水淹层测井解释与评价综述

水淹层测井解释与评价综述
水淹层测井技术，是20世纪50年代发展起来的一种测井工艺，是探测注水开发油田含水率高低、预测地下剩余油的重要技术。

经过半个世纪的发展，水淹层测井技术已经形成了多个技术系列，成为为高含水油田开发中后期剩余油挖潜提供依据的重要手段［1］。

0我国多数油田,一般都采用早期注水开发方式，随着油田水驱开发程度的不断提高，油田的水淹程度日趋增高，导致产层的流体性质、孔隙结构,岩石的物理化学性质,以及油气水分布规律等,都会发生一定程度的变化。

水淹层测井解释利用测井资料对水驱油藏水淹所发生的变化进行评价,以便弄清水淹部位和水淹程度,是研究剩余油饱和度的主要手段，为进行二次乃至三次采油提高采收率提供依据，也为近一步调整油田开发方案，加密井布井，注采关系调整，确定老井封堵措施等方面提供了科学的指导［2］。

一、油层水淹后产层物理性质的变化
受注入水影响，储层性质发生了与开发初期不同的变化，主要表现在岩石的电学性质、孔隙结构、水动力学系统等方面［3］。

1、孔隙度、渗透率的变化
注水开发过程中，注入水的推进和冲刷使岩石的孔隙度、渗透率发生改变，其变化大小与水洗程度有关。

弱水洗时，岩石中的粘土矿物受注入水浸泡发生膨胀，孔喉变窄，孔径变小，被冲刷的胶结物也可能堵塞孔道，导致孔隙度变小、渗透率降低；强水洗时，受注入水的长期冲刷，粘土矿物被冲洗，使得泥质含量降低，孔隙度变大，渗透率提高。

因此，在注水井附近的高水淹区域，储层渗透率有明显提高［3］。

2、含油性及油水分布的变化
注水开发前，储层内主要为束缚水，含油饱和度高。

随着水驱程度的提高，油水分布发生变化［3］。

由于储层的非均质性的差异，物性好并且与注水井连通性好的区域先水淹，含油饱和度降低；相反，物性差且与注水井层连通差的区域后水淹或未水淹，剩余油饱和度相对较高，成为挖潜调整的主要对象。

3、润湿性的变化
岩石的润湿性与岩石的性质和孔隙结构有关，并由其亲水能力表现出来。

实验表明，水淹后，石英、长石的裸露面增大，岩石的自吸水能力增强，逐渐由弱亲水向强亲水转化，使水淹层的孔隙度指数m和饱和度指数n的值也有所减小［3］。

4、地层水矿化度的变化
注入水进入地层后，与原始地层水发生溶液混合作用和离子扩散运动，导致地层水矿化度发生变化。

注入淡水时，地层混合水的矿化度将低于原始地层水矿化度，并随着累积注入
水量的增加，地层混合水的矿化度不断降低。

注入污水时，其变化十分复杂［3］。

总之，如果注入部分的电阻效应大于驱替部分的电阻效应，那么油层水淹后电阻率就增大，反之，如果注入部分的电阻效应小于驱替部分的电阻效应，那么油层水淹后电阻率就会减小。

二、水淹层的定性识别方法
储层水淹后，其在测井响应曲线上均有不同程度的反应，通过测井曲线对比，可以定性判断水淹层及水淹程度［3］。

定性识别水淹层，就是根据测井曲线响应特征判断油田是否水淹。

由水淹层机理及特征可知，油层水淹后最基本的变化是地层水电阻率Rw和地层含水饱和度Sw的变化，因此用常规测井资料定性识别水淹层的基本方法是根据Rw、Sw变化有明显反应的视电阻率曲线和自然电位等曲线［4］，中子伽马自然伽马测井，电磁波传播测井，声波时差测井，人工激发极化电位，RTM测井，中子寿命测井，过套管电阻率测井，核磁共振测井，双频电阻率测井以及重建油层原始电阻率判断水淹层等方法，各种方法都有各自的适应条件，加之各地区地质情况和水淹特征不同，使得水淹层测井响应更是复杂多变，因此，不可能有一种不变的水淹级别定性识别模式。

只能按地区实际情况，在地质条件约束下，根据水淹特征和水淹规律，找出适合于研究区水淹级别定性识别的方法。

1、自然电位与电阻率曲线结合识别水淹层
油层水淹后，其自然电位测井响应会发生较明显的变化［2］。

主要表现为自然电位基线偏移和自然电位幅度增大。

基线偏移的主要原因在于油层被淡水水淹以后，原始地层水矿化度局部受到淡化，偏移量的大小主要取决于水淹前后地层水矿化度的比值，二者的比值越大，自然电位基线偏移越大，表明油层水淹程度越高［4］；同时油层水淹往往导致地层电阻率减小，引起自然电位幅度增大。

这一特点可作为识别中-高矿化度边水水淹的标志。

2、中子伽马测井
由于水淹层的氯含量相对高于未水淹的油层，所以在水淹层段中子伽马数值比油层高,据此可以划分水淹层段。

但根据前苏联有关文献报导，当矿化水水淹层含油饱和度达30%~40%时，这种地层的中子伽马曲线与纯水层无大的差别，难于区分。

另外在解释中子伽马测井资料时，还必须考虑产层的储集性质，因为随着孔隙度减少，含油和含水段的差别也要减少［5］。

3、自然伽马测井
氯化钙型地层水中的镭、钡离子与注入水中的硫离子生成不可溶的放射性盐类，并呈悬浮状态随水流动，沉淀并附集在井眼附近，从而产生高自然伽马异常。

若地层是一般的非含放射性质的地层，出现此现象可以划分为水淹层段［5］。

4、电磁波传播测井
电磁波传播测井主要测量高频电磁波在井眼附近地层中的传播时间和衰减率，从而提供一种评价含水饱和度的手段。

这种方法几乎不受地层水矿化度的影响，因此有利于淡水地层和含重质油地层的油气评价。

特别是能够比较有效地评价水淹层，电磁波在介质中传播的速度主要取决于介质的介电常数，岩石的介电常数值与其含水饱和度的关系很大，但与水的矿化度关系不大，而含油和含水岩石的值有很大差异，这就使我们可以应用介电测井划分被不同矿化度水淹的油层［5］。

5、声波时差测井
一般情况下，油层和水淹层的声波时差差别不大。

但当地层黏土成分中的蒙脱石含量很高时,由于蒙脱石遇水膨胀，岩石孔隙结构发生变化，以及油层水淹后长时间注入水冲刷，粒间孔隙的黏土桥被冲散；此外，在注水过程中，地层压力可能上升到原始地层压力以上，从而会形成裂缝，这些因素都可以使岩层的孔隙度增大，用以划分水淹层段［5］。

6、人工激发极化电位
在外加电场的作用下，由岩石颗粒表面的电荷与电解液中的正离子组成的偶电层发生了形变，这种现象叫做“体极化”。

而当外电场去掉之后，偶电层又立即恢复原状，并形成与外电场同向的极化电流.极化电场在地层中形成的电位称为人工极化电位。

实验证明，在固定激励电流和其他测量条件一致时，人工极化电位随地层水电阻率和含油饱和度增加而增高，随渗透率增高而降低。

因此，当储集层的物性和含油性接近时，人工电位的变化主要反映了地层水矿化度的变化。

也就是说，淡水水淹层将比同类储层未水淹时的人工电位读值要高，据此划分水淹层段。

但是，由于人工电位的读数受渗透率的影响很大，因此，在非均质严重、渗透率变化大的地层中，其应用效果变差。

一方面容易把高渗透的强水淹层误认为低渗透的水淹层；另一方面，又容易把低渗透地层误认为水淹层。

另外，人工电位曲线还不能指示边水和污水回注的水淹层［5］。

7、RTM测井
RMT测井钙硅比曲线是很好的反映岩性的测井曲线，碳氧比曲线则是反映地层含油性好坏的曲线，利用钙硅比测井曲线与碳氧比测井曲线重叠显示时，岩性相同时，在水层处，两者基本重合；但在油层中，两者间有明显差异，且随地层孔隙度增大，两者之差也随之增大。

因此，应用这种曲线重叠技术，可以方便、快速、直观地显示储集层含油饱和度与含油量相对大小，从而达到定性识别水淹层。

当油田综合含水在80%以上时，指示C元素含量明显减少，仪器测量相对误差增大，尤其是当地层水矿化度大幅升高时，碳氧比能谱测井资料的应用受到限制［4］。

8、中子寿命测井
对高矿化度地层水油田，由于油、水及氯的俘获截面相差很大，利用中子寿命测井可有效区别油水层，但对淡水油田，油和水的俘获截面相近，无法用其判断油水层。

在低矿化度地层水油田，通常采用注入具有高俘获截面的硼酸液的施工方法进行中子寿命测井，在注硼前后分别测一条俘获截面曲线；水层由于渗入了硼酸液，俘获截面明显增大，而纯油层俘获截面无变化；如果把2条俘获截面重叠在一起，纯油层或未射孔层基本重合，而在含水高层则存在差异，且含水饱和度越高，两条曲线差异越大［6］。

9、过套管电阻率测井
过套管电阻率测井和裸眼电阻率测井在物理上的显著区别是井眼套管本身就是一个巨大的导体，大部分电流会沿着套管流动，高频交流电几乎全部留在套管内部，但是低频交流电流(或者是直流电流)将会有一小部分泄漏到地层中去。

在钢套管内绝大部分电流沿套管流到地面回路电极，而在钢套管内壁以极低频率流动的电流将钢套管视为传输线，由于钢套管周围地层介质可视为导电介质，所以将有极小部分电流渗漏到地层，再流回到地面回路电极。

通过检测渗漏到地层中的这部分电流，就可以计算出地层电阻率［6］。

通过对比当前测出的电阻率和原地层电阻率，可以定性判断水淹层。

套管电阻率的变化趋势可分为降低、基本不变、略升高和升高4种特征。

电阻率降低对应的均是强水淹层；电阻率升高对应的有中水淹层和强水淹层；电阻率基本不变时，注入效果越明显水淹强度越高［7］。

地层水淹的室内实验表明，注入污水或边水推进造成水淹时，地层电阻率随水淹程度的增大而逐步降低，与过套管电阻率反映的规律一致；注入淡水或混合水(地层水被淡化)时，地层电阻率随水淹程度的增大，在降低到一定程度时会逐步升高，水淹强度越高，电阻率抬升越大，过套管电阻率的升高有可能反映这一特点［8］。

10、核磁共振测井
核磁共振测井的原始数据是由测井仪器在井下采集到的自旋回波串。

回波串是地层孔隙中流体的含氢指数、扩散系数、纵横向弛豫时间等多种因素综合作用的结果［9］。

对于岩石这样复杂的多孔系统，由于组成的孔隙大小不同，存在着多个弛豫组分，通过对回波串多指数拟合反演后，得到每个弛豫组分横向弛豫时间的分布谱，通过综合考虑油、气、水三流体扩散系数以及纵、横向弛豫时间的差异, 可以分析各种条件下油、气、水各相流体出现在分布谱中的位置及普函数形态特征，从而识别水淹层。

具体方法有移谱法，差谱法，形状指示法等方法。

11、双频电阻率测井
不同电流频率下测得的地层电阻率不同，这特性称为地层频散现象。

双频电阻率测井(也称复电阻率测井)就是利用地层频散现象来区分油层的一种新型测井方法。

它利用一个低频
电流和一个高频电流测量裸眼井地层的低频电阻率(Rd)和频电阻率(Rz)，从而描述和评价储层流体性质。

水层无频散现象，油层由于具有电容性而产生频散现象，且随油层的含油饱和度和电流频率不同而不同。

电容大小与介电常数有关。

介电常数值水为81，油为2~2.4，气为1，由此可得水油的相对介电常数之比为34~41，水气的相对介电常数之比为81，而地层水矿化度变化或岩性变化所引起的相对介电常数之比不足1或稍大于1，与水油、水气相比较其影响可忽略不计，所以双频电阻率测井方法较少受岩性及地层水矿化度影响，这点正好弥补了常规测井技术的不足［9］。

利用低频电阻率和高频电阻率值的差异判断岩石中所含流体的性质，是双频电阻率测井进行定性或半定量解释的基础。

一般情况下，地层含水时低频、高频电阻率值相接近；地层含油时，高频电阻率低于低频电阻率，降低的数值与地层的含油饱和度和电流频率有关。

当在泥岩处(认为泥岩的含水饱和度为100% )低频电阻率与高频电阻率重叠相等时，它们的比值在水层时接近1，在油层时大于1，油水同层和水淹层的比值介于其间，可视比值的大小来解释储层含油性的好坏或水淹程度的高低［9］。

12、重建油层原始电阻率
该方法是针对不同储层岩石物理相，以密闭取心检查井资料为基础，利用“岩心刻度测井技术”反求储层原始状态下的电阻率值，再与目前实测电阻率值比较，求出电阻率下降幅度，进而判断储层的水淹级别。

该方法主要应用测井曲线的幅度信息。

定义电阻率曲线下降幅度为△Rt，则△Rt=(Rti-Rt)/Rti(油田未注水开发时储层的电阻率定义为Rti)。

对于未水淹层，△RT=0；对于水淹层，△Rt>0，并且随着水淹程度的增强，△Rt值变大［2］。

该方法适合于油田注水开发的前中期注淡水情况，在注污水时不适用。

三、水淹层级别的定量判别
要利用测井资料对水淹层水淹级别进行定量划分，就必须最大量地从测井资料中提取水淹信息。

根据地区地质特点及水淹特征等方面的差别，所提取的水淹特征参数一般包括以下几类：①反映各测井曲线幅度特征的归一化最大值、最小值和平均值；②反映各测井曲线间幅度特征的各归一化组合值；③反映各测井曲线间远近关系的多种距离，如绝对距离、欧式距离等；④反映各测井曲线间相关性大小的多种相关系数，如利用数量积、夹角余弦等方法求得的相关系数［10］。

求取各种测井曲线间的距离和相关系数所采用数据均必须是归一化后的测井数据，在提取水淹特征参数并作归一化等处理后，根据相关分析结果，从中选择相关系数较大的几个的水淹特征参数，然后，根据已经掌握的井资料，制定合理的水淹级别的判别标准。

最后就可以利用判别方法对水淹层水淹级别进行定量判别。

实际应用证实，各种定量判别方法的适用范围不同，在不同地质条件和水淹特征下，同一种定量判别方法对不同水
淹级别的判别精度不同，各种判别方法所选取的特征参数特性及数目也不同，为了吸取各种定量判别方法的优点，减少各种定量判别方法间的误差，可采用多种定量判别方法对同一水淹层的水淹级别进行同时判别，然后根据最大隶属度和最大概率原则，取概率最大者为被评价水淹层的水淹级别。

目前常用的定量判别方法有以下几种：高维样品极点降维法；追逐判别法；判别分析法；模糊数学法；神经网络法；灰色关联法；可动水分析法［10］。

四、水淹级别划分参数举例
水淹级别判别标准制定的合理与否跟水淹特征参数的选取是否合理关系密切，通常可以选择以下几种参数作为水淹级别划分标准。

1、含水饱和度
含水饱和度是水淹层测井评价的一个非常重要的参数。

确定含水饱和度的方法有许多，岩心直接测定、利用测井资料计算和毛细管压力资料推算是三种基本方法，其中，利用测井资料计算饱和度的方法应用最为广泛［2］。

2、驱油效率
这种方法通过计算驱油效率来进行，即η=Sw-Swi1-Swi×100%按η值大小划分水淹级别，该参数的判别标准与地区有关。

由于Sw和Swi一般是通过电阻率、自然电位、岩性、孔隙度测井信息计算的，因而η综合了这些测井信息对水淹层的反映，是定量评价水淹较可靠的参数之一［2］。

3、含水率
含水率是反映水淹程度的最直接参数，按Fw值划分水淹级别的标准一般如下：
(1) Fw<10%，为未水淹油层；
(2) 10%≤Fw≤40%，为弱水淹油层；
(3) 40%<Fw≤80%，为中水淹油层；
(4) Fw>80%，为强水淹油层［2］。

4、采出指数
采出指数是指原始含油饱和度与当前含油饱和度的差值与原始含油饱和度之比，表征注水开发后到目前油藏状态下储层动态水淹的特征。

采出指数表征的是目前油层动态水淹的程度，采出指数越大，说明储层水淹越厉害，水淹程度越强；采出指数越小，说明储层受注入水的影响越小，水淹程度越弱［11］。

五、水淹层的定量评价
水淹层定量评价的一般思路是：在对水淹级别进行定性识别和定量判别基础上，将定量判别结果与所建立的相应水淹级别的水淹层测井评价模型相结合，利用水淹层测井评价模型
进行处理和评价，最终提供储层参数和产水率参数［10］。

因此，对应不同的水淹级别，要建立不同的水淹层测井评价模型。

定量评价单井水淹层的主要参数有储集层的泥质含量Vsh、粒度中值Md、渗透率K、含水饱和度Sw(地层含水饱和度、束缚水饱和度)、含油饱和度So（油层原始含油饱和度、剩余油饱和度、可动油饱和度、残余油饱和度）、含水率、驱油效率、采出指数、产能指数等［12］。

六、总结
我国在水淹层水淹机理和解释方面取得了很大的进展。

但是，在实际中，仅仅建立在单井测井资料的水淹层测井解释存在一定的局限性。

主要体现在：
1)水淹机理的基础理论实验研究还比较薄弱,有些解释模型和方法还不适应油田特点和水淹层评价的要求；
2)解释过程中,过多地依赖经验公式,而没有考虑注水开发过程中油层岩性、物性以及电性变化造成的对原有模型的影响；
3)大部分油田还不能进行薄层、超薄层和细分水淹级别的解释［13］。

针对以上各种情况，应该着重发展以下几个方面：
1)使用新的试验研究方法求准剩余油饱和度等其他参数，以岩石物理实验研究为基础建立新的有地区特色的测井解释模型。

2)发展新的测井解释理论和方法［2］。

3) 以测井为核心，地质和开发为导向，进行单井和多井分析综合分析、定性和定量相结合的综合解释，相互依托，相互验证，提高测井解释的精度。

4)在深度和广度上进一步深化和拓宽测井解释与分析的研究内容，主要包括加强测井在油气田地质、工程、开发等方面的应用［13］。

5)从单井向多井综合解释和油层描述发展，向工作站图像解释和集成化测井解释方向发展，以测井为纽带，与地质、地震资料有机结合起来，将测井资料解释的综合应用推向一个新的水平［13］。

参考文献
［1］王建兵．低渗透储层水淹层识别方法探讨，中国石油和化工标准与质量，第九期：183 ［2］李桢，骆淼，杨曦，林振洲．水淹层测井解释方法综述，工程地球物理学报，2006，3（4）：289-294
［3］郭小燕，魏远明等．八面河油田水淹层储层性质变化及测井响应特征研究，中国西部科技，2011，10（14）：13-15
［4］李涛．水淹层识别及解释方法研究，科技信息，专题论述，365-367
［5］宋子齐，赵磊等．利用常规测井方法识别划分水淹层，西安石油学院学报（自然科学版）2003，18（6）：50-53
［6］张铁轩．剩余油饱和度的测井评价方法，科技报道，2010，28（8）：104-108
［7］张国杰，张崇军等．过套管电阻率测井在京11断块水淹层评价中的应用，测井技术，2008，32（5）：451-454
［8］林旭东，谭辉红．过套管地层电阻率测井及其应用[J]，测井技术，2004，28(1)：65-67，74
［9］汤永梅，邹长春等．利用核磁共振和双频电阻率测井评价高矿化度地层水淹层，物探与化探，2009，33（6）：668-673
［10］侯连华，王京红，刘泽容．水淹层测井评价方法，石油学报，1999，20（3）：49-55 ［11］谭锋奇，李洪奇等．含油饱和度恢复法定量评价砾岩油藏水淹层，西南石油大学学报(自然科学版)，2010，32（4）：92-98
［12］张亚旭，高小燕．测井评价水淹层，延安职业技术学院学报，2011，25（5）：80-82 ［13］慈建发，何世明等．水淹层测井发展现状与未来，天然气工业，2005，25（7）：44-46。