构造电阻率差比值法识别火山岩裂缝地层天然气层

谭锋奇，李洪奇，孙中春，欧阳敏，韩述一

1.中国石油大学地球物理与信息工程学院，北京 102249

2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 3.新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000

构造电阻率差比值法识别火山岩裂缝地层天然气层

谭锋奇1，2，李洪奇1，2，孙中春3，欧阳敏3，韩述一1，2

1.中国石油大学地球物理与信息工程学院，北京 102249

2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 3.新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000

在基岩电阻率较高的硬地层中，除去泥质、孔隙和其他矿物等因素的影响后，地层电阻率与致密围岩电阻率的差异就被认为是裂缝以及地层孔隙中储存的流体性质引起的。选择相同岩性含气储层与致密围岩层的电阻率值，利用数值反演的方法确定出计算含气层段消除裂缝以及孔隙中流体性质影响以后的地层真电阻率公式，定义地层真电阻率和深侧向电阻率的差值与地层深侧向电阻率的比值为构造电阻率差比值，该参数主要反映裂缝以及孔隙中的流体性质对电阻率降低幅度的影响。因此，利用差比值法可以识别火山岩裂缝地层的流体性质，进而制作油层、气层和水层的判别图版，并结合其他测井曲线、油藏动态资料以及气测信息综合识别火山岩裂缝地层天然气层。该方法在准噶尔盆地研究区火山岩天然气层的识别中取得了很好的应用效果，解释结论与试油结果基本吻合。

火山岩；裂缝地层；构造电阻率差比值；气层识别图版；天然气层

0 前言

进入21世纪以来，油气勘探方向发生了很大转变：从构造油气藏向复杂岩性油气藏转变；从浅层油气藏向深层致密油气藏转变；从正常电性、物性油气藏向“三低”油气藏转变；从碎屑岩油气藏向火山岩油气藏转变等。勘探方向的转变必须有相应的新理论、新技术的支撑［1－3］。火山岩油气藏的勘探和开发目前已进入技术攻坚阶段并且获得了可观的地质储量，最近几年我国先后在渤海湾、二连、黄骅、准噶尔等盆地发现了火山岩油气储层，显示了火山岩地层油气勘探开发的巨大潜力［4－6］；但是，火山岩油气藏岩性复杂多变、岩相变化急剧、非均质性强以及独特的双重孔隙空间结构等都给火山岩油气层的有效识别带来了很大的困难［7－8］，常规的识别方法在火山岩含气层段基本上没有气层的响应特征。为了从测井信息中有效提取出火山岩储层流体的响应特征，笔者以火山岩地层的深侧向电阻率为突破口，构造了一个消除裂缝和流体性质影响的地层真电阻率，定义地层真电阻率和深侧向电阻率的差值与地层深侧向电阻率的比值为构造电阻率差比值，该参数可以有效地消除火山岩裂缝对电阻率的影响并且能够把孔隙中不同流体的信息提取出来，通过典型井确定研究区块不同流体性质构造电阻率差比值的下限值，进而形成流体识别图版来评价火山岩油气层。该方法在准噶尔盆地火山岩裂缝储层天然气的识别中发挥了很重要的作用，提高了火山岩气层的识别精度，取得了很好的地质应用效果。

1 方法原理

电阻率是地层的重要特征之一［9－10］。在基岩电阻率较高的硬地层中，若存在泥质、孔隙、导电矿物以及裂缝等因素时，都会导致地层电阻率降低［11］。在火山岩地层中除去泥质的影响，地层电阻率与致密围岩电阻率的差异就可认为是裂缝以及孔隙流体性质引起的。地层电阻率模型如下：

裂缝地层电阻率＝f（基岩电阻率，裂缝孔隙度，孔隙流体性质）。

为了研究裂缝孔隙度以及孔隙中储存的流体对地层电阻率的影响，构造下面函数：

式中：Rt为基岩无裂缝致密地层电阻率，Ω·m；RLLD为深侧向地层电阻率，Ω·m；φf为裂缝孔隙度，%；φ为地层有效孔隙度，%；φN为地层中子孔隙度，%；φN1为基岩致密地层中子孔隙度，%；c1、c2为系数。

从式（1）可以看出，电阻率的校正值由两部分构成：裂缝部分以及孔隙流体部分。裂缝地层电阻率模型的建立是基于双孔隙介质模型：

1）当地层没有裂缝、裂缝孔隙度为0时，φf＝0，Rt＝RLLD；2）当地层没有基质孔隙度、都是裂缝孔隙度时，φf＝φ，Rt＝RLLD·ec1；3）当地层是双孔隙介质时

地层中有裂缝时就会导致电阻率降低，电阻率降低的幅度与裂缝孔隙度有关系：裂缝孔隙度越大，降低的幅度越大；裂缝孔隙度越小，降低的幅度越小。通过式（2）可以把裂缝对电阻率的影响消除，计算消除裂缝因素后的地层真电阻率。

对孔隙流体校正的核心是流体性质的识别，在火山岩岩性相同也就是地层骨架对快中子的减速能力基本相近的情况下，含氢指数可以有效地识别地层流体性质［12］。比如：以甲烷为主的天然气含氢指数为0.55，轻质油的含氢指数为1.034，水的含氢指数为1，致密干层的含氢指数为0。而含氢指数表现在测井曲线上就是中子孔隙度：基岩干层孔隙中不含流体，对快中子没有减速能力，中子孔隙度最小；当火山岩储层含有油、气、水时，由于各种流体含氢

1）当储层是干层时，φN1＝φN，Rt＝RLLD；2）当储层中含有油、气、水等流体时，φN1＜φN，Rt＝RLLD·指数不同，对快中子的减速能力也就不同，所以中子孔隙度比干层大，电阻率比致密围岩小。因此，流体性质对电阻率的影响如下：

通过对火山岩裂缝和流体性质的校正，可以计算出消除裂缝和流体性质因素以后储层的真电阻率，真电阻率与深侧向电阻率的差异就是裂缝以及孔隙中储存的流体所导致的。为了进一步消除岩性对电阻率的影响，定义构造电阻率差比值参数如下：

从式（4）中可以看出，分子反映的是裂缝和流体对电阻率降低幅度的影响，分母是消除岩性的影响，利用差比值参数可以有效地识别火山岩裂缝地层天然气层。

2 c1、c2参数的反演

2.1 火山岩岩性的识别

c1和c2参数反演的前提必须是相同岩性的致密围岩与含气层段，因此，火山岩岩性的准确识别是整个方法的基础。通过对准噶尔盆地火山岩的岩性资料进行仔细分析和归纳，发现自然伽马测井值对岩性比较敏感，随着伽马值的增大，火山岩的岩性从基性向酸性变化；因此，选择自然伽马曲线值来识别研究区火山岩岩性（表1）。

表1 自然伽马值识别火山岩岩性Table 1 Parameter of lithology identification in volcanic formation

2.2 裂缝孔隙度的计算

裂缝是岩石受力发生破裂、沿破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种断裂构造现象［13］。井壁微电阻率成像测井（FMI）是识别裂缝最方便也是最有效的方法，不但可以判断裂缝的真假，而且在识别天然裂缝和人工诱导缝方面有很好的效果。因此，可以利用FMI资料计算火山岩裂缝地层的裂缝张开度和裂缝孔隙度［14］。

2.2.1 裂缝张开度［15－16］

研究区的成像测井系列采用的是Schlumberger的FMI测井仪器，基于实验室分析及数学模拟的方法，依据成像测井图对裂缝进行分析后，利用下面公式求出裂缝张开度：

式中：W为裂缝张开度，μm；A为由裂缝造成的电导异常的面积，m2；Rm为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rxo为地层电阻率（一般情况下是侵入带电阻率），Ω·m；a、b为与仪器有关的常数，a＝1.003，b＝0.000 2。

2.2.2 裂缝孔隙度［11－12］

用FMI资料计算裂缝孔隙度：

式中：φf为裂缝孔隙度，%；Wi为第i条裂缝的平均宽度，m；Li为第i条裂缝在单位井段L内的长度，m；D为井径，m。

2.3 参数的反演

计算消除裂缝和孔隙流体影响后的地层真电阻率是构造电阻率差比值法的前提条件，而地层真电阻率公式中c1和c2参数的准确反演则是该方法的关键。

2.3.1 c1参数的反演

由于裂缝角度对c1参数影响比较大，因此，c1参数的反演分高角度裂缝、中角度裂缝和低角度裂缝进行。

2.3.1.1 高角度裂缝（≥75°）c1参数反演

通过对研究区块地质特点以及各个井裂缝发育情况的研究，选取MM井作为典型井进行参数的反演，致密围岩和裂缝层段电阻率的选取都在相同的岩性地层——英安岩中进行（图1）。

选取3 517.75～3 538.75m有裂缝井段的电阻率作为实测地层的电阻率RLLD，也就是由于裂缝的存在导致地层电阻率降低的值。

选取3 538.75～3 541.25m没有裂缝井段的电阻率作为围岩电阻率Rt。

将实测地层井段的电阻率（RLLD）按照裂缝孔隙度的大小从0.01%～0.09%依次取平均值（表2）。

根据表2数据制作Rt／RLLD与φf／φ交会图（图2）。

图1 靶区MM井裂缝孔隙度计算结果Fig.1 Calculated results of fracture porosity for well MM in research block

由图2可以反演出英安岩储层的高角度裂缝c1＝120.65。因此，消除高角度裂缝影响的地层真电阻率公式如下：

表2 高角度裂缝c1参数反演基础数据Table 2 Basic data of coefficient c1inversion for high angle fracture

图2 MM井火山岩Rt／RLLD－φf／φ交会图Fig.2 Crossplot of Rt／RLLDandφf／φin volcanic formation of well MM

2.3.1.2 中角度和低角度裂缝c1参数反演

英安岩储层中角度和低角度裂缝c1参数的值利用相同的原理进行反演，分别为124.52和136.32。

由于研究区内火山岩储层的岩性主要以中性安山岩和中酸性英安岩为主，按照英安岩储层c1参数值反演的原理，首先利用FMI确定地层裂缝孔隙度的分布和裂缝角度，计算有裂缝层段的裂缝孔隙度，然后根据岩性图版选择典型井中安山岩储层段和致密围岩段的电阻率值进行参数的反演。安山岩储层高角度、中角度和低角度裂缝c1参数值分别为118.27、122.86和135.16。

从安山岩和英安岩两种岩性的3类不同角度裂缝c1参数值可以看出：随着裂缝角度的降低，c1参数值变大，裂缝对电阻率的影响变大，这与低角度裂缝或水平裂缝通常会出现低阻尖峰的情况基本一致；高角度裂缝和中角度裂缝c1值相差不大，而低角度裂缝值与前两者相差比较大，也说明低角度裂缝对地层电阻率降低的影响是比较大的。

图3 参数反演典型井选取图Fig.3 Typical well logging graph of coefficient c2inversion in andesite reservoir

2.3.2 c2参数的反演

在火山岩储层段天然气的挖掘效应不是很明显，甚至大部分气层出现中子孔隙度变大的现象，这也是为什么在火山岩气层段常规测井曲线不能有效识别气层的原因。通过对研究区地质特点以及各个井气层情况的研究，选取YY井作为典型井进行参数反演，通过岩性图版确定所选取的地层为安山岩岩性层段（图3）。

选取3 859～3 870m有气层井段电阻率作为实测地层的电阻率RLLD，也就是由于流体的存在导致地层电阻率降低的值，对应的中子孔隙度为公式中的φN。

选取3 850～3 856m干层井段电阻率作为围岩电阻率Rt，对应的中子孔隙度为公式中的φN1。制作Rt／RLLD与（1／φN1－1／φN）交会图（图4）。由图4可以反演出c2＝80.08。因此，消除流体性质影响后的原始地层电阻率公式如下：

采用相同的原理根据自然伽马值选取英安岩岩性层段进行c2参数的反演，c2＝73.68。由于研究区块火山岩储层主要以中性安山岩和中酸性英安岩为主，因此，对于c1和c2参数的选取如表3所示。φN1为干层中子孔隙度值，%；φN为计算储层段的中子孔隙度值，%。

图4 NN井火山岩Rt／RLLD－（1／φN1－1／φN）交会图Fig.4 Crossplot of Rt／RLLDand（1／φN1－1／φN）in andesite reservoir

表3 研究区块c1和c2参数的选取Table 3 Coefficient c1and c2in research block

综上所述，对于火山岩储层消除裂缝孔隙和流体性质影响后的地层真电阻率公式如下：

式中：c1为按照裂缝角度选择不同的参数值；c2为按照火山岩岩性选择不同的参数值；φf为利用FMI测井求取，%；φ为利用区域经验公式计算求取，%；

图5 不同流体性质构造电阻率差比值与原状地层电阻率交会图Fig.5 Identification plate of different fluid property reservoirs in volcanic formation

图6 构造电阻率差比值识别气层成果图Fig.6 Identification plate of different fluid property reservoirs in volcanic formation

3 地质应用效果

采用前述的方法原理和反演出的公式处理研究区内有试油结论的井12口共计37个层位，制作原状地层电阻率和构造电阻率差比值交会图（图5），用交会图法识别裂缝地层不同流体性质的储层并确定气层识别的下限值。

从图5可以看出：火山岩储层由于岩性的复杂和裂缝角度的多变导致原状地层电阻率变化比较大，流体性质对电阻率的影响远小于前两者对电阻率的贡献；因此，用原状地层电阻率无法准确地识别火山岩地层不同流体性质的储层。构造电阻率差比值消除了岩性和裂缝对电阻率的影响，把不同流体性质对电阻率的贡献幅度提取出来，可以有效识别火山岩裂缝地层不同流体性质的储层。其中：气层的识别区间为0.1～0.3，油气同层大于0.3，气水同层为0.035～0.1，水层小于0.035。

利用构造电阻率差比值公式以及流体识别图版对火山岩裂缝地层天然气进行识别和评价，取得了比较好的应用效果。图6为研究区某口井英安岩地层天然气层的识别成果图。从图中可以看出：在碎屑岩中识别气层比较好的三孔隙度曲线在火山岩裂缝地层基本上没有气层的响应特征，相同岩性的电阻率曲线差异比较大，复杂岩性以及裂缝的发育对电阻率的贡献远大于流体性质，因此无法直接从电阻率曲线中提取流体的信息。结合FMI并利用反演的公式计算构造电阻率差比值，然后采用识别图版确定的下限值对储层进行评价，可以有效识别出2个气层和1个油气同层，与试油结论相吻合。

4 结论

1）构造电阻率差比值法消除了火山岩地层裂缝和岩性对电阻率的影响，有效地提取出反映储层流体的信息，在天然气的识别上取得了很好的效果，为火山岩裂缝地层天然气的评价提供了一种有效可行的方法。

2）构造电阻率差比值法必须在火山岩岩性准确识别的基础上进行，针对不同岩性的储层反演出c1和c2参数，并且必须结合FMI进行火山岩裂缝地层天然气的识别和评价。

3）方法在研究区内火山岩天然气的识别上取得了很好的效果，但是对于其他油田或者区块的火山岩天然气识别，在应用此方法之前应该充分研究区块储层的石油地质特性，选择合适的典型井和公式进行不同岩性和不同裂缝角度参数的反演，进而评价火山岩天然气层。

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Identification of Natural Gas Layers of Fractured Volcanic Formation by Constructural Resistivity Difference－Ratio

Tan Feng－qi1，2，Li Hong－qi1，2，Sun Zhong－chun3，Ouyang Min3，Han Shu－yi1，2

1.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China 3.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay 834000，Xinjiang，China

For the hard formation of high matrix resistivity the difference between formation resistivity and tight surrounding rock resistivity are caused by reservoir fractures and fluid property in the pore space when the factors such as mudstone，pore and other conductive minerals are eliminated.Based on volcanic lithology identification，the resistivity of gas－bearing reservoir and tight surrounding layer with the same lithology were used to determine the formation true resistivity formula of gasbearing intervals that eliminate the factors of reservoir factures and fluid property in the pore space by use of numerical inversion method.Then the difference－ratio value of structural resistivity was defined as the ratio difference of formation true resistivity and deep investigation laterolog resistivity to deep investigation laterolog resistivity，and this parameter mainly reflect the influence of the reduced rate of resistivity due to reservoir fractures and fluid property in the pore space.This method can identify fluid property of volcanic fractured formation，and form the identification plate of oil layer，gas layer andwater layer for volcanic reservoir.Combined with other well logging curves，reservoir performance data and gas surveying information，it can effectively evaluate and identify the natural gas layers of volcanic fractured formation.This method has been applied to volcanic natural gas layer identification in the Junggar basin research area and has got good application effect，the interpretation conclusions and oil testing results are basically consistent.

volcanic rocks；creviced formation；the difference－ratio value of structural resistivity；plate of identify gas zone；natural gas layer

book=2012,ebook=479

TE341；P631.8

A

1671－5888（2012） 04－1199－08

2011－10－25

中国石油天然气股份有限公司重大科研项目（040112－1）

谭锋奇（1984－），男，博士研究生，主要从事测井资料处理与解释方面的研究，E－mail：fengqitan＠163.com。