《测井储层评价》第五章 岩石孔隙结构及其物理性质研究

第三节 岩石孔隙结构及其物理性质研究
一、国内外研究现状 • Rasmus理论模型； • Wang & Sharma 理论模型； • 塔里木。
二、孔低渗储层孔隙结构与岩石物理性质研究设想
1、Rasmus 提出的理论模型
* 粒间孔隙—溶洞双重孔隙介质电导率模型：
Ct

Cb
1

2 v

• 微观特征：孔隙发育、连通性好、
孔隙半径大、孔喉半径比高
• 宏观物性：孔隙度高、渗透率高 • 储层类型：Ⅰ、Ⅱ类 • 岩电性质：m值高且接近于2、a值
接近于1
视毛管束状孔隙结构
• 微观特征：孔隙不发育、连通性差、
孔隙半径小、孔喉半径比低、常发育 界面孔或微裂缝
• 宏观物性：中低孔隙度、低渗透率 • 储层类型：Ⅱ、Ⅲ类 • 岩电性质：m值低、a值远大于1
1
T2 B

2
Si Vi

DGTE 2
12
方向二 用核磁共振测井评价孔隙结构：
华北油田成功的实例！
核磁计算成果与毛管压力资料计算成果对比图
depth=2319
depth=2321.14
depth=2322.02
120
100
100
100
80
80
80 60
不 40
R＜0.63
R＜16
60
Cv Cb Cv 2Cb


1

v

Cv Cb Cv 2Cb


C C S mb nb
b
w b wb
Cv CwSwV
Ct ——（粒间孔隙—溶洞双重孔隙）岩石电导率； Cb ——基质电导率； Cv ——溶洞孔隙介质电导率； Cw ——地层水电导率；
第五章 复杂储层测井评价方法
—岩石孔隙结构及其物理性质研究
第一节 复杂储层测井油气评价面临的问题 第二节 解决问题的思路及研究内容 第三节 岩石孔隙结构及其物理性质研究现状 第四节 研究思路与发展方向
第一节 复杂储层测井油气评价面临的问题
1、问题
储层地质：
测井：
• 储集物性差；
• 油气、水层特征不明显；
40
同 20
R＜6.3
20
60 40 20
孔0
0
0
径
0
1
2
3
4
5
012345
0
1
2
3
4
5
孔
隙
所
占 比 例
100 80 60
depth=2322.58
Depth=2560.39 150
100
depth=2623.7
100 80 60
40
20
50
0
0
40 20
012345
0
1
2
3
4
5
0
0
1
2
3
4
5
如果有核磁测井资料，完全 能够利用核磁测井的T2分布得到 上述的能反映孔隙结构的各个参 数，并由此完善和改进常规测井 的解释方法，为更好地判断油水 层和产能提供可靠的地层孔隙结 构的依据。
第二节 解决问题的思路及研究内容
以成因研究为基础； 以测井新方法、新技术为手段； 以岩石物理研究为解决问题的技术关键。
地质成因分析 测井新方法研究
• 沉积作用；
• 高精度
• 成岩作用；
• 高分辨率
• 储层性质研究。 • 深探测
测井岩石物理研究 • 孔隙结构； • 粘土附加导电性； • 泥浆滤液侵入； • 薄互层等。
方向一
通过实验测量研究孔隙结构对岩石 电阻率性质的影响和控制作用：
* 不同孔隙结构岩石的电阻率测量 （半渗透隔板法驱替技术）
* 配套进行岩石微观孔隙结构测量 （如毛管压力、铸体薄片等）
方向二 用核磁共振测井评价孔隙结构：原理
1 1 1 1
T2 T2B T2S T2D
1
T2
0.1
1
含水饱和度，Sw
孔喉半径比对岩石电阻率性质的影响
100 rb=2 rb=4 rb=8
10
电阻率指 数，I r
1
0.1
1
含水饱和度，Sw
孔隙半径对岩石电阻率性质的影响
Wang & Sharma 理论模型
不同孔隙结构岩石电阻率性质理论模拟
• 砾岩、溶孔型碳酸盐岩孔隙结构 • 灰、钙质胶结，孔隙不发育的粉、细砂岩 • 分选好、洁净、正常胶结的好物性砂岩 • 泥质砂岩、粉砂岩 • 发育界面孔、微裂隙的岩石
电阻 率指数 ，Ir
100
h=0.005 h=0.01 h=0.03
10
1
0.1
1
含水饱和度，Sw
水膜厚度对岩石电阻率性质的影响
100 Z=3 Z=6 Z=12
10
电阻率指数，I r
1
0.1
1
含水饱和度，Sw
配位数对岩石电阻率性质的影响
100
ra=1 ra=2 ra=6
10
电阻率 指数，Ir
1
第四节 研究思路与发展方向（孔隙结构）
一、研究思路 • 以岩心资料为基础，从沉积、成岩作用出发研
究孔隙结构成因、岩相与孔隙结构分类方法等。 • 以成像测井、常规测井为手段，结合区域地质
研究成果，研究孔隙结构测井判别方法。 • 以电阻率性质为突破口，研究复杂孔隙结构储
层测井油气评价新方法。
二、发展方向
方向四
用水层的测井资料和岩心分析资料分
析研究评价孔隙结构的可能性和方法：
依据：前面介绍的理论模型。
做法：孔隙度—电阻率交绘图； 分析数据点分布与孔隙结 构的关系。
10000
水 水 1000
ص ã² òÒ ØË
层层 测 测 100 井井
10
1
0.01
0.1
1
¿× ϶ ¶È
双重孔隙介质地层因素与孔隙度关系（Rasmus 模型）
10000
1000
ص ã² òÒ ØË
100
10
1
0.01
0.1
1
¿×϶ ¶È
µØ ²ã Òò ËØ Óë ¿×϶ ¶È ¹Ø ϵ
ص ã² òÒ ØË
10000 1000 100 10 1 0.01
0.1
老方法：
1000 1号岩心，Φ =32.11,K=1349.10
10 压汞 NMR
0.1
0.001
100 80 60 40 20 0 Sw，%
0.001 100 80 60 40 20 0 Sw，%
NMR毛管压力曲线与实测毛管压力曲线对比图
Pc
Pc
新方法：
1000 2号岩心，Φ =19,K=6.67
0.1
1
¿×϶ ¶È
100
Formation Factor
UN44
10
Ghazal UN44
Zarqa
El Toor10
Bentiu-1
Toma S 7
Ben.1&2
Archie
1
0.01
0.1
1
Porosity
苏丹某地区砂岩地层因素与孔隙度关系
100
CH2(C)
YH4(E)
YM701(E)
TZ4(C)
（3）经典的Archie模型m、a参数变化范围大！
100
10
电 阻 率，Ω m·
1
0.1
0.01
0
水层 高束缚水油层 中等束缚水油层 中等束缚水油层（10%自由水）
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24
孔隙度
依南4井电阻率与孔隙度关系理论曲线
• 矿物和结构成熟度低； • 油气、水层判别标准不易确定；
• 非均质性强；
• 油气层定量评价困难；
• 孔隙结构复杂。
• 产液性质与产能评价困难。
2、问题的理论思考
从岩石物理理论的角度看复杂储层测井油气 评价面临的问题：
（1）孔隙空间小，油气流体的测井响应 不明显。
（2）油层电阻率与饱和度之间不存在 单调函数关系！
• 大量实验资料表明，砂岩地层电阻率地
层因素（F）与孔隙度（φ）的一般关系
在双对数坐标系中是一个二次函数
• F~φ关系的非线性性质 是由于岩石样品孔隙结构特征的 非均质性质造成的
• 这两个线性函数分别代表 砂岩储层两类孔隙结构特征 所控制的电学性质
网络状孔隙结构
视毛管束状孔隙结构
网络状孔隙结构
方向二
用核磁共振测井评价孔隙结构：
下一步应该做什么？
以毛管压力等微观孔隙结构岩心分 析资料为依据，研究CMR孔径分布处理结 果定量评价孔隙结构的方法和技术。
NMR毛管压力曲线与实测毛管压力曲线对比图
Pc，MPa
Pc，MPa
新方法：
1000 1号岩心，Φ =32.11,K=1349.10
10 压汞 NMR
• 用储层物性参数可以定性表征 岩石孔隙结构特征，
并可以定量预测岩电参数m，a值。
岩电参数m、a值预测模型
r 1
N
N i 1
Ki
i
2
r

1 N
N i1
Ki
i

r

m 0.808 0.427r 0.154 r
log(a) (1.682 m) /1.085
) S mb nb b wb
Snf f wf
1
2 f


Ct ——（粒间孔隙—裂缝双重孔隙）岩石电导率；
f ——裂缝孔隙度； Swf ——裂缝孔隙含水饱和度； f ——裂缝孔隙空间曲折度；
n f ——裂缝孔隙饱和度指数（实验确定）
10000
1000
ص ã² òÒ ØË
100
T102(N1j)
10
Resistivity Index
1
0.1
1
Water Saturation
塔里木盆地砂岩储层电阻率指数与含水饱和度关系
3、复杂储层测井油气评价难题的症结：
• 孔隙度低：油气信号弱 • 孔隙结构复杂：电性规律复杂 • 粘土附加导电性：模糊了孔隙度和油气对
岩石电性的控制作用和它们之间相对简单 的数学关系！ • 泥浆滤液的侵入：复杂了电性规律 • 薄互层：影响了储层，特别是油气层测井 电阻率的测量精度！
2、问题的理论思考
从岩石物理理论的角度看复杂储层测井油气 评价面临的问题：
（1）孔隙空间小，油气流体的测井响应 不明显。
（2）油层电阻率与饱和度之间不存在 单调函数关系！
（3）经典的Archie模型m、a参数变化范围大！
ص ã² òÒ ØË
10000 1000 100 10 1 0.01
Archie TZ4_C3 YN2_J
x ) L
• 理论电阻率模型
完全含水时一个孔喉单元的电导:
孔喉内壁恒存在一层水膜,其电导为:
gf



Rw L 2h(2rb rt rt2 )0.5


2

tan 1
rt (2rb rt
rb rt2 )0.5
1
孔喉半径服从正态分布：
f (r)
2
2 3 4
1
0.1 ¿×϶ ¶È µØ ²ã Òò ËØ Óë ¿×϶ ¶È ¹Ø ϵ
1 粒间孔隙 2 粒间-溶蚀孔隙 3 泥粉粒间孔隙 4 粒间-裂缝孔隙
1
1000 100
Swb=20% Swb=40% Swb=60% Swf=0 Swf=0.1 Swf=0.2 Swf=1
Resistivity Index
NMR
10
压汞
0.1
老方法：
1000 2号岩心，Φ =19,K=6.67
NMR
10
压汞
0.1
0.001 100 80 60 40 20 0 Sw
0.001
100 80 60 40 20
0
Sw
方向三
用孔隙度、渗透率评价孔隙结构：
k
依据：“综合物性参数”：
量刚为长度单位； 既能反映孔喉大小、其分布 也与储层孔隙结构有关；
10
1
0.01
0.1
1
Water Saturation
粒间孔隙—裂缝介质电阻率指数与含水饱和度关系
2、Wang & Sharma 提出的理论模型
• 岩石微观孔隙结构模型 • 理论电阻率模型 • 驱替及有效介质电导模型
• 岩石微观孔隙结构模型
rb L
L Crt
rt
r

rb

(rb

rt
) sin(
1
1 ( r rb )2
e2
[1 erf ( rb )]
2
• 驱替及有效介质电导模型
岩石亲水。非润湿相驱替润湿相进入孔喉受毛管压力控制：

X d f (r)dr
rd
油气进入部分孔喉空间时一个孔喉单元的电导gm可通过下式求得:
• 驱替及有效介质电导模型
电阻率指数：
Rt g
电阻率指数，Ir
100
1
2
3百度文库
10
4
5
1
0.1
含水饱和度，Sw
1
图例说明： 1：砾岩、溶孔型碳酸盐岩 2：灰、钙质胶结，孔隙不发育的粉、细砂岩 3：分选好、洁净、正常胶结的好物性砂岩 4：泥质砂岩、粉砂岩 5：发育界面孔、微裂隙的岩石
不同孔隙结构岩石Ir～Sw关系理论模拟结果
3、塔里木砂岩储层孔隙结构及其 电学性质研究进展
R0
gm
含水饱和度:
Sw


Vp
0
f
(r)dr


rd
X nd Xd

Vp
f (r)dr

Vf
rd
f (r)dr
Vp f (r)dr
0
Wang & Sharma 理论模型模拟结果分析
• 水膜厚度对岩石电性的影响 • 孔隙连通性对岩石电性的影响 • 喉道大小对岩石电性的影响 • 孔隙半径均值大小对岩石电性的影响
v ——溶洞孔隙孔隙度； b ——基质孔隙度； Swb ——基质孔隙含水饱和度； SwV ——溶洞孔隙含水饱和度；
mb
——基质胶结指数（实验确定）；
nb ——基质饱和度指数（实验确定）。
1、Rasmus 提出的理论模型
* 粒间孔隙—裂缝双重孔隙介质电导率模型：
Ct

Cw (1 f