测井信息的地质属性研究

研究测井地质学原理及其在油、气等能源勘探与开发中的应用。第一部分为油、气储层的基础地质研究。包括地层层序划分和标定、油储精细地质构造研究（区域局部构造断层研究）、裂缝性储集带定量研究、构造地应力分析（确定裂缝油储发育分布规律、裂缝发育控制因素、形成机理等）；测井地质解释的沉积学研究，包括测井相分析、沉积岩层理构造研究、沉积相的标定、沉积微相的分析、欠压实泥岩研究、沉积岩粘土矿物研究，等等。第二部分为石油地质问题研究。利用测井信息解释油、气、水层，确定含油岩系的孔隙度、含油饱和度是当今各油田采用的解决石油地质问题的常规手段；除此以外，利用测井信息研究生油层、盖层及油气的生、储、盖组合形式。第三部分是测井地质学的油田工程地质研究。在油气勘探和开发的生产实践中，综合各种测井信息，应用于地震解释设计、钻井设计、油井压裂、试油过程中的钻井液配制、套管的损伤和变形、油层保护等工程地质的研究，是测井地质研究的又一新领域。综合测井信息还可以应用于大地应力场的研究、岩石学性质及可钻性的研究，三次采油中剩余油饱和度及剩余油分布的研究，这些都属于测井地质学所要研究的对象和内容。

（一）测井勘探技术简介
测井是通过在钻孔内测量各个岩层的不同物理性质来研究钻孔地质剖面，解决地下地质问题和了解钻孔技术状况。1910年首次试用了电阻仪测井。我国在20世纪50年代初开始采用电测井技术。60年代以来，世界各国广泛利用岩层的电、磁、核、声、热等各种物性特征，开发出多种测井方法。早期的测井为单道测量、模拟记录。单独采用电测井方法研究钻孔剖面会出现许多难以解决的问题。每一种测井参数只反映岩性的一个侧面，各种测井方法都有其局限性。因此，通常采用综合测井技术，取长补短，去伪存真。我国已把综合测井技术列为油、气、煤等矿产地质勘探的常规手段，其测井曲线可作为划分岩油、气层、煤层，确定其厚度和埋藏深度，以及区分含水层、隔水层的重要依据。随着电子技术和计算机技术的发展，油气、煤炭测井技术走上了数字化道路，它使油气测井技术从定性分层定厚发展到定量分析；从人工解释发展到计算机解释与成图；从单一划分岩层到解决多种地质问题，为评估油气煤炭等资源储量及其产量提供科学依据。
中国应用测井技术勘探始于1939年，七十多年来，中国油气、煤炭勘探测井技术经历了5次更新换代。第一代：半自动测井技术：第二代：全自动测井技术；第三代：数字测井技术；第四代：数控测井技术；第五代：成像测井技术，这些测井技术对提高油气煤炭等资源的勘探效益发挥了重要作用。
（二）目前测井解释过程中存在的问题
（1）解释的不确定性
利用测井技术测得的信息仅仅是间接包含了岩石的地学描述信息，而不是直接得出地学知识信息。人们希望用测井数据去直接解释一个地质目标，也就是说在测井与地质之间寻找对应关系。由于测井数据集是确定的，全部可量化的（而不是描述的），维数是有限的（即仅有几种测井方法），因此测井数据集与地质描述结合之间就不是一一对应的，存在着不确定的解。
（2）解释的区域性
由于沉积体与沉积环境密切相关，因此地质对沉积体的描述大多是地区性的。而测井方法是固定的，同样是电阻率曲线对不同井、不同层位、不同地区，即使是同一类岩石也不会具有相同的数量。这就是为什么用同一种测井方法，如果不修改控制参数，在研究地学问题时在不同的地区会得到不同的结论。
（3）负载能力有限性
地球物理测井测的是地层的电性、声学特性和核物理特性，加上探测研究环境和条件的影响，不同的地质对象的响应差异并不显著，如有岩性误差，测井仪误差，井径和钻井液影响。所以测井识别地质现象的能力是很有限的，需要数学和物理约束，才可以得出满意的解。
测井地质学成果是地质识别的辅助信息，即辅助地质人员在由数据信息到知识和智慧（即决策）信息的生成过程中少走弯路，节省投入，达到事半功倍的境界。
（三）测井发展主要方向
1.测井技术发展方向
（1）电磁成像测井技术
它是电测井发展的主流方向，它使电测井信息的现场处理和后处理技术发生了突破，可以提供较为完善的测井图像，方便直观解释与应用。电磁成像测井仪器采集的信息量大，信息全面，经过复杂的测后处理，如软件聚焦、图像处理等可形成曲线、图像，适于进行地质应用解释。
（2）随钻测井技术
随钻测井是一种新型的测井技术，它能够在钻开地层的同时实时测量地层信息。它的最大优点是能实时测井，在定向井和水平井的钻进过程中，用随钻测量的数据可实时确定井眼轨迹和地层岩性，从而可以实时确定靶点命中情况；其次，不需要电缆，可测全常规测井项目，由于测速慢，降低了放射性测井的统计误差，提高了仪器的纵向分辨率；最后，随钻测井数据是在地层刚钻开后不久测量到的，这时的地层还未受钻井液污染或侵入很浅，能较真实地反映原始地层的特性。
随钻测井系统的缺点是数据传输率低，实时传输的曲线条数和数据采样率受到限制，数据的精度也低于电缆测井，在探测器设计、可靠性和数据传输、资料应用等方面还存在一些问题。尽管随钻测量在进行地层评价方面还存在明显不足，但它仍是进行地层评价的一种有效的方法，在某些情况下，可以提供更好的结果。近几年来，由于随钻传感器的质量不断得到改善，其在地层评价方面的应用也日趋广泛，提高了随钻测量信息的可靠性。由于中子孔隙度、地层密度和补偿双电阻率随钻测井仪的问世，随钻测量在地层评价中的应用不断扩大。随着随钻测量数据传输率的改善，将会进一步提高采样的频率，并允许进行更多的随钻测量，如地层倾角、微电阻率测井、核磁共振等。这些信息与井场计算机系统相结合可进行实时的油气分析。另外，随钻测量的数据解释、质量控制、标准化等问题也会逐步改善，使随钻测量技术得到完善和提高。
（3）井间测井技术
发展井间测井技术，包括井间地震测井和井间电磁成像测井。主要是通过实现对井间地层特性的直接测量，改变测井横向探测能力不足的固有弱点，同时也能较好地解决井孔与井间所采集到的信息类型和信息丰度极不平衡的问题，以及进一步改变单纯以井为分析窗口推演和预测井间地层属性的传统研究模式。美国能源部把井间电磁成像特别是金属套管井间电磁成像列为面向21世纪的能源科技战略发展规划的重点技术研究项目。目前，在我国，井间测井技术主要在油气勘探方面得到一些应用。胜利油田从1997年开始，与美国EMI公司开展井间电磁成像测井技术应用方法的合作研究，主要的技术目标是实现井间电阻率信息的直接测量，以提供反映井间构造、储层和油气水分布的二维乃至三维的电阻率图像。经过双方共同努力，分别在胜利油田所属的孤岛、埕东油田的3对井中，成功地进行了10个井次的井间电磁成像大型工业性试验。反演得到的井间电阻率成像图，分析井间油水分布也见到较好的地质效果，标志着井间电磁成像测井技术在实用化方面有了重要的进展，并有可能应用于其他能源矿产的勘探。
（4）测井的正演、反演研究
电法测井正演研究是电法测井研究的基础。正演模拟计算可为仪器设计服务，仪器的改进也必然需要正演模拟的配合。为了尽量准确、快速地求取地层电性参数，在给定完善仪器的条件下，使正演计算方法快速准确，反演算法才可能稳定有效。电磁测井的数据处理和成果解释都离不开数值模拟，这些使电测井的正演、反演成为研究热点。
（5）测井装备向高可靠、集成化、成像化、网络化发展
井下仪器向阵列化和集成化发展，变单点测量为阵列测量，以适应地层非均质的需要；变分散的仪器测量为高精度的组合仪器测量，以适应质量和效率的需要。
（6）声波测井方面
偶极子和多极子横波测井、声源及声波频谱测井研究、井间声波测井研究、声波测井识别油气、煤炭等矿产资源探索都将成为研究的热点。
（7）核测井方面
中子测井法将继续得到发展。
（8）套管井电阻率测井以及井下永久探测器等油藏动态监测技术系列不断发展和完善
（9）数字电子技术和遥测技术不断改进
使仪器精度和可靠性得到提高，使仪器的应用扩展到高温高压环境，使井下处理得以增强，促进了新的小井眼设计取得成功。
2.测井解释发展方向
1）更新用测井资料确定岩性、岩相、环境研究的概念，将测井信息作为单项指标量提高到模型化的高度（即由数量模型提高到概念模型），建立典型模型。
2）深入研究测井曲线的旋回特性，建立测井层序地层学分析体系，并以层序地层、旋回地层和地层模拟为综合测井和地震勘探资料研究使地震高分辨率上升到测井的量级，使测井在区域研究上有更大的用武之地。
3）将测井资料进一步有效地应用到地应力计算、次生孔隙评价、地层敏感性分析和油层、煤层保护等工程方面。
4）测井资料应用从目前的单井评价和多井评价发展为油气煤层等综合优化管理的整体解决方案。

李浩^1，2

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京100083；2.中国石油大学，北京102249）

摘要 以岩电实验为基础的测井分析方法，主要应用测井技术的地球物理属性。随着油气勘探开发目标的日益复杂，该方法的局限性日益显现。本文提出“测井信息的地质属性”这一概念，并讨论了其3个类型：对应性、专属性和统一性。其中，研究测井信息与地质背景的对应性，有助于利用测井信息还原某些地质事件；研究测井响应与某些地质事件的专属性，有助于推测测井信息隐含的重要地质现象；研究测井信息与其地质背景间存在宏观地质作用与微观岩层结构的统一性，有助于测井技术的地质预测研究。应用测井信息的地质属性分析，成功地预测出沙特某探区下古生界储层具备产能，确定了澳大利亚某探井意外钻遇的1000m泥岩地层的时代归属问题。

关键词 测井分析方法 地球物理属性 地质属性

Geological Characteristics Study on Logging Information

LI Hao^1，2

（1.Exploration ＆ Production Research lnstitute，SlNOPEC，Beijing 100083；2.China University of Petroleum，Beijing 102249）

Abstract Based on rock electrical properties testing，geophysical characteristics is mainly used in well logging evaluation.However，complication with invisibility in the targets of oil/gas exploration and development make logging evaluation technology facing challenge.The paper put forward a concept—geological characteristics of logging information and discuss three types of geological characteristics：correspondence，specialization and unification.Study the correspondence of logging information and geological setting can help to use the log curves’ shape to describe or revert some geological events；study the specialization of logging response and some geological events can help to conjecture important connotative geological phenomena with logging information；study the unification of macroscopical geological process and microcosmic reservoir structure in logging information and geological setting can help to geologic prediction.

During the oversea oil/gas resource evolution in Sinopec，it succeeded to predict a exploration area in lower Paleozoic with reservoir productivity in Saudi Arabia，and determined the time ownership of claystone unexpected encountered in a exploration well，Australian，etc.

Key words well logging evaluation geophysical characteristics geological characteristics

目前，测井评价技术面临的主要问题是其测量方法本身存在的认识多解性与油气勘探开发目标的日益复杂化、隐蔽性之间的矛盾^［1～4］。事实证明，用单一技术、方法开展测井评价已暴露诸多弊端。将测井评价技术与宏观地质背景相结合，减少测井评价认识的多解性和提高测井信息的地质应用已成为测井技术发展的共识。深化测井地质学研究方法，不仅可减少评价的多解性，而且能提供一些地质研究所需的关键证据。

1 地质背景的差异决定了测井响应的差异

地质内因从根本上决定了不同地质条件下的测井信息响应特征。深刻地认识到这一点，就有可能利用测井技术识别地质事件或揭示隐含的重要地质现象，为地质学家提供研究和参考的依据，为特殊油气层的预测提供指向。

图1和图2分别为伊朗Y油田K-1井上白垩纪和下白垩纪地层测井响应特征，其储层岩性虽然同为碳酸盐岩，但测井曲线所表现出的电阻率和孔隙度响应特征却差别很大。分析原因，推测为沉积背景因素所致。其中，图1的上白垩纪储层在岩心照片中见到大量砂屑，极可能与海侵期陆源物质大量进入海水，造成陆源物质与碳酸盐岩混积有关，这类储层在测井曲线上的电阻率和孔隙度变化稳定，当裂缝因素影响小时，用阿尔奇公式解释储层含水饱和度（S_w），与地下地质符合程度较高；图2的下白垩纪储层为纯碳酸盐岩地层，这种地层可能与海退因素有关，海退期的陆源供给不足，使碳酸盐岩自身的韵律构成沉积地层的主体^［5］。这类储层韵律性使测井曲线上的电阻率和孔隙度变化不稳定，用阿尔奇公式解释储层含水饱和度，与录井含油显示差别较大。图中可见，非储层段常常处理出较高的含油饱和度（S_w为低值），这种韵律性变化大的储层很难用数学分析模型解释。

图1 水进期碳酸盐岩测井响应特征

2 测井信息地质属性的提出及其研究目的

以上两例说明，测井信息与地质演化息息相关，内含地质属性。研究测井信息与地质背景演化的内在联系，对于能否将测井信息转换成地质分析模型具有探索价值。

图2 水退期碳酸盐岩测井响应特征

属性的定义是指事物所具有的性质与特点。就测井信息的形成而言，它同时具备地球物理属性和地质属性。前者来自测井仪器由发射、传输到接收形成的地球物理响应，不同仪器测出不同的地球物理数据结果；后者来自测井数值对储层地质背景的信息表现，不同地质背景测出不同的曲线特征。测井信息的这两种属性是对地下真实情况的间接表达。目前的测井评价主要是用其地球物理属性，对其地质属性的认识和应用相对不足。

测井信息地质属性的具体表现在于，地质演化过程中的特征现象，必有特征响应被测井记录。只要建立正确的测井-地质转换关系^［6～7］，就有可能用测井信息恢复部分或主要的储层地质原貌，因此，测井地质属性有可能是深化测井地质学的理论依据。

根据应用，测井信息应存在3类地质属性：①对应性，即测井响应与其地质演化背景有对应关系，根据该属性可用测井曲线形态描述或还原某些地质事件，如测井相建模及地层倾角描述断层、不整合等；②专属性，测井信息的某些特殊响应常专属于某一特定地质现象，如异常高压与泥岩声波时差增大、强地应力与泥岩电阻率变高等；③统一性，地质问题都是宏观地质作用与微观储层结构的统一，除去施工因素，局部测井信息的特殊变化，必然是宏观地质内因的一种响应，因此，宏观与微观的统一性有助于精确的地质预测。

开展测井信息地质属性研究的目的，是希望利用测井信息恢复和推导部分地质演化过程中的本质特征，通过正演或反演分析，建立测井信息与地质背景的转化模式，提高测井信息的应用效率和开发测井信息的预测功能。

3 测井信息地质属性在海外油气资源评价中的应用

3.1 识别意外钻遇的未知地层

V1井位于澳大利亚西北大陆架Bonaparte盆地西部Vulcan次盆内部的背斜高点，研究区下—中侏罗统至下白垩统钻井揭示地层主要有Plover组、Montara组、Lower Vulcan组、Upper Vulcan组、Echuca shoals组和Jamieson组等多套地层。次盆东部的高台阶部位钻井近20口，均钻遇下侏罗统的Plover组地层（图3）。V1井设计目的层亦为Plover组地层，但出乎意料的是，在预计深度3400m以下，钻遇1000m泥岩，地层归属成为焦点。

图3 V1井构造背景模式图

3.1.1 地层对比及沉积相研究

地层对比识别出3套对比标志层：Jemieson组底的不整合面、Lower Vulcan组顶部的100多米灰质泥岩及东部垒台区Plover组顶部的不整合面。上述标志层放在联井剖面和地震剖面追踪均表现出良好的一致性，表明地层对比的结论正确可靠。

历年的沉积相研究表明，下侏罗统Plover组为河道-三角洲沉积背景，是典型的浅水沉积特征；而上侏罗统Lower Vulcan组发育海相页岩和局部的海底扇，为深水沉积特征。

测井信息研究表明，Plover组与Lower Vulcan组地层存在不同的测井地质属性。一是测井相不同，Plover组为厚层箱形砂岩，自然伽马数值低且平稳、光滑；Lower Vulcan组发育厚层泥岩，自然伽马数值高且平稳，大段的厚层泥岩中，往往难见薄层砂岩。二是物质组成有所不同，Plover 组的沉积地层，在测井曲线上，难以见到含钙质薄层的发育；Lower Vulcan组的沉积地层，在测井曲线上，则常见有含钙质薄层的发育，说明，两套地层之间物源可能有所变化（图4）。

以上是利用测井信息区别两套地层的较为明显的测井证据。

3.1.2 新钻探井1000m泥岩的地层归属分析

经测井信息的地质属性研究，认为V1井3400m以下钻遇的1000m泥岩应归属于上侏罗统的Lower Vulcan组。

（1）V1井1000m泥岩的测井相指示深水沉积环境，与Lower Vulcan组发育海相页岩相吻合。

（2）大套泥岩中常见有含钙质薄层的发育，说明其物源与Lower Vulcan组接近。

图4 未知钻遇地层的测井地质分析图

（3）1000m泥岩中，极难见到砂岩或薄层砂岩沉积，这也是最为重要的证据。由于东部垒台区Plover组是典型的浅水沉积特征，即使与该井发生很大的沉积相变，在较深水区的Plover组也理应见到或多或少的、由强水动力搬运而来的砂岩。

外国合作公司提供的孢粉分析表明，该段泥岩属于晚侏罗纪地层，同样支持本研究结果，这一研究成果为该区块的下一步勘探提供了决策。

3.2 沙特某探区下古生界储层的异常地层压力分析

沙特某区块是中石化的一个天然气勘探区，是在前寒武纪末由裂谷作用形成的一个含盐地堑的基础上发育起来的坳陷盆地，整个显生宙不断下沉，沉积了寒武纪至新近纪地层，局部地区沉积岩累计厚度超过9000m。其古生界以碎屑岩为主，中生界和新生界则以碳酸盐岩为主。在2005 年之前的研究中，一直将泥盆系J组和二叠系的K组以及U 组作为主要储层，因此，在初期的研究评估时，对于储层只评价到U组，下古生界储层未能给予应有的重视，如MK-1井钻深达5510m，但测井解释的深度仅仅达到4580m。

图5 MK-1井目的层地层压力分析图

2005年对MK-1井重新解释时，发现其下古生界地层有异常高压，很有可能具备产能（图5），这一认识为油气勘探提供了重要指向，2006年新钻的S2井在二叠系失利而在下古生界试出油气，证实上述推测。

图6为MK-1井和S2井的下古生界地层测井曲线图，其中，S2井的1 号层层厚14.7m，电阻率为99.22Ω·m，孔隙度为3.95%，渗透率为0.02×10^-3μm²，含水饱和度（S_w）为36.54%；2 号层厚31.7m，电阻率为55.68Ω·m，孔隙度为4.5%，渗透率为0.03md，含水饱和度（S_w）为34.97%（据申本科等）。钻井过程中发现在奥陶系Sarah组顶部总烃含量开始增加，在5703.4mTG为3.02%，对该井下古生界先后测试两次，第二次测试诱喷成功，获日产气400～8000m³/d，证实该层为储含气层，为下一步的油气勘探提供了依据。

图6 下古生界地层测井曲线图

4 结论

（1）地质演化过程中的特征现象，必有特征响应被测井所记录，因而测井信息具有地质属性。

（2）深入研究测井信息内含的地质背景及其演化特征，可减少测井评价认识的多解性和提高测井信息的地质应用。

（3）深入研究测井信息与其地质背景间的对应关系，建立测井信息与地质信息之间的转换分析模型，是测井地质学进一步发展的关键。

参考文献

［1］李国欣，刘国强，赵培华.中国石油天然气股份有限公司测井技术的定位、需求与发展［J］.测井技术，2004，28（1）：1～6.

［2］赵江青，匡立春，刘应.非均质储层孔喉结构的测井评价方法［J］.测井技术，1998，22（增）：60～63.

［3］欧阳健.加强目标区块岩石物理研究提高测井识别评价油层能力［J］.中国石油勘探，2001，6（1）：24～30.

［4］欧阳健.加强岩石物理研究提高油气勘探效益［J］.石油勘探与开发，2001：28（2）：1～5.

［5］梅冥相.碳酸盐旋回与层序.贵阳：贵州科技出版社［M］，1993.

［6］王贵文，郭荣坤.测井地质学.北京：石油工业出版社，2000.

［7］王贵文，郭荣坤.测井地质学.北京：石油工业出版社，2000.