基于流动单元的原始地层电阻率反演及其应用

李跃林，段迎利，王利娟，郭海敏，何胜林

(1.中海石油(中国)有限公司 湛江分公司,广东 湛江 524057；2.中国石油集团 测井有限公司,陕西 西安 710077；3.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北 武汉 430100)



基于流动单元的原始地层电阻率反演及其应用

李跃林1，段迎利2，王利娟1，郭海敏3，何胜林1

(1.中海石油(中国)有限公司 湛江分公司,广东 湛江 524057；2.中国石油集团 测井有限公司,陕西 西安 710077；3.长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北 武汉 430100)

通过聚类分析对研究区储层流动单元进行了分类，划分出4类流动单元；依据统计发现的油层深侧向电阻率与储层有效孔隙度之间的正相关关系，建立了研究区每类流动单元原始地层电阻率反演模型，进而根据当前地层电阻率的下降值ΔR实现不同流动单元水淹层的定量评价。应用结果表明，利用本文方法得到的小层水淹程度与实际动态资料基本相符。本文方法适用于深度相差不大、泥质含量较低的同一地质小层水淹程度评价。

原始地层电阻率；流动单元；电阻率下降法；水淹层；定量评价

李跃林,段迎利,王利娟,等.基于流动单元的原始地层电阻率反演及其应用[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(4):32-37.

LI Yaolin,DUAN Yingli,WANG Lijuan,et al.Inversion of original formation resistivity based on flow unit and its application[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(4):32-37.

引　言

水淹层的定性识别与定量评价对于剩余油的开采至关重要。原始地层电阻率的反演是水淹层评价的一项重要手段，许多学者对此展开了研究。谭锋奇等[1]研究了黏土含量的变化、束缚水电阻率以及含水体积增加量3个变量的反演模型，提出基于数值模拟的水淹储层原始电阻率反演方法。该方法是在细分岩性的基础上，先反演黏土变化体积模型，再反演电阻率模型，而水淹前后黏土含量变化与储层的水淹程度、岩性、孔隙结构等因素有关，在实际应用中很难确定其变化规律。顾保祥[2]在对S油田原始地层电阻率进行研究时发现油层深侧向电阻率与测井有效孔隙度的相关性较好，从而提出了利用原始电阻率反演定量评价水淹层的方法。该方法忽略了不同类型储层岩性、孔隙结构等对电阻率的影响。此外，泥质砂岩电阻率不仅与储层饱和的流体有关，还与储层黏土的分布形式有关[3]，单纯地根据有效孔隙度整体反演原始电阻率的方法不具有普遍适用性。一般说来，在水驱过程中，储层物性好、孔喉连通性好的储层首先水淹，物性较差的储层后水淹[4]；此外，储集层岩性、物性、孔隙结构的差异使得同等水淹程度的不同类型储层所反映的电性变化特征存在差异[5]，增加了水淹层解释的不确定性，L油田M油组便遇到了类似问题。L油田M油组处于三角洲前缘亚相中，主要发育水下分流河道以及河口砂坝微相，储层砂体厚度较大、延伸较远，断层发育，储层非均质性强。笔者从流动单元出发，按流动单元建立L油田M油组不同类型储层的原始地层电阻率反演模型，定量评价水淹层，并在该油田14口新钻投产井的水淹层测井资料定量解释中取得了较好的应用效果。

1　流动单元划分

1.1流动单元特征参数

流动单元是储层中岩石物理性质和岩层特征(空间分布、内部结构、非均质性特征等)相近的连续储集体，每一类流动单元代表着一个特定的沉积环境和流体流动特征[6]；同一单元内储层渗流和水淹特征相似，不同单元之间差异明显或有渗流隔挡。

流动单元类型主要受储层岩性及孔喉结构控制，选取IFZ(流动分层指标)划分法[7]对流动单元进行划分：

(1)

其中

(2)

(3)

式(1)两边取对数得

lgIRQ=lgφZ+lgIFZ

(4)

式(1)—(4)中：IRQ为储层品质指数；K为地层渗透率，10-3μm2；φ为地层孔隙度；φZ为孔隙体积与颗粒体积之比。

IFZ能够反映岩石的成分及结构等特征，具有相同IFZ值的样品属于同一类流动单元。理论上，在IRQ与φZ的双对数坐标关系图上，IFZ相同的样品落在一条斜率为1的直线上，IFZ值不同的样品落在与其平行的直线上。实际应用中，由于样品的多样性，同一类单元的样品点在一条斜率近似为1的直线上，不同类单元的样品在与其基本平行的直线上，应用聚类分析的方法可以划分不同的流动单元，并得到对应单元的IFZ值。

1.2流动单元划分

选取研究区2口密闭取心井398块岩心，对其进行归位后，统计每块岩心对应的储层有效孔隙度φe、地层渗透率K、储层泥质含量Vsh、流动分层指标(IFZ)值，然后根据系统聚类法，将所有样品大致分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类(图1)，在φz-IRQ双对数坐标轴上，各类岩相的岩心分布在一组基本平行且斜率近似为1的直线上(图2)。

Ⅰ类流动单元：岩性主要为细砂岩，主要发育于水下分流河道、河口坝，物性最好，孔隙度平均值为0.38、渗透率平均值为5 844.8×10-3μm2。

图1　L油田流动单元划分树形图Fig.1　Tree-shaped diagram for flow unit division of of L Oilfield

图2　ΦZ-IRQ交会图Fig.2　Cross-plot of ΦZwith RQI

Ⅱ类流动单元：岩性主要为粉砂岩，主要发育于河口坝、远砂坝中上部，孔隙度平均值为0.37，渗透率平均值为1 298.3×10-3μm2。

Ⅲ类流动单元：岩性主要为砂岩、粉砂岩，含少量泥质，主要发育于河口坝、远砂坝上部，孔隙度平均值为0.35，渗透率平均值为235.7×10-3μm2。

Ⅳ类流动单元：岩性主要为细砂和粉砂，泥质含量高，主要发育于支流间湾，孔隙度平均值为0.34，渗透率平均值为50.8×10-3μm2。

2　基于流动单元的原始地层电阻率反演

对研究区2口密闭取心井及14口加密调整井资料进行分析，认识到水淹层声波和放射性变化特征十分微弱，水淹前后测井响应变化特征主要还是表现在深侧向电阻率上。在实际应用中，经常利用毛管压力曲线计算油藏条件下的含油饱和度[7-8]，毛管压力曲线在一定程度上反映着储层的物性、孔喉分布等，而储层含油性直观地表现在电阻率上，由此认为油层深侧向电阻率与物性之间存在一定关系。油层深侧向电阻率主要与束缚水饱和度、泥质含量、地层水电阻率有关。研究区储层泥质含量大多在8%以下，束缚水饱和度变化不大；此外，在成藏或者油气运移过程中，油气首先进入孔喉大、连通性好、储集物性好的储集层，其次进入物性相对较差的储集层。因此，综合以上分析，在地层水电阻率相差不大的情况下，在水淹前，油水界面以上的储层，储集物性越好，其含油孔隙体积越大，原始地层电阻率越高，原始地层电阻率与储层物性存在正相关关系。

由于原始地层电阻率受地层水电阻率影响较大，对于纵向深度相差不大的同一地质小层，认为其地层水电阻率基本一致。为达到准确反演原始地层电阻率的目的，根据流动单元分类标准对研究区同一地质层位钻井密闭取心岩心进行分类，分别对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类单元(Ⅳ类单元为差储层或非储层，不是实际生产及本文研究的对象)油层深侧向电阻率与物性参数的关系进行统计分析，发现深侧向电阻率与有效孔隙度之间存在较好的相关性(图3)，并且这种关系在研究区域不同层位的油层中普遍存在。

图3　原始地层电阻率反演模型Fig.3　Inversion models of different types of flow units for original formation resistivity

图3中的储层有效孔隙度采用下式进行计算：

φ=φe×(1-Vsh)

(8)

式(8)中：φe为储层有效孔隙度，%；φ为储层总孔隙度，%；Vsh为储层泥质含量，%。

Ⅰ类储层为储集物性较好的储层，深侧向电阻率随着有效孔隙度的增大上升较快，这是由于储集物性越好，油气聚集程度越高，电阻率越大；Ⅱ、Ⅲ类储层深侧向电阻率随着有效孔隙度的增大上升较慢，原因在于一方面Ⅱ、Ⅲ类储层黏土含量相对较高，黏土附加导电性较强；另一方面，孔喉连通性较差，油气运移过程中油气聚集程度低，单位孔隙体积中油气含量较少。

3　水淹层评价

油层水淹后，由于水驱替了孔隙中的部分油，导致储层电阻率降低。地层电阻率的大小与孔隙度、含油饱和度、混合地层水电阻率及泥质含量有关，因此，地层电阻率的大小不能很好地反映地层的水淹程度。此外，储层的孔隙连通性、喉道分布及岩石的润湿性也影响着储层电阻率的变化[9-11]。通过实验和观察得到的水淹层电阻率降低一般表现为相对值[12]，用数学式表示为

(9)

式(9)中：Rt0表示原始地层电阻率，Ω·m；Rt表示当前地层电阻率，Ω·m；ΔR表示水淹前后电阻率的相对减小率。

综合考虑以上因素，采用分流动单元的动态电阻率下降法来定性识别水淹层，即以分流动单元的方法来消除储层孔隙结构、岩性以及润湿性的影响，以电阻率动态下降法来消除孔隙度、含油饱和度、混合地层水电阻率及泥质含量的影响。根据25口生产井每一地质小层实际生产数据以及流动单元划分标准统计分析得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类单元(第Ⅳ类单元储集物性比较差，泥质含量比较高，多为未水淹)不同水淹级别下ΔR分布图(图4)。

水淹后，Ⅰ类单元电阻率下降最快，Ⅱ、Ⅲ类单

元次之。由此，可建立不同单元不同水淹级别的定性标准(表1)。

图4　各类单元不同水淹级别下ΔR分布Fig.4　ΔR distribution of different types of flow units under different water-flooded degree

单元类型未水淹弱水淹中水淹强水淹Ⅰ类ΔR≤0.200.20<ΔR≤0.500.50<ΔR≤0.70ΔR>0.70Ⅱ类ΔR≤0.180.18<ΔR≤0.520.52<ΔR≤0.60ΔR>0.60Ⅲ类ΔR≤0.160.16<ΔR≤0.420.42<ΔR≤0.56ΔR>0.56

ΔR趋近于0，说明没有水淹；ΔR越大，说明水淹越严重。理论上，未水淹地层，原始地层电阻率应当与目前地层电阻率相等，而由图4可知，各单元未水淹地层电阻率也有着不同程度的减小，通过对水驱前后物性变化实验研究认为水驱后孔隙中的部分黏土颗粒被冲刷带走，使得孔喉变得通畅，孔隙度变大，导致反演得到的原始地层电阻率比当前电阻率大。

4　应用效果

图5是研究区一口生产井测井资料解释成果图，该井3号、4号、8号层投产综合含水率在6%左右，为未水淹层；2号、7号层综合含水率18%，为弱水淹层；5号层含水率37%，为中水淹层；6号层含水率62%，为强水淹层。图5中第7道为计算的电阻率下降值ΔR，第8道为划分的流动单元类型，由图可知建立的流动单元不同水淹级别的定性划分标准与实际生产认识基本相符。

按照这一方法，对L油田14口新钻投产井共267个层位进行资料处理，按照各单元水淹级别的划分标准进行划分，再与实际生产资料对比，有217层符合，50层不符合，符合率为81.7%。由此可见，对于深度相差不大、泥质含量较低的同一地质小层，文中研究的根据流动单元定性识别水淹层的方法在研究区域具有较好的适用性。

图5中，解释结论道D表示弱水淹，Z表示中水淹，G表示强水淹。

图5　X井测井资料处理成果Fig.5　Logging data processing result of X well

5　结　论

对于深度相差不大、泥质含量较低的同一地质小层，利用IFZ划分流动单元，根据储层有效孔隙度与油层深侧向电阻率的正相关关系反演每个单元原始地层电阻率，进而利用电阻率下降法对水淹层进行定性识别。利用本文方法得到的小层水淹程度与实际动态资料基本相符，说明方法正确。分流动单元一定程度上提高了储集层划分及水淹层解释的精度，有助于更好地认识储集层的性质，同时有助于减小储层非均质性对解释精度的影响以及油田开发后期开发方案的调整与实施。

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责任编辑：王辉

Inversion of Original Formation Resistivity Based on Flow Unit and Its Application

LI Yaolin1,DUAN Yingli2,WANG Lijuan1,GUO Haimin3,HE Shenglin1

(1.Zhanjiang Branch,China Offshore Oil (China) Co.,Ltd.,Zhanjiang 524057,Guangdong,China;2.Logging Co.,Ltd.,CNPC,Xi'an 710077,Shaanxi,China;3.Key Laboratory of MOE for Oil and Gas Resources and Exploration Technologies,Yangtze University,Wuhan 430100,Hubei,China)

Reservoir flow units in the study area are divided into four kinds through clustering analysis.According to the statistics,it is found that there is positive correlation between the deep lateral resistivity and the effective porosity of the reservoir,based on this,the inversion model of original formation resistivity of each type of flow unit in the study area was established,and then the quantitative evaluation of the water flooded layers of different flow units was carried out according to the fall value ΔRof the current formation resistivity.Application results show that the water flooded degree of small layer obtained using this method is consistent with the actual dynamic data.This method is suitable for the evaluation of the water flooded degree of the small layers in the same geological layer whose depth are similar and their shale content is lower.

original formation resistivity;flow unit;resistivity drop method;water flooded layer;quantitative evaluation

A

2016-02-25

国家科技重大专项子课题“Major national science and technology projects”( 编号:2011ZX05009-003)

李跃林(1967-)，男，高级工程师,主要从事油气田开发研究。E-mail：915252681@qq.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.006

TE122;P631.84

1673-064X(2016)04-0032-06