基于交会技术的碳酸盐岩多矿物处理新方法

2014-04-23吴兴能肖承文张承森郭洪波范文同

测井技术 2014年2期

吴兴能，肖承文，张承森，郭洪波，范文同

（中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000）

0 引言

为更有效评价塔里木油田碳酸盐岩储层，进行了大量研究，建立了计算碳酸盐岩储层参数的各种模型［1－3］，并编写了相应的测井处理程序，取得了较好的效果。但对于含白云岩地层的测井储层参数处理则比较缺乏适合地区特点的储层参数处理方法。对这种主要以石灰石、白云石及泥质等矿物为骨架的储层，处理方法主要有斯伦贝谢公司优化处理方法（ELAN）、阿特拉斯公司复杂储层处理方法（CRA）、挂接于Forward的优化方法以及基于交会技术的处理方法等，但这些方法均有各自的缺点，不完全适应于现场处理。目前的优化处理方法（如ELAN）中的三孔隙度曲线均是孔隙度的线性响应［4］，而事实并非如此，特别是对塔里木油田低孔隙度储层，补偿中子测井及声波测井由于岩性影响，储层孔隙度的非线性响应对孔隙度计算有较大影响［5］。目前交会技术的处理方法主要有2类，一类是以德莱赛－阿特拉斯公司复杂岩性解释程序（CRA）为代表的迭代方法［6］，该方法以具体仪器测井响应图版为基础，处理迭代较快；另一类是通过三孔隙度测井响应方程［6］，建立联立方程组以解三角形方式求取孔隙度及矿物组分，该方法稳定性较好，对高孔隙度地层适应性也较好，但它没有考虑具体的仪器因素。根据不同仪器的测井响应图版［7－8］，不同仪器对同一孔隙度的测井响应值不同。为了解决这些问题，以具体仪器的测井响应图版为基础，提出了稳定性优于CRA的迭代算法，并结合油田的研究成果，形成了适合于油田特定地区情况的碳酸盐岩多矿物处理新技术。

1 技术背景及思路

1.1 多矿物处理方法比较

多矿物处理方法主要有最优化方法和交会图版法，但已有的方法均有各自的缺陷，不完全适合于该地区处理。特别是由于补偿中子测井受岩性影响较大，在白云岩地层对孔隙度的响应为非线性特征，这对低孔隙度地层的影响很大。

1.1.1 白云岩补偿中子测井对不同孔隙度的测井响应

目前油田主要采用的中子测井系列有Maxis－500及Eclips－5700系列，部分老井为3700系列。根据测井解释图版［7－8］，不同测井系列的中子测井仪器在白云岩地层的测井响应不同（见图1）。由图1可见，对阿特拉斯2420型补偿中子测井仪器，孔隙度为0～5%时，其非线性响应特征非常明显。

图1 不同仪器在白云岩地层不同孔隙度的测井响应特征

1.1.2 最优化处理方法

斯伦贝谢公司最优化处理方法（ELAN）适应性较强，在大多数情况下，对于给定的岩性以及选择合适的模型，可以求取准确的岩性剖面和孔隙度。由模型可知，地层的测井综合响应值与地层各种岩性矿物的相对体积和各种矿物对相应的测井方法的响应方程有关。对补偿中子测井，ELAN采用的测井响应方程［4－5］为

式中，φm×Vm为骨架中子测井响应；φf×Vf为流体中子测井响应；ΔφN＿ex为补偿中子挖掘效应校正。由该测井响应方程可见，其中并未考虑岩性影响的非线性因素；另一方面，用它处理其他测井仪器所采集的中子测井资料也是不合适的。

图2 CRA迭代过程示意图

1.1.3 阿特拉斯公司CRA交会处理方法

CRA交会算法严格按照图版进行迭代计算，计算孔隙度考虑了补偿中子测井响应非线性因素。以数据点位于石灰岩线与白云岩线之间为例，采用的迭代算法如下。

（1）设输入数据点为（CN，DEN），令初始孔隙度φ0＝CN。

（2）令白云岩孔隙度φD＝φ0，计算对应白云岩线坐标（CND，DEND）。

（3）直线（CN，DEN）－（CND，DEND）与石灰岩线相交，交点孔隙度φL。

（4）令φ＝（φD＋φL）／2，若｜φ－φD｜＜ε，ε为给定误差，输出φ，转第（5）步；否则令φD＝φ，求（CND，DEND），转第（3）步。

（5）求各岩性体积比，灰岩为φ0φD／φLφD，白云岩为φLφ0／φLφD。

该方法不能进行裂缝孔隙度、裂缝含油饱和度等参数计算，缺乏适合地区的特殊解释模型。

1.1.4 其他交会处理方法

除了上述方法外，还可用解三角形法求取孔隙度和岩性剖面［6］。其原理如图3所示，由上往下4个矿物点石英、方解石、白云石、硬石膏分别表示C1～C4，它们与水点依次构成3个三角形△1至△3。资料点落在哪个三角形内，就按哪个三角形表示的矿物对其进行解释。根据该思路和模型，建立相应的联合方程组，将建立的方程组求解，就可以得到相应矿物的体积含量。

图3 解三角形法计算原理

将上述理论三角连点的方法与理论图版叠加（见图4）［6－7］发现理论线与仪器实际岩性线只有石灰岩是重合的，这主要是由于仪器本来就以充满淡水的石灰岩刻度。对于其他岩性，随着孔隙度的增加，误差将会越来越大。因此，该方法并不适合在实际处理中进行广泛应用。图4中，红色线为仪器实际岩性曲线，蓝色为三角连点方法采用曲线。

图4 解三角形法与实际图版的比较

1.2 研究的技术思路

研究主要参考测井解释图版以及斯伦贝谢公司的测井解释图版［7－8］，先对测井资料进行环境校正，再对环境校正后的测井资料进行综合处理与分析。整体设计参考了各处理软件的优缺点，并综合考虑了塔里木油田碳酸盐岩地层主要岩性特征。程序的主要处理方法及过程见图5。在整个处理过程中，曲线环境校正方法、孔隙度计算方法、曲线泥质校正方法、裂缝孔隙度计算、孔隙度含烃校正等为核心处理过程。

图5 处理方法总体框架

2 处理方法研究

测井资料进行处理前的预处理主要包括各种测井资料的环境校正，其主要依据是测井解释图版［7，9］。总体思路是对图版进行预处理，然后数字化，进行曲线拟合，从而得到相应的系数，对测井资料进行环境校正。环境校正后的测井资料进行下一步综合处理与分析。

2.1 测井资料预处理方法

预处理采用图版化方法，由于图版是图像形式，需要将它转换为相应的数值形式，这就涉及到图像数字化。数字化后拟合就能得到相应的系数，可以按照拟合的系数对曲线进行环境校正。图6为Eclips－5700系列1239双侧向测井仪器偏心测量时的环境校正图版［7，9］。由图6可见，数字化后的曲线和原始图版一致性很好。根据图版数字化后拟合得到的大量系数，编制了Eclips－5700常规测井数据环境校正程序。程序挂接于Forward或Forward.net平台上，具有可视化参数编辑功能，可利用平台提供的分段处理功能对曲线进行分段处理。

2.2 孔隙度及矿物剖面处理方法

塔里木油田碳酸盐岩储层主要矿物为石灰石和白云石，对充填、半充填洞穴有泥质或砂岩充填，针对这种情况研究了基于交会图的计算方法。

阿特拉斯公司早期公布CRA源代码是基于2420型仪器，其迭代算法效率高，一般迭代6～8次即能获得处理结果。但深入研究发现，该算法并不稳定，在某些数据点并不能进行有效的迭代，主要原因与现象有2类。①若数据点非常靠近白云岩线，个别数据点的初始孔隙度在白云岩线上的点，与数据点连线的直线L可能与石灰岩线并无交点或者交点较远，导致不能在设定的迭代次数内迭代到最终数值（见图7左）；②某些数据点迭代经过一定次数后，会形成震荡现象，即迭代孔隙度并不收敛，也不发散，形成交叉震荡（见图7右）。可见，该算法存在缺陷，需研究更稳定的迭代收敛算法。

图6 数字化拟合后图版与原始图版的对比（阿特拉斯公司1239型仪器偏心测量图版［7］）

图7 阿特拉斯公司迭代算法不稳定现象

2.2.1 交会算法研究

交会图版的岩性线均可以用抛物线ρ＝a×CN2＋b×CN＋c描述。如果岩性是直线，则a＝0。岩性线上，任何情况下孔隙度和密度成线性关系，即符合理论模型φ＝（ρ－ρma）／（ρf－ρma）。由此可知，在任何情况下，只需知道密度测井值、中子值、孔隙度中任一数值，就可以计算出另外2个值。

为了使得位于2条岩性线中的任何数据点在最后都能稳定迭代，采取了夹逼的方法（见图8）。计算过程如下。

图8 中子与密度测井交会计算孔隙度算法

（1）设输入数据点为（CN，DEN），要求的孔隙度误差为ε。

（2）设置初始最小孔隙度φmin和初始最大孔隙度φmax，平均孔隙度为φave＝（φmin＋φmax）／2。

（3）判断数据点是否位于与孔隙度线φave与φ′ave＝φave＋ε之间。

（4）不在φave与φ′ave之间，若位于φave左边，φmax＝φave；若位于φave右边，φmin＝φave；跳转第（2）步。

（5）在φave与φ′ave之间，达到误差要求，φ＝φave＋ε／2，输出孔隙度。

该交会图版法计算孔隙度有效解决了补偿中子测井对白云岩响应非线性问题，计算的孔隙度与岩性剖面更加准确。孔隙度计算采用了新算法，虽然增加了计算量，但稳定性大大增强。

2.2.2 泥浆滤液性质对图版的影响

据上节讨论可知，任一岩性线均可用抛物线描述，通过对图版作简单分析，就可以得到任意地层水性质条件下新图版中的岩性线方程。

设校正前后岩性线方程分别为

它们之间的系数关系为

式中，G＝（Pm－Pf）／（Pm－Ptf），Pm为骨架参数；Pf为泥浆滤液参数；Ptf为图版上的水参数，对于中子密度交会图，它们分别为相应岩性的骨架密度、泥浆滤液密度，Ptf＝1.0 g／cm3。

2.3 其他参数处理方法

碳酸盐岩储层评价参数包括裂缝孔隙度、裂缝含油饱和度、孔洞含油饱和度及渗透率等。

对裂缝孔隙度的计算主要有2种方法［1］。其一是适用于手工解释的简单模型。模型公式为，当RLLd＜RLLs时

图9 A井常规测井曲线环境校正实例

式中，φf为裂缝孔隙度；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；RLLd深侧向电阻率，Ω·m；RLLs为浅侧向电阻率，Ω·m。

其二是适合计算机处理的非线性模型。根据数值模拟，裂缝双侧向测井数值响应可用式（6）、式（7）精确表示

式中，Clldo、Cllso分别为深浅侧向电导率值；Cb为围岩电导率；d1～d4、s1～s4为与裂缝产状有关的系数。利用最小二乘法，可以求取式（6）、式（7）误差极小值对应的x0值，最终求得裂缝孔隙度

式中，Cmf为泥浆滤液电导率；φf为裂缝孔隙度。

对裂缝含油饱和度、孔洞含油饱和度等参数也有区域上相对成熟的测井解释模型；对补偿中子的挖掘效应校正、孔隙度的含烃校正等均采用了已有的模型［4］。

3 处理实例及分析

图9为A井的常规测井曲线环境校正实例。由图9可见，扩径井段校正后的自然伽马测井值比校正前的自然伽马测井值略高，扩径越大，校正量越大；对比双侧向电阻率校正，泥浆对深侧向电阻率的影响要大于浅侧向电阻率。

预处理后的曲线进行综合处理后的成果图见图10。由图10可见，该井主要发育2段储层，根据综合处理，共解释Ⅱ类裂缝孔洞型气层2个层共27 m，Ⅱ类裂缝孔洞型差气层1个层4 m。该井对×144～×169 m井段进行酸压试油，用8 mm油嘴放喷求产，气产量为110 098 m3，气比重0.645，折日产气264 234 m3，测试结论为气层。