砂岩地层测井评估方法与流程

本发明涉及石油天然气勘探领域，尤其涉及一种砂岩地层测井评估方法。

背景技术：

在石油测井领域，通常认为砂泥岩地层是水平成层的，电阻率测井测得的是水平电阻率，由于地层各向异性存在，当遇到高陡地层或井斜情况时，测得的电阻率往往与实际地层的水平电阻率有差异，因此用电阻率计算含水饱和度会产生误差，从而引起油气层解释失误。

现有技术中关于各向异性地层电阻率测井响应特征的研究，最早可以追溯到1958年Kunz等人的工作，他们首次研究并给出了垂直井眼中两个半无限各向异性地层上普通电阻率测井的解析解及其响应特征。1979年Moran等人进一步系统地研究了斜井眼中各向异性地层中电阻率测井的正演模拟问题，给出了两个半无限各向异性地层中普通电阻率和感应测井的正演模拟方法，计算了井眼倾角变化对电阻率值的影响。此外，在最近的十多年中，随着薄交互层解释和评价工作的需要，人们对各向异性地层中感应和高频电磁测井的正演模拟和响应特征进行了大量的研究，提出了应用不同斜井眼中感应或高频电磁测井在响应特征上的差异，进行各向异性地层的识别、并对电阻率进行校正和处理的方法。但是，现有技术中提出的各种关于校正各向异性地层对电阻率影响的方法都是实验室模拟的结果，根据这些实验室模拟的结果计算出的理论电阻率进行油气层解释时，常常与实际的石油天然气勘探结果有误差，不能准确地反映出砂岩地层中的石油天然气储存情况。

技术实现要素：

基于以上技术问题，本发明提供一种砂岩地层测井评估方法，用以解决现有技术中的砂岩地层测井评估方法不能反映真实的石油天然气储存情况的技术问题。

本发明实施例提供一种砂岩地层测井评估方法，所述方法包括：

测量砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角、及所述砂岩地层的各向异性系数；

根据所述实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各向异性系数、第一修正参数及第二修正参数确定修正地层电阻率；

根据所述修正地层电阻率确定所述砂岩地层的含水饱和度，对所述砂岩地层进行测井评估。

在本发明的另一实施例中，所述根据所述实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各项异性系数、第一修正参数及第二修正参数确定修正地层电阻率包括：

根据$R_t^{\′}=(a{R}_t+b)\sqrt{1+(1+{\mathrm{\λ}}^2){\sin }^2\mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}^2}$确定修正地层电阻率；

其中，R_t'表示所述砂岩地层的修正地层电阻率，R_t表示测量得到的所述砂岩地层的实际地层电阻率，a表示所述第一修正参数，b表示所述第二修正参数，θ表示所述地层倾角，λ表示所述砂岩地层的各向异性系数。

在本发明的另一实施例中，在根据所述实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各项异性系数、第一修正参数、及第二修正参数确定修正地层电阻率之前，还包括：

通过正演模拟方法确定所述砂岩的理论地层电阻率；

比较所述实际地层电阻率和理论地层电阻率，确定所述理论地层电阻率与所述实际地层电阻率的线性关系；

根据所述理论地层电阻率与所述实际地层电阻率的线性关系确定所述第一修正参数及第二修正参数。

在本发明的另一实施例中，所述第一修正参数的取值范围为0.4～1.4，所述第二修正参数为-1.5～1.5。

在本发明的另一实施例中，所述第一修正参数为0.8940，所述第二修正参数为0.0464。

在本发明的另一实施例中，所述其中，R_h为沿所述砂岩层理平面方向的电阻率，R_v为沿所述砂岩层理平面垂直方向的电阻率。

在本发明的另一实施例中，所述理论地层电阻率为

$R_a=\frac{R_m}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}},R_m=\sqrt{R_v\·R_h};$

或

$R_a=\frac{\mathrm{\λ}{R}_h}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}},\mathrm{\λ}=\sqrt{R_v/R_h};$

或

$R_a=\frac{R_h}{\sqrt{1+(1-{\mathrm{\λ}}^2){\sin }^2\mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}^2}},\mathrm{\λ}=\sqrt{R_v/R_h};$

其中，R_a表示所述砂岩地层的理论地层电阻率，R_v表示所述砂岩地层层理垂直方向的电阻率；R_h表示所述砂岩地层层理水平方向的电阻率；R_m表示所述砂岩地层的平均电阻率；θ表示所述地层倾角，λ表示所述砂岩地层的电阻率各向异性系数；

在本发明的另一实施例中，在所述测量砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角、及所述砂岩地层的各向异性系数之前，还包括：

采集所述砂岩地层的岩样；

采用恒温烘干法对所述岩样进行烘干；

通过矿化盐水对所述岩样进行抽真空饱和。

在本发明的另一实施例中，还包括：将所述岩样切割为长方体形，使其中一个面与所述岩样的层理平面平行；所述测量砂岩地层的各向异性系数包括：

测量所述岩样的层理平面方向及所述岩样层理平面垂直方向的电阻率，根据所述层理平面方向的电阻率及所述层理垂直方向的电阻率确定所述各向异性系数。

在本发明的另一实施例中，还包括：将所述岩样切割为长方体形，使所述长方体相对的两个测量面与所述层理水平方向形成地层倾角θ；所述砂岩地层的实际地层电阻率通过电阻率测量仪对所述长方体的两个测量面进行测量获得。

本发明实施例所提供的砂岩地层测井评估方法，根据测量得到的所述砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各向异性系数，以及所述第一修正参数和第二修正参数获得修正地层电阻率，修正后的地层电阻率更准确，将所述修正后的电阻率带入阿尔奇公式计算所得的含水饱和度也更加准确，利用本发明的砂岩地层测井评估方法中的电阻率修正公式能更真 实反映地层流体性质，对油气层进行准确的解释和预估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法的流程图；

图2为本发明第一实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法中测试所述实际地层电阻率的示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法的流程图；

图4a-4e分别为不同岩样的实际地层电阻率Rt与地层倾角θ关系图及理论地层电阻率Ra与地层倾角θ关系图的比较示意图；

图5为本发明第二实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法中所述实际地层电阻率与理论地层电阻率的线性关系示意图；

图6为克深地区其中一个油气井的理论地层电阻率、实际地层电阻率、及根据本发明实施例得到的修正地层电阻率的曲线对比图，以及根据上述各电阻率获得的含水饱和度曲线的对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法的流程图。如图1所示，本实施例的砂岩地层测井评估方法，可以包括如下步骤：

S101：测量砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角及所述砂岩地层的各向异性系数；

具体地，在测量前，先采集所述砂岩地层的岩样。为使岩样测量数据与 测井资料有更好的可比性，岩样尺寸要尽可能大，本实施例中，所述岩样的尺寸为10cm*5cm*5cm。

然后采用恒温烘干法进行烘干。烘干时，温度控制在85±5℃，历时48小时，直至岩心恒重为止。并记录岩心的平均尺寸和干重。采用恒温烘干法对所述岩样进行烘干；

再通过矿化盐水对所述岩样进行抽真空饱和。具体地，配用矿化度为180000mg/L，15℃时，电阻率为0.059Ω.m，密度为1.1314g/cm3的NaCl型盐水对岩心进行抽真空饱和，历时48小时，直至岩心恒重为止。

测量所述各向异性系数时，先将所述岩样切割为长方体形，使其中一个面与所述岩样的层理平面平行，然后测量所述岩样的层理平面方向的电阻率Rh及所述岩样层理平面垂直方向的电阻率R_v，根据所述层理平面方向的电阻率Rh及所述层理垂直方向的电阻率R_v确定所述各向异性系数。所述各向异性系数$\mathrm{\λ}=\sqrt{R_v/R_h}.$

具体地，所述层理平面方向包括与所述长方体其中一边平行的第一层理平面方向及垂直于所述第一层理平面方向的第二层理平面方向，所述各向异性系数其中，R_v表示所述岩样层理平面垂直方向的电阻率，R_hx表示所述岩样第一层理平面方向的电阻率，R_hy表示所述岩样第二层理平面方向的电阻率。

测量所述实际地层电阻率时，将所述岩样切割为长方体形，使所述长方体相对的两个测量面与所述层理水平方向形成地层倾角θ；所述砂岩地层的实际地层电阻率通过电阻率测量仪对所述长方体的两个测量面进行测量获得。

图2为本发明第一实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法中测试所述实际地层电阻率的示意图。具体地，请参阅图2，所述长方体形岩样1的两个相对的测量面通过夹持器2被夹持于电阻测量仪3的两个测量电极4之间。夹持压力为0.8MPa。所述两个测量面与所述测量电极之间紧密耦合，以保证测量结果准确有效。测量的电阻率值作为地层倾角为θ的砂岩地层的第一电阻率。对岩样进行多次切割，使长方体相对的两个测量面与所述层理水平方 向形成多个不同地层倾角θ并进行电阻率测量，即可得到不同地层倾角θ时砂岩地层的实际地层电阻率。

记录岩心的平均尺寸和饱和盐水重量，得到不同地层倾角时各个测量面的横截面积和对应垂直长度以及盐水孔隙度。

S102：根据所述实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各向异性系数、第一修正参数及第二修正参数确定修正地层电阻率；

具体地，所述修正地层电阻率为：

$R_t^{\′}=(a{R}_t+b)\sqrt{1+(1+{\mathrm{\λ}}^2){\sin }^2\mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}^2}$

其中，R_t'表示所述砂岩地层的修正地层电阻率，R_t表示测量得到的所述砂岩地层的实际地层电阻率，a表示所述第一修正参数，b表示所述第二修正参数，θ表示所述地层倾角，λ表示所述砂岩地层的各向异性系数，所述各向异性系数其中，R_h为沿所述砂岩层理平面方向的电阻率，R_v为沿所述砂岩层理平面垂直方向的电阻率。

S103：根据所述修正地层电阻率确定所述砂岩地层的含水饱和度，对所述砂岩地层进行测井评估。具体地，将所述修正地层电阻率代入阿尔奇公式即可计算得到所述砂岩地层的含水饱和度，从而对所述砂岩地层的油气层进行解释。

本发明实施例所提供的砂岩地层测井评估方法，根据测量得到的所述砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各向异性系数，以及所述第一修正参数和第二修正参数获得修正地层电阻率，使得根据所述修正地层电阻率能更加准确地确定出所述砂岩地层的含水饱和度，从而获得与真实地质情况相符的砂岩地层测井评估结果。

图3为本发明第二实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法的流程图。请参阅图3，进一步地，在确定所述修正地层电阻率之前，还包括确定所述第一修正参数及第二修正参数的步骤，所述步骤具体包括：

S201：通过正演模拟方法确定所述砂岩的理论地层电阻率；

具体地，所述理论地层电阻率为

$R_a=\frac{R_m}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}},R_m=\sqrt{R_v\·R_h};$

或

$R_a=\frac{\mathrm{\λ}{R}_h}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}},\mathrm{\λ}=\sqrt{R_v/R_h};$

或

$R_a=\frac{R_h}{\sqrt{1+(1-{\mathrm{\λ}}^2){\sin }^2\mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}^2}},\mathrm{\λ}=\sqrt{R_v/R_h};---\left(1\right)$

其中，R_a表示所述砂岩地层的理论地层电阻率，R_v表示所述砂岩地层层理垂直方向的电阻率；R_h表示所述砂岩地层层理水平方向的电阻率；R_m表示所述砂岩地层的平均电阻率；θ表示所述地层倾角，λ表示所述砂岩地层的电阻率各向异性系数；

S202：比较所述实际地层电阻率和理论地层电阻率，确定所述理论地层电阻率与所述实际地层电阻率的线性关系；

具体地，根据所述公式(1)确定所述岩样的不同地层倾角下的理论电阻率R_a，并与前述测量所得的理论电阻率进行比较，比较结果如下表1所示：

表1

根据以上比较结果，可以看出，根据公式(1)得出的理论地层电阻率R_a值明显小于实际测量所得的实际地层电阻率R_t值。实验测量所得的实际地层电阻率值R_t随地层倾角变化在R_h～R_v之间变化(R_v值大于R_h值)，倾角0°时为R_h，90°时为R_v；而理论计算得到的理论地层电阻率值Ra在R_h～(R_h*R_v)^0.5之间。这一差异与地层各向异性系数和地层倾角大小有关，一般各向异性系数越大，测量与理论计算的电阻率两者差异越大；同时，地层倾角θ越大，两者差异也越大。因为理论计算电阻率最大值只能达到(R_h*R_v)^0.5，而不是R_v。率最大值只能达到(R_h*R_v)^0.5，而不是R_v。

另外，请参阅图4a-图4e，图4a-图4e分别为不同岩样的实际地层电阻率R_t与地层倾角θ关系图及理论地层电阻率R_a与地层倾角θ关系图的比较示意图。由图4a-图4e可以看出,根据理论地层电阻率计算结果，当地层倾角大于30°时，所述理论地层电阻率值R_a才明显增大，需要将其校正为消除地层倾角和各向异性系数因素影响后的水平电阻率。而实际测量结果显示，当 地层倾角不到20°时，所述实际地层电阻值R_t就明显增大，需要将所述地层电阻率修正为消除地层倾角及各向异性系数因素影响后的修正地层电阻率。

因此，需要对原有的理论电阻率计算公式进行修正，以获得准确的消除地层倾角及各向异性系数因素影响后的修正地层电阻率R_t'。

图5为本发明第二实施例提供的一种砂岩地层测井评估方法中所述实际地层电阻率与理论地层电阻率的线性关系示意图。请参阅图5，根据表1中所述理论地层电阻率R_t和所述实际地层电阻率R_t的值，通过线性拟合的方法获得所述论地层电阻率R_a和所述实际地层电阻率R_t的线性关系，具体地，所述线性关系为R_a＝aR_t+b。其中a即为所述第一修正参数，b即为所述第二修正参数。

S203：根据所述理论地层电阻率与所述实际地层电阻率的线性关系确定所述第一修正参数及第二修正参数。

具体地，由于不同地层存在差异，所述第一修正参数a一般分布在0.4～1.4之间，所述第二修正参数b一般分布在-1.5～1.5之间，即可获得比较符合实际测井结果的修正地层电阻率值。优选地，所述第一修正参数a为0.8940，所述所述第二修正参数b为0.0464。此时，所述线性关系的拟合度为0.9036，能够比较真实的反映所述理论地层电阻值与所述实际地层电阻率的关系。

即，所述修正地层电阻率Rt为

$R_t^{\′}=(0.8940R_t+0.0464)\sqrt{1+(1-{\mathrm{\λ}}^2){\sin }^2\mathrm{\θ}/{\mathrm{\λ}}^2}---\left(2\right)$

根据公式(2)，可以获得最符合实际测井结果的修正地层电阻率值，该公式可适用于致密砂岩高陡地层的电阻率修正。

请参阅图6，图6为克深地区其中一个油气井的理论地层电阻率、实际地层电阻率、及修正地层电阻率的曲线对比图，以及根据上述各种地层电阻率获得的含水饱和度曲线的对比图。其中，该油气井在6830米-6960米深度段的地层倾角为35度，此时测量得到的实际地层电阻率值为AT90,计算的含水饱和度为SW1；按照公式(2)得到的修正地层电阻率为RTHH，计算的含水饱和度为SW2；按照以前理论公式计算的理论地层电阻率值为RTMN,计算的含水饱和度为SW3。对比可知，RTHH对AT90的校正量明显大于RTMN。特别是在6851米-6852.5米深度段，若不校正，或者按以前理论公式校正电阻率，其计算的含水饱和度为60％左右，测井解释为含水气层，但 是按照RTHH计算的含水饱和度为90％，故判别为水层。经过实际勘测，根据RTHH得出的评估结果与实际勘测结果吻合。

因此，本发明所提供的砂岩地层测井评估方法，根据测量得到的所述砂岩地层的实际地层电阻率、地层倾角、所述砂岩地层的各向异性系数，以及所述第一修正参数和第二修正参数获得修正地层电阻率，修正后的地层电阻率更准确，将所述修正后的电阻率带入阿尔奇公式计算所得的含水饱和度也更加准确，利用本发明的砂岩地层测井评估方法中的电阻率修正公式能更真实反映地层流体性质，对油气层进行准确的解释和预估。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。