（应用数学专业论文）低孔渗含钙砂泥岩薄互层电阻率求真处理方法.pdf

中文摘要 中文摘要 由于大庆长垣以西地区萨尔图、高台子油层具有典型的含泥含钙、砂泥薄互感 现的特点，一般单层厚度小于l m ，薄互层内砂岩厚度小于o 4 m ，超出了各种测井 方法豹垂向分辨能力，加之含泥含钙，致使漓水层解释尤其是水淹层解释符合率一 直处于较低水平。针对油田具体特点，通过理论与经验校正方法相结合，开展双侧 向电阻率层厚圈岩校正、辩眼校正、岩性校照，突出电阻率与储层流体内在关系， 达到较准确评价油水层的舀的 本文给出的电阻率校正方法首先采用理论校正图版消除侧向测井井眼泥浆分流 影响，进而以密闭取芯并的岩石物理实验资料为基础，建立有效孔隙度、钙质含量、 泥质含量、胶结指数、含水饱和度计算模型最终通过回归分析手段建立起岩心分 析含水饱和度与储层电阻率、泥质含量、钙质含量、瑟厚、围岩电阻率、地层水电 阻率关系方程，从侧向测井原理出发确定了各种地质参数、环境参数对溯井响应的 贡献大小，实现电阻率测辩的岩性校正、层厚围岩校正以经典的阿尔奇模型为桥 梁，检验校正方法的校正效果经实际资料检验，校正后电阻率计算含水饱和度平 均绝对误差达到5 4 8 p u 。平均相对误差8 7 5 ，较校正前计算含水饱和度分别提 高了2 8 3 p u 及矗1 5 个百分点，对摄高油水瑟解释符合率，尤其水淹层勰释符合率 具有非常重要意义 关键调； 溅并解释；双侧向测井；环境影响；薄层；岩性校歪 a b s t r a c t i nw e s to fd a q i n gc h a n g y u a n ，s a e r t ua n dg a o t a i z io i ll a y e r sc o n t a i nc l a y s h a l ea n dc a l c i u m ，s a n da n ds h a l ei nr e s e r v o i rh a v et h i nm u t u a l l yc h a r a c t e r i s t i c ， a n db e c a u s et h et h i c k n e s so ft h i ni n t e r b e d1 a y e ri si ss m a l l e rt h a no 4 m ，h a ss u r - p a s s e dt h er e s o l u t i o no fe a c hk i n do fw e l ll o g g i n gm e t h o d ，c a u s i n gt h ee x p l a n a t i o n c o i n c i d e n c er a t eo fi n t e r p r e t a t i o nc o n t i n u o u s l yt ob ei nal o w e rl e v e l ，p a r t i c u l a ri n w a t e r - f l o o d e dz o n e s b a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i ca n db a s i ct h e o r yf o rl o g g i n gi n t e r - p r e t a t i o n ，c o m b i n e dw i t ht h ee x p e r i e n c eo fc o r r e c t i o nm e t h o d ；t h i sa r t i c l ed e v e l o p s f o r m a t i o nt h i c k n e s sa n dt h ea d j a c e n tf o r m a t i o nc o r r e c t i o n ，t h eb o r e h o l ec o r r e c t i o n ， t h el i t h o l o g i c a lc o r r e c t i o no ft h ed u a ll a t e r o l o g ，p r o m i n e n t i n ge l e c t r o n i cr e s i s t i v i t y a n dt h er e s e r v o i rf l u i di n t r i n s i cr e l a t i o n s ，a c h i e v e dt h eg o a lo fe v a l u a t i n gr e s e r v o i r a c c u r a t e l y t h ee l e c t r o n i cr e s i s t i v i t yc o r r e c t i o nm e t h o df i r s t l yu s e st h et h e o r yc o r r e c t i o n c h a r tt oe l i m i n a t et h em u dd i v e r g e n c ei n f l u e n c e ，a n dt h i sa r t i c l ee s t a b l i s h e st h ec a l c a r e o u sc o n t e n t ，t h es h a l ec o n t e n t ，t h ee f f e c t i v ep o r o s i t y ，t h ec e m e n t a t i o ne x p o n e n t ， t h ew a t e rs a t u r a t i o nc o m p u t a t i o nm o d e lt h r o u g hp e t r o p h y s i c se x p e r i m e n t a ld a t ao f s e a l i n gc o r e ，f i n a l l ye s t a b l i s h e st h ec o r es a m p l ea n a l y s i sw a t e rs a t u r a t i o na n d t h e r e s e r v o i re l e c t r o n i cr e s i s t i v i t y ，t h es h a l ec o n t e n t ，t h ec a l c a r e o u sc o n t e n t ，t h ea ( i j a - c e n tf o r m a t i o ne l e c t r o n i cr e s i s t i v i t y , t h er e s i s t i v i t yo ft h ef o r m a t i o nw a t e rr e l a t i o n s e q u a t i o n b a s e dt h el a t e r o l o gp r i n c i p l e ，i th a dd e t e r m i n e dt h e c o n t r i b u t i o no fe a c h g e o l o g i c a lp a r a m e t e r ，t h ee n v i r o n m e n tp a r a m e t e rt ot h el o gr e s p o n s e ，a c h i e v e df o r - m a t i o nt h i c k n e s sa n dt h ea d j a c e n tf o r m a t i o nc o r r e c t i o n ，t h el i t h o l o g i c a lc o r r e c t i o n t a k i n gt h ec l a s s i c sa r c h i e sf o r m u l a ，t h ee x a m i n a t e dt h ee f f e c to fc o r r e c t i o n a f - t e rt h ea c t u a lm a t e r i a le x a m i n a t i o n ：t h ea v e r a g ea b s o l u t ee r r o ro fc o m p u t i n gt h e w a t e rs a t u r a t i o na c h i e v e d5 4 8 p u t h ea v e r a g er e l a t i v ee r r o ra c h i e v e d8 7 5 i th a v e m u c hs i g n i f i c a n c ei ne n h a n c i n gt h ee x p l a n a t i o nc o i n c i d e n c er a t e ：e s p e c i a l l yi nt h e e x p l a n a t i o no fw a t e r f l o o d e dz o n e s k e y w o r d s ：l o gi n t e r p r e t a t i o n ；d u a ll a t e r o l o g ；e n v i r o n m e n t a le f f e c t ；t h i nb e d ； l i t h o l o g yc o r r e c t i o n i l 黑龙江大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得黑龙江大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料 学位论文作者签名：否呵际 签字日期舯瑚争扣 学位论文版权使用授权书 本人完全了解黑龙江大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人 授权黑龙江大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文 学位论文作者签名：匆涝扮文芥 签字日期：出国眸广月伊1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址； 聊獬。刮。乙 辩日w 岁月叩 电话： 邮编： 第1 章绪论 第1 章绪论 随着工业的不断发展，世界范喇内对油气的需求量越来越大，促使勘探领域不 断扩展和深入对于地质条件有利的地区勘探程度的加深和勘探区域的越来越广 泛，使一些特殊的储集层越采越多邋为人 l 所认识，妇复杂泥质砂岩赭层、袭缝性 储层、致密油气储层以及低电阻率储层等在我国大庆油田，存在许多含泥含钙的 复杂泥质砂岩储层，针对这种特殊的油气储屡，本文对其进行了研究。 1 1 区域地质概况 1 1 1 沉积特征 大庆长垣西部位于松辽盆地西二l 艺部，是多年来勘探开发的重点地区，尤其在龙 西、敖古拉、太康及西部超覆带 1 - 4 】在中部含油组合萨尔图、葡萄花、高台子油 层沉积时期，由于距英台、齐齐哈尔物源近，普遍发育着河流、三角渊及滨浅湖摆 沉积在青二段、青三段、姚二、三段及嫩一段沉积时期，由于湖盆收缩与扩张频 繁，沉积岩小层厚度较薄，制瑟上呈现砂泥薄嚣特征。与此同时，由于水体较浅，阳 光、气温适宜，古生物发育极其繁茂，致使萨尔图、高台子油层储层中普遍含钙， 有些地层出现了介形虫骨架堆积与粉砂交互层。齐家一吉龙凹陷生成的油气，在二 次运移时经由西部斜坡区刘酉部超覆带聚集起来，有的由于微幅度构造或岩性尖灭 区保存下来，形成不同类型油气藏 1 1 2 储层特征 大庆长垣西部龙虎泡、敖古拉、龙西、龙南、新店、英台等诸多油圈是外围油 田增储上产的主力油田，开发层位以萨尔图、葡萄花、高台子油层为主【5 】多年的 勘探开发实践表明，这些油匿萨畚匿、高台子溜层普遍发育着含钙砂泥岩薄互层， 由于单层厚度小、砂泥薄层交互出现，加之储层含泥含钙，掩盖了油、水对深探测 饱和度测井的响应特征，使评价井、开发井解释符合率一直处予较低水平，满足不 了油田高效开发需求，成为制约高效开发的突出矛盾i e - s 1 单层厚度小( 一般小于 2 m ) ，厚度小于lm 的储层占总层数8 0 以上砂泥薄层交互特点要求测井系列具 有较高的垂阿分辨能力。尤其直接反映流体特性的饱和度测并应具有分辨0 4 m 地 层能力现有测井系列中。反映储层岩性、物性特征的三孑l 隙度测井( 补偿密度、 黑龙江大学硕士学位论文 补偿中子、补偿声波) 、自然电位及自然伽马测井分层能力至多为0 6 m ，且测井响 应与真值差别较大，都受到层厚围岩影响、侵入深度影响而探测不到储层真实信息 9 , a 0 1 如何消除这些影响便成为油水层评价的关键所在 1 1 3 流体分布特征 含钙储层流体的分布不仅由其岩性控制，而且受断层、构造控制断层的发育 一方面作为油气运移的通道形成油气藏，另一方面也阻碍油气藏的形成，造成油气 溢失而破坏了油气藏，形成了构造、构造一岩性、断层一岩性及岩性多种类型油气 藏。断裂活动的频繁与油藏类型的多样性，造就了油水分布的复杂性纵向上，本 地区油水关系极其复杂，水层高阻油层低阻、油水层上下倒置、油气水三相并存比 较常见；横向上，井间可对比性差，都使测井解释非常困难 n - a 6 1 2 双侧向测井岩性校正的目的和意义 从储层岩陛特征来看，泥质的存在带来了泥质的附加导电性，削弱了油水的测 井响应特征l i t 钙质的存在，使孑l 隙结构复杂化，非均质性强，不仅减小总孔隙度而 且将宏孔隙支解为更加复杂的微毛细孔隙，大大降低有效孔隙度，使导电网络连通 性变差、迂曲度增大，电阻率明显提高，从而给油水层识别带来极大难度1 1 8 - 2 2 对 本课题研究区域而言，储层的岩性校正即是对泥质含量和钙质含量的校正【1 9 - 2 引 因为经典阿尔奇含水饱和度模型仅适用于纯砂岩或含有少量泥质( v s h 5 ) 的砂 岩所以，只有从双侧向测井测得的视电阻率消除泥质和钙质的影响( 即完成储层 的岩性校正) ，才能真实地还原相应纯砂岩储层的电阻率，进而应用阿尔奇含水饱 和度模型完成含水饱和度的计算。 1 3 当前应用情况 1 3 1 国内外研究现状及发展方向 测井资料高分辨率处理是信号处理领域发展较快的一项技术，针对不同的地质 条件，采用不同的处理手段、处理方法 2 v - 3 0 i 文献检索表明，国外以斯仑贝谢、 贝克休斯、哈里伯顿为代表的三大测井服务公司在测井解释技术研究方面，注重厚 度大、孔渗好的储层，对厚度小于1 m 的薄层、低孔渗储层研究很少，至今未见含 蔓! 至堡坠 i _ _ 一 钙砂泥岩薄互层研究的报道在薄层解释技术方面，国外更热衷于从测井仪器 上提高垂向分辨能力而不是后期信号处理如薄层电阻率仪器t b r t ，用于薄层饱 和度评价1 3 2 - 3 4 在复杂岩性解释技术方面，都以大量的岩石物理实验为依托，从 测井原理出发建立普适性更好的储层参数解释模型1 3 s , 3 6 1 对于测井响应所受到的 测量环境影响，多采用理论校正图版予以校正 相对而言，国内在薄、差层评价方面作了大量研究工作，含钙砂泥岩薄互层评 价是以大庆油田为典型代表九十年代初期在引进测井系列条件下，从岩石物 理试验出发建立了含钙砂泥岩薄互层测井解释技术，使预探井、评价井解释符合率 由八十年代中期的5 0 提高到8 0 油田投入开发后，由于测井系列完全转向到 国产测井系列上来，为适应油田开发需要，国家“九五”科技攻关阶段与黑龙江大 学数学系协作，通过对油层、油水同层、水层、干层的测井物理量的概率分布属性 分析，提出了半参数判别分析技术，使开发井解释符合率从6 5 提高到8 0 【3 8 1 尽管这两项技术在不同的测井系列条件下满足了当时油田勘探开发需求，但二者都 没有从测井基本原理、仪器结构设计出发对电阻率测井进行高分辨率处理以解决薄 层问题，没有通过电阻率理论反演解决侵入问题，也没有从岩石物理实验出发开展 岩性影响机理分析，没有从根本上解决层厚、围岩、侵入影响，都不适应油田注水 开发后水淹层精细评价要求 八十年代中期以来，国内已有多家开展测井反演、高分辨率处理技术研究来解 决国产测井系列的高分辨率处理及反演求真问题1 3 9 , 4 0 如大庆测井公司与哈尔滨 工业大学、北京石油大学协作开发的“三侧向电阻率反演技术”，与吉林大学协作 开发的“高分辨率处理技术”、“电磁波反演技术”，大庆勘探开发研究院与大庆 石油学院协作开发的“正则化最小乘方反褶积高分辨处理技术”、 “自适应多维电 阻率高分辨率处理技术”等。技术调研表明，各油田开展的丰富多彩的高分辨率处 理技术、电阻率反演技术都将地层或视为纵向均匀介质，或横向阶跃变化不符合地 质实际，或由于泥饼厚度及其电阻率确定不准，或由于深、中、浅电阻率匹配关系 不好总之，由于种种原因至今未能达到投入现场应用水平 1 3 2 现有技术问题分析 目前，高分辨率处理技术可分为两大类，分辨率匹配法及以反褶积为主的数字 滤波法。分辨率匹配法是以短源踞曲线为依据来提高同种性质长源距测量结果的分 辨率，主要用于核测井；用于电法、声法测井的处理技术，是在已知高、低分辨率 一3 一 黑龙江大学硕士学位论文 测井响应函数条件下，通过匹配变换改善低分辨率测井的响应函数来实现高分辨 率处理技术只能提高垂向分辨率，消除层厚围岩影响，而不能实现侵入校正侵入 校正方法通常采用两种方式：其一，在实验条件到位时，通过实验数据标定，建立 层厚围岩校正图版、井眼校正图版、侵入校正图版依次实现校正过程；其二，针对 特定的仪器结构，在特定边界条件下求解电场电位分布的偏微分方程实现电阻率反 演，同时完成层厚围岩校正、泥浆侵入校正不论高分辨率处理技术，还是反演技 术，至今未得到现场应用主要表现在以下几个方面 ( 1 ) 反演技术的数学模型建立在油藏均质模型基础上，即将储层视为均匀无限 厚地层，与地质实际非均质( 宏观上由多个物理性质相差很大的薄层构成垂向非均 质；微观上，小层内岩性的变化、层理结构的变化表现出空间非均质性) 相差甚远 研究三维非均质模型难度极大，已有人开展这方面探索，尚未见到成功的报道 ( 2 ) 反演数学模型中涉及到围岩电阻率难于准确给出另外由于井下泥浆电阻 率在不测井温、泥浆电阻率情况下，很难求准泥浆滤液电阻率，该值的偏差将造成 反演结果的严重错误 ( 3 ) 井下泥饼厚度、泥饼电阻率、井眼泥浆电阻率是影响电场分布的重要因素， 难于准确计算，也是影响实用性的重要因素 ( 4 ) 国产测井仪器由于元器件、工艺水平限制、缺乏电法模型井标定，本身一 致性没有保证，造成同一地层不同仪器测量结果不同，甚至相差甚远，导致反演结 果的重大差异 ( 5 ) 高分辨率处理是利用测井响应函数，通过匹配，变换实现的，缺乏岩石物 理实验基础，处理结果常常违背实际 ( 6 ) 国外通常采用校正图版，但是各种校正过程是独立实现的，事实上所有影 响因素对测井响应的影响是综合作用的结果目前引进图版只能对引进设备测井信 息进行某一因素校正，国产仪器测井信息还缺乏相应的校正图版 1 4 本次研究的基本方法 从前人研究成果总结分析可知，目前还没有行之有效的、适合本油田特定仪器、 特定地质情况的环境校正、侵入校正手段本项研究从现场实际应用出发，提出理论 计算与统计分析相结合的研究思路，考察、改进现有的井眼校正图版实现井眼影响 校正，继而从地质实际出发，利用岩石物理实验结果标定，通过统计分析技术实现 岩性、环境校正这一思路将避开反演模型三维非均质问题，使模型大大简化，同 第1 章绪论 时采用统计法校正岩性与环境影响，通过实验标定，使校正结果更符合实际情况 该方法不足表现在三个方面： ( 1 ) 受地质条件限制，只能用于含钙砂泥岩薄互层，且统计样本覆盖范围越小 实用性越差； r ( 2 ) 没有上升到理论层次，经验性强； ( 3 ) 没能实现泥浆侵入影响校正，忽视泥浆侵入影响必然导致统计法校正模型 相关系数降低 1 5 校正效果及今后改进方向 本课题研究给出的双侧向测井校正方法既考虑到井眼泥浆分流影响，也考虑到 岩性影响通过密闭取芯井标定，校正结果更加符合实际，取得了明显地质效果 校正前含水饱和度计算平均绝对误差、平均相对误差分别为8 3 1 p u 、1 2 。9 ，校 正处理后，分别提高到5 4 8 p u 、8 7 5 ，为水淹层评价提供更为可靠的关键参数 本文给出的电阻率校正方法应用效果，主要受泥浆侵入影响决定的，有效地消 除侵入影响无疑是改进提高的关键这一问题的解决可从以下两方面进行探索其 一，最新研制的贴井壁侧向电阻率仪器投产以后，通过深侧向、浅侧向电阻率、微 球形聚焦测井、贴井壁侧向的组合，建立非均质模型反演实现；其二，是通过密闭 取芯井加测阵列感应测井，通过岩心标定阵列感应，反演出地层真电阻率与侵入带 深度，从而建立起侵入深度与常规测井不同探测深度电阻率的内在关系，实现侵入 校正 一5 一 黑龙波大学疆圭学位论文 第2 章泥质砂岩含水饱和度模型考察 2 。1 饱和度模型篱介 1 9 4 1 年，阿尔奇( a r c h i e ) 提出以纯砂岩为基础导电模型，其核心内容是将测量 的岩石电阻率转换成饱和度，进而根据饱和度评价油气层2 0 世纪5 0 年代，一些学 者( w i n s a u e r 和m c c a r d e l l ( 1 9 5 3 年) ，l d ew i t t e ( 1 9 5 5 年) ，h i l l 和m i l b u r n ( 1 9 5 6 年) 等) 黠泥质砂岩弱导电巍瑷进行了深入研究，指出混质岩石储层鳇附加导电性 是由附着在带电粘土表面上溶液中的双电层引起的，提出了泥质砂岩导电性可以看 成粘土矿物双电瀑与鸯由电解液的并联导电。19 6 8 年书竟斯曼和史密茨( w a x m a n s m i t s ) ，提出了w a x m a n s m i t s 泥质砂岩导电理论模型，他们认为泥质附加导 电性是凼：牯土表面的阳离子交换作用产生的，泥质砂岩导电性是瞧由电解液秘阳离 子交换的并联导电的结果1 9 7 7 年c l a v i e r 等人根据实验证明双电层内不含阴离 子，因此，提出了自由水和粘土水并联导电的双水模型，即d w 模型1 9 8 5 年和 1 9 8 8 年s i l v a 和b a s s i o u n i 认为平衡离子当量电导随扩散双电层的延律爵改变，所 以在使用可变平衡离子当量电导和双水的概念的基础上，提出了新的泥质砂岩双电 层电导率模型，篱称s - b 模型。实际上，泥凌砂岩油层罨电机理复杂，人们在这方 面已作了大量的研究导电模型迄今为止已超过3 0 种，由此衍生的模型也有近百 个所有泥质砂岩油层的含水饱和度解释理论与分析方法，都是由纯砂岩的模式演 化来的，确切的说，是阿尔奇公式的扩展和延律 4 1 - 4 5 1 2 2 饱和度模型适应性分析 如上所述，饱和度模型的发展，经历了六十多年的不断改进和发展，形成了各 种岩类不同孔隙系统的饱和度模型，在生产实践中发挥了重要作耀 4 6 - 4 9 。应用的 成功实例，主要表现在油田勘探和评价阶段而油田注水开发以后，由于岩石润湿 性变化、地层水电阻率变化、岩性与孔隙结构的变化，现有各种模型的应用都受到 很大限制，应用的好坏很大程度上决定予人们对区域上储层墟质条件的认知程度， 还没有种普遍适应的饱和度模型下面以最为基础的阿尔奇模型及目前应用较广 静w - s 模型、队w 模型、& b 模型为例，篱述其适应性。 第2 章泥质砂岩含水饱和度模型考察 2 2 。l 阿尔奇模型 阿尔奇模型是以纯砂岩为基础建立起来的，圊样它也主要应用于纯砂岩秘含泥 很少的地层阿尔奇公式具有三个基本假设；其一，岩石为纯净砂岩，不含泥质，可 忽略泥质的附加导电性；其= ，岩石的孔隙为粒间孔隙，无明显的溶孔溶洞及裂缝 孔隙；其三，岩石的导电性是由孔隙中地层水网络并联导电在储层条件下，尤其 油气没有进入储层之前，岩石的孔隙空间内完全饱和着地层水此时测量的岩石电 阻率成为岩石孑l 隙l o o 含水的电阻率。然蔼，当油气运移进入储层以后，岩石孔 隙空间内一部分饱和着油气，另一部分饱和蛰地层水。这时候，测量的岩石电阻率 称为涟气层岩石电阻率。阿尔毒根据岩电实验研究，建立了岩石电阻率与含水饱和 度的关系式： 豢：鬲1 ( 2 - 1 ) 蕊鬣 总为测量的油气层岩石电阻率( q m ) ；r o 为测量的岩石孔隙1 0 0 含水时岩石电 阻率( q 。m ) ；为含水饱和度( 小数) fn 饱嬲度指数，与岩石润瀑性有关( 无因次) 在岩电实验中，建立了地层岩石电阻率因素f 与孔隙度的关系式 f = 杀 攀- 2 ) 且由( 2 2 ) 式得到 忍= 警( 2 - 3 ) 由2 1 ) 式穰( 2 - 3 ) 式，得列了计算岩石含水饱和度盼阿拳鸯公式；冠= 煮溉 已知电导率c 为电阻率倒数，将上述公式借助于电导率来写出得到阿尔奇公 式又一表达形式t q ：丛瓯 ( 2 4 ) 实际溯并中按照此模型求取的精度不高的原因在于，一是基本的关系式都是在 纯砂岩( v s h 5 ) 的条件下建立起来的，所以它只能较适用于纯砂岩地层，而对 泥质含量较大的地层则误差较大；= 是在建立关系时只抱岩石导电因素归结为孔隙 水的作用，而忽略了束缚水和泥质等的作用。由于束缚水的特性和泥质含量的特性 是密切相关的，在建立严格的饱和度表达式时，应将泥质因素纳入其中；三是模型 假设了地层水导电是并联导电的，事实上导电瞬络宏观上是并联的，丽在微观上的 由于孔隙结构的复杂性带来油水分布的不均匀性，存在串联导电现象 一7 一 黑龙滋大学硕学位论文 2 2 2 w s 模型 w a x m a n 与s m i t s 所作的研究表明，粘土的导电性是由一些附着在粘土颗粒周 围以补偿粘土晶艘中电荷不足的阳离子引起的f 5 0 ，5 1 l 。这些阳离子中一部分被牢固 吸附，丽另一部分可以和水溶液中其他阳离子交换位置可交换的阳离子数量的多 少，决定粘土对岩石导电性的影响他们认为这个附加导电性就是泥质砂岩导电率 增高的原因。这种超过标准的电导率可以用等价的水电导率来描述，公式如下； c t 一生生。( 2 - 5 ) 强己处c w e = e + b q 。 s 蛾为孔隙流体单位体积阻离子交换能力；c 0 为自由孔隙水的导电率m h o m ；b 为平衡离子导电率m h o m 所以含油气泥质砂岩的w s 电导率方程为 g ：牮( 瓯十警) ( 2 - 6 ) w - s 模型是基于泥质砂岩的鬻离子交换俸用建立鲍电导率解释模型。w - s 模 型认为粘土结合水与自由孔隙水的导电性不存在差别，即采用单一的地层水模型， 且认为粘交换隰离子与电解液的离子都均匀分布在同样的孔隙空闯中；此外，将 w s 模型应用到泥岩可得出泥岩中的水应与相邻砂岩中的具有相同的矿化度但是 实际研究表哽，粘土矿物具有巨大的表面积，并且表面带有负电荷，因此，交换阳 离子是分布在粘土表面丽不是整个溶液中；对各种泥岩水的分析表明，泥岩水的含 盐量很低，几乎与相邻砂岩中的水的矿化度无关，这表明粘土有排斥地层水中某些 盐类离子的作焉，因此，粘水的导电性一般融邈层水的导电性差，所以不能采薅 单一的地层水模型 2 2 3 d w 模型 1 9 7 7 年c l a v i e r 等人在研究s w 模型时，认为s - w 模型的上述问题在于模型 中没有考虑到带电的粘土晶体对周围地层水中的盐离子所产生的排斥作用在这一 认识基础上加以改进，提出了一个修涎模型一双水模型f 5 2 ，酬。根据d w 模型基 本原理建立的完全含水时泥质砂岩电导率公式为； c o = 1 ( 1 一a v q q 。) 瓯多q 譬( 2 - 7 ) 一8 一 第2 章泥质砂岩含水饱和度模型考察 含油气泥质砂岩的d w 电导率方程为： q ：盟”q 。q yq】a v o qq v 、l ：q v ( 2 - 8 ) r 为双水法地层因素； 吼为单位平衡离子的粘土水体积( c t n 3 ) ；口为双电层扩散 层的扩展因子；p 为粘土水补偿离子( 口) 的等效电导率( s m ) ( m e g c m 3 ) d w 模型是基于粘土束缚水和自由水并联导电概念建立的泥质砂岩电导率解 释模型d w 模型最大的特点就是认为靠近粘土表面处扩散层内的水和扩散层外 的水具有不同的矿化度，即泥质砂岩孔隙中有两种导电性质不同的水，将不含盐但 包括所有平衡离子的粘土水称为近水”或束缚水，将保持平衡溶液性质的远离粘 土的水称为“远水”或自由水交换阳离子集中在带有负电的粘土颗粒表面附近， 它不占据整个含水孔隙空间，而自由水中的离子占据其余含水孔隙空间，这与现在 对粘土电化学性质的认识是一致的d w 模型的缺陷是平衡离子当量电导不随扩 散双电层的延伸程度而改变 2 2 4 s b 模型 根据s b 模型基本原理建立的完全含水时泥质砂岩电导率公式为。 岛= 言【q 田+ ( 1 一k 乃l q 。) ( 乙】 ( 2 - 9 ) 含油气泥质砂岩的s - b 模型电导率方程为： g ：鲁 是+ ( 1 一警) 瓯】( 2 - l o ) c 篙为双电层溶液中平衡离子的当量电导( s l m ) l ( m e q l c m 3 ) ；k 为单位体积粘土 平衡离子共生的粘土水体积c m 3 m e q ；，1 d l 为双电层扩展因子 s - b 模型是基于可变平衡离子当量电导和双水的概念建立的泥质砂岩电导率解 释模型。从理论上讲，它综合了w - s 和d w 模型的突出特点，但是s - b 模型中的 许多关系都是在室温下建立的，有待于将这些关系式推广到地层温度下，这样将会 提高s b 模型确定含水饱和度的精度 s s , s t l 总之，w s 模型、d w 模型、s b 模型都含有阳离子交换容量参数，无论模 型是否有效地描述岩石导电性，其应用都受到限制，表现在两个方面：一是不同的 地层阳离子交换容量不同，且很难由测井方法给出可靠估计；二是没有考虑到泥质 的分布形式对导电性的影响 黑龙江大学硕士学位论文 第3 章双侧向测井基本原理 3 1 模型双侧向测井基本原理 在高矿化度钻井液和高阻地层的井中，由于普通电极系( 梯度电极系和电位电 极系) 的供电电极流出的电流几乎全部在井眼内、低阻围岩中流动，很少流入地层 因此，普通电阻率测井的视电阻率曲线变化平缓很难反应地层电阻率变化为了减 少钻井液的分流作用和低阻围岩的影响。1 9 5 1 年提出了具有聚焦功能的侧向测井， 2 0 年后出现了双侧向测井，并一直应用到现在【5 8 t5 9 】 双侧向测井是在三侧向、七侧向的基础上发展起来的它的电极系与七侧向很 类似，不同的是在七侧向电极系的外面再加上两个屏蔽电极a ；和a ：( 如图3 1 ) 为了增加探测深度，屏蔽电极a j 和a ：不是环状而是柱状电极，这与三侧向的屏 蔽电极相同 圉3 - i 双舅向测并电授系翻电逾分布 测井时，主电极月。发出恒定的电流如，并通过两对屏蔽电极a 1 ：a ；和a 2 ： a ；发出与如极性相同的屏蔽电流即，l 和，：通过自动调节电流使得满足：屏蔽 电极a 1 与a i ( 或a 2 与以：) 的电位比值为一常数，即( 常数在测井时给定) ；监督电 极m 与叫( 或与 ) 之间的电位差为零然后，测量任一监督电极( 如舰) 和无穷远电极之间的电位差在主电流如恒定不变的条件下，测得的电位差和 第3 章双侧向测井基本原理 介质的视电阻率成正比它们之间的关系是： 心= k u ，m , ( 3 - i ) 0 式中，k 为双侧向电极系系数；乩 为监督电极上的电位同样，确定k 的方法 可以通过实验和理论计算得到求k 的原则是，必须是均匀介质，因此视电阻率 等于真电阻率r ，即r 。= r 由( 3 - 1 ) 可得t ， k = r ( 3 - 2 ) u m z 在用上式计算k 时，及r 是预先给定的，所以只要能计算出，则由上式 就可求得双侧向电极系系数k 为了计算方便，假设如取为单位电流即i o - - i 因为而增大一个倍数时，而屏蔽电流，l 、也相应增加同一倍数，则监督电极 上的电位如巩f ，也增加同一倍数。为此，( 3 - 2 ) 又可写成如下形式： 1 k = 兄乒( 3 3 ) u m i 在用理论计算确定值时常用的方法是使用有限元素法但使用有限元素法计算 的k 值仍是一种近似的方法为了较准确的得到k 值，还需要和试验的结果进行 比较，最后得到比较精确的结果。 双侧向测井测得的心与比值u i o 成正比的，通常把比值u z o 称为主电极的 接地电阻亿，它是指从主电极流出的电流在其所经历的地层范围内的电阻，所以 双侧向测井测出的兄实际上反映了主电极接地电阻的变化因此，r 。= k r g 通常，局由以下各电阻串联而成，即r g = r ，+ 砀，。+ r + 兄 其中，f k 、r 。、r 、兄。分别为泥浆、泥饼、侵入带及原状地层中主 电流经过部分的径向电阻 双侧向测井根据探测深度分为深、浅侧向测井( 深、浅侧向测得的视电阻率分 别记为r f l d ：r ) ，前者测出的视电阻率主要反映原状地层的电阻率，而后者主要 反映侵入带电阻率 3 2 双侧向测井视电阻率曲线特征及校正 其实双侧向测井视电阻率曲线与七侧向测井视电阻率曲线相似，具有以下特 征： ( 1 ) 在上下围岩相同时，视电阻率曲线对称与地层中部；( 2 ) 在地层的上下界 面附近出现两个小尖，随着层厚的增加这两个小尖逐渐消失；( 3 ) 对于高阻厚层的 中部视电阻率值最高，且曲线较平直，变化不大 黑龙辽大学硕攀位论文 双侧向测井的视电阻率受到电极系特征和介质电阻率的影响。选择合遗的测井 电极系缀重要，所以之前要考虑各个地区她层岩性及侵入影响，层厚影响，油水层 电阻率等各自的地质条件 确宠电极系的基本原则；层厚影响小，分瑟麓力强，邵薄层电阻率莹线瞬显；为 了正确判断侵入深度，深浅测向测井的探测深度差别要大；井眼影响小电檄系的长 度( 己一a i ，a 2 t ) 主要决定了双侧向测井的探测深度；丽电极距的长度( l o = 琶虿；， 其中0 1 为m 1 、a 如的中点；d 2 为磁、磁的中点) 决定了测并曲线的分层 能力，如要划分o 6 m 的地层，o 0 2 的长度要小于0 6 m 才行此外，双侧向测井 的视电隰率还受到并艰、匿岩及侵入的影响，霹以根据墨有的校正图板将视电阻率 进行校正 3 3 双侧向测井与普通电阻率测井效果比较 在普通电阻率测井中，电极系发出的电流由于分流作用的影响，很少流入地层 所谓分流就是由于高电阻地层( 地层的电阻率总是高于泥浆的电阻率) 的存在，从 主电极流出的电流总是港开”这个裔电阻地层因而在井眼内流过的一段路径要加 长，电流线是辐射状的。当电流线达到地层和泥浆的分界面一井蹙时，又发生了第 二种 筝用即折射佟用，折射的结果总是使电流线在高电阻率一方更靠近法线方向。 分流和折射作用的结果使井眼的电流线不同于无井眼时的电流线在r 扁n 比值 小时，井眼分流作用是主要的。当忍焉；比值大时，折射作用是主要的。即经过分 流后的电流线没有或者很少流入原状地层，这样所测得的视电阻率多反映了侵入带 的电阻率丽非地层真电阻率。 侧向测井时，由主电极流出的电流，受到上下屏蔽电极流出的电流( 屏蔽电流) 的排斥，发生聚焦作用，其电流线垂直于电极系，成为水平方向的层状电流而流入 地层。盘予主电流漉入地层，泥浆分流及上下隧岩的影响较小 双侧向测井是在三、七侧向的基础上发展起来的已经广泛用于解决地质问题， 并得到良好效果。在探测深度上，由予双侧向的深侧向采用将屏蔽电极分成为若干 段( 例如两对屏蔽电极) ，控制各段的电压，所以双侧向深侧向测井比三侧向、七侧 向的探测深度都要深；在纵向分层能力上，三侧向测井煞分辨出o 4 0 s m 以上的 地层电阻率变化双侧向与七侧向溯井的分层能力相同，能分辨出层厚大于电极距 0 10 2 的地层电阻率；在测并影响因索上，尽管三侧向测井受井眼，围岩影响小， 但是由予探溅深度较浅，所以使用中大大受限。深浅七侧阿溅并由于监督电极和屏 第3 章 双侧向测井基本原理 蔽电极位置不同造成流入地层的主电流厚度不同，使得深、浅七侧向测井受层厚， 围岩的影响不一样双侧向浅侧向测井比浅侧向受井眼影响小得多，而且其深浅侧 向测井受层厚，围岩影响一致 黑龙江大学硕士学位论文 第4 章回归分析原理 4 1回归分析的概念及解决的问题 4 1 1 回归分析的概念 在生产过程和科学实验中，总会遇到很多变量，同一过程中的这些变量之间所 存在的相互关系可以分为两种类型：确定性关系和相关性关系如果变量之间存在 严格的函数关系，这种关系则称为确定性关系 当个或几个相互关系的变量取一定数值时，与之对应得另一变量值虽然不确 定，但它仍按某种规律在一定范围内变化，变量间这种关系称为相关关系相关关 系虽然是不确定的，却是一种统计关系，在大量的观察下，往往会呈现出一定的规 律性，这种规律性可以通过大量实验值的散点图或相应的函数式反映出来，这种函 数称为回归函数或回归方程，6 1 1 设变量y 、( i = 1 ，2 ，m ) 是相关变量，并在实际工作中获得了它们的竹 组观测值，记为 ( x l k ，x 2 k ，七，y k )( 惫= 1 ，2 ，n ) 回归分析就是通过这佗组观测值研究变量间相互关系的一种统计方法，或者说，它 是根据给出的观测值确定相关变量间数学表达式的一种统计分析方法 4 1 2 回归分析解决的问题 在石油地质学中，变量之间的关系是比较复杂的，往往是一个地质变量受其他 一个或多个地质变量的制约，相互之间存在着一定程度的依赖性，但是，又很难写 出它们之间所遵循的函数关系所以，在地质研究中，回归分析主要解决三个方面 的问题：其一是确定地质变量y 与( t = 1 ，2 ：p ；p m ) 之间是否存在相关 关系，如果存在，可以找出表示它们之间相关关系的数学表达式；其二是根据x i ( i = 1 ：2 ，p ；p m ) 的观测值，利用确定出的数学表达式预测y 的估计值，并 且可以知道预测结果的精确度；其三是通过回归分析确定哪些地质变量对y 的作用 大，哪些地质变量对y 的影响是无足重轻的，进而使地质问题得以简化 第4 章回归分析原理 4 2多元线性回归分析 4 。2 。1 多元线性豳归的数学模型 设因变量y 与忍( i = l ，2 。：m ) 之间有关系 y = a o + a l t l + a 2 x 2 + + 。m + e ( 4 - 1 ) 其中为随机变量，称势剩余误差，可以将理解为y 中无法用x l ，x 2 ，。，x m 线性 表示的各种复杂的随机因素组成的误差称( 4 - 1 ) 式为回归方程，a l ，口2 ：a m 为 回归系数。 将髓次观测数据( k 一1 ，2 ，张) 代入方程( 4 - 1 ) ，可得多无线性回赧的数学 模型： + 国拜z l m + l + a m x 2 m + e l ( 4 - 2 ) + 髫枷+ e n 并假定( e l ，2 ，讯) 耀互独立，置服从固一正态分布g ( o ，拶2 ) 4 。2 2 确定回归系数 假设由某种方法得到a o ，a 1 ，的估计值b o ，b l ，6 m ，则y 的观测值可 表示为 瓠一b o + b l x i l + b 2 x i 2 十+ k 鼢m + 日( i l ，2 ：，佗) ( 4 3 ) 这垦l 是龟的佑值，仍称为残差或剩余。令参为臻盼估计僮，即 识一b o + b l x j l l + b 2 x i 2 十+ z t 竹l ( 4 4 ) 类似予一元线性隧归，对a o ，a l 。，a m 进行最t j 、- 乘估计是要选取6 0 ，b x 。， 使残差平方和 q 一( 骆一巍) 2 ) t = 1 达到最小。由微积分的极馕原理，瓠应满足方程组 l 阮_ q = 。 待0 1 1 i ；m ( 4 - 6 ) 专 十 十 2 2 也 强 拢 硫 魏 犯 汪 釜 曩 瞳 趣 叱 d + + l 1 弼 铆 跏 戤 m 们 + + + 辩 = = f | 敬 抛 一 骱 黑龙江大学硕士学位论文 记 坎6 0 一以瓢 臻一如一b l x i 玑一6 0 b l x i b 2 x i 2 t b 2 x i 2 b 2 z i 2 + b m , t i m + k 魏m + 6 m z m = 0 t , 1 i2o ( 4 7 ) x m i20 丐= 嚣1 1 j = l ，2 。：蹶 移2 击l 珑 f 垂8 勘= s j , = ( 茹觚一或) ( z 巧一而) i ，j 一1 ，2 ，：m 、7 岛筝= ；一妨) 一垂) l ，j 一王，2 。，m 整理并化简上述方程组( 4 7 ) ，得到 f ，岛1 6 1 + 魏2 6 2 十十s 1 m b m = s l y 岛加1 + 岛2 6 2 十十岛m = 晚可 ( 4 9 ) 、 1 一一， r l i 1 6 l + & 2 如+ + s 黼一岛爹 b o = 可一b l 瓦一6 2 嚣一一k 丽 ( 4 1 0 ) 线形方程组( 4 9 ) 称为正规方程从式( 4 -