基于电成像测井孔隙度分析技术的火山岩孔隙径向非均质性研究

左程吉,王祝文,向　旻,周大鹏,刘宗利,杨　帆

(1.吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春130026;2.中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司勘探开发研究院,辽宁盘锦124010)

基于电成像测井孔隙度分析技术的火山岩孔隙径向非均质性研究

左程吉1,王祝文1,向旻1,周大鹏1,刘宗利1,杨帆2

(1.吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春130026;2.中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司勘探开发研究院,辽宁盘锦124010)

摘要:火山岩储集层孔隙结构复杂,孔隙发育类型多,产能预测困难。为此,根据电成像测井的方法原理,结合Archie公式和常规测井资料,将火山岩层的电成像数据转换为核磁区间孔隙度类似的形式,通过与核磁区间孔隙度对比,得到火山岩储层的孔隙区间特征。在此基础上,针对火山岩复杂的孔隙类型,对孔隙区间展开进一步分析,得到不同孔隙区间所占的比例,结合计算的孔隙度变异系数,得到火山岩储集层的孔隙区间特征及孔隙径向非均质性特征,进而发现影响火山岩储层产能的隔挡层的存在,为火山岩次生孔隙发育情况及火山岩储集层产能预测提供了参考依据。

关键词：电成像;孔隙度谱分析;火山岩;次生孔隙;产能预测

电成像测井覆盖面积大,成果资料不仅直观形象,而且具有较高的分辨率。近年来，电成像测井在地层精细结构评价和不同岩性储层产能预测等方面的应用有了很大的进展[1-2],将成像测井资料刻度为孔隙度就是其中一个方面[3-4]。目前国外的一些测井软件已经可以将电成像测井资料转换为孔隙度频谱进行分析,但国内的大部分软件与其相比还存在一定的问题和差距。

火山岩层比其它岩层孔隙结构更复杂,孔隙类型有不同成因的气孔、收缩孔、破碎缝、溶蚀孔、晶间孔、构造缝等,并且孔隙之间的连通性变化较大,火山岩孔隙的径向非均质性研究对于火山岩储层产能预测具有重要意义。景建恩等[5]应用电成像测井数据对裂缝型碳酸盐岩储层进行了测井评价,吴兴能等[6]研究了将电成像测井资料变换为孔隙度分布图像的方法,周彦球等[7]通过成像测井孔隙度频谱与岩心孔隙分析资料的对比研究,证实了成像测井用于微观解释的可能性。我们利用Archie公式将电成像资料刻度为孔隙度,进而得到每个采样间隔的孔隙度分布谱,再对分布谱进行谱分析,得到与核磁区间孔隙度相似的孔隙度分布区间。通过对比核磁区间孔隙度与电成像孔隙度分布区间,分析火山岩储层的孔隙特征,再利用分布谱得到不同孔隙度所占的比例,结合孔隙度变异指数,展示出孔隙度的径向非均质性,为火山岩的产能预测提供参考。

1孔隙度分布谱的计算

1.1电阻率刻度

电成像的纽扣电极得到的是地层电导率,需要将它表示为电阻率。已有研究成果表明,电成像测井电流流动方式、聚集形式及探测深度范围与常规测井中的浅侧向测井相当[8-9],可以选择浅侧向电阻率对电成像电导率进行刻度[10-11]:

(1)

1.2孔隙度标定

电成像测井及常规浅侧向测井的探测深度大致为冲洗带,故应用经典的Archie公式进行孔隙度标定:

(2)

式中:a,b为与岩性有关的系数;m为胶结指数;n为饱和度指数;φ为孔隙度;Sxo为冲洗带的含水饱和度;Rxo为冲洗带电阻率;Rmf为泥浆溶液电阻率。

将利用刻度后的电成像电阻率Ri得到的孔隙度记作为φi,用常规浅侧向电阻率RLLS得到的孔隙度记作φ0,代入公式(2)并整理得:

(3)

将公式(1)代入公式(3),整理得到每个纽扣电极经过标定后的孔隙度值:

(4)

根据公式(4)得到的孔隙度值消除了多个不确定性系数的影响,仅剩胶结指数m。m值的大小与多种因素有关,研究层段的地层水电阻率、矿化度、温度、压力等基本一致,所以对m值的选取保持一致。由于火山岩的胶结物及胶结方式较复杂,所以选取的m值较大。在利用公式(4)得到每个纽扣电极孔隙度值的基础上,用固定大小的窗长及一定长度的步长对所有孔隙度值进行统计分析[12-14],可以得到每个窗口内的孔隙度频谱(图1)。图1中,φmin为统计窗口内的最小孔隙度;φph为主频孔隙度,指示频率最高点的孔隙度,一般与窗长内平均孔隙度接近;φw为主峰右侧宽度,指示次生孔隙发育程度;φmax为统计窗口内最大孔隙度[15]。图2中第4道为辽河盆地东部凹陷Y井4450～4515m火山岩孔隙度分布谱。当地层次生孔隙不发育、原生孔隙发育较均匀时,孔隙度分布谱表现为前移的单峰;当原生孔隙较小而次生孔隙发育较均匀时,孔隙度分布谱表现为后移的单峰;当原生孔隙发育且裂缝、溶蚀孔洞等次生孔隙发育不均匀时,孔隙度分布谱表现为双峰或多峰特征。因此,利用孔隙度分布谱可以在一定程度上对地层的孔隙分布情况进行评价。为了更加精确地评价火山岩复杂的孔隙结构及孔隙非均质性,以下对孔隙度分布谱做进一步分析。

图1　一定窗长内的孔隙度分布谱及参数

图2　辽河盆地东部凹陷Y井4450～4515m火山岩孔隙度分布谱

2孔隙度分析技术及应用

2.1核磁区间孔隙度计算方法

核磁共振测井探测的是氢核的共振大小及其衰减,信号大小反映了地层的孔隙度,衰减速率反映了岩石的弛豫性质。不同孔隙大小的流体中的氢核有不同的弛豫速率,通过核磁共振测井处理可以将不同弛豫速率与所对应的信号大小反映出来,得到横向弛豫时间T2的分布谱(图3)。对T2分布谱从左到右、幅值从小到大按4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048ms等累加、排序,分别得到不同大小区间孔隙度；将各区间的孔隙度用不同颜色及符号逐项显示,得到各个区间孔隙度(不同颜色区间)随深度的变化趋势,即核磁区间孔隙度(图2中第5道)。各区间孔隙度的累加和(区间孔隙度的包络)为有效孔隙度。

图3　辽河盆地东部凹陷T2分布谱

2.2孔隙度分布谱分析技术

依据核磁区间孔隙度的计算方法,对电成像测井得到的孔隙度分布谱进行类似处理。首先通过累加的方式统计出每个分布谱各个孔隙度区间的孔隙度曲线(分别代表各个采样窗口内孔隙度大小为0.03,0.05,0.07,0.10,0.13,0.15,0.17,0.20,0.50以下的数据构成的区间组分),再用不同的颜色逐项显示,得到电成像孔隙度分布区间图(图2中第6道)。对比分析核磁区间孔隙度与电成像孔隙度,可清晰直观地看出不同孔隙度大小对总孔隙度的贡献情况。

火山岩储层孔隙结构复杂,多由裂缝、孔洞发育构成孔隙连通的通道,应用上述方法可以看到不同大小的孔隙发育情况以及不同岩性的孔隙发育情况的差别。辽河盆地东部凹陷Y井4450～4500m为油斑粗面质角砾岩及油迹粗面质角砾岩,4500～4510m为荧光粗面岩,其中4450～4495m为火山岩储层,产水72.1m3/d,产油17.9m3/d。从孔隙度分布谱上发现,角砾岩储集层段多呈双峰或多峰分布,且孔隙度较大,说明大孔隙发育。从图2核磁区间孔隙度图与电成像区间孔隙度图可以看出,该区角砾岩储集层段的整体孔隙度较大,在15%左右,而且大孔隙所占比例较大,孔隙大小发育比较均匀,连通性也较好,所以储集性能较好;粗面岩地层在孔隙度分布谱上多为单峰分布,且孔隙度较小,在区间孔隙度图上显示整体孔隙度较小,只有5%左右,而且都以小孔为主,所以粗面岩储层物性和含油性较差。

以上分析发现,可能成为火山岩储集层的孔隙条件为:总孔隙度较大,孔隙度分布谱表现为后移的双峰或多峰,在一定深度范围内大孔隙占较大比例且大孔隙发育程度较均匀。

值得注意的是,研究区4496～4505m层段为非储集层,但孔隙度分布谱上多呈双峰或多峰分布,整体孔隙度也较大且大孔隙有所发育。为解释这一现象的原因,以便更加准确地预测火山岩储层的产能,下面对火山岩孔隙径向非均质性进行研究。

3火山岩孔隙非均质性研究

为了确定不同孔隙度所占的具体比例,我们对孔隙度分布谱进行了进一步分析。首先统计每个窗口孔隙度分布谱的最小孔隙度PorMin与最大孔隙度PorMax以及主频孔隙度PorPeak,然后对每个窗口分布谱从左到右按孔隙度值从小到大的顺序统计每个窗口内累积频率为0.2,0.4,0.6,0.8的临界点的孔隙度值,分别得到孔隙度分布曲线Por0.2,Por0.4,Por0.6与Por0.8,在图像上用不同颜色依次填充,反映不同孔隙度所占的比例,即孔隙径向非均质性(图4中第4道)。

对每个窗口孔隙度分布谱进行统计分析,可以得到频率的最大值所对应的孔隙度值及孔隙度的最大值,即图1中的主频孔隙度φph与最大孔隙度φmax,进而分别得到孔隙度曲线PorPeak与PorMax。填充两条曲线的中间区域,可以得到主频右侧宽度(图4中第5道),该区域反映次生孔隙的发育尺度,不同大小孔隙越发育,该区域宽度越大,进而可以指示次生孔隙的非均质性情况。在此基础上,计算了孔隙度变异系数(图4中第6道),它类似于油藏描述中的渗透率参数,是每个采样窗口内所有数据点的孔隙度的均方差与孔隙度的均值的比值,指示了孔隙的非均质性。孔隙度变异系数值越大,说明孔隙的径向非均质性越强。

分析图4中的孔隙度分布曲线,可以发现辽河盆地东部凹陷Y井4450～4495m深度段的孔隙度值都较大,大孔隙占非常大的比例,并且主峰右侧宽度较窄,孔隙度变异系数较小,说明次生孔隙发育程度均匀,反映孔隙大小均匀且连通性较好,所以此段储集性能较好。进一步观察此层段发现,在4475,4485m等深度点附近孔隙度变异系数较大,次生大孔隙发育尺度较多且小孔隙发育程度不均匀,可以推断这些深度点附近存在隔挡层。

在4496～4505m深度段,对孔隙的非均质性研究发现,4496m处孔隙度较小,不同大小的孔隙所占的比例都很小,所以此处可能有隔挡层隔断了储集层的连通性。另外,此段的孔隙发育尺度较大,次生孔隙发育不均匀,且孔隙度变异系数普遍较大,说明此段孔隙的均匀性及连通性很差,即此段的储集性能较差。

图4　辽河盆地东部凹陷Y井火山岩孔隙非均质性特征

以上分析可知,对火山岩孔隙的径向非均质性进行研究,可以更加精确地评价孔隙发育特征,为评价火山岩储层产能提供参考依据。

4结论

1) 利用Archie公式和常规测井资料,可将电成像测井资料标定为孔隙度,进而得到孔隙度分布谱,通过对谱峰的分布和参数进行分析,可以对地层孔隙发育情况进行有效解释。

2) 对比分析电成像分布谱孔隙度与核磁区间孔隙度,可以得到火山岩储层复杂的孔隙结构特征:总孔隙度较大,孔隙度分布谱表现为后移的双峰或多峰,在一定深度范围内大孔隙占较大比例,大孔隙发育程度较均匀。

3) 通过火山岩孔隙径向非均质性研究,可对一些孔隙度较大但储集性能较差的现象做出解释，判断储层中隔挡层的位置,进而对火山岩储层作出更精细的评价。

参考文献

[1]王伟华,刘呈冰,于恒,等.微电阻率成像测井在孔洞型储层定量评价中的应用[J].国外测井技术,1999,14(6):50-55

WANG W H,LIU C B,YU H,et al.The application of micro-resistivity imaging logging in quantitative evaluation of vug reservoir[J].Foreign Well Logging Technology,1999,14(6):50-55

[2]HORNBY B E,JOHNSTON D L.Fracture evaluation from the borehole stoneley wave[J].Geophysics,1989,54(10):1274-1288

[3]张守谦,顾纯学,曹广华.成像测井技术及应用[M].北京:石油工业出版社,1997:50-56

ZHANG S Q,GU C X,CAO G H.Imaging logging technology and its application[M].Beijing:Petroleum Industry Press,1997:50-56

[4]石油测井情报协作组.测井新技术应用[M].北京:石油工业出版社,1998:5-10

PETROLEUM WIRELINE LOGGING INFORMATION COORDINATING GROUP.New technology in wireline logging[M].Beijing:Petroleum Industry Press,1998:5-10

[5]景建恩,魏文博,梅忠武,等.裂缝型碳酸盐岩储层测井评价方法:以塔河油田为例[J].地球物理学进展,2005,20(1):78-82

JING J E,WEI W B,MEI Z W,et al.Method of well-logging interpretation for fracture reservoirs of carbonate rock:a case study in Tahe oil-field[J].Progress in Geophysics,2005,20(1):78-82

[6]吴兴能,刘瑞林,雷军,等.电成像测井资料变换为孔隙度分布图像的研究[J].测井技术,2008,32(1):53-56

WU X N,LIU R L,LEI J,et al.Study on converting electrical imaging log into porosity distribution image[J].Well Logging Technology,2008,32(1):53-56

[7]周彦球,李晓辉,范晓敏,等.成像测井孔隙度频谱分析技术与岩心孔隙分析资料对比研究[J].测井技术,2014,38(3):309-314

ZHOU Y Q,LI X H,FAN X M,et al.A comparative study of porosity spectrum techniques of micro-electric imaging logging and core analysis of porosity[J].Well Logging Technology,2014,38(3):309-314

[8]KUMAR T A,BHADURI A.井眼微电阻率成像测井在碳酸盐岩储层孔隙度分析中的应用[J].罗景美,李爱华,赵文杰,译.测井与射孔,2003,6(2):23-27

KUMAR T A,BHADURI A.Porosity analysis using borehole electrical images in carbonate reservoirs[J].LUO J M,LI A H,ZHAO W J,translater.Well Logging & Perforation,2003,6(2):23-27

[9]李晓辉,周彦球,缑艳红,等.电成像测井孔隙度分析技术及其在碳酸盐岩储层产能预测中的应用[J].吉林大学学报(地球科学版),2012,42(4):929-930

LI X H,ZHOU Y Q,GOU Y H,et al.Porosity analysis of micro-electric imaging logging and its application in carbonate reservoir production capacity forecast[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2012,42(4):929-930

[10]张程恩,潘保芝,张晓峰,等.FMI测井资料在非均质储层评价中的应用[J].石油物探,2011,50(6):630-633

ZHANG C E,PAN B Z,ZHANG X F,et al.Application if FMI data in evaluation of heterogeneity reservoir[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(6):630-633

[11]雍世和,张超谟.测井数据处理与综合解释[M].东营:石油大学出版社,2004:514-518

YONG S H,ZHANG C M.Data processing and comprehensive interpretation[M].Dongying:Petroleum University Press,2004:514-518

[12]张冰.利用测井资料研究沉积相与储层非均质性[D].长春:吉林大学,2010

ZHANG B.Research on sedimentary facies and reservoir heterogeneity using logging data[D].Changchun:Jilin University,2010

[13]严科,杨少春,任怀强.储层宏观非均质性定量表征研究[J].石油学报,2008,29(6):870-879

YAN K,YANG S C,REN H Q.Research on quantitative characterization of macroscopic heterogeneity of reservoir[J].Acta Petrolei Sinica,2008,29(6):870-879

[14]LIU R L,LI N,FENG Q F,et al.Application of the tripe porosity model in well-log effectiveness estimation of carbonate in Tarim Oil-field[J].Journal of Petroleum Science and Engineering,2009,68(1/2):40-46

[15]杨亿前.裂缝型低渗透储层剩余油分布规律研究[D].荆州:长江大学,2012

YANG Y Q.Remanding oil distribution in fractured reservoir with low permeability[D].Jingzhou:Yangtze University,2012

(编辑：戴春秋)

The radial pore heterogeneity of volcanic reservoir based on the porosity analysis of micro-electric imaging logging

ZUO Chenji1,WANG Zhuwen1,XIANG Min1,ZHOU Dapeng1,LIU Zongli1,YANG Fan2

(1.CollegeofGeo-explorationScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China; 2.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaLiaoheOilfieldBranchCompany,Panjin124010,China)

Abstract:The volcanic reservoir is characterized by complex pore structures and various pore types; therefore,the productivity forecast is difficult.In terms of the principles of micro-electric imaging logging,combining with the Archie formula and conventional logging data,the micro-electric imaging data of volcanic formations is transformed into the form similar to the nuclear magnetic interval porosity.The porosity interval characteristics of volcanic reservoir are obtained by comparing with nuclear magnetic interval porosity.On this basis,aiming at the complex pore types existing in volcanic reservoir,we carry out further analysis on porosity intervals and achieve the proportion of different porosity intervals.Integrating with the calculated porosity variation coefficient,the characteristics of porosity intervals and radial pore heterogeneity are achieved.As a result,the interlayers in volcanic reservoir are identified.The research results provide reference for the development of secondary pores in volcanics and productivity forecast of volcanic reservoirs.

Keywords:micro-electric imaging,porosity analysis,volcanic,secondary pore,productivity forecast

收稿日期：2015-11-10;改回日期：2016-02-18。

作者简介：左程吉( 1991—),男,硕士在读,主要从事地球物理测井新方法、新技术研究工作。

通讯作者：王祝文( 1961—),男,教授,博士生导师,主要从事地球物理测井新方法、新技术以及复杂岩性的地球物理测井解释与评价、核地球物理、辐射与环境评价等方面的教学与研究工作。

基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB219303)及吉林大学研究生创新基金项目(2015131)共同资助。

中图分类号：P631

文献标识码：A

文章编号：1000-1441(2016)03-0449-06

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.03.016

This research is financially supported by the National Key Basic Research and Development Program of China (973 Program) (Grant No.2009CB219303) and the Graduate Innovation Fund of Jilin University (Grant No.2015131).