测井解释基本理论和方法

测井解释基本理论和方法

8. 1. 1 测井解释的基本理论

测井资料处理解释就是根据所要解决的问题应用适当的数学物理方法，建立相应的测井解释模型，推导出测井响应值与地质参数之间的数学关系; 然后对测井资料加工处理和分析解释，把测井信息转变为尽可能反映地质原貌特征的地质信息，供地质勘探开发使用。

目前，在测井数据处理中采用的解释模型有许多种，可按不同角度对它们大致分类。按岩性分类有: 纯岩石和含泥质岩石模型; 单矿物、双矿物和多矿物模型; 砂泥岩、碳酸盐岩、火成岩、变质岩模型。按储集空间特征分类有: 孔隙型、双重孔隙型、裂缝型和孔隙 － 裂缝型模型。按孔隙流体性质与特征分类有: 含水岩石、含油气岩石模型以及阳离子交换模型 ( 瓦克斯曼—史密茨模型和双水模型) 。按建模方法分类有: 岩石体积模型，最优化模型和概率统计模型。此外，还可以从其他角度来对解释模型分类。

下面介绍测井资料解释中最基本的模型和公式，即岩石体积模型和阿尔奇公式。

8. 1. 1. 1 岩石体积物理模型

由测井方法原理可知，许多测井方法的测量结果，实际上都可看成是仪器探测范围内岩石物质的某种物理量的平均值。如岩石体积密度 ρb，可以看成是密度测井仪器探测范围内物质 ( 骨架和孔隙流体) 密度的平均值，即单位体积岩石的质量 ( g/cm3) 。岩石中子测井值 φN可以看成中子测井探测范围内岩石物质含氢指数的平均值，即单位体积岩石的含氢指数。自然伽马、声波时差等测井值也可作同样解释。总之，上述测井方法有两个共同特点: 它们测量的物理参数可以看成是单位体积岩石中各部分的相应物理量的平均值; 在岩性均匀的情况下，无论任何大小的岩石体积，它们对测量结果的贡献，按单位体积来说，都是一样的。根据这些特点，我们在研究测井参数与地质参数的关系时，就可以避开对每种测井方法微观物理过程的研究，着重从宏观上研究岩石各部分 ( 孔隙流体、泥质、矿物骨架) 对测量结果的贡献，从而发展了所谓岩石体积物理模型 ( 简称体积模型) 的研究方法。用这种方法导出的测井响应方程与相应测井理论方法和实验方法的结果基本一致，是一种很好的近似方法。此法的特点是推理简单，不用复杂的数学物理知识，除电阻率测井外，对其他具有前述 “平均”概念的测井方法，均可导出具有线性形式的测井响应方程，既便于人们记忆使用，又便于计算机计算处理。

所谓岩石体积模型，就是根据测井方法的探测特性和岩石中各种物质在物理性质上的差异按体积把实际岩石简化为性质均匀的几个部分，研究每一部分对岩石宏观物理量的贡献，并把岩石的宏观物理量看成是各部分贡献之和，即:

1) 按物质平衡原理，岩石体积 V 等于各部分体积 Vi之和，即 ; 如用相对体积 Vi表示，则

2) 岩石宏观物理量 M 等于各部分宏观物理量 Mi之和，即 。当用单位体积物理量 ( 一般就是测井参数) 表示时，则岩石单位体积物理量 m 就等于各部分相对体积 Vi与其单位体积物理量 mi乘积之总和，即

石油测井中遇到的地层虽然很复杂，岩性类型很多，但是油气储集层主要是砂泥岩和碳酸盐岩两大类。从测井解释来看，由于泥质成分与岩石骨架成分在物理性质上有显著的区别，故可把岩石划分为含泥质岩石和纯岩石 ( 不含泥质或含泥质甚少) 两类。从数学物理观点看，不管岩石骨架成分如何，均可把储集层简化为两种简单的岩石体积模型: 纯岩石模型，由岩石骨架及其孔隙流体组成; 含泥质岩石体积模型，由泥质、岩石骨架及其孔隙流体组成。当地层岩性复杂、骨架矿物的物理性质明显不同时，还可以把骨架矿物分为两种或多种，从而建立双矿物岩石体积模型和多矿物岩石体积模型。最基本的是纯岩石和泥质岩石两种体积模型，由这两种模型可以很容易导出双矿物和多矿物体积模型。

8. 1. 1. 2 阿尔奇公式

20 世纪 40 年代初，阿尔奇 ( Archie) 通过岩心实验，得出的上述含水纯岩石和含油气纯岩石的电阻率测井解释的关系式，即 Archie 公式，其一般形式归结如下:

地球物理测井教程

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式中: Ro为 100%饱和地层水的岩石电阻率，Ω·m; Rw为地层水电阻率，Ω·m; φ 为岩石有效孔隙度，小数; a 是与岩性有关的岩性系数，一般为 0. 6 ～1. 5; m 为胶结指数，是与岩石胶结情况和孔隙结构有关的指数，一般为 1. 5 ～3，常取 2 左右; F 为地层因素，它是 100%饱和地层水的岩石电阻率 R0与所含地层水电阻率 Rw的比值，其大小主要取决于地层孔隙度 φ 且与岩石性质、胶结情况和孔隙结构等有关，但与地层水电阻率 Rw无关; Rt为岩石真电阻率，Ω·m; b 是与岩性有关的系数，一般接近于 1，常取 b = l; n 为饱和度指数，与油、气、水在孔隙中的分布状况有关，其值在 1. 0 ～4. 3 之间，以 1. 5 ～2. 2 者居多，常取 n = 2; Sw为岩石含水饱和度，小数; I 为电阻增大系数，它是含油气岩石真电阻率 Rt与该岩石 100%饱含地层水时的电阻率 Ro的比值，其大小基本决定于 Sw，但与地层的孔隙度 φ 和地层水电阻率 Rw无关。

Archie 公式本来是对具有粒间孔隙的纯地层得出的，但实际上，它们可用于绝大多数常见储集层。在目前常用的测井解释关系式中，只有 Archie 公式最具有综合性质，它是连接孔隙度测井和电阻率测井两大类测井方法的桥梁，因而成为测井资料综合定量解释的最基本解释关系式。实际应用时，一般先用孔隙度测井资料计算地层孔隙度φ，用Archie公式计算地层因素F，再根据地层真电阻率Rt和地层水电阻率Rw，由Archie公式计算地层含水饱和度Sw或含油饱和度So。

8.1.2 测井解释方法

利用解释模型和有关的解释方程把测井信息加工成地质信息的方法称为测井解释方法或测井数据处理技术。这些解释方法，按照解释的精度和程度可分为定性解释、半定量解释和定量解释;按操作的方法可分为人工解释和数据处理;按解释的地点和采用解释方法的难易程度，可分为井场解释、测井站解释和计算中心解释，或者仅按难易程度分为快速直观解释和定量解释;按解释精度与评价范围，可分为单井初步解释与油气分析、单井储集层的精细描述与油气评价、多井评价与油藏描述等三个层次。重要的在于理解和掌握每个具体解释方法的原理，计算机处理和显示技术、应用的条件和作地质解释的方法。

8.1.2.1 快速直观技术

在测井解释中，由于数字处理技术的应用，发展了一些快速直观评价储集层的岩性、孔隙度、含油性以及可动油气的解释和显示方法，称为快速直观技术，它属于半定量解释范畴。测井资料解释的快速直观技术，最初是为在井场进行快速直观评价储集层而发展起来的，以便及时地为地质学家提供完井依据或为计算机解释提供参考。现在，该技术不仅在井场解释中广泛使用，而且已成为数字处理中选择解释模型和解释参数、显示和评价解释结果的一种基本方法，大致分为交会图技术和曲线重叠法两大类。

(1)交会图技术

交会图是用于表示地层测井参数或其他参数之间关系的图形。在测井解释与数据处理中，常用的交会图有交会图版、频率交会图与Z值图、直方图等。测井分析者常用它们来检查测井曲线质量、进行曲线校正、鉴别地层矿物成分、确定地层岩性组合、分析孔隙流体性质、选择解释模型和解释参数、计算地层的地质参数、检验解释成果及评价地层等，用途十分广泛，成为测井解释与数据处理强有力的工具。

交会图版是用来表示给定岩性的两种测井参数关系的解释图版。它们都是根据纯岩石的测井响应关系建立的理论图版，是测井解释与数据处理的依据。主要有岩性－孔隙度测井交会图版、用于识别地层岩性的M－N和MID等交会图版、用于鉴别地层中黏土矿物及其他矿物的交会图版等。

频率交会图就是在x－y平面坐标(可分为100×50或100×100个单位网格)上，统计绘图井段上各个采样点的数值，落在每个单位网格中的采样点数目(即频率数)的一种直观的数字图形，简称为频率图。Z值图是在频率交会图基础上引入第三条曲线Z(称Z曲线)作成的数据图形。Z值图的数字表示同一井段的频率图上，每个单位网格中相应采样点的第三条线Z的平均级别。

直方图是表示绘图井段某测井值或地层参数的频数或频率分布的图形。直方图的绘制方法是用横坐标轴代表测井值或地层参数，并将它分为若干个等间距的区间，统计给定井段内落入各个区间的采样点个数(称为频数)。以频数为纵轴显示出来，便得到频数分布直方图。有时，也可以计算各区间采样点的相对频率(等于该区间的采样点数与总采样点数之比)。相对频率用纵轴显示出来，便得到频率分布直方图。

(2)曲线重叠法

曲线重叠法，一般采用统一量纲(如孔隙度、电阻率等)、统一纵横向比例和统一基线，绘制出测井曲线或参数曲线的重叠图，按曲线的幅度差直观地评价地层的岩性、孔隙性、含油性或可动油气等。

8.1.2.2 定量解释

测井资料定量解释是依靠计算机完成的。在计算机上运行测井资料处理程序，可以对测井资料进行编辑和预处理;可以通过逐点处理计算所要求取的储集层参数和其他数据，主要是有关岩性和评价物性、含油性的参数;还可以将成果用数据表和图形直观地显示出来。