利用中子伽馬測井資料確定孔隙度方法研究

黃嚴，張超謨 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室（長江大學），湖北 武漢430100）

一般常規測井中能反映地層孔隙度曲線的有聲波、密度及中子測井，但多數老井中沒有反映地層孔隙度變化的測井曲線，增加了測井油氣識別和飽和度計算難度，因此需要探索和研究地層孔隙度的確定方法，解決地層評價問題。文獻 ［1］中談到了在碳酸鹽巖地層中可以利用中子伽馬測井計算孔隙度的方法，而且效果較好。該方法對于砂泥巖地層是否可行，很少有文獻提到。為此，筆者嘗試在砂泥巖地層中利用中子伽馬測井，結合巖心分析資料，建立中子伽馬測井與孔隙度之間的關系。

1 中子伽馬測井原理

中子伽馬測井原理與中子測井相似。區別在于中子伽馬不是測定中子的空間分布，而是測量熱中子被組成巖石的原子核俘獲后放出的二次伽馬射線。二次伽馬射線的強度受熱中子的空間分布所控制。因此，中子伽馬測井也可以用來研究巖層的孔隙度，以及根據氯的含量區別油水層。

中子伽馬測井記錄的是中子伽馬射線的強度，在低礦化度地層水時，中子伽馬射線的強度反映地層的含氫量。當地層水礦化度高時，反映含氯量［2］。老井中的中子伽馬記錄單位為脈沖／分（pulse／min）。

1.1 中子伽馬曲線

在均勻無限大的介質中，計數器附近的中子伽馬射線強度與中子源強度及源距有關［2］：①隨著源距增大，中子伽馬強度減小；②源距小于35cm，致密地層的中子伽馬強度低于孔隙性地層；③源距大于35cm，含水多的孔隙性地層的中子伽馬強度低于含水少的致密地層；④若在某個源距各種含氫量地層的中子伽馬強度相同，則該點即為零源距，小于零源距的為短源距，大于零源距的為長源距。源距的選取能影響到中子伽馬的值，中子伽馬測井一般選用長源距。

1.2 中子伽馬確定孔隙度

在地層水及泥漿含氯量較少的條件下，利用中子伽馬曲線可以確定孔隙度［3］，因為中子伽馬對低孔隙度的分辨能力較強。根據經驗公式，中子伽馬與地層孔隙度有如下關系［4］：

式中：φ為地層孔隙度，%；A為常數；K為斜率，1；qAPI，n為中子伽馬，pulse／min。

當qAPI，n大時，φ小；qAPI，n小時，φ大。

2 孔隙度模型方法研究

孔隙度是儲層評價的重要指標，也是飽和度計算不可缺少的參數，對孔隙度的研究至關重要。某油田老井的測井資料只有電阻率、自然伽馬和中子伽馬。根據公式（1），結合巖心分析資料，建立qAPI，n與巖心孔隙度（φc）的關系。根據中子伽馬測井曲線值的特點，采用2種方法建立孔隙度模型。

2.1 巖心歸位

由于巖心深度與測井深度不匹配，需要將巖心深度歸位到測井深度。采用中子伽馬曲線與巖心孔隙度進行歸位，歸位原則是qAPI，n小，φ大。圖1是某井的巖心歸位圖，圖中第2道是巖心未歸位的曲線，下部巖心孔隙度深度和測井深度不匹配，所以要進行巖心歸位處理；圖中第3道是巖心歸位后的曲線，巖心深度和測井深度基本匹配，符合歸位原則。

圖1 巖心歸位圖

2.2 條件單位方法建立孔隙度模型

由于水層內流體性質較穩定，所以在研究區中選定一個純水層，用研究井深度上的中子伽馬比上水層的中子伽馬，即可得到中子伽馬的條件單位值［6］。建立的巖心對數孔隙度（lgφc）與中子伽馬的條件單位值（qAPI，n′）的關系如圖2所示，可以看出，隨著qAPI，n′的增加，lgφc減小。它們之間有較好的相關性，其關系式為：

2.3 歸一化方法建立孔隙度模型

如果研究區中沒有水層，可以利用歸一化方法建立孔隙度模型。歸一化公式如下：

式中：qAPI，n″為中子伽馬歸一化值，1；qAPI，n，max、qAPI，n，min分別為中子伽馬的最大值和最小值，pulse／min。

由圖3可見，隨著qAPI，n″的增加，lgφc減小。它們之間有較好的相關性，其關系式為：

圖2 條件單位方法建立孔隙度模型

圖3 歸一化方法建立孔隙度模型

3 方法驗證

為了驗證孔隙度模型的合理性和可行性，用未建模的巖心數據來檢驗。值得一提的是利用條件單位方法時，水層中子伽馬測井值的選取必須要具有研究區的代表性。圖4、5分別為2種方法計算的孔隙度與巖心孔隙度關系曲線圖，可以看出，計算的孔隙度和巖心孔隙度擬合關系都較好。

圖4 條件單位方法計算孔隙度與巖心孔隙度關系

圖5 歸一化方法計算孔隙度與巖心孔隙度關系

雖然計算的孔隙度和巖心孔隙度擬合關系較好，但是兩者之間也有一定的誤差，需要進行誤差分析。由表1中的數據可以看出，條件單位方法計算的孔隙度、歸一化方法計算的孔隙度與巖心孔隙度的最大相對誤差分別為9.46%和9.15%，最小相對誤差分別為1.68%和0.82%，平均相對誤差分別為5.61%和5.34%。從平均相對誤差可以看出，利用2種方法計算的孔隙度與巖心孔隙度誤差不大。因此，2種方法計算孔隙度都是可行的。

表1 利用2種方法計算的誤差分析表

4 結論

利用中子伽馬測井，結合巖心分析資料，分別利用條件單位方法和歸一化方法建立了孔隙度模型。從相關系數及平均相對誤差分析看出，2種方法在理論上和實際應用上都是可行的。

［1］陳一鳴，朱德懷，任康，等 .礦場地球物理測井技術測井資料解釋 ［M］.北京：石油工業出版社，1994：171～178.

［2］杜寶會 .華北油田水淹層測井技術和解釋方法研究 ［D］.東營：中國石油大學（華東），2007.

［3］黃隆基 .放射性測井原理 ［M］.北京：石油工業出版社，1985：159～168.

［4］鄭華 .脈沖中子伽馬綜合測井 ［J］.大慶石油地質與開發，2007，26（6）：126～130.

［5］張炳全 .中子伽馬－感應測井曲線組合判斷油（氣）、水層方法 ［J］.石油勘探與開發，1992，19（1）：39～41.

［6］宋延杰，白新華，肖占山，等 .中子伽馬重復測井識別氣層和氣層動用程度 ［J］.大慶石油學院學報，2002，26（1）：1～3.