新型阵列介电测井工具ADT在南海油田的应用

张明杰，郭书生，安东岭

（中海石油有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

新型阵列介电测井工具ADT在南海油田的应用

张明杰，郭书生，安东岭

（中海石油有限公司湛江分公司，广东湛江 524057）

新型阵列介电测井ADT测井工具是在单频电磁波传播测井EPT仪器的基础上，采用了多级补偿推靠极板设计和多频交叉偶极子测量模式，有效地消除了井眼、泥饼等环境因素影响，通过在中国南海某油田的应用案例分析，指出了此工具在识别地层稠油、薄层，计算残余油饱和度、含水体积等方面有较好的应用效果。

阵列介电测井；多级补偿；交叉偶极子；残余油饱和度

随着勘探技术的不断发展，常规测井项目难以识别薄互层储层，稠油油层及定量侵入关系，这就给测井解释及油田开发带来一些困惑，新型介电方法的引入为这种情况提供了解决的可能。在油气勘探中，介电测井曾经风靡一时，后来由于受环境影响太大，探测太浅，解释偏差较大而逐渐停止使用。介电测井工具的发展从单一频率介电测井至双频介电，到后来发展的阵列介电测井。介电测井的设计及方法不断的在改善，但应用效果一直不太理想。斯伦贝谢公司新型阵列介电测井工具ADT，它的独特设计和应用优势弥补了以前介电测井工具的许多缺点，其识别稠油和薄层的能力在南海取得了初步成功。

1 介电测量原理

介电测井是利用电磁波在介质中传播时，由于介质的存在使得电磁波的幅度发生衰减和相位移动，这与介质的介电常数大小密切相关，由此可建立电磁波传播幅度和相位与介电常数和电导率的关系，并且低频测量主要受电导率的影响，随着频率的增加，介电效应逐渐起主导作用，从而利用高频介电常数计算地层含水饱和度和残余油饱和度的测井方法，进而评价油气层[1]。图1所示当介质存在时电磁波发生了幅度衰减和相位移动。

介电频散是介电常数随频率变化的函数，如下式：

图1 介质中电磁波传播示意图

介质在外加电场作用下会发生极化，极化的能力反应为介电常数。介电常数大小与介质的极化类型有关，主要有三种物理极化类型主导介电常数大小，分别为电子极化、分子定向极化和界面极化如图2所示。

图2 介电极化类型

每种极化类型都是由不同的电场频率主导的，当频率超过一定范围，主导的极化类型将改变，图3显示了在特定频率范围内存在的极化类型。在低频时介电常数有极大值，因为当频率低于几百兆赫兹出现了界面极化，随着频率的升高，起主导的极化类型为电子极化和分子定向极化，此时介电常数降低，这就是介电扫描测井的介电频散。由于不同频率下极化方式不同，所以介电常数是频率的函数[2]。

图3 介质极化机理

岩石是一种复合介质，由矿物成分，孔隙中的流体组成，常见的矿物介电常数值差别不大，由于水的介电常数远远大于其他矿物以及油气的介电常数，纯油的相对介电常数约2 ～ 4左右，纯水的相对介电常数约在60 ～ 80左右，因此利用油水的介电常数差别可以定性判别油水层[3]。表1为常见的矿物和流体介电常数值。

表1 常见矿物和流体介电常数值

2 阵列介电工具ADT简介

ADT阵列介电测井工具（图4），亦称介电扫描，它采用液压推靠井径仪阵列极板贴紧井壁，对于不规则井壁它可以自动灵活调节极板压力，使之贴紧井壁，消除了井眼不规则的影响。

极板上采用中间两对电磁发射线圈，上下四对对称补偿的接收线圈，一个电极接收线圈，一个泥饼探测器用以探测泥饼介电特性，消除泥浆和泥饼影响，如图5所示。它的测量方式是交叉偶极子测量方式。电磁波以20 MHz ～ 1 GHz四种频率、两种极化方向传播进入地层，测量井壁外达4 in（10.2 cm）的高分辨率和高精度的储层特征[2]。它的探测深度4 in（10.2 cm），垂向分辨率1 in（2.5 cm），耐温175℃，耐压25 000 psi（172 375 kPa），测速1 800 ～ 3 600 ft/h（548 ～ 1 097 m/h）。

常规单频介电测井在解释岩石结构响应、侵入和地层侵入带水的矿化度上存在着一定的困难。阵列介电测井工具ADT能够连续测量地层的频散特性，并且通过不同的阵列间距、两种极化和四种频率，径向解释每个频率的介电常数和电导率[2]。阵列介电测井工具ADT应用地球物理模型计算每个频率的介电常数和电导率。输出的模型参数是含水孔隙度、水的矿化度和碳酸盐的岩石结构响应。如果用油基泥浆钻井，所得水的矿化度为地层水矿化度。在碳酸盐中，介电频散特性主要受岩石结构所影响，介电测井测量的岩石结构可以提供阿尔其公式的m、n指数。在重油和侵入浅的地层可以和核磁仪器计算可动油含量。该仪器主要探测三种信息：径向信息、地质构造信息和岩石基质结构信息，通过反演各个频率下接收发射对记录的数据，得到几个区域如泥饼、近冲洗带、远冲洗带的介电常数和电导率[4]。利用CRI模型计算四种频率中每一种频率下的岩石物理参数，用多种频率下的数据针对不同探测深度进行频散处理。

阵列介电测井工具的主要应用是：

（1）可以直接测量探测范围内地层的含水体积，解决生产储层中的残余油气体积，低阻或者低对比度砂泥互层的油气体积，稠油储层中油气体积和流动性，水的矿化度。

（2）识别高分辨率薄层及计算其含水孔隙度和残余油饱和度。

（3）对于碳酸盐岩储层，还可以通过对岩石结构的测量以获得连续深度的胶结指数m和n，用来计算原状地层的含水饱和度。

（4）碎屑岩储层可以测量阳离子交换量（CEC）和做各向异性的分析。

3 应用实例分析

涠西南某口井钻穿上下两套目的地层，上下预计的地层压力系数差别较大。特别是下部地层，为浊积体沉积，物性复杂，为了弄清楚此井下部地层的物性及含油气性，在设计测井项目特加了新型阵列介电ADT测井项目。下面就新型阵列介电测井ADT的应用进行分析。

图4 阵列介电测井工具ADT外观图

图5 阵列介电测井ADT极板发射和接收线圈结构图

3.1利用介电测井计算冲洗带残余油饱和度和含水饱和度

其与核磁结合计算可动油体积，揭示地层侵入和地层污染程度。如图6所示，1 835～1 847 m井段为上部一套地层，核磁可动孔隙（中间道的粉红曲线）占总孔隙70%，核磁T2谱分布有不规则谱后移，说明有烃信号，从常规曲线上看本层为油层。从第五道介电测井ADT曲线（绿色区域）看出冲洗带残余油饱和度为10%左右，含水饱和度为90%，与核磁曲线结合，介电测井显示本层泥浆侵入较深，地层污染严重，同时侵入程度也说明了可驱动油较多，从MDT测压泵抽资料所知本层地层压力系数1.00左右，泥浆压力系数1.35，高速泵抽1个小时才见到油信号显示，也说明了泥浆侵入较深。1 745 ～ 1 795 m井段ADT含水饱和度基本为100%，得出的残余油饱和度基本为零，为水层，核磁T2谱为明显水的尖峰信号，与常规测井解释一致。

3.2利用介电测井识别薄层，计算侵入较浅的稠油饱和度

图6 阵列介电测井ADT与常规测井、核磁成果图

由于当前我国某些油田对薄层开发的需求，薄层和薄互层的识别与开发对测井仪器的纵向分辨能力提出了更高的要求[5]，新型阵列介电测井仪器对识别薄层有着很好的分辨能力。如图7所示，此段为本井下部一套浊积砂体沉积地层，在2 348 ～ 2 360.5 m常规解释为油层。从阵列介电工具测井（中间道绿色区域为ADT所解释残余油饱和度）残余油饱和度达到60%，与核磁所测核磁可动空隙所占总孔体积（中间道粉红曲线）基本一致，说明泥浆侵入地层较浅，侵入程度也从测压取样结果得到证实，本处泵抽10 min左右已显示有油气出现，取样结果为稠油，所测地层压力系数为1.32，与泥浆压力系数1.34基本一致，未造成泥浆太大侵入。左边第三道为FMI微电阻率成像，与左边第二道（绿色区域）ADT所测残余油饱和度对应层位关系很好，尤其在2 348.5 ～2 348.7 m处只有0.2 m左右的薄层，其与FMI微电阻率成像的对应关系很好，说明阵列介电工具有较高的薄层识别能力，可用于一些砂泥岩薄互层地层识别。

图7 阵列介电测井ADT与微电阻率成像FMI、核磁对比图

4 结论

（1）阵列介电ADT测井新技术对于计算残余油饱和度，确定侵入深度及识别薄互层储层方面具有很好的应用前景。

（2）展望当今，随着勘探程度的不断加深，储层越来越复杂，三低储层、侵入关系、残余油饱和度计算、复杂岩性等等，给常规测井解释带来困惑，新型阵列介电测井工具的出现为测井解释提供了一种手段，结合其它如核磁测井工具，它能更好的为储层评价、油藏开发提供保障和依据。

[1] 李传伟，慕德俊，李安宗．介电测井方法与实现[J]．地球物理学进展，2007，22（6）：1862-1866．

[2] 谢然红，冯启宁，尚作源．双频介电测井解释方法研究[J]．测井技术，1997，21（4）：250-253．

[3] 丁娱娇，吴淑琴，李庆和，等．介电测井资料校正方法及油水层的定性识别[J]．测井技术，2000，24（2）：130-134．

[4] Carmona R, Decoster E, Hemingway J, et al. 介电测井新技术与应用[J]．国外测井技术，2013（5）：62-74．

[5] 刘曼芬，冯庆国，王秀江，等．高频介电测井的围岩、薄夹层影响与分层能力的理论研究[J]．地球物理学报，1994，37（增刊）：552-560．

Application of New Array Dielectric Tool ADT to Oil Fields of South China Sea

ZHANG Mingjie, GUO Shusheng, AN Dongling
（Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang524034,China）

On the basis of previous dielectric equipment EPT, namely a single frequency electromagnetic wave propagation logging tool, the new type array dielectric tool (ADT) is designed with multi-level compensational electric pad and multi-frequency of cross dipole logging mode, which can eradicate effectively ambient effects, such as borehole and mud cake etc. Through analyzing the application case in oilfield of South China Sea, it is concluded that the application effects of this new tool are very good in identifying viscosity oil bearing layers, thin beds, calculation of residue oil saturation and water content.

array dielectric tool; multi-level compensation; cross-dipole; residue oil saturation

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.070

1008-2336（2014）04-0070-05

2014-02-14；改回日期：2014-03-10

张明杰，男，1972年生，测井总监，1996年毕业于中国石油大学（华东）石油地质专业，从事测井、录井现场技术管理及研究工作。E-mail：zhangmj4@cnooc.com.cn。