电阻率比值法评价油水层的发展及应用

2020-12-10杨克兵曹程程

复杂油气藏 2020年3期

杨克兵，曹程程

（中国石油华北油田分公司，河北任丘062552）

随着油气田勘探开发的不断深入，对测井解释而言，各种新的疑难层不断出现，如低阻油气层、致密油气层、水淹层、高阻水层等，导致测井识别评价油气水层的难度进一步加大［1-4］。尽管新方法、新技术解决了一些问题，但不可否认的是，由于生产成本的原因，当前用于评价油水层的资料仍以常规测井资料的9条测井曲线为主（9条曲线指的是深中浅三条电阻率曲线，中子、密度、声波三条孔隙度曲线及自然伽马、自然电位、井径三条泥质评价曲线），大量井并没有阵列声波、成像、核磁等新方法测井资料。因此，如何使用常规测井资料的9条曲线提高复杂油气水层的评价精度一直是测井解释人员努力的方向［5-8］。

在使用常规测井资料评价油水层的过程中，主要依靠电阻率曲线来评价储层的含油性，形成了许多以电阻率测井资料为基础的油水层识别评价方法。如电阻率-孔隙度交会图版等多种油水层评价图版，含水饱和度的各种计算公式等［9-10］。其中，电阻率比值法担当了一个重要角色。因此，对近年来使用电阻率比值评价油水层方法的应用情况进行总结，分析其有利和不利因素，优选最有效评价方法，必将有助于解决低阻油层、复杂油气层等的识别评价问题，有助于提高测井解释符合率，为推动相关领域测井技术发展提供依据。

1 电阻率比值法的分类及定义

二十世纪二十年代电阻率测井就已诞生，与自然伽马、中子等测井曲线不同的是，电阻率测井有不同径向探测深度的曲线，如感应电阻率测井有深、中、浅3 条曲线，阵列感应电阻率曲线有5 条或6 条。还有不同设计原理的测井仪器，如侧向测井系列与感应测井系列等，这就为使用多种电阻率比值方式评价油水层提供了基础资料。但严格说，电阻率比值法当前并没有学术上的定义，所有涉及使用各种电阻率比值进行油水层评价的方法都被测井解释人员称为电阻率比值法。如可用井筒不同探测深度的目的层和水层电阻率比值（纵向）来评价储层的含油性，也可用同一探测深度的不同探测半径的电阻率比值（径向）来评价储层的含油性，还可用不同测井仪器（侧向和感应等）同一测量深度的电阻率比值进行油水层评价。从方法上，可用电阻率比值制作交会图版评价油水层，也可用电阻率比值计算含水饱和度来评价油水层。

综上所述，使用电阻率比值评价油水层在方法上都是相通的，即交会图版法和含水饱和度计算法。从电阻率比值使用方法看，可分为纵向电阻率比值法和径向电阻率比值法。因此，纵向电阻率比值法可定义为使用井筒纵向上不同探测深度的电阻率测井曲线比值进行油水层评价的方法；径向电阻率比值法可定义为使用同一个深度点不同径向探测深度的电阻率曲线比值进行油水层评价的方法，无论曲线是否为同一类测井仪器。

2 电阻率比值法技术的发展

从二十世纪八十年代中期使用纵向电阻率比值进行油水层评价以来（谭廷栋等）［11］，该方法发展至今近四十年，已成为油田勘探开发中广泛应用的一种油水层的识别与评价方法。

2.1 纵向电阻率比值法技术的发展

纵向电阻率比值法的核心是用目的层深电阻率与该层计算的水层电阻率或与邻近水层、致密层、围岩等电阻率的比值来评价油水层。资料调研表明，这方面应用早在1985 年就已开展［11］，根据所计算目的层的含水饱和度对砂泥岩剖面的油水层进行评价。该方法以阿尔奇公式为基础［12］，通过目的层电阻率与该层计算的水层电阻率比值的高低来评价储层的含油性。这种方法在砂泥岩剖面油水层评价取得了较好效果。其公式为：

式中：Rt为储层电阻率，Ω·m；RO为水层电阻率，Ω·m；Sw为含水饱和度，小数；Swi为束缚水饱和度，小数；n 为饱和度指数，小数；

从式中可以看出，当储层为水层时，则Rt、RO相等，计算出Sw为1。当储层不为水层时，可根据电阻率比值计算储层含水饱和度，关键是束缚水饱和度Swi的确定。该公式的优点是使用参数比阿尔奇公式要少，不需要地层水电阻率Sw，岩电参数a、b、m、n中只需要n 值。缺点是需要可靠的束缚水饱和度Swi，如果Swi不准确，则会影响Sw的计算精度。

后来，这一方法被推广应用到砂泥岩剖面气层评价［13］，在煤层气解释评价方面也取得了不错的效果［14］。此外，在使用纵向电阻率比值交会图方面也取得一些进展，如利用目的层与围岩电阻率比值制作交会图评价低阻气层［15］，利用纵向电阻率比值交会图评价白云质泥岩缝洞型储层［16］，利用纵向电阻率比值交会图识别储层的流体性质等［17］。

可以看出，纵向电阻率比值法在生产中获得了广泛的应用，解决了一些实际问题。但是，该方法评价原理与阿尔奇公式类似，还是依靠单条电阻率曲线值的高低评价油水层，没有消除水性、岩性等变化对储层含油性评价的影响，不能摆脱高阻解释为油、低阻为水的传统解释模式，因而解决不了低阻油气层、复杂油气层等疑难层评价问题［18-19］，存在明显的局限性。

2.2 径向电阻率比值法技术的发展

径向电阻率比值法的核心是采用同一测量深度点的不同径向探测深度的电阻率值进行比较，进而评价储层的含油性。这一方法在二十世纪九十年代初开展应用研究［20］，仍采用计算含水饱和度的方式对油水层进行评价。其原理是对阿尔奇公式进行微分运算，推出一套计算储层含水饱和度的公式。后来这一方法被应用到水淹层的解释评价上［21］，都取得了一定的效果。公式为：

式中：△Sw为含水饱和度的径向变化值，小数；△Rt为储层电阻率的径向变化值，小数；△Rw为地层水电阻率的径向变化值，小数；a、b、m、n 为岩电参数，无量纲；准为储层孔隙度，小数；Rw为地层水电阻率，Ω·m。

实际应用表明，微分法计算的含水饱和度能消除泥质及地层水电阻率变化的影响，因此，在油田开发过程中，使用该方法可以有效地识别因混合水、淡水等影响造成的水淹层，也可用来计算剩余油饱和度。但是，该方法合理使用比较复杂，不适合进一步推广使用。

随后，径向电阻率比值法在交会图评价方法和含水饱和度计算方法方面都有了广泛的应用研究。如采用深浅电阻率比值交会图评价复杂油气层［22］、低孔低渗储层［23］、气水层［24］、沥青砂岩储层等［25］。之后又将这一技术发展到使用深电阻率与冲洗带电阻率比值评价低阻、复杂孔隙结构油气水层，取得了非常显著的效果［26-27］。

同时，提出了直接使用阿尔奇公式推导的径向电阻率比值计算储层含水饱和度的公式［28］：

式中：Sxo为冲洗带含水饱和度，小数；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m；Rxo为冲洗带储层电阻率，Ω·m。

这是一种基于阵列感应测井资料的解释方法，该公式计算结果还能反映侵入带的含水饱和度变化，降低泥浆侵入、地层水电阻率变化、冲洗带残余油饱和度的影响，可以作为储层流体综合识别的一种方法。但该方法要获取的参数有地层水电阻率Rw、泥浆滤液电阻率Rmf、饱和度指数n 及冲洗带含水饱和度Sxo，这些参数如何确定并没有给出有效的办法，因此，对其推广应用造成了一定影响。

再后来，视含水饱和度计算模型被提出［29］，其原理是用水层深浅电阻率比值作为标准来刻度未知层的含水饱和度，假定含水饱和度为100%的纯水层其原状地层电阻率与地层冲洗带电阻率的比值为常数a，即a=RO/Sxo，未知含水饱和度储层其原状地层电阻率与地层冲洗带电阻率的比值为b，即b=Rt/Sxo，如果储层深浅电阻率比值能反映储层含油气程度，则a 与b 的比值可定义为储层含水程度。因为a 是储层100%含水程度的反映，而b 是储层含水程度不同时的反映，当储层为纯水层时，b≈a。实际资料表明，当储层含油性越高时b 值越大，越低时b 值越小，直到与纯水层相当。纯水层含水程度100%，纯油层含水程度可能接近0，与阿尔奇公式计算的含水饱和度Sw值的特点有相似性，可看作是一种视含水饱和度。公式为：

式中：Swa为储层视含水饱和度，小数；a 为常数，反映单井某一层段内纯水层特征值，小数；Rt为深探测电阻率，Ω·m；Rxo为冲洗带电阻率，Ω·m。

可以看出，视含水饱和度仅依靠深浅电阻率资料就能计算，不需要孔隙度、岩电参数等资料。同时，视含水饱和度的高低与储层电阻率的高低无关，取决于深浅电阻率的比值，这就与阿尔奇公式有明显区别，避免了高阻是油、低阻是水的评价局限。使用视含水饱和度理论上可以有效识别评价低阻油层，这一方法也发展到使用深电阻率与冲洗带电阻率比值计算储层含水饱和度，效果要好于深浅电阻率比值法［26-27］。

此外，在使用不同仪器的径向电阻率比值评价低阻、复杂孔隙结构储层油水层方面也获得了较好的应用。如利用侧向与感应电阻率比值识别低渗透率储层流体性质［30］，采用双电法测井评价低阻油层［31］，还可进行复杂断块薄互层储层流体识别等［32］。

由上可以看出，径向电阻率比值法的发展有两个主要变化，一是用深电阻率与冲洗带电阻率比值代替原来的深浅电阻率比值评价油气水层，精度明显提高；二是计算含水饱和度的公式从以阿尔奇公式为基础到与阿尔奇公式无关，能够评价低阻油层，摆脱了阿尔奇公式的局限性［18-19］。因此，径向电阻率比值法与其它油气水层评价方法相比，有明显的优势。首先是不需要其它任何参数，避免了参数取值误差造成的解释失误；其次，通过比值消除了储层岩性、水性变化对评价含油性的影响［33］；再次，通过比值消除了电阻率绝对值的高低对油水层评价的影响，储层的含油性评价与电阻率绝对值的高低无关，理论上能够识别低阻油气层。

3 应用展望

纵观近四十年来电阻率比值法的发展，使用电阻率比值法评价油气水层的方法较多，但纵向电阻率比值法原理上与阿尔奇公式类似，存在局限性，对复杂油气水层评价没有优势；径向电阻率比值法由于消除了岩性、水性、电性对含油性评价的影响，能够识别低阻、复杂孔隙结构储层的油气水层，因而获得了更加广泛的应用，在使用常规测井资料评价油气水层的方法中，变得越来越重要。因此，径向电阻率比值法代表了电阻率比值法的发展趋势。

当前，除电阻率比值法以外的常规测井资料的油气水层评价技术并无突破性进展，阿尔奇公式仍在发挥主导作用。使用以前的一些经典方法已不能满足水淹层、低阻油气层、致密油气层、高阻水层等日益复杂的疑难层评价要求，径向电阻率比值法为解决这一难题提供了相对有效的方法，因而具有广阔的应用前景。具体表现在三个方面：

（1）对冲洗带完全侵入的油气水层，深电阻率与冲洗带电阻率比值能够反映储层的含油性，补充完善了该方法理论缺陷，表明径向电阻率比值法一样能够发展成为经典的油气水层评价方法，为该方法的推广应用打下了基础。依据如下：

对于式（3），当地层完全侵入时，Sxo=1，由于Rw/Rmf、n 为常数，式（3）可变为：

这就表明对完全侵入地层，储层含水饱和度与深电阻率和冲洗带电阻率比值为幂函数关系，即储层的含油性与深电阻率和冲洗带电阻率比值存在一一对应关系，因此，深电阻率与冲洗带电阻率比值能够反映储层的含油性。

（2）径向电阻率比值法消除了岩性、水性、电阻率的高低对含油性评价的影响，能够进行水淹层、低阻油气层、致密油气层、高阻水层的识别评价，具有其它常规测井资料评价方法所没有的优势。如使用径向电阻率比值交会图能够清楚的区分低阻油层与常规油层、高阻水层等，这是以前任何交会图版都做不到的。电阻率比值的大小本身就能区分油、气、水，这也为制作各种油气水层识别图版打下了基础。图1 是使用径向电阻率比值进行低阻油层评价的应用实例，Rd为深感应电阻率。图中油层区、油水同层区、水层区能够明显分开，每一区间都可有低阻和高阻之分，这样就比较容易识别低阻及复杂孔隙结构油气层，避免了以前交会图低阻油层落在水层区无法与水层区分的局限。

图1 使用径向电阻率比值评价油水层的应用实例

（3）视含水饱和度法计算简单，为推广应用提供了极大便利。具体表现在以下方面：

首先，通过比值能消除岩性、水性变化对电阻率计算含水饱和度的影响，提高含水饱和度的计算精度。如使用阿尔奇公式计算储层含水饱和度时，由于无法得到当储层岩性变化时所导致岩电参数变化，往往导致解释失误。而视含水饱和度法是，当岩性变化导致储层电阻率较高时，其冲洗带电阻率同时变高，二者比值正好能消除岩性变化的影响。其次，储层电阻率的高低与储层的含油性无关，能够避免因常规的“高阻是油、低阻是水”解释模式与实际资料不吻合造成的解释失误。再次，需要参数较少或不需要其它参数，如不需要计算孔隙度，不需要相关岩电参数，仅仅依靠电阻率资料本身就能评价，避免了参数确定误差所造成的解释失误。

图2 是某区块低阻气层解释成功的实例，该井区块气层电阻率一般大于25 Ω·m 以上，15 号层电阻率15 Ω·m 左右，低于气层解释标准，阿尔奇公式计算含水饱和度偏高，解释为气水同层。经过使用径向电阻率比值法计算视含水饱和度，15 号层与邻近16 号气层视含水饱和度数据范围相当，约38%～50%，甚至略好于16 号气层，可以解释为气层。经过二层合试，日产气3.1×104m3，无水，证实径向电阻率比值法评价正确。