CN105089663A - 一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法。其包括如下步骤，步骤一，根据电阻率宏观各向异性和微观各向异性的各项参数以及之间的相互关系，建立水平和垂直电阻率解释图版；步骤二，根据对水平和垂直电阻率解释图版的分析，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数，从而进行地层电阻率各向异性校正，计算出代表目的层真实电阻率的水平电阻率。有效解决了图版法无法反应储层的非均质性，不适合测井资料的逐点解释，自动校正法因校正图版数量少，且比较离散，并非完全符合实际情况，具有很大的区域性等不足之处的问题，十分适合于测井资料的逐点解释，能够及时服务和满足生产上的快速解释，具有很好的应用前景。

Description

一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法

技术领域

本发明涉及大斜度/水平井测井解释评价技术领域，具体为一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法。

背景技术

随着石油工业的迅速发展，勘探开发的油气藏越来越复杂，水平井技术以其投资回收率高和适用范围广的优点得到了全世界的青睐。在未来的钻井类型中，大部分将会是水平井。然而水平井不同于直井，水平井测井响应受其井眼附近地层的几何形状、测量方位、异常侵入剖面、重力引起的仪器偏心和各向异性等影响严重，在进行水平井地层评价之前，需对原始测井数据进行必要的校正处理。在诸多的影响因素中，电阻率测井受地层电性各向异性影响最大。

目前，电阻率各向异性校正主要有图版法和计算机自动校正法。校正图版根据理论计算或实验结果制作而成，图版中所有参数都是代表一个层的各采样点的平均特性，其校正结果只是把大斜度/水平井目的层电阻率平均抬高或降低一个相同的比例，与测井曲线特有的连续性和非均质性相违背，只具有理论上定性解释和提供参考的价值，无法运用到实际测井资料的逐点解释中。自动校正法是在图版法的基础上，对校正图版中的曲线进行合理采样读值拟合，用标准化公式来代替大量的图版曲线，并编制校正处理程序库实现计算机自动校正，但由于各向异性图版校正数量少，且比较离散，并非完全符合实际情况，具有很大的区域性特点，校正方法适应性差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够确定地层电阻率各向异性系数，得出能够代表目的层真实电阻率的水平电阻率的大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，根据电阻率宏观各向异性和微观各向异性的各项参数以及之间的相互关系，建立水平和垂直电阻率解释图版；

步骤二，根据对水平和垂直电阻率解释图版的分析，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数，从而进行地层电阻率各向异性校正，计算出代表目的层真实电阻率的水平电阻率。

优选的，步骤一中建立水平和垂直电阻率解释图版时，包括如下步骤，

1.1在大斜度/水平井中，当水平井井眼轨迹离地层层面的距离小于测井仪器的探测深度或与地层层面相交，测井仪器探测的是砂/泥岩互层，测量值为砂岩和泥岩电阻率的综合信息，地层电阻率各向异性表现为宏观各向异性；此时，

地层水平电阻率R_h表示如下，

$R_h={(\frac{H_{sd}}{R_{sd}(H_{sd}+H_{sh})}+\frac{H_{sh}}{R_{sh}(H_{sd}+H_{sh})})}^{-1}---\left(1\right);$

地层垂直电阻率R_v表示如下，

$R_v=\frac{H_{sd}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sd}+\frac{H_{sh}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sh}---\left(2\right);$

电阻率各向异性系数λ表示如下，

$\mathrm{\λ}=\sqrt{\frac{R_v}{R_h}}={\[\frac{H_{sd}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+(\frac{R_{sd}}{R_{sh}}+\frac{R_{sh}}{R_{sd}})\·\frac{H_{sd}{H}_{sh}}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+\frac{H_{sh}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}\]}^{\frac{1}{2}}---\left(3\right);$

其中，R_sd为在砂/泥岩模型中砂岩电阻率，单位为(Ω.m)；R_sh为泥岩电阻率，单位为(Ω.m)；H_sd为砂岩累计厚度，单位为(m)；H_sh为泥岩累计厚度，单位为(m)；

1.2在大斜度/水平井中，当水平井井眼轨迹到地层层界面的距离超出测井仪器的探测深度时，视地层为无限厚的均匀各向异性介质，地层电阻率各向异性表现为微观各向异性；则得到，

地层视电阻率R_a表示如下，

$R_a=\frac{R_m}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}=\frac{{\mathrm{\λR}}_h}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}---\left(4\right)$

其中，为各向异性地层的平均电阻率，单位为(Ω.m)；θ为井斜角单位为(°)；

1.3根据步骤1.1和1.2宏观各向异性和微观各向异性系数与水平电阻率、垂直电阻率和地层视电阻率等的关系，建立地层的水平和垂直电阻率解释图版。

进一步，步骤二中采用迭代算法进行地层电阻率各向异性校正时，包括如下步骤，

2.1利用自然伽马测井曲线得到地层中的泥质体积含量V_sh如下，

$V_{sh}=\frac{2^{GCUR\×\mathrm{\Δ}GR}-1}{2^{GCUR}-1};$

其中，ΔGR为自然电位相对值；GR为自然伽马测井值，GR_min为纯砂岩段的自然伽马值，GR_max为纯泥岩段的自然伽马值；GCUR为希尔奇系数，老地层取2，第三系新地层取3.7；

2.2结合区域的经验值确定泥岩电阻率R_sh，或用岩石完全含水时电阻率R_o近似替代，其中，a、m为阿尔奇公式岩电参数，R_w为地层水电阻率，φ为孔隙度；

2.3给定各向异性系数λ初始值λ＝λ_k和给定误差，结合井斜角θ、步骤2.1计算的泥质体积含量V_sh和步骤2.2计算的泥岩电阻率R_sh，根据公式(1)～(4)得到中间变量的水平电阻率R_h ^·，R_h ^·＝f(λ，θ，V_sh，R_sh)；

2.4将各向异性系数λ、井斜角θ和步骤2.3得到的水平电阻率R_h ^·，结合公式(4)得到中间变量的地层视电阻率R_a ^·；

2.5利用步骤2.4计算的R_a ^·与实测地层视电阻率R_a比较，计算ε，ε＝‖R_a-R_a ^·‖；若ε大于给定误差，则λ＝λ_k+1并重复步骤2.3～2.5，直到ε满足不大于给定误差的要求，输出电阻率宏观和微观总的各向异性系数λ，并计算出代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h。

再进一步，阿尔奇公式岩电参数a和m由岩电实验数据分析确定。

再进一步，地层水电阻率R_w由水分析资料确定。

再进一步，孔隙度φ由声波时差测井曲线计算确定。

再进一步，岩石完全含水时电阻率通过利用声波时差计算孔隙度而确定。

再进一步，当取希尔奇系数GCUR时，老地层取2，第三系新地层取3.7。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过对电阻率宏观各向异性和微观各向异性的分类分析，建立了水平和垂直电阻率解释图版，结合井斜角、自然伽马和声波时差测井曲线以及泥岩电阻率，泥岩电阻率由区域的经验值确定或用利用声波时差计算孔隙度后得到的岩石完全含水时电阻率近似替代，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数，从而进行地层电阻率各向异性校正，得到能够代表目的层真实电阻率的水平电阻率，进而更好地应用于大斜度/水平井测井解释评价中。有效解决了图版法无法反应储层的非均质性，不适合测井资料的逐点解释，自动校正法因校正图版数量少，且比较离散，并非完全符合实际情况，具有很大的区域性等不足之处的问题，十分适合于测井资料的逐点解释，能够及时服务和满足生产上的快速解释，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法的流程图。

图2为本发明实施例所述的水平和垂直电阻率解释图版。

图3为本发明实施例所述的大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正处理解释成果图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明中，地层电阻率各向异性可分为宏观各向异性和微观各向异性，描述地层电阻率各向异性的参数主要有，水平电阻率R_h，垂直电阻率R_v以及电阻率各向异性系数λ。在大斜度井/水平井中，仪器测量的地层电阻率R_a是水平电阻率R_h和垂直电阻率R_v的综合反映。

当水平井井眼轨迹离地层层面较近也就是水平井井眼轨迹离地层层面的距离小于测井仪器的探测深度，或与地层层面相交，测井仪器探测的是砂/泥岩互层，测量值为砂岩和泥岩电阻率的综合信息，地层电阻率各向异性表现为宏观各向异性。设在砂/泥岩模型中砂岩电阻率为R_sd，泥岩电阻率为R_sh，砂岩累计厚度为H_sd，泥岩累计厚度为H_sh。此时地层的水平电阻率R_h可表示为：

$R_h={(\frac{H_{sd}}{R_{sd}(H_{sd}+H_{sh})}+\frac{H_{sh}}{R_{sh}(H_{sd}+H_{sh})})}^{-1}---\left(1\right)$ 地层垂直电阻率R_v可表示为：

$R_v=\frac{H_{sd}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sd}+\frac{H_{sh}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sh}---\left(2\right)$ 电阻率各向异性系数λ：

$\mathrm{\λ}=\sqrt{\frac{R_v}{R_h}}={\[\frac{H_{sd}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+(\frac{R_{sd}}{R_{sh}}+\frac{R_{sh}}{R_{sd}})\·\frac{H_{sd}{H}_{sh}}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+\frac{H_{sh}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}\]}^{\frac{1}{2}}---\left(3\right)$ 当水平井井眼轨迹远离地层层界面时，也就是水平井井眼轨迹到地层层界面的距离超出测井仪器的探测深度时，假设地层为无限厚的均匀各向异性介质，地层电阻率各向异性表现为微观各向异性。设垂直层界面方向的电阻率为R_v，平行层界面方向的电阻率为R_h，可以推导出地层视电阻率R_a与水平电阻率R_h和垂直电阻率R_v的关系：

$R_a=\frac{R_m}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}=\frac{{\mathrm{\λR}}_h}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}---\left(4\right)$ 式中：为各向异性地层的平均电阻率，单位为(Ω.m)；θ为井斜角,单位为(°)。

通过上述电阻率宏观各向异性和微观各向异性的理论研究，结合井斜角、自然伽马和声波时差测井曲线以及泥岩电阻率，泥岩电阻率由区域的经验值确定或用岩石完全含水时电阻率R_o近似替代，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数λ，从而进行地层电阻率各向异性校正，计算出可以代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h。

在本实施例中，如图1所示，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数λ，计算出可以代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h的具体实现步骤如下：

(1)利用自然伽马测井曲线计算地层中的泥质体积含量V_sh，其中，ΔGR为自然电位相对值，无量纲，计算值为小数；GR为自然伽马测井值，单位为(API)；GR_min为纯砂岩段的自然伽马值，单位为(API)；GR_max为纯泥岩段的自然伽马值，单位为(API)；GCUR为希尔奇系数，老地层2，第三系新地层3.7；V_sh为地层中的泥质体积含量，小数。

(2)结合区域的认识确定泥岩电阻率R_sh，也可用岩石完全含水时电阻率R_o近似替代，其中a，m为阿尔奇公式岩电参数，无量纲，由岩电实验数据分析确定，R_w为地层水电阻率，单位为(Ω.m)，由水分析资料确定；φ为孔隙度，小数，由声波时差测井曲线计算确定。

(3)对各向异性系数λ赋初始值，结合井斜角θ、步骤(1)计算的泥质体积含量V_sh和步骤(2)计算的泥岩电阻率R_sh，利用公式(1)～(4)计算出中间变量的水平电阻率R_h ^·，R_h ^·＝f(λ，θ，V_sh，R_sh)。

(4)将各向异性系数λ、井斜角θ和步骤(3)计算的水平电阻率R_h ^·代入公式(4)计算出中间变量的地层视电阻率R_a ^·。

(5)利用步骤(4)计算的R_a ^·与实测地层电阻率R_a比较，计算ε，ε＝‖R_a-R_a ^·‖。若ε大于给定的误差，则重新从步骤(3)开始执行，直到ε满足误差要求为止，输出各向异性系数λ，并计算出可以代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h。

通过电阻率宏观各向异性和微观各向异性的理论研究，建立了水平和垂直电阻率解释图版。如图2所示，在水平和垂直电阻率解释图版中，横轴是水平电阻率与泥岩电阻率的比值，纵轴是垂直电阻率与泥岩电阻率的比值，图中一系列的实线代表的是泥质体积含量，从右到左泥质体积含量V_sh从0逐渐增大到100％，一系列虚线代表的是砂岩电阻率与泥岩电阻率的比值，从下到上R_sd/R_sh的值从0.1逐渐增大到1000Ω.m。对图进行分析，泥质体积含量V_sh可以利用岩性测井曲线如自然伽马测井计算确定，即确定图中的一条实线。然后在该条实线中任意给定A点，就可以从图版中确定A点对应的水平电阻率R_h和垂直电阻率R_v，再代入到公式(4)计算A点的地层视电阻率，并与水平井实测电阻率进行比较，如果两者差别较大，则重新调整A点，直到A点计算的地层视电阻率与水平井实测电阻率接近为止，最后输出各向异性系数λ，并计算出可以代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h。

实际资料处理过程中，地层电阻率各向异性校正通过编写程序实现。如图3所示，大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正处理解释成果图，计算的各向异性系数主要分布在1～2之间。受各向异性的影响，校正后确定的水平电阻率比原始深侧向电阻率低，与自然伽马有很好的一致性，能很好的反映储层的含气性。结合阿尔奇公式采用相同的岩电参数和地层水电阻率，分别利用原始深侧向电阻率和校正后确定的水平电阻率计算了含水饱和度，图中第8道黑色曲线为深侧向电阻率计算的含水饱和度，全井段近似直线，4250m以上含水饱和度平均为50％，4250m以下含水饱和度平均为45％，全井段解释为气层、差气层和干层。该井在3865～3875m、4026～4036m、4250～4260m、4370～4380m、4480～4490m、4590～4600m和4720～4730m井段射孔,日产气5.44万方，水20.5方。利用深侧向电阻率计算的含水饱和度，与试气产水结论不吻合。各向异性校正后确定的水平电阻率计算的含水饱和度如图中第8道红色曲线，对应射孔井段的6、9、11、17、22、25和28号层的含水饱和度分别为59.02％、67.29％、53.61％、60.64％、51.47％、57.49％和60.56％，同时发现2、4和8号层计算的含水饱和度分别为58.82％、57.39％和59.01％，结合研究区气水识别界限，将2、4、6和8号层的原解释结论从气层改为气水同层。从射孔井段看，试气出水主要来源于6号层，表明修改后的解释结论与试气吻合，说明了各向异性校正后的水平电阻率可以代表目的层真实电阻率，能准确的反映储层的含气性特征，可以应用于水平井测井地层评价。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，根据电阻率宏观各向异性和微观各向异性的各项参数以及之间的相互关系，建立水平和垂直电阻率解释图版；

步骤二，根据对水平和垂直电阻率解释图版的分析，采用迭代算法确定地层电阻率宏观和微观总的各向异性系数，从而进行地层电阻率各向异性校正，计算出代表目的层真实电阻率的水平电阻率。

2.根据权利要求1所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，步骤一中建立水平和垂直电阻率解释图版时，包括如下步骤，

1.1在大斜度/水平井中，当水平井井眼轨迹离地层层面的距离小于测井仪器的探测深度或与地层层面相交，测井仪器探测的是砂/泥岩互层，测量值为砂岩和泥岩电阻率的综合信息，地层电阻率各向异性表现为宏观各向异性；此时，

地层水平电阻率R_h表示如下，

$R_h={(\frac{H_{sd}}{R_{sd}(H_{sd}+H_{sh})}+\frac{H_{sh}}{R_{sh}(H_{sd}+H_{sh})})}^{-1}---\left(1\right);$

地层垂直电阻率R_v表示如下，

$R_v=\frac{H_{sd}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sd}+\frac{H_{sh}}{H_{sd}+H_{sh}}{R}_{sh}---\left(2\right);$

电阻率各向异性系数λ表示如下，

$\mathrm{\λ}=\sqrt{\frac{R_v}{R_h}}={\[\frac{H_{sd}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+(\frac{R_{sd}}{R_{sh}}+\frac{R_{sh}}{R_{sd}})\·\frac{H_{sd}{H}_{sh}}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}+\frac{H_{sh}^2}{{(H_{sd}+H_{sh})}^2}\]}^{\frac{1}{2}}---\left(3\right);$

其中，R_sd为在砂/泥岩模型中砂岩电阻率，单位为Ω.m；R_sh为泥岩电阻率，单位为Ω.m；H_sd为砂岩累计厚度，单位为m；H_sh为泥岩累计厚度，单位为m；

1.2在大斜度/水平井中，当水平井井眼轨迹到地层层界面的距离超出测井仪器的探测深度时，视地层为无限厚的均匀各向异性介质，地层电阻率各向异性表现为微观各向异性；则得到，

地层视电阻率R_a表示如下，

$R_a=\frac{R_m}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}=\frac{{\mathrm{\λR}}_h}{\sqrt{1+({\mathrm{\λ}}^2-1){\cos }^2\mathrm{\θ}}}---\left(4\right)$

其中，为各向异性地层的平均电阻率，单位为Ω.m；θ为井斜角单位为度；

1.3根据步骤1.1和1.2宏观各向异性和微观各向异性系数与水平电阻率、垂直电阻率和地层视电阻率等的关系，建立地层的水平和垂直电阻率解释图版。

3.根据权利要求2所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，步骤二中采用迭代算法进行地层电阻率各向异性校正时，包括如下步骤，

2.1利用自然伽马测井曲线得到地层中的泥质体积含量V_sh如下，

$V_{sh}=\frac{2^{GCUR\×\mathrm{\Δ}GR}-1}{2^{GCUR}-1};$

其中，ΔGR为自然电位相对值；GR为自然伽马测井值，GR_min为纯砂岩段的自然伽马值，GR_max为纯泥岩段的自然伽马值；GCUR为希尔奇系数；

2.2结合区域的经验值确定泥岩电阻率R_sh，或用岩石完全含水时电阻率R_o近似替代，其中，a、m为阿尔奇公式岩电参数，R_w为地层水电阻率，φ为孔隙度；

2.3给定各向异性系数λ初始值λ＝λ_k和给定误差，结合井斜角θ、步骤2.1计算的泥质体积含量V_sh和步骤2.2计算的泥岩电阻率R_sh，根据公式(1)～(4)得到中间变量的水平电阻率R_h ^·，R_h ^·＝f(λ，θ，V_sh，R_sh)；

2.4将各向异性系数λ、井斜角θ和步骤2.3得到的水平电阻率R_h ^·，结合公式(4)得到中间变量的地层视电阻率R_a ^·；

2.5利用步骤2.4计算的R_a ^·与实测地层视电阻率R_a比较，计算ε，ε＝‖R_a-R_a ^·‖；若ε大于给定误差，则λ＝λ_k+1并重复步骤2.3～2.5，直到ε满足不大于给定误差的要求，输出电阻率宏观和微观总的各向异性系数λ，并计算出代表目的层真实电阻率的水平电阻率R_h。

4.根据权利要求3所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，阿尔奇公式岩电参数a和m由岩电实验数据分析确定。

5.根据权利要求3所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，地层水电阻率R_w由水分析资料确定。

6.根据权利要求3所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，孔隙度φ由声波时差测井曲线计算确定。

7.根据权利要求3所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，岩石完全含水时电阻率通过利用声波时差计算孔隙度而确定。

8.根据权利要求3所述的一种大斜度/水平井地层电阻率各向异性校正方法，其特征在于，当取希尔奇系数GCUR时，老地层取2，第三系新地层取3.7。