岩石的岩电实验

岩石的岩电实验
[摘要] 岩电实验作为岩石物理研究的一个重要手段,主要通过测量岩石的孔隙度、电阻率和饱和度等参数来求取阿尔奇公式中的4个关键参数,进而准确地计算地层含油气饱和度。

在岩电实验过程中,由于实验设备和条件以及实验人员等因素常影响着孔隙度、电阻率和饱和度等参数的测量结果,导致难以求准m 、n 参数,因此很有必要制定一套合适的测井岩电实验分析标准与规范。

在介绍岩电实验操作规范流程的基础上,针对实验设备、实验条件以及实验人员等诸多因素对测量结果的影响,综合分析了岩电实验过程中误差产生的原因,并提出了相应的校正方法,使实验测量值更能反映实际地层的岩石物理特征,提高了利用阿尔奇公式解释地层含油气饱和度的精度。

[关键词]：岩电实验 原理 设备 误差
一、前言
在油气储层测井评价中, 胶结指数m 和饱和度指数n 的精确与否尤为重要。

胶结指数m 值和饱和度指数n 值的误差不仅会影响到油气储量计算精度, 还会影响到油气层的正确识别和对储层的客观评价[1]。

确定m 值和n 值的方法一般是通过岩心测试获得的, 在岩心实验测试过程中, 由于受测量方法、测量设备及测量环境的影响, 岩石孔隙度的测量会存在一定的误差[2-3]。

孔隙度误差大小会直接影响到胶结指数m 和饱和度指数n 的求解精度, 进而也会影响到含水饱和度的计算[4]；同样地, 由于受岩心饱和程度、驱替效果、测量条件等多种因素的影响, 通常会使饱和度指数n 值产生误差, 这些误差不仅会影响参数本身, 还会传递并影响到目标参数。

研究孔隙度误差对m 值的影响程度以及n 值误差对岩石含水饱和度的计算影响, 有助于搞清岩电实验参数误差对其他参数的影响程度, 提高岩电实验参数的应用效果, 也有助于储层地质参数的准确求取。

二、实验原理
阿尔奇公式包含地层因素(F)、电阻率增大指数(I) 和含水饱和度(Sw)这样
3 个系列公式,即m W O a R R F φ//==、n w O t R b R R I //==、()t n w n w
R R b a S ⨯⨯⨯=φ/ 。

显然,在利用测井资料基于阿尔奇公式定量解释地层含油气饱和度之前,就需要通过岩电实验结果来确定上述公式中的4 个关键参数,即胶结指数m 、饱和度指数n 、岩性系数a 和b 。

岩电实验一般主要是用于确定岩样的物性、电性和流体的饱和特性,通常包括岩样的预处理、在不同温度和压力、地层水矿化度条件下
测量岩心的孔隙度、电阻率和模拟配制的地层水电阻率及流体饱和度、以及实验数据的分析处理等过程。

其中,在样品的制备过程和测量过程中,常存在系统误差、人为误差等。

岩电实验过程中的测量精度(误差)及实验数据分析处理结果最终影响着测井定量计算储层参数和解释储层含流体性质的准确性,因此,综合分析岩电实验过程中产生误差的原因并提出相应的误差校正方法,规范岩电实验操作流程和进行质量控制,使实验测量值更能反映实际地层的岩石物理特征,对于提高利用阿尔奇公式来解释地层含油气饱和度的精度有着重要的意义。

三、实验条件
实验用岩心取自四川盆地飞仙关组和长兴组地层。

由地层取心资料可知, 长兴组岩心岩性以溶孔云岩、白云灰质和溶孔细晶云岩为主; 飞仙关组以泥晶灰岩、砾石灰岩和亮晶鲕粒灰岩为主。

, 实验用模拟地层岩心孔隙度范围为0.5%~ 6.2%, 岩心渗透率均小于1*10-32
m
水根据取心井层地层水资料配制。

四、碳酸盐岩岩电参数
由于岩心的孔隙度、渗透率都极低, 气驱或水驱难度都较大, 因此, 在对现有方法进行对比分析的基础上, 结合储层特点, 对通过风干法和自吸增水法建立岩心不同含水饱和度的岩电实验结果进行了对比研究。

自吸增水法建立岩心不同含水饱和度的过程中出现了岩心在含水饱和度大于一定值以后, 就不再吸水的现象, 因次, 采用自吸增水法建立岩电关系, 常常可能会缺少高饱和度点。

采用烘干、抽真空方式建立的被模拟地层水饱和时的岩心电阻率Ro 与自吸方式获得的低含水饱和状态下的电阻率结果相比普遍偏高, 导致岩心低饱和度时的电阻率增大系数偏小, 数据点偏离直线关系。

四、实验过程[5]
1、岩样采集及整容
用于岩电实验的岩心一般加工成长度为2.5一6cm、直径为2.5cm的标准岩心。

对几何形状规格的岩心最好用碳素墨水标明井名和岩心编号等相关信息。

取自目的层位的样品要有代表性,样品孔隙度分布要有一定变化范围。

2、岩心洗油洗盐及岩心烘干
用溶液抽提法对岩心洗油和洗盐。

取出洗油、洗盐后的岩心,在空气中放置大约10 而n后,再放人干燥箱中,并在接近实际地层温度如10 ℃温度下连续烘干8-24h。

3、测量岩心干重长度和直径及计算岩心孔隙度
用电子天平称洗油洗盐烘干后的岩心干重,再从3个不同的方位和位置测量岩心的长度和直径,取其平均值计算岩心的总体积;测量不同温度和围压条件下岩心的孔隙体积,它与岩心总体积之比即为岩石的孔隙度。

4、模拟地层水的配制、Rw计算及岩心饱和
根据实际的地层水矿化度和水型等资料配制模拟的地层水,一般常配成等效NaCI溶液,并通过转换公式求地层温度下的地层水电阻率Rw。

然后对疏松岩心包塑料膜,在岩心饱和仪中对干岩心和模拟地层水抽真空10 h 以上,其后把干岩心倒人模拟地层水溶液中再抽真空10 h,并使岩心被浸泡20 h 以上,则认为岩心被完全饱和。

5、岩心电阻率测里,求取地层因素F和电阻率增大指数I
(1)电队率刚量系统检测与标定
电阻率测量装置主要包括岩心夹持器和ZL5型LCR 测量仪。

对电阻率测量系统是否正常,一般是用具有不同数量级的多个标准电阻模块进行检验,一般要求相对误差在士5%以下。

在岩样电阻率测量前、后至少各进行一次系统检测。

(2)测量岩心的电阻率Ro、Rt
首先测量饱和岩心的电阻率Ro,结合地层水电阻率Rw求地层因素F,通过回归分析法得到m 和a值;然后测量岩心在油驱或气驱方式时不同饱和度下的电阻率尺t ,进而得到地层电阻率增大指数I和n、b 值。

七、岩石的各向异性
在岩体工程分析中，为了简便，常把岩石当做线弹性、均质和各向同性介质来处理。

然而，在多数情况下，岩石材料在物理性状方面存在着非均质性、各向异性、孔隙和裂隙性的特征。

岩石的岩电实验要想得出完善的解答，不能忽视岩石的各向异性。

而岩石的各向异性主要反映在岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出一定的差异。

由于岩石的各向异性，如在不同方向加载时，岩石可表现出不同的变形特征；弹性模量和泊松比会因应力不同而发生变化；在反复循环加载、卸载时会出现塑性滞回环。

这些都反映出应力-应变曲线的非线性特点和岩石各向异性对变形特征的影响。

五、影响因素分析[6]
1、矿化度对岩电参数的影响
研究胶结指数与矿化度之间的关系，选取研究区孔隙度分别为0.06 ，0.085，0.148，0.2 的四块岩样，分别在矿化度Cw为4000 ppm 与17000ppm 的情况下测量，结果表明胶结指数随着矿化度的增大而增大。

固体与极性介质互相接触时由于晶格的置换作用和破键作用以及分子热运动，会使岩石表面形成偶电层，当浓度减小时，偶电层厚度随着矿化度的减小而增大，这就会使岩石孔隙网络中电流传导的路径显著增强，从而导致m 值减小，当度增大的时候，偶电层厚度会随着矿化度的增大而减小，岩石孔隙网络中电流传导的路径会变复杂，从而导致m 值增大，有理论可以知道，当溶液浓度达到一定程度时候，偶电层厚度被压缩到极值，此时m 值将会处于平稳的状态。

2、温度对岩电参数的影响
为了研究岩石导电性能的影响，挑选了4块岩样，饱和水矿化度为4000ppm，分别在30°C、40°C、50°C、60°C、70°C的范围内进行电阻率测量，结果表明，随着温度升高，电阻率值降低，并且温度越高，胶结指数的值越小。

胶结指数不仅仅是地层胶结程度的反应，还与温度压力等多种因素有关，保持压力不变，实验测得温度升高时胶结指数m 的值逐渐变小，这是因为温度升高会导致孔隙膨胀，孔隙迂曲度变小，岩石导电效率增大，从而导致m 值减小。

3、频散现象对岩电参数的影响
岩石的胶结指数与岩石电性参数特征之间存在着密切的关系，电解质理论分析和实验研究证明，岩石电阻率存在频散现象，在实际的测井过程中，不同电阻率测井方法因为测量频率不同，测量的结果将存在差别。

由于饱和度降低,岩石孔隙流体的导电性变差, 而极化产生的附加导电性对岩石总导电性贡献相对增大, 使岩石电阻率频散现象更加明显。

在电阻率法测井中，针对不同的地层条件选择不同频率的交流电来测量地层电阻率值的大小，在实验室进行岩电分析时要选用与之匹配的频率进行实验；对于纯地层的电阻率，频散现象可以忽略不计；同一岩样不同饱和度条件下受频散现象影响不同，含水饱和度越低，受频散影响越大。

六、误差阐述
1、孔隙度绝对误差对胶结指数m值的影响
阿尔奇公式是将孔隙度、含水饱和度、地层电阻率以及岩性等参数联系起来的重要测井解释模型,地层因素F是把地层水电阻率Rw 与100%饱和水地层电阻
率R0 联系起来的参数。

孔隙度误差对胶结指数m值的影响受孔隙度大小影响, 低孔隙度岩心较高孔隙度岩心受到的影响大; 低隙度孔岩心的孔隙度负误差较正误差对胶结指数m值的影响大, 中高孔隙度岩心孔隙度误差方向对胶结指数m 值的影响不明显孔隙度误差对胶结指数m值的影响受其固有m值的影响, 固有m 值越大,其误差受孔隙度误差的影响也越大。

2、饱和度指数绝对误差对含水饱和度Sw的影响
当岩石视饱和度指数大于岩石真实饱和度指数时, 求得的岩石视含水饱和度值大于岩石真实含水饱和度值; 反之, 当岩石视饱和度指数小于岩石真实饱和度指数时, 求得的岩石视含水饱和度值小于岩石真实含水饱和度值。

n值误差对含水饱和度的影响程度受实际含水饱和度大小的影响, 实际含水饱和度Sw 越小, 其相对误差越大。

七、结论
1、孔隙度误差对胶结指数m值的影响受孔隙度大小影响，低孔隙度岩心较高孔隙度岩心受到的影响大；孔隙度误差对胶结指数m值的影响程度受其固有m值的影响，固有m值越大，其误差受孔隙度误差的影响也越大。

2、n值误差对含水饱和度的影响受其固有n值大小的影响，固有n值越小，含水饱和度Sw误差越大； n值误差对含水饱和度Sw 的影响受误差方向的影响，负误差较正误差对含水饱和度Sw 的影响大；n值误差对含水饱和度的影响受实际含水饱和度大小的影响，实际含水饱和度Sw 越小，其相对误差越大。

3、由于碳酸盐岩缝洞发育、孔隙结构复杂、润湿性复杂, 自吸增水法建立含水饱和度的能力较有限, 碳酸盐岩岩心含水饱和度高于一定值后将表现出不再自吸水的现象, 依靠自吸水方式能达到的最高含水饱和度一般低于50%。

参考文献
[1] BH达赫诺夫著.杨荫祖，等译.确定岩石储集性质及含油气饱和度的地球物理方法[M].北京：石油工业出版社，1992
[2] 刘之的，夏宏泉，肖承文，等.岩电实验过程中误差产生的原因及校正方法研究[J].测井技术，2003，27(4)：274~277
[3] 万金彬，杜环虹，孙宝佃，等.低孔隙度低渗透率岩心欠饱和对岩电实验参数的影响分析[J].测井技术，2006，30(06)：503~505
[4] 高效曾.测井数据及其误差估计[ J] .测井技术，1993，17( 5)：317~325
[5] 万金彬，杜环虹.岩电实验参数误差传递与分析[ J].测井技术，2008.8，32(4) ：307-309
[6] 王飞，潘保芝，肖丽，李晓辉，李庆峰，赵晓青.火山碎屑沉积岩岩电参数对比实验及影响因素分析[J].测井技术，2012.4：23-34。