1、博士学位论文文献综述及开题报告课题名称 复杂储层测井评价方法和技术研究-以中石油海外重点勘探区块为例学号 B100050169姓名 边环玲学院 地球物理与信息工程学院学科专业 地质资源与地质工程指导教师 鞠晓东教授 毛志强教授完成时间：2011 年 12 月 28 日2目 录一、课题来源 .3二、研究目的意义 .3三、国内外研究现状 .41复杂砂岩储层测井识别与评价技术研究进展 .42复杂水性储层测井识别与评价技术研究进展 .63复杂储层测井流体性质识别与定量评价技术研究进展 .9四、主要研究内容 .12五、关键技术及路线 .13六、研究中的重点和创新点 .15七、预期成果 .15八、时间进度
2、安排 .16参考文献 .173复杂储层测井评价方法和技术研究-以中石油海外重点勘探区块为例开题报告一、课题来源论文依托海外 A 区块复杂断块油藏测井综合评价项目，结合前期研究基础，以该区块第三系典型复杂碎屑岩复杂水性油气藏为研究对象，开展针对勘探区块复杂储层的测井评价方法和技术研究工作。二、研究目的意义我国石油行业走出国门，正在海外相当数量的区块进行着勘探开发工作。海外区块勘探具有资料获取少、周期短、人员配备不全的特点。在面临复杂断块油藏中岩性、水性复杂情形，测井储层评价面临极大的挑战。海外 A 区块是中石油海外油气勘探的重点项目，该区块为复杂断块、层状油气藏。储层主要为第三系碎屑岩，储层纵向
3、岩性、物性变化大；地层水矿化度纵、横向变化大。原因在于该区原生水矿化度较高（20000-30000 ppm） ，而在第四系和第三系底部 M 组存在巨厚层状总矿化度极低（1000-2000ppm）的淡水层，由于油气藏经历了多期的构造运动，存在成藏-破坏-再聚集成藏的过程，致使淡水沿断层面进入到其它波及的各层状油藏中形成天然水淹现象。在这个过程中，流体（油、气和水）存在多次的再分布，油藏复杂化（流体分布复杂化、构造模式复杂化） 。在岩性、水性双重因素的作用下，该区储层测井响应出现高电阻未必是油、低电阻亦未必是水的现象。本区还存在一种砂、泥呈薄互层状的储层，主要分布在 A3-A5 段，因低阻围岩的影
4、响，致使此类油层电阻率低于常规认识，易被漏掉。该区测井储层评价中“低阻油气层”和“高阻水层”的现象普遍存在，油、水层的识别与评价产生困惑。研究该区储层岩性、物性、流体性质（油气和地层水）的识别与评价方法及其控制因素和分布规律对于该地区勘探开发工作意义重大。海外区块勘探追求少投入、快速收回成本的原则，资料获取方面往往以常规资料为主，岩石物理资料、试水等资料非常少。同时，专业技术人员配备不完善。在此特定资料、人员状况下，面临如上述被断层复杂化的、具有构造背景的、岩性控制的、多套油水系统的、被淡水天然水淹致使地层水性质变化复4杂的断块层状油藏的储层测井评价时，难度更大。海外类似 A 区块的地区并不少
5、见，例如乍得 BONGER 盆地、苏丹的 FL 凹陷等。针对性地展开海外复杂砂岩、复杂水性油藏测井储层评价方法研究，相对准确地提供油、气层储量参数，是海外勘探的最大生产需求，也必然会提高勘探效率、节约勘探成本。本论文以海外 A 区块复杂断块油藏为研究对象，开展针对复杂岩性、复杂水性储层在缺乏足够岩心实验资料时的测井储层参数评价方法和技术研究，力求形成形成一套可推广的海外特定环境下（缺乏岩性实验资料和必要的试水资料且要求快速提供储层参数、计算各级储量）复杂储层岩性、物性识别与评价技术，地层水性质识别与评价技术，复杂岩性、水性储层测井油气层储层参数定量评价技术。三、国内外研究现状根据现阶段测井储层
6、评价技术的发展程度，复杂储层系指相对于常规测井响应特征的储层，油气层在定性识别及定量评价上难度较大的储层。复杂储层类型丰富，普遍具有岩性、物性和水性变化大的特征，同时伴随构造复杂、油藏经历多期构造运动的地质背景。油气层测井响应与水层测井响应差异不明显，更甚者油气层电阻率低于水层电阻率，具有复杂性和隐蔽性，从而影响储层含油性识别和评价的准确性。基于目前的文献调研，类似于研究区块内复杂构造成藏背景下，油藏纵横向上岩性复杂、水系复杂的储层，测井响应表现为相对低阻油气层、天然水淹层、高阻水层并存，即在多元因素影响下储层流体性质在电测曲线上评价困难且资料不足的对象，测井储层评价方法和技术尚需要进一步的探
7、索和研究。1复杂砂岩储层测井识别与评价技术研究进展复杂砂岩储层系因沉积、成岩环境不同，造成砂岩中岩石矿物组分、颗粒大小等方面变化较大，非均质性强，储层岩石物理性质横向上、纵向上变化迅速，孔隙结构复杂，电阻率测井信息受岩性影响较大，造成应用常规测井解释方法很难准确识别和评价此类储层。复杂砂岩储层的岩性特征主要表现在以下几个方面：第一，复杂的岩石矿物组分特征。不同地区砂岩储层岩石矿物组分的复杂性表现差别很大，体现了大自然的丰富和多变性。其一，以石英为主，富含其他成分的砂岩储层。例如含砾石、方解石，这些组份的成因特点造成孔隙结构的复杂化致使电阻率测井信息中岩性影响因素大于流体性质的影响，即岩性和流体
8、性质的双重因素作用下，测井储层流体识别困难；其二，以不稳定矿物为主，例如以长石为主则孔5隙类型和结构方面可能比较复杂，造成束缚水含量较高，油气层电阻率降低，再如以岩屑为主则可能表现为火成岩、变质岩碎屑含量较高，导致砂岩层放射性强度与泥岩差别不大，测井储层识别困难等。其三，填隙物或基质占有较大比例，例如砂岩富含泥质，泥质的成分和含量不同，对储层测井响应的影响不同。例如泥质以蒙脱石、伊利石这样的阳离子交换能力很强的粘土矿物为主时，粘土的附加导电性降低了油气层的电阻率。这些粘土矿物在地层中呈不同的分布状态：一是局部或完全包围岩石颗粒的薄膜式，二是形成粘土桥连接岩石颗粒的搭桥式，三是充填或完全充填粒间
9、孔隙的充填式；这样势必造成孔隙直径普遍变小和微孔隙发育，导致物性变差。粘土矿物对电阻率和储层物性的影响，造成测井储层流体识别和评价的困难。第二，岩性颗粒细、非均质性强。岩性颗粒方面的变化主要造成储层的孔隙结构复杂，表现为束缚水、毛管束缚水含量高。这类储层的束缚水、毛管束缚水往往保留了相对咸的原生水，可大幅度的降低储层电阻率，造成储层流体性质误判，也使得合理的定量评价该类造成困惑。这类型复杂岩石主要表现为两个方面，其一，储层岩性细，泥质含量相对高。这种储层物性上往往表现为中高孔、中低渗的特征，是通常意义上低阻油气层易出现的储层类型；其二，储层岩性很纯，泥质含量低。虽然岩性总体以细粒为主，但微观非
10、均质性强，一层细粒一层相对粗粒。造成微观孔隙结构复杂，丰富的毛管水、束缚水也成就了低阻油气层。虽然这两种类型储层均容易发育低阻油气层，但因其成因机理上的差别，造成具体储层及流体性质测井识别和评价方法上的差异和复杂性。第三，砂泥岩薄互层。当砂岩和泥岩交错沉积，层厚度等于或小于测井仪器纵向分辨率时，电法测井值受邻近围岩影响较大，当进行双侧向、双感应测井时，层厚 2m 以下，其储层电阻率可能显示为低值。目前，测井储层评价技术往往从以下角度解决以上复杂岩性问题：第一，采用先进的测井系列。随着测井技术的发展和所面临评价对象的复杂化，一些先进的测井技术逐步在当今的石油勘探开发中发挥着越来越重的作用，例如采
11、用 ECS 元素测井识别储层矿物组分、采用核磁测井分析储层孔隙结构、采用薄层测井（阵列感应或侧向）解决砂泥岩薄互层问题。第二，采用丰富的岩石物理资料，充分分析储层矿物组分、孔隙结构方面的特征，有效与测井资料、试油资料结合， 落实合理的储层评价手段。岩石物理资料以其第一性的特征，毋庸置疑的起着重要的作用。充实的岩石物理资料已经成为解决复杂岩性储层测井评价难题的一个重要支撑。第三，采用各种曲线叠合技术、交会图技术，充分利用先进的研究成果和各方面资料，随机应变、因地制宜的选择有效的评价手段和需求评价规律。这是在资料状况不理想的情况下、面对复杂地质问题，6测井评价工作者的智慧所在。2复杂水性储层测井识
12、别与评价技术研究进展复杂水性储层系因沉积环境不同、后期构造运动等原因，造成砂岩储层中地层水分布复杂的储层。水性复杂表现在储层水性横向上、纵向上变化较大，甚至出现突变现象，电阻率测井信息受水性影响较大，造成应用常规测井解释方法很难准确识别和评价此类储层 4953。在实际生产中，经常遇到低矿化度复杂地层水的测井剖面，其地层水的水性不是简单地由浅到深从淡变咸，或由浅到深从咸变淡。尤其后期地质作用的影响，浅层水（地面水）的侵入，使油藏遭到一定程度的破坏，油藏的保存条件发生了巨大的变化。被保留的油层保存条件较好，地层水矿化度一般较高；而保存条件差的地层则只剩有残余油的存在，地层水矿化度一般较低，形成天然
13、水淹层。地层剖面上地层水矿化度的复杂变化，给测井解释中地层水电阻率的选择带来一定的困难，也使得油水层识别和评价带来困惑。复杂地层水剖面往往给测井储层评价带来两个方面的困惑：第一，复杂的地层水剖面中，淡水水淹往往伴生天然水淹层。这类层在电性、录井显示、岩心描述等方面极易与油气层混淆。如何识别和评价该类层是复杂地层水剖面中，测井储层评价工作的要点之一。第二，如何识别地层水性质的变化，选取合适的地层水电阻率参数，从而正确识别和评价储层流体性质。 根据周建国、朱家俊、蔡秋龙、杨春梅等人的研究，关于天然水淹层的形成机理及对测井储层评价的影响 5460如下述。陆相断陷盆地中，地层水中离子的运移、聚集过程比
14、较复杂。沉积盆地地层水的来源有两种，一类为原生水，另一类为外来水。原生水的来源为大气雨水、海水（相当于海相沉积环境） 、湖水（相当于湖相沉积环境） 。外来水可以是地面水或深部地层的水。在同一沉积体系的地质剖面上，地层水的化学特征既受控于沉积环境又受控于沉积后的成岩作用、构造运动，海域盆地中油气的生、聚、运、散有着密切的关系。当有断层与地表相通，则大气雨水、泉水等均可沿着断层运移到储层中；深部地层的地层水也可沿着疏导层或断裂带运移至其中而赋存下来。油层中地层水的化学特征可能等同于相邻水层的化学特征，也可能与之完全不同。这取决于成藏动力的构成情况及地层水与其宿主岩的形成时间。因此，在陆相油藏测井解
15、释含油饱和度工作时，对于地层水电阻率的选取不能仅参照邻近水层的资料，应考虑源于烃源岩的油、气、水的运移情况，并且不同的成藏模式有不同的取值方法。油藏剖面上地层水性质紊乱可造成低对比度油层。这类低电阻率油层自身的电阻率值并不低，但是油层、水层电阻率的对比度低。由于含高矿化度（导7电离子浓度高）束缚水的油层和低矿化度（导电离子浓度低）的水层发育在同一油藏剖面中，油水层的电性差异削弱，掩盖甚至抵消了含油性对电阻率的影响，即地层水使油、水层的电性特征发生混淆，给测井解释油油田开发工作带来严重困扰。油、水层地层水性质不同甚至差别很大的油藏实例很多。这种现象产生的原因和过程比较复杂。一般与成藏后的次生改造
16、作用有关。油藏经理次生改造时往往伴随天然水淹过程。地表浅层淡水在断层及不整合面的疏导下注入油藏。受储集层非均质性影响，后期侵入的大气淡水在油藏内部渗流的部位具选择性，与注水开发过程中存在的单层突进等动用不均衡现象极其相似，并且由于天然水淹发生在纯自然条件下，不存在人为干预。因此单层突进现象更为严重。首先，天然水淹发生在原始物性好的厚层段。储集层厚度越大，后期被改造的机率就越大，除此之外，在储集层非均质性作用下，不同物性储集层遭受水淹的程度不同，高渗透率储集层由于具有较大的孔喉及较小的毛管压力，流体在其中渗流的排驱压力低，阻力小，水淹比较严重。当高渗透层与低渗透层的渗透率级差达到一定程度后，就会
17、形成“旁超”现象。下渗的地表水绕过中低渗透率储集层而仅沿着高渗透性的优势通道向低势区流动。因此高渗透率厚层被水淹，而中低渗透率薄层则由于高渗透率的“屏蔽”作用，基本上不会受到侵入水的影响。此外，重力作用还会使天然水淹发生在油藏低部位。油水密度的差异使下渗的地表水最终到达油藏底部，低部位的油层被天然水淹，油水界面抬升。天然水淹后油藏中油层、残余油层、水层共存于同一油藏剖面中。天然水淹部位的选择性以及水淹后残余油的氧化和生物降解作用使这类油藏中存在比较严重的流体非均质现象。各单砂层不仅地层水性质不同，原油性质也有很大差别。由于水对孔隙中原油的躯体很不彻底，因此水淹后会有大量原油残留下来。而原油中轻
18、质组分的优先逸出以及后期的氧化和生物降解作用，则使天然水淹层中残余油的性质越来越差，有些甚至最终演变成固体干沥青，呈团块状充填在颗粒间，完全交代黏上杂基，或以侵染状侵入到粘土杂基中，使储集层的润湿性发生反转。由亲水或中性转为亲油，进而影响岩石的电阻率。水淹氧化后的重质残余原油组分对录井结论、岩石的润湿性和电性质都会产生严重影响。其特点可以归纳为“三好一差” ，即化探好、录井（取心）显示好、解释好、出油差，对这类油藏中好油层的预测识别也因此显得尤为重要。与正常油藏不同，对于发生过天然水淹的油藏而言，目前的好油层往往是那些物性比较差、厚度比较薄的中低渗透率层。而那些物性好的高渗透率厚层则往往是曾经
19、作为渗流通道，但日前没有产能的残余油层，即在天然水淹油藏中含油性与物性是负相关的。这种类型的低对比度油层一般发育在构造运动活跃区。8发生在特定的构造、沉积背景下，比如断层附近或不整合面之下。这类油藏经理次生改造后美欧被完全破坏，只是在其内部形成严重的流体非均质现象，给油层评价及勘探开发工作带来严重困扰。构造运动活跃地区另一种低对比度的情况发生在同一区域不同断块之间。由于封存条件以及被次生改造的程度不同，导致断块之间的原油性质存在差异。原油性质对储集层岩石润湿性的影响是：油品性质越差，其中的沥青质和非烃等极性组分含量越高，亲油性越强；油品性质越好，亲水性越强。反映在电阻率上是再其他条件相同的情况
20、下，原油性质越好，电阻率越低。这样如果同一区域不同区块之间的原油品质存在差别，如一个稠油区带中发育一个油品性质相对比较好的区块，就会使区块之间油、水层电阻率的划分标准发生混淆，采用相对固定的经验标准划分会遗漏那些油品性质好的油层。构造运动活跃地区是低对比度油层发育的重点区域，对这类油藏中含油储集层的预测、识别和评价要在区域构造背景研究的基础上进行，综合分析包括油、水性质在内的各种资料，尤其注意甄别录井、取心显示信息的真伪。每种水淹油层有不同的矿化度特征，外来水矿化度低于地层水矿化度，油层被水淹后，地层水被淡化，水淹程度越高，油层水矿化度越低。可用下列方法判别：自然电位基线偏移法。 自然电位曲线
21、偏移大小取决洗原waCLogSP于两种水的矿化度比值。由于两种混合液体浓度不同，造成自然电位曲线呈上下台阶；若整个油层全面水淹后，则自然电位异常幅度小于静自然电位。电阻率法。某些区域测井资料表明，在岩性、物性相近似的情况下，由于含油性的差别，油层的冲洗带电阻率较低；水淹油层后使矿化度降低，故冲洗带电阻率较高。这是反映油层水淹程度的一种特征。根据测井仪器机理，自然电位资料反映了地层水性质的变化。SP 资料是目前测井工作者识别复杂水性剖面中水性变化的非常重要的资料，关于该曲线的影响因素研究、识别水性方法研究、识别隐蔽或低阻油气层等方面的研究都有相对深入的成果或方法可借鉴 6173。例如在泥浆滤液配
22、比合适的情况下，自然电位曲线的幅度、极性和泥岩基线的变化反映了地层水性质的变化，在识别剖面上水性变化起到了非常重要的作用。测井解释关于地层水性质的评价主要体现在地层水电阻率上，它是用测井资料计算含油饱和度时必不可少的重要参数。确定地层水电阻率的方法很多7481，例如如下有 7 种： 根据地层水样测定； 根据地层水化学分析结果确定； 根据自然电位求取； 根据标准水层确定； 用电阻率-孔隙度交会图求取； 用 Rxo/Rt 比值法求取； 用 Rwa-SP 交会图求取。不同区域则需要根据区域具体地质情况、资料状况优选适合的方法。93复杂储层测井流体性质识别与定量评价技术研究进展定性识别复杂油气层测井评
23、价的难点和重点是油气层有效识别，一般从测井评价方法研究针对特定研究区域特点，采用多参数、多信息、综合判别方法进行油气层识别。1998 年施冬等根据五里湾地区长 6 油层组的测井响应特征，结合地质和测试资料采用灰色综合评判方法和模糊综合判别方法对油气层进行判别，效果较好；孙建孟等根据试油试水资料把油层、水层、油水同层划分为三大类测井相，然后应用测井相分析的方法进行划相研究，从而对油气层进行定性识别 82。2000 年徐守余利用研究区域所有井的测井资料及试油、射孔资料对储层进行定性判别，引入 Fisher 判别法分薄层和厚层识别油气层；李晓辉等通过对实验室岩心分析资料的研究，认为高电阻率水层的成因
24、是岩性变化、残余油的存在及局部地区地层水矿化度的变化引起的；2001 年邵维志等应用统计学方法，把常规油气层、低阻油气层、油水同层、水层看成独立的地质事件，把油气层的定性识别问题转化为测井特征集的研究问题。该方法对于识别多种因素综合影响下的油气层效果较好 83。2002 年匡立春等从可动水分析法、图版法、电阻率增大法与录井显示法方面，探讨了低电阻率油气层的识别技术，取得了良好的经济效益；赵佐安等采用电阻率特征判别法、三孔隙度重叠法、阵列声波能量法、纵横波时差法、声阻抗与声波时差重叠法、交会图法以及神经网络识别技术进行合理组合，提高了油气层解释准确性；张丽艳等采用测井相分析法消除了用测井单参数和
25、两参数交会解释含油性存在的多解性，提高了解释结果的成功率 84。2003 年刘维林等根据不同类型储层电性与含油性关系，结合试油资料建立葡西地区储层分类解释图版，符合率达 84.9%；高储桥等依据实验及渗流理论提出将孔隙度与油水相对渗透率相结合识别油水层的方法，通过 20 口井试油结果证实，测井解释符合率达 89.7；刘英才等以试油资料为基础，对自然电位、深侧向电阻率和微球电阻率进行归一化后做交会图版，在阿达油田油气层识别取得了良好的效果 85。2004 年王任一等认为在油气层和水层的孔隙度和电阻率之间，微差形态波形的复杂程度隐含着储层含油气性信息，通过求取其波形的网格分形可提取出含油气性的信息
26、，进而对油气层进行判别；郭睿等采用电阻率比值(Rxo/Rt)，结合油气层和标准水层对比定量确定含油饱和度的方法来判断疑难储层，取得很好的效果 86。102005 年李浩等从沉积相、储层岩性结构及储层微观组构这 3 个尺度对在拉张的地质背景下高束缚水成因的低电阻率油气层进行研究，得出在弱水动力变化带寻找该类低电阻率油气层的方法；李薇等提出利用深探测电阻率和自然电位曲线自动识别油气层的 RRSR 法，其应用取得了满意的效果；沈爱新等利用核磁实验新方法研究了油层岩心的 NMR 横向弛豫特性，证实可以根据 T2 谱形和T2 平均值来判别岩石含油气或含水；田中元等对 PICKETT 法进行改进，在原方法
27、的基础上，通过毛细管压力曲线将自由水界面之上的高度集成到 PICKETT 图中，用于识别油层，取得了满意的效果；张小莉等从地质、测井及多参数判别等方面，对王集油田核桃园组核三段的高、低电阻率断块油层、高电阻率水层进行了综合分析与研究 87。2007 年夏克文等为解决常规油气层识别方法因其本身缺陷而无法取得理想效果的缺点，提出一种基于改进 PSO 算法的 LSSVM 油气层识别模型，即综合已有改进的 PSO 模型提出一种新的改进形式，并用此算法迭代求解 LSSVM 中出现的矩阵方程，从而避免矩阵求逆，加快 LS-SVM 算法的训练速度，节省内存，而且求得最优解。实际应用表明，所提出的识别模型优于
28、 BP 模型和经典 SVM 模型，识别精度高、收敛速度快、效果显著 88。2008 年程相志等针对常规电阻率方法识别低对比度油气层困难的问题，从自然电位产生机理入手，分析淡水和盐水钻井液条件下自然电位异常幅度的影响因素和含油饱和度与自然电位异常幅度之间的联系。结果表明，适当的盐水钻井液条件下油气层自然电位呈小幅度正异常或小幅度负异常，与水层自然电位呈大幅度正异常有很大差异。采用合理设计钻井液性能、调整测井环境的方法，通过及时测井，得到正异常幅度自然电位，利用油气层与水层的自然电位异常幅度差异，实现低对比度油气层的准确、有效识别。陈刚提出一种砂层厚度与电阻率交会图识别低电阻率油气层的方法。首先给
29、出低电阻率油气层的厚度和电阻率的范围，以此作厚度与电阻率的交会图，在交会图上确定出油气层和水层的包络线，据此给出低电阻率油气层的厚度及电阻率的上、下限值；再结合人工神经网络识别低电阻率油气层的方法，对油气层、水层及干层进行进一步判别。在苏北盆地沙 7 断块阜三段低电阻率油气层应用结果表明，此方法有效提高了对低电阻率油气层的识别能力，提高了测井解释的符合率 89。定量评价1942 年 Archie 先生为了解释纯砂岩含水饱和度与电阻率之间的关系提出著名的 Archie 公式 90，Archie 公式在最初勘探过程中发挥了重要的作用，但在随后的实践过程中，人们发现当地层岩石中含有泥质时，不满足 Archie 公式的应用条件，饱和水地层岩石电导率与地层水电导率之间不呈线性关系，而是呈非线性关系，因此，Archie 公式对含有泥质的砂岩的导电性就不能很好地解
