利用数字岩心技术评价含黏土砂岩导电模型

的 电 导 率 C 。，通 过 与 含 油 气 时 的 岩 石 电 导 率 C ,比
较 ，计 算 出 含 水 饱 和 度 ，因 此 C 。是 关 键 参 数 。但阿 尔奇公式只适用于孔隙结构较为简单的纯砂岩地 层 ，此 时 C 。与 地 层 水 电 导 率 0 „ 为 线 性 关 系 。对于 含 泥 质 的 地 层 ，P a m o d e 等[2]发 现 地 层 电 导 率 和 地 层 水 电 导 率 不 满 足 线 性 关 系 。实 验 表 明 ，地层 水矿 化 度 较 低 时 ，具 有 相 同 有 效 孔 隙 度 的 泥 质 砂 岩 的 电 导 率 比 纯 砂 岩 的 电 导 率 高 ，岩 石 表 现 出 附 加 导 电 性 C PX。黏 土 的 存 在 使 岩 石 的 电 导 率 关 系 （( ^ - ( ^ 关 系 ）复 杂 。C 。是 计 算 含 水 饱 和 度 的 重 要 依 据 ，如果 不 能 正 确 考 虑 泥 质 对 电 导 率 的 影 响 ，就 无 法 得 到 正 确的饱和度值。
利用数字岩心技术评价含黏土砂岩导电模型
范 雨 霏 ，潘 保 芝 ，郭 宇 航 ，张 丽 华
吉 林 大 学 地 球 探 测 科 学 与 技 术 学 院 ，长 春 130026
摘 要 ：黏 土 附 加 导 电 性 使 得 岩 石 导 电 机 理 复 杂 化 ，影 响 了 测 井 解 释 中 饱 和 度 计 算 的 准 确 性 。 随 着 石 油
心 数 据 相 差 较 大 。这 些 公 式 都 是 通 过 统 计 数 据 得 到
的 经 验 公 式 ，只 能 在 特 定 情 况 下 使 用 。② 电 化学 作
用的导电模型〜11]，主 要描述孔 隙度 和黏土 阳离子 交
换 能力 等对 岩石 电性的影 响，它们在不同地层水矿化
度条件下与实验数据有很好的一致性,但因为阳离子
第 51卷 第 3 期 2021年 05月
吉 林 大 学 学 报 （地 球 科 学 版 ）
Journal of Jilin UniversityCEarth Science Edition)
Vol.51 No.3 M a y 2021
范 雨 霏 ，潘 保 芝 ，郭 宇 航 ，等 .利 用 数 字 岩 心 技 术 评 价 含 黏 土 砂 岩 导 电 模 型 .吉 林 大 学 学 报 （地 球 科 学 版 ），2 0 2 1 ，5 1 ( 3 ) : 9 1 9 _ 926. doi：10.13278/ki.jjuese.20200041. F a n Yufei* P a n Baozhi, G u o Yuha n g , e t al. Evaluate Electrical Conductivity Models of Clay-Bearing Sandstones by Digital Core Technology. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2021, 51 ( 3 ) ：919 - 926. doi：10.13278/ki.jjuese. 20200041.
计 算 C 。与 数 值 模 拟 C D接 近 ，基 本 适 用 于 不 同 孔 隙 度 、黏 土 体 积 分 数 和 阳 离 子 交 换 容 量 的 情 况 。
关 键 词 ：含 黏 土 砂 岩 ；电 导 率 ；有 限 元 方 法 ；数 字 岩 心 ；导 电 模 型
doi：10.13278/ki.jjuese.20200041
中 图 分 类 号 ：P631.2
文 献 标 志 码 ：A
Evaluate Electrical Conductivity Models of Clay-Bearing Sandstones by Digital Core Technology
Fan YufeU Pan Baozhi， Guo Yuhang， Zhang Lihua
交换能力的值通 常难以得 到，导致在实际测井中较难
应用。
泥 质 砂 岩 具 有 复 杂 的 组 成 成 分 与 孔 隙 结 构 ，基
于 实 验 室 岩 石 电 性 测 量 难 以 控 石 导 电 机 理 [12]。数 字 岩 心 技 术 可 以 将 岩 石
数 字 化 ，较 好 地 表 征 岩 石 孔 隙 结 构 [13_14]。近 年 来 ，
勘 探 的 发 展 ，测 丼 解 释 研 究 者 针 对 特 定 地 区 和 储 层 条 件 的 饱 和 度 求 解 提 出 了 多 种 导 电 模 型 。 本 文 基 于 51
雷 砂 岩 的 数 字 岩 心 ，构 建 多 种 含 黏 土 的 砂 岩 数 字 岩 心 ，利 用 有 限 元 方 法 模 拟 岩 心 饱 和 水 时 的 电 导 率 C 。，并
解释泥质砂岩电性特征的导电模型大体上可以 分 成 两 类 13—4]: ①泥 质体积分数和分布形式的导电模 型[w ] ，主 要 描 述 孔 隙 度 、泥 质 体 积 分 数 等 对 岩 石 电 性 的 影 响 ，因 为 与 非 电 法 测 井 方 法 （中 子 、密 度 、伽马 射 线 和 声 波 测 井 ）有 很 好 的 相 关 性 所 以 被 用 于 测 井 分 析 中 。但 当 地 层 水 矿 化 度 变 化 范 围 较 大 时 ，与岩
College o f GeoKxpLoration Science and Technology j J ilin U niversity ^ Changchun 130026» China
Abstract：The additional conductivity of clay complicates the mechanism of rock conductivity and affects the accuracy of saturation calculation in logging interpretation. With the development of petroleum exploration， logging interpretation researchers proposed many kinds of conductive models for the saturation calculation of specific areas and reservoir conditions. Based on the three-dimensional digital core of Berea sandstone， a series of digital cores of clay-bearing sandstones were constructed. The finite-element method was used to simulate the electrical characteristics of the cores saturated with brine. We compared the numerical simulation C 〇with the calculation C〇of five models to analyze the applicability of these conductive models. The results show that with the decrease of clay content and clay cation exchange capacity and the increase of rock porosity» the model calculation C〇is closer to the numerical simulation C〇. The Doll formula and Indonesia formula are closer to the numerical simulation results, and are basically applicable to different porosity, clay volume, and cation exchange capacity.
收 稿 日 期 ：2020 - 0 2 - 24 作 者 简 介 ：范 雨 霏 （1993— ），女 ，博 士 研 究 生 ，主 要 从 事 测 井 解 释 与 数 字 岩 石 物 理 实 验 方 面 的 研 究 ，E - m a i l : 7 4 0 6 7 7 5 2 1 @
基 金 项 目 ：吉 林 省 科 技 发 展 计 划 （20170201001S F );吉 林 省 科 技 发 展 计 划 优 秀 青 年 人 才 项 目 （20190103150 J H ) Supported by the Science and Technology Development Program of Jilin Province (20170201001S F ) and the Jilin Pro­ vince Science and Technology Development Plan O utstanding Young Talent Project (20190103150J H )
式 中 ：F 为 地 层 因 素 为 地 层 水 电 导 率 ^ 是 岩 性 系 数 ，通 常 取 1; ?=是 岩 石 孔 隙 度 ；m 是 胶 结 指 数 。 从此根据测井方法估计含水饱和度成为储层评价的 一个重要手段。 1 . 2 泥质砂岩导电模型
图 1 表 示 纯 砂 岩 和 泥 质 砂 岩 电 导 率 C 。随地层 水 电 导 率 C „ 变 化 的 关 系 [3]。 在 （：„ 很 低 时 ，C 6X随 (：„增大而增力卩；当 （：„达 到 某 一 数 值 后 ，C „ 不 随 C „ 变 化 。泥 质 是 黏 土 矿 物 与 其 他 细 颗 粒 的 混 合 物 ，泥 质 与 岩 石 骨 架 的 导 电 性 差 异 主 要 在 于 黏 土 矿 物 ，因 此 下 文 用 黏 土 来 代 表 泥 质 。围绕黏土附加导电性的 问 题 ，测 井 解 释 研 究 者 先 后 针 对 地 层 饱 和 度 求 解 问 题 提 出 了 多 种 导 电 模 型 ，其 中 经 典 的 导 电 模 型 有 ： Hossin 公 式 、Simandoux 公 式 、Doll 公 式 、WaxmanS m ith 公 式 （简 称 W - S 公 式 ）和 Indonesia公 式 。 表 1 列出了这5 种导电模型的公式和适用情况。
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吉 林 大 学 学 报 （地 球 科 学 版 )
第 51卷
Key words：clay-bearing sandstones；electrical conductivity；finite-element method; digital core； conductivity model
〇 引言
将 数 值 模 拟 C 。与 5 种 模 型 计 算 C 。对 比 ，分 析 各 种 导 电 模 型 的 适 用 情 况 。 结 果 表 明 ，黏 土 体 积 分 数 越 小 ，黏
土 的 阳 离 子 交 换 容 量 越 小 ，岩 石 孔 隙 度 越 大 ，公 式 计 算 C 。越 接 近 数 值 模 拟 C 。。 D o l l 公 式 和 Indonesia公 式
1 理论基础
阿 尔 奇 公式 [1]提 出 以 后 ，根 据 电 阻 率 测 井 和 孔 1.1 阿 尔 奇 公 式
隙度测井计算纯地层含水饱和度的方法得到广泛应
阿尔奇[1]1 9 4 2 年 发 现 了 均 匀 纯 砂 岩 电 阻 率 、孔
用 。阿尔奇公式的核心是计算出1 0 0 % 含水时岩石 隙度和含水饱和度之间的线性关系：