同一油藏中，孔隙结构变化不大，对储集层电阻率影响小。而低孔低渗储集层评价方法则要考虑岩性、物性等影响因素，下表从四个方面阐述了低孔低渗储集层评价方法及其优点，并且还说明了有哪些方法更适用于低孔低渗储集层。表 3-2第四章 低孔低渗储集层测井评价4.1低孔低渗储集层测井物性参数的计算方法低孔低渗储集层泥质含量的计算由于GR曲线可以有效区分砂泥层，所以泥质含量的计算采用如下公式：（式 4-1）（式 4-2）式中Vsh为泥质含量，GRmin，GRmax分别为GR的最小值和最大值，在处理井剖面时根据实际情况分段选取。GCUR为地区经验系数，对第三纪地层为3.7；对老地层为2。低孔低渗储集层孔隙度的计算孔隙度的计算利用三孔隙度测井曲线1）声波计算孔隙度（式 4-3）2）中子计算孔隙度（式 4-4）H，Hma，Hf和Hsh分别为地层，岩石骨架，孔隙流体和泥岩的含氢指数。3）密度计算孔隙度（式 4-5），ma，f和sh分别为地层，岩石骨架，孔隙流体和泥岩的密度值。4）中子密度孔隙度（式 4-6）N为中子孔隙度，D为密度孔隙度。低孔低渗储集层含水饱和度的求取通过对低孔低渗储层的成因、岩石学特征、孔隙结构特征、物性特征、岩电参数特征和测井曲线特征的研究，并依据岩心分析数据对研究区电阻率的影响因素进行分析，总结了影响低孔低渗岩石电阻率两个主要原因：一是泥质的附加导电性，二是由于泥质含量的增加使孔隙结构变复杂而使岩石电阻率值增加。1）岩电参数的求取通过收集我国各个地区的岩电参数，岩电参数特征主要表现在以下几点：（1）纯砂岩的胶结指数m较高，岩性指数a较低，中等渗透性的砂岩，胶结指数m中等，岩性指数a中等，而泥质含量较高的低孔低渗岩石胶结指数m较低，岩性指数a较高。孔隙度越小，m值越小，a值越大。对于低孔低渗储层各地区的岩电参数m变化在0.82之间，a通常大于1，且变化区间比较大，有的可以达到10以上。（2）b的变化区间比较小，而且受孔隙度的影响也不是很大，基本上趋近于1，n基本上变化在1.53之间，通常在1.6左右。（3）在某些地区m与孔隙度有很好的相关性，可以使用随孔隙度变化的m，n也同样。（4）在很多地区地层因素F与孔隙度的关系图经常具有分段性，在孔隙度相对大的区域与孔隙度相对小的区域，F与孔隙度关系是不同的，m与a需要分段选取。2）地层水电阻率Rw的确定（1）直接测定地层水样的电阻率，并换算到相应的地层温度。（2）分析水样的离子成分，然后换算到地层温度下的电阻率。（3）利用自然电位资料计算。（4）根据相同层系的已知水层，利用电阻率测井和孔隙度测井结果确定。3）含水饱和度解释模型导电模型的提出将遵循导电模型提出的基本思想，考虑泥质对Ro影响的两个相反因素，所以模型中涉及到泥质含量Vsh的项将分为两部分，一部分为泥质的附加导电性部分，即泥质含量Vsh的增大使电阻率减小的因素，另一部分因素则考虑，Vsh增大时引起储集层岩石颗粒结构变化，孔隙结构趋于复杂化，而使泥质砂岩电阻率增大的部分。（式 4-7）（式 4-8）Kp：提出的孔隙结构改造系数；物理意义：当Vsh越大pore越小时，说明其对孔隙结构改造越重；C：比例常数，与地区有关，不同地区C分别选取；在研究区，根据导电模型计算的Ro与实验室测定的Ro对比，调整C，直至计算的Ro与实验室测得Ro值相差最小，则这个值即为研究区的最佳C值。物理意义：孔隙结构改造的强弱。Rw：地层水电阻率；Rsh：泥质电阻率；Vsh：泥质含量；：孔隙度。相对应的含水饱和度计算公式如下：（式 4-9）4.2低孔低渗储集层测井岩性识别交会图法交会图法是一种测井资料的解释技术。它是把两种测井数据在平面图上交会，是根据交会点的坐标确定出所求参数的数值和范围的一种方法。应用测井数据交会图识别地层岩性是一种简单而有效的方法。由于不同测井曲线通常具有相关性，将多种常规测井信息有效地综合起来是识别复杂岩性的最佳途径。主成分分析方法能利用坐标变换或降维处理，消除或减少无用分量，将测井数据按地质成因上的联系进行归纳、整理、分类并提炼，获得综合多种信息的主成分变量，这些主成分基本不损失原来测井值的信息，又减少了变量数目从而更有效地识别地层岩性。依据不同岩性种类的地质特征和测井响应特征，通过相关分析，优选自然伽马、声波时差、深感应电阻率、中子孔隙度、中子密度等5条测井曲线作为主成分分析输入参数，分别计算了第一、二主成分。图 4-1BP神经网络法岩性复杂、地层水矿化度高、地层裂缝发育、非均质性强的的复杂研究区，通常导致测井响应具有模糊性，不能准确的反映各种主要岩性特征的问题，应用具有自组织、自学习、自适应、容错及抗干扰能力的BP神经网络方法进行岩性自动识别具有较大优势。FMI测井识别岩性全井眼地层微电阻率成像测井（FMI）是石油工业中使用的最新一代电阻率成像测井方法，它利用大量类似的高分辨率微电阻率测量响应产生井壁的电图像。FMI图像具有高分辨率、连续性强、高覆盖率和方位性等优点，因此处理后的图像解释与岩心描述有很多相似之处。4.3低孔低渗储集层测井油气识别1）低孔低渗储层测录井资料油气识别方法低渗透储集层成因机理复杂，储集层性质是沉积、成岩、构造和流体改造作用的综合效应1。其孔隙度较小，流体含量低，使储层流体对电性的控制作用远远小于岩性、物性对电性的控制作用2。因此，在低孔、低渗油气储层中测井资料受储层岩性、地层水性质和储层物性等影响较大，造成油层、气层、油水层、水层和干层的测井曲线差异特征不明显，单一应用测井资料识别油、气困难。气测录井通过监测返回地面的泥浆所含的烃类含量及各组分的含量比例，定性判别油、气、水层。地化录井是通过求取储层单位体积的含烃量来判别油、气、水层的。气测录井和地化录井获得的是地下油气的直接信息，只与储层所含有机烃类物质的丰度和烃类中各成分的百分含量有关，受油气藏储层岩性、地层水性质、物性影响相对较小，是直接发现油气储层的重要手段之一，在低孔、低渗储层油气识别中具有优势。基于以上理论基础，应用神经网络技术对测井资料与录井资料进行综合处理，利用测井信息的丰富性和分辨率的高优势与录井资料识别油、气、水层的直观、准确性互相结合，对低孔、低渗储层进行油气识别。4.4低孔低渗储集层评价方法展望随着油气藏勘探的不断深入，低孔低渗储集层测井评价涌现了很多的新的技术和理论，以提高探测横向深度、分辨率以达到直观可视和成像目的，加深了对低孔低渗储集层的认识，提供了新的解决途径和解释思路。成像测井可用于岩性、裂缝及地应力分析。其中阵列感应成像测井适用于中、低电阻率地层，可以划分薄地层，描述钻井液侵入特性、作二维图像显示等。多极子阵列声波成像测井能够用于地应力分析，为压裂及射孔施工提供依据。微电阻率扫描成像测井和方位电阻率成像测井可用于裂缝的识别和评价。核磁共振测井不受岩性影响，其测井数据包含大量储集层孔隙流体和孔隙结构的信息，为复杂油气储集层评价提供很多重要依据，比如可以获得地层有效孔隙度、渗透率、可动流体体积及束缚流体体积等参数。此外，还有现代数学理论，如分形、模糊数学、神经网络等数学方法为低孔低渗储集层测井评价提供了新的方法。结论1.低孔低渗储层，油水层电性特征复杂，每个地区的低孔低渗储层主要成因不同，正确分析其成因是正确评价饱和度的关键。2.泥质、