過井眼縫洞地層雙側向電阻率測井敏感性因素分析

劉璽，張珊珊

(延長油田股份有限公司志丹采油廠，陜西 延安 717500)

裂縫和洞穴是碳酸鹽巖油氣藏等多種特殊巖性油氣藏的重要滲流通道和儲集空間，由于縫洞型儲層具有非均質性強、各向異性明顯、測井響應特征復雜的特點，使得縫、洞識別成為當前的難點、熱點[1]。常規測井對洞穴尺寸、充填物性質不敏感，解釋精度有限，成像測井受探測范圍限制，只能顯示井眼周圍的地質特征[2，3]。而雙側向電阻率測井，其淺側向主要探測井壁附近地層，而深側向探測范圍較淺側向大，是測井識別裂縫與洞穴發育特征的重要技術手段。裂縫的張開程度、傾斜角度及洞穴的充填程度、充填物的性質、洞穴的空間尺寸等是影響雙側向電阻率測井的重要敏感因素，國內外的測井專家對該類油氣藏做了大量的數值模擬研究，然而在試驗驗證方面缺乏論據支持[4～7]。基于此，筆者通過建立縮小比例縫洞雙側向電阻率物理模擬試驗裝置及試驗方法，分析不同尺寸泥漿充填、不同充填物洞穴、不同充填程度對雙側向電阻率測井的影響，并對敏感性因素進行分析，為縫、洞識別提供了有利的試驗方法和依據。

1 試驗材料和裝置

1.1 試驗材料和模型

致密碳酸鹽巖地層電阻率范圍在2000～10000Ω·m之間，試驗基巖地層模型采用水槽模型；洞穴試驗模型采用石墨-水泥基復合材料，石墨-水泥基材料的電阻率大小與摻雜石墨的用量多少有關。

1.2 試驗裝置及操作系統

室內試驗裝置包括地面電路及控制系統和井下部分。地面電路及控制系統包括微機操作控制系統、雙側向電阻率測井儀電路等；井下部分包括水槽地層模型、洞穴物理模型、雙側向電阻率測井井下儀器等[5,9,10]，其整個試驗系統如圖1所示。

圖1 縮小比例雙側向電阻率測井物理模型裝置示意圖

2 雙側向電阻率測井敏感性因素分析

基于建立的模擬系統，通過物理模擬和數學模擬相結合的方法，分析了過井眼洞穴直徑、洞穴填充物性質、充填程度等敏感性因素對雙側向電阻率測井的影響。

依據對實際地層洞穴的空間尺寸、充填物的性質、充填程度分析，基于相似約束原理建立縮小比例的雙側向電阻率測井物理模擬試驗裝置及方法，對過井眼洞穴(圖2)進行物理與數學模擬研究。

圖2 軸對稱均勻穿井洞穴地層雙側向電阻率測井響應模型

2.1 不同尺寸洞穴泥漿充填影響

當洞穴為泥質充填時，分別對洞穴模型直徑為0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4m進行雙側向電阻率測井物理模擬試驗，其試驗結果見圖3、4。

圖3 不同直徑大小洞穴模型雙側向電阻率測井物理模擬試驗曲線

圖4 洞穴直徑變化與雙側向電阻率關系

由圖3、4可知：深、淺側向電阻率曲線異常的底部寬度與洞穴模型的直徑有關，并呈正相關關系；同時，深、淺側向電阻率均隨洞穴模型直徑的增加而減小，且深、淺側向電阻率測井出現正差異，先增大后減小，最后趨于一致；當洞穴直徑在0～0.05m時，深、淺側向電阻率差異逐漸增大；洞穴直徑在0.05～0.4m之間時，正差異幅度有逐漸減小的趨勢；當洞穴直徑達到0.4m時，深、淺側向電阻率基本相同，正差異幅度基本為0。產生上述現象的主要原因是當洞穴直徑很小時，淺側向電阻率會受到洞穴邊界及填充邊界的影響；同理，當洞穴直徑較大時，深側向電阻率會受到洞穴邊界及填充邊界的影響；當洞穴直徑大于0.4m時，深、淺側向電阻率接近洞穴電阻率，電阻率曲線趨近相同。

2.2 不同充填物影響

洞穴直徑0.4m、不同石墨比例的模型，其電阻率不同[8]。分別用石墨體積分數20%、10%、5%、0%的洞穴模型代替泥質充填、砂巖充填、碎屑巖充填、碳酸鹽巖溶蝕物充填4種不同充填物的洞穴，對4種充填物進行物理模擬試驗，其結果見圖5。

試驗結果表明，當洞穴填充物的電阻率較大時，測井結果電阻率也較大，且深、淺側向電阻率的差異較小。主要是由于深側向電阻率受到洞穴邊界及填充邊界的影響，其電阻率在基巖與洞穴電阻率之間，因此當洞穴電阻率越大時，深、淺側向電阻率的差異越小。同時試驗也說明在致密碳酸鹽巖作為基巖的情況下，洞穴模型的電阻率特征可以通過雙側向電阻率測井曲線響應特征加以判別。例如，當洞穴模型雙側向電阻率較低時，可以作為泥巖充填物考慮；當洞穴模型的雙側向電阻率與基巖電阻率相當且異常幅度差較小時，則將洞穴模型判定為碳酸鹽巖溶蝕物充填類型；當洞穴模型的雙側向電阻率特征介于上述二者之間，則充填物可以大致判定為砂巖、碎屑巖或者其他巖相。在實際測井過程中，可以結合其他測井以及井眼取心等方式綜合判定洞穴的充填物質類型。

圖5 洞穴不同充填物雙側向電阻率測井響應試驗特征曲線

圖6 二維過井軸洞穴地層模型

2.3 不同充填程度影響

利用數值模擬方法進行了不同充填程度對雙側向電阻率測井的影響。模擬選取基巖電阻率ρb=1000Ω·m，泥漿電阻率ρm=1Ω·m，填充物電阻率ρf=50Ω·m的二維過井軸洞穴泥漿部分填充數值模型(圖6)，分別對洞穴充填程度0%、20%、40%、60%、80%、100%進行數值模擬，其深、淺測向電阻率響應結果見圖7。從圖7可以看出，填充界面處深、淺側向電阻率測井響應明顯異常，且高填充物的淺側向電阻率能夠較好地反映真實電阻率信息，而深側向電阻率由于受洞穴邊界及填充邊界影響嚴重，不能準確反映填充物真實信息。

3 結論

1)由不同尺寸洞穴的雙側向電阻率測井物理模擬試驗可知，深、淺側向電阻率均隨洞穴模型直徑的增加而減小，且深、淺側向電阻率出現正差異。當洞穴直徑在0～0.05m時，深、淺側向差異逐漸增大；當洞穴直徑在0.05～0.4m之間時，正差異幅度有逐漸減小的趨勢；當洞穴模型直徑等于0.4m時，深、淺側向電阻率基本相同。

2)不同電阻率的洞穴模型，其深、淺側向電阻率為正差異，且隨著洞穴模型電阻率的不同，深、淺側向電阻率幅度不同，幅度差也有一定的差別。

圖7 雙層填充、不同充填程度雙側向電阻率響應

3)不同充填程度對過井眼對稱洞穴的雙側向電阻率測井響應模擬結果顯示，高填充物的淺側向電阻率能夠較好地反映真實電阻率信息，而深側向電阻率由于受洞穴邊界及填充邊界影響嚴重，不能準確反映填充物真實信息。