过井眼缝洞地层双侧向电阻率测井敏感性因素分析

刘玺，张珊珊

(延长油田股份有限公司志丹采油厂，陕西 延安 717500)

裂缝和洞穴是碳酸盐岩油气藏等多种特殊岩性油气藏的重要渗流通道和储集空间，由于缝洞型储层具有非均质性强、各向异性明显、测井响应特征复杂的特点，使得缝、洞识别成为当前的难点、热点[1]。常规测井对洞穴尺寸、充填物性质不敏感，解释精度有限，成像测井受探测范围限制，只能显示井眼周围的地质特征[2，3]。而双侧向电阻率测井，其浅侧向主要探测井壁附近地层，而深侧向探测范围较浅侧向大，是测井识别裂缝与洞穴发育特征的重要技术手段。裂缝的张开程度、倾斜角度及洞穴的充填程度、充填物的性质、洞穴的空间尺寸等是影响双侧向电阻率测井的重要敏感因素，国内外的测井专家对该类油气藏做了大量的数值模拟研究，然而在试验验证方面缺乏论据支持[4～7]。基于此，笔者通过建立缩小比例缝洞双侧向电阻率物理模拟试验装置及试验方法，分析不同尺寸泥浆充填、不同充填物洞穴、不同充填程度对双侧向电阻率测井的影响，并对敏感性因素进行分析，为缝、洞识别提供了有利的试验方法和依据。

1 试验材料和装置

1.1 试验材料和模型

致密碳酸盐岩地层电阻率范围在2000～10000Ω·m之间，试验基岩地层模型采用水槽模型；洞穴试验模型采用石墨-水泥基复合材料，石墨-水泥基材料的电阻率大小与掺杂石墨的用量多少有关。

1.2 试验装置及操作系统

室内试验装置包括地面电路及控制系统和井下部分。地面电路及控制系统包括微机操作控制系统、双侧向电阻率测井仪电路等；井下部分包括水槽地层模型、洞穴物理模型、双侧向电阻率测井井下仪器等[5,9,10]，其整个试验系统如图1所示。

图1 缩小比例双侧向电阻率测井物理模型装置示意图

2 双侧向电阻率测井敏感性因素分析

基于建立的模拟系统，通过物理模拟和数学模拟相结合的方法，分析了过井眼洞穴直径、洞穴填充物性质、充填程度等敏感性因素对双侧向电阻率测井的影响。

依据对实际地层洞穴的空间尺寸、充填物的性质、充填程度分析，基于相似约束原理建立缩小比例的双侧向电阻率测井物理模拟试验装置及方法，对过井眼洞穴(图2)进行物理与数学模拟研究。

图2 轴对称均匀穿井洞穴地层双侧向电阻率测井响应模型

2.1 不同尺寸洞穴泥浆充填影响

当洞穴为泥质充填时，分别对洞穴模型直径为0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4m进行双侧向电阻率测井物理模拟试验，其试验结果见图3、4。

图3 不同直径大小洞穴模型双侧向电阻率测井物理模拟试验曲线

图4 洞穴直径变化与双侧向电阻率关系

由图3、4可知：深、浅侧向电阻率曲线异常的底部宽度与洞穴模型的直径有关，并呈正相关关系；同时，深、浅侧向电阻率均随洞穴模型直径的增加而减小，且深、浅侧向电阻率测井出现正差异，先增大后减小，最后趋于一致；当洞穴直径在0～0.05m时，深、浅侧向电阻率差异逐渐增大；洞穴直径在0.05～0.4m之间时，正差异幅度有逐渐减小的趋势；当洞穴直径达到0.4m时，深、浅侧向电阻率基本相同，正差异幅度基本为0。产生上述现象的主要原因是当洞穴直径很小时，浅侧向电阻率会受到洞穴边界及填充边界的影响；同理，当洞穴直径较大时，深侧向电阻率会受到洞穴边界及填充边界的影响；当洞穴直径大于0.4m时，深、浅侧向电阻率接近洞穴电阻率，电阻率曲线趋近相同。

2.2 不同充填物影响

洞穴直径0.4m、不同石墨比例的模型，其电阻率不同[8]。分别用石墨体积分数20%、10%、5%、0%的洞穴模型代替泥质充填、砂岩充填、碎屑岩充填、碳酸盐岩溶蚀物充填4种不同充填物的洞穴，对4种充填物进行物理模拟试验，其结果见图5。

试验结果表明，当洞穴填充物的电阻率较大时，测井结果电阻率也较大，且深、浅侧向电阻率的差异较小。主要是由于深侧向电阻率受到洞穴边界及填充边界的影响，其电阻率在基岩与洞穴电阻率之间，因此当洞穴电阻率越大时，深、浅侧向电阻率的差异越小。同时试验也说明在致密碳酸盐岩作为基岩的情况下，洞穴模型的电阻率特征可以通过双侧向电阻率测井曲线响应特征加以判别。例如，当洞穴模型双侧向电阻率较低时，可以作为泥岩充填物考虑；当洞穴模型的双侧向电阻率与基岩电阻率相当且异常幅度差较小时，则将洞穴模型判定为碳酸盐岩溶蚀物充填类型；当洞穴模型的双侧向电阻率特征介于上述二者之间，则充填物可以大致判定为砂岩、碎屑岩或者其他岩相。在实际测井过程中，可以结合其他测井以及井眼取心等方式综合判定洞穴的充填物质类型。

图5 洞穴不同充填物双侧向电阻率测井响应试验特征曲线

图6 二维过井轴洞穴地层模型

2.3 不同充填程度影响

利用数值模拟方法进行了不同充填程度对双侧向电阻率测井的影响。模拟选取基岩电阻率ρb=1000Ω·m，泥浆电阻率ρm=1Ω·m，填充物电阻率ρf=50Ω·m的二维过井轴洞穴泥浆部分填充数值模型(图6)，分别对洞穴充填程度0%、20%、40%、60%、80%、100%进行数值模拟，其深、浅测向电阻率响应结果见图7。从图7可以看出，填充界面处深、浅侧向电阻率测井响应明显异常，且高填充物的浅侧向电阻率能够较好地反映真实电阻率信息，而深侧向电阻率由于受洞穴边界及填充边界影响严重，不能准确反映填充物真实信息。

3 结论

1)由不同尺寸洞穴的双侧向电阻率测井物理模拟试验可知，深、浅侧向电阻率均随洞穴模型直径的增加而减小，且深、浅侧向电阻率出现正差异。当洞穴直径在0～0.05m时，深、浅侧向差异逐渐增大；当洞穴直径在0.05～0.4m之间时，正差异幅度有逐渐减小的趋势；当洞穴模型直径等于0.4m时，深、浅侧向电阻率基本相同。

2)不同电阻率的洞穴模型，其深、浅侧向电阻率为正差异，且随着洞穴模型电阻率的不同，深、浅侧向电阻率幅度不同，幅度差也有一定的差别。

图7 双层填充、不同充填程度双侧向电阻率响应

3)不同充填程度对过井眼对称洞穴的双侧向电阻率测井响应模拟结果显示，高填充物的浅侧向电阻率能够较好地反映真实电阻率信息，而深侧向电阻率由于受洞穴边界及填充边界影响严重，不能准确反映填充物真实信息。