Question

复杂岩性储层的测井解释

Answer 1

（一）复杂岩性储层的地质特点

1.碳酸盐岩储集层

碳酸盐岩是水化学沉积岩，通常沉积的厚度较大，岩性较纯，致密坚硬，原生孔隙度小，测井上的响应是以其孔隙度的大小与物理参数对应。例如，小于2%孔隙度的碳酸盐岩，各条测井曲线接近方解石的骨架值；密度达2.7 g/cm³；中子孔隙度接近零；Δt接近180μs/m；电阻率上千欧·米以上；井径接近钻头直径；GR很低；自然电位由于在井壁形成不了回路，用SP难以分辨岩性。这种岩层不具备储集性质。孔隙度大于3%时，性质就完全不同了。这时有次生孔隙存在，改变了岩石的储集性质，岩石的各种物理性质也发生了变化。具有储集性质以后，电阻率降低了，有较低的自然伽马；中子伽马、密度和中子孔隙度都较高，声波时差较高。这些相对数值是对致密的碳酸盐岩而言。虽然碳酸盐岩很致密，由于它的化学性质不稳定，很容易发生次生变化，形成次生孔隙、裂缝和溶洞，也容易形成白云岩化的储集层。因为镁离子替换钙离子后，方解石矿物转变成白云石，白云岩的岩性比石灰岩还致密，密度加大体积缩小了12%左右。对同样的宏观体积，孔隙度增加了，具有了储集性。另外，无论是碳酸钙还是碳酸镁，岩性都比较坚硬不易变形，在构造的发育部位易形成裂缝和破碎带，也容易形成具有储集性质的岩性。白云岩储集层测井曲线特征与石灰岩一样，具有低电阻、低自然伽马、低中子伽马、低密度、高时差、高中子孔隙度等特点。图6-15 有中子和密度孔隙度测井系列碳酸盐岩储集层的实例。

2.膏盐剖面储集层

膏盐剖面主要是由蒸发岩矿物，如盐岩、石膏等组成。它的各种矿物密度和致密程度不等，盐岩骨架密度2.2 g/cm³、石膏2.35 g/cm³、硬石膏2.98 g/cm³、天然碱2.12 g/cm³、镁钙盐1.68 g/cm³、钾盐2.0 g/cm³。它们原生孔隙很小，单一蒸发岩矿物较纯，声波时差的数值比较大，硬石膏164 μs/m、石膏171 μs/m、盐岩220 μs/m。含钾盐的杂卤石和钾镁矾石的密度在2.80～2.13 g/cm³之间，时差也比较大。这类蒸发盐岩的自然伽马数值高，自然伽马能谱中的钾含量高；井径扩大，电阻率受井径影响。这种测井剖面主要是用来寻找钾盐。

3.超低孔隙度的砂岩

当碎屑岩地层比较老，埋藏深时；由于地温高、压力大，有些胶结物重新结晶，岩石部分变质。孔隙度小于6%，地层的密度有的超过2.68g/cm³；不能用一般碎屑岩的方法解释。中子孔隙度和地层真孔隙度已变成非线性变化，需要另寻新的解释方法。这类地层测井曲线形状与泥岩相似，但电阻率数值很高，各曲线显示的孔隙度很低。这类地层由于承压大、失水多，粘土含水量低；所以泥岩的密度大、电阻率也很高。

4.低电阻率油气层

这类油气层电阻率有时低于水层和围岩，主要是由于储集层的孔隙发育，束缚水饱和度高，不能用常规解释方法，也算复杂岩性储层。

（二）复杂岩性储层的测井响应

1.声波时差测井

时差测井是测量井壁附近滑行波传播的时间差，忽略发射探头的几何形状。它把柱面波近似看成点声源的球面波，忽略界面的传播效应。实际声波时差只与粒间和晶间孔隙有关。怀利公式的适用范围是孔隙度在8%～35%之间，复杂岩性通常是超出了它的线性范围，所以需另寻途径。对于碎屑岩的复杂岩性可用声波地层因素；对于孔隙均匀的其他岩类也可应用此式，如鲕状或针孔状石灰岩。对于以次生孔隙为主的岩性不适用。公式应用范围是在孔隙度在2%～50%。

2.密度测井

根据体积模型可以写出复杂岩性密度测井的响应方程，但骨架值很难确定。再一个问题是必须考虑地质条件和井径、井壁不规则影响。

3.中子孔隙度测井

在孔隙度小于10%时，超出了中子孔隙度方程的线性范围，需要进行非线性拟合处理。再就是考虑钻井周期、井眼塌垮和不规则等因素。

图6-15 碳酸盐岩剖面的综合测井曲线特征图

4.电阻率测井

大多数复杂岩性地层由于总孔隙度低，电阻率都很高，有裂缝的地层深浅电阻率差别大。孔隙度指数超出了一般解释的范围。

5.自然伽马测井

在不含放射性矿物的前提下，主要反映泥质含量。应用时还要考虑粘土矿物的化学成分。

6.自然电位测井

碳酸盐岩剖面由于地层电阻率高，井内自然电场没有形成正常的自然电流回路，所以自然电位曲线是不好用的。

（三）解释方法

1.井下声波电视法

通过照相记录，可以确定裂缝。

2.深浅电阻率重叠法

3.补偿密度测井的校正量法

由于裂缝有低密度的测井响应，也是只能判断裂缝。

4.交会图法确定岩性和孔隙度

中子-密度交会图。图6-16是中子-密度测井交会图。图中的纵坐标是体积密度和按石灰岩刻度的密度视孔隙度，横坐标是按石灰岩刻度的中子测井视石灰岩孔隙度，它们均做过井眼校正。此图是在饱和盐水钻井液的纯地层中制作的，图中有四条按单一矿物绘制的纯岩石线；砂岩线代表由石英组成的平均骨架密度为2.65g/cm³、孔隙度从0～40%的砂岩。

石灰岩线——由方解石组成的骨架为2.71g/cm³，孔隙度从0～40%的石灰岩。

白云岩线——由白云石组成的骨架密度为2.87g/cm³，孔隙度从0～40%的白云岩。

硬石膏线——代表骨架密度为2.98g/cm³的硬石膏。

作图方法：纵横坐标刻度后，可作不同的岩性线。如砂岩线，先假设砂岩孔隙度φ=0，5%，10%，15%，20%，25%，30%，40%，饱和流体的中子、密度的测井值φ_Nf、ρ_f，然后将它们和砂岩的骨架密度，骨架中子值代入下式：

地球物理测井

其中：ρ_ma=2.65g/cm³，φ_Nma=-0.05，ρ_f=1.1g/cm³，φ_Nf=1.0。分别算出不同孔隙度时的ρ_b和φ_N，点到图6-16的坐标系中，便可得到上述数值各点，将它们连续成线，此线即为纯砂岩的中子-密度关系线，再对相邻两点线性刻度。

同理，可得到石灰岩线、白云岩线和硬石膏线。由于φ_N是对石灰岩刻度的，所以只有石灰岩是线性变化的，其他岩性线都略有弯曲。该图版是对充满液体的纯地层制作的，对有油气或含泥质的地层要作相应校正。

5.用曲线重叠法划分岩性及估计孔隙度

图6-17说明由密度-中子重叠划分岩性的实例和理想化显示。

6.M-N交会图

下面两个图说明了M和N的定义。图6-18所示。

图6-16 补偿中子-密度测井交会图解释图版（盐水钻井液）

在图上根据骨架和流体的参数确定出骨架点（φ=0%）和流体点（φ=100%），按含水纯地层体积物理模型解释公式，两点的连续代表着这种骨架成分组的φ=0～100%的所有这种地层的孔隙度变化；但该线的斜率不变，斜率的大小就是该种地层的岩石骨架岩性特征的反映。它们是一种和孔隙度无关而只和岩性有关的参数，为此把它们定义为M，N参数。即

地球物理测井

其中的参数和前述相同，因数0.01是人为加入的，目的是使M，N数值大小相当，便于作图。

图6-17 密度-补偿中子孔隙度曲线重叠划分岩性

图6-18 M和N的定义

根据上述两公式及表6-5中的参数，可以计算出各种单矿物地层的M，N值，如表6-4所示。

表6-4 普遍岩石的M与N值

据此可作出M、N解释图版，如图6-19所示。其解释原理为：

1）任意两个单矿物地层点连线，代表由这两种矿物构成的过渡岩性。

2）任意三种单矿物点构成的岩性三角形内，代表这三种矿物组成的混合岩性（此时具有多解性，要根据地区上的可能性判断）。

图6-19 M-N交会图解释图版

图6-20 K-A交会图

因为计算孔隙度和矿物成分采用双矿物法，实际应用中首先考虑由双矿物组成的两种岩性的情况。

因为钻井液类型和中子测井类型都与M、N值有较大的关系，在一定程度上受孔隙度影响，应用时应根据钻井液类型和中子测井类型分别制作图版。

7.A-K交会图

M-N交会图是定义固定流体，骨架不同时的M、N值不同。与M、N相似，定义A为中子密度交会图上骨架点与流体点连线的斜率；定义K为中子声波交会图上骨架点与流体点连线的斜率。则

地球物理测井

其解释方法与M-N交会图一样，如图6-20所示。

8.骨架岩性识别图（MID图）

由表6-5可以看出，单矿物地层的岩石骨架参数ρ_ma和Δt_ma除砂岩以外，都只有一个数值；并且不与其他任何参数有关。所以它们是一组识别岩性的较好参数。从中子-密度交会图的解释可以看出，对每一种单一岩性（即某二种矿物比例组成的）组成的地层，不论其孔隙度数值如何，总可以从交会图上求得代表该岩性的视骨架密度（ρ_ma）_a。同理，由声波-中子交会图可求得视骨架时差（Δt_ma）_a。以这两种骨架参数作纵横坐标，可得到骨架岩性识别图，如图6-21所示。

根据φ_b-ρ_b交会图确定出视骨架密度不同的岩性线，用Δt-φ_N交会图确定出视骨架时差的岩性线，应用MID图即可以对所对应的岩性作出判断。注意可能存在的影响因素，尽可能做出适当的解释。如图上的A点，最可能的岩性为石灰岩-硬石膏的过渡岩性，也可能是砂岩-白云岩-硬石膏的过渡岩性，地质上的可能是前一种岩性。

图6-21 骨架识别图解释图版

9.三种孔隙度测井组合解联立方程

按含水纯地层体积模型，可以写出三种孔隙度测井的响应方程；再加上物质平衡方程，有4个方程。因此可解出孔隙度和三种矿物的体积含量，根据表6-5可写出由石英、方解石、白云石三种矿物组成的混合岩性，这三种矿物质体积含量为V₁，V₂，V₃，则可以写出一个联立方程为

地球物理测井

表6-5 几种常见岩石的骨架参数及孔隙流体参数

式中的系数是孔隙度测井对应的流体参数和骨架参数，只要方程的解不出现负值，就认为假定的岩性是对的。否则，另选矿物组合进行试算。

三种孔隙度组合最多可解出四个未知数，四个未知数可根据本地的地质条件做出可能的选择。可以是方解石、石英、粘土和孔隙度，也可以是石英、浊沸石、泥质和孔隙度。