基于无效导电孔隙概念的致密砂砾岩有效介质导电模型

致密砂砾岩储集层饱和度评价一直是测井领域面临的难题之一,这是由于致密砂砾岩储层分选差、孔隙结构复杂、孔渗非常低造成的,因此,有必要建立一种能描述致密砂砾岩储层导电规律的电阻率模型.本文针对复杂孔隙结构的致密砂砾岩储层存在一定的对岩石导电性几乎无贡献的孔隙,以及虽然这种无效导电孔隙度很小,但其对致密砂砾岩导电性的影响是不能忽略的,引入无效导电孔隙度概念,将研究区砂砾岩储层孔隙划分为无效导电孔隙和有效导电孔隙两部分,利用有效介质对称导电理论建立了致密砂砾岩储层电阻率模型,并从理论上分析了无效导电孔隙度变化对建立的导电模型的影响.利用全直径致密砂砾岩岩样的岩电实验数据,采用最优化方法确定了导电模型参数和该区致密砂砾岩储层无效导电孔隙度值.通过对导电模型进行实验数据拟合,表明本文给出的模型能描述致密砂砾岩储层的岩石导电规律;通过对比导电模型的处理结果与试油结论,表明本文建立的模型适用于致密砂砾岩储层的饱和度解释.     

曲折度电阻率模型在大庆G地区低渗储层评价中的应用

大庆G地区P油层孔渗较低、泥质含量较高,属于中低孔特低渗、高含泥储层,利用压汞实验资料对该区储层特征进行分析,研究结果表明该区储层分选性较差、孔喉不均、微观孔隙结构复杂.复杂的孔隙结构会引起导电路径的复杂化,影响储层的电性特征.经典阿尔奇公式由于没有考虑孔隙结构变化对岩石电阻率的影响,不能准确描述孔隙结构复杂的低孔、渗储层的导电规律,因而建立一种适合于低孔、渗复杂储层的电阻率模型成为当务之急.针对P油层具有更复杂的孔隙结构,本文利用曲折度岩石体积物理模型建立了岩石孔隙结构和岩石电阻率之间的联系及关系式.该式表明,孔隙度一定时,孔隙通道越弯曲,孔隙结构越复杂,孔隙曲折度越大,岩石的地层因素值也越大.为了使该关系式实用化,本文提出在曲折度电阻率模型中引入结构系数,解决孔隙曲折度的表征问题,实现对岩石孔隙结构复杂程度的定量计算,从而建立了新的地层因素公式.利用压汞和岩电等实验数据对新的地层因素公式进行验证,证实地层因素和结构系数存在着幂次关系,岩石的孔隙结构越复杂,结构系数越大,地层因素越高.针对研究区泥质含量较高、地层矿化度较低的特点,选用能够描述饱含水地层电阻率与地层水电阻率之间弯曲关系的DOLL方程作为饱和度基本方程,并将新的地层因素公式引入DOLL方程中,建立了该区低孔、渗泥质砂岩饱和度方程.实际处理结果表明,该导电模型在一定程度上考虑了孔隙结构变化对电阻率的影响,计算的含水饱和度平均相对误差小于8％,精度满足低孔、渗储层开发生产的需要.     

孔隙结构对储层电性及测井解释评价的影响（英文）

在多个区块的测井评价工作发现,孔隙结构直接影响储集层的品质和油气层的电阻率,是测井准确评价流体性质的关键。岩石物理资料表明不同区块内影响储层孔隙结构的因素不同,但效果是一致的,即孔隙结构的复杂程度控制着储层的储集能力和渗透能力。孔隙结构的复杂程度影响了储层中导电流体的分布和含量,从而控制了储层的电阻率。储层出现低阻油气层的内因均为复杂的孔隙结构（骨架导电及工程原因除外）。测井储层评价在分析控制储层孔隙结构复杂程度的地质因素及储层分类的基础上,针对不同类型储层采用不同的模型、参数和标准,可以有效的认识储层品质和识别不同类型储层的流体性质。     

基于岩石导电效率理论建立碳酸盐岩储层饱和度的计算方法(英文)

由于孔隙型碳酸盐岩储层的复杂孔隙结构和强非均质性,岩石导电效率与含水孔隙度之间理想的线性关系相对复杂或并不存在,故前人基于岩石导电效率理论建立含水饱和度的计算公式并不完全适用于碳酸盐岩储层。基于岩石导电效率理论,推导了岩石导电效率的计算公式,阐明了岩石导电效率与含水孔隙度之间线性关系相对复杂或并不存在的根本原因,发现了岩石导电效率与电阻率之间的幂函数关系,分析了所建立含水饱和度计算公式误差的主控因素,得出了岩石导电效率的计算精度是该方法是否能推广应用的关键。与Archie公式相比,基于岩石导电效率理论建立的含水饱和度计算公式能更准确地计算研究靶区孔隙型碳酸盐岩储层的含水饱和度。在伊拉克某油田和印尼某气田3口井碳酸盐岩储层中的应用,表明当计算岩石导电效率的相对误差不大于0.1时,所计算储层含水饱和度的绝对误差不大于0.1,基本满足孔隙型碳酸盐岩储层精细评价的需求。     

含泥含钙致密砂岩导电规律与导电模型

A地区致密砂岩储层具有孔隙结构复杂、高泥、高钙的特征,使其导电规律更复杂,现用饱和度模型不能全面描述三种因素对致密砂岩导电规律的影响,造成A地区致密砂岩储层饱和度评价精度较低.本文首先从实验角度分析了孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,得出随孔隙结构变差、泥质含量减小、钙质含量增加,岩石导电性变差.其次,考虑影响A区致密砂岩导电规律三种主要因素,利用有效介质对称导电理论具有描述泥质和钙质胶结对岩石导电性影响的优点,而改进等效岩石元素理论具有更好的描述孔隙结构变化对岩石导电性影响的优点,将两种理论结合,建立了适用于致密砂岩储层饱和度评价的导电模型.理论分析表明,建立的致密砂岩导电模型能正确地描述孔隙结构、泥质、钙质胶结对致密砂岩导电规律的影响,并与实验规律相符.第三,基于含水致密砂岩可动流体孔隙中水流与电流流动的相似性以及改进等效岩石元素模型和弯曲毛管模型,建立了有效流动孔隙度计算式.利用半径均值和无效流动孔隙与有效流动孔隙之比对致密砂岩孔隙结构进行了分类,在分类基础上,采用优化技术和有效流动孔隙度计算式,建立了孔隙结构效率和孔隙曲折度计算式.利用致密砂岩岩电实验数据,采用优化技术确定了模型中流体非均匀分布指数、渗滤速率及渗滤指数等参数值,并建立了相应参数计算式.与密闭取心井的饱和度对比,致密砂岩导电模型计算的含水饱和度平均绝对误差为4.5%;与试油结果对比,解释结果与试油结论吻合.这表明所建立的导电模型适用于A地区含泥含钙致密砂岩储层饱和度评价.     

润湿性对岩石电阻率影响的模型估算

模型和实验研究证明，岩石润湿性对原油和地层水在孔隙系统中的分布有重大影响，因而能改变岩石电阻率、电阻增大系数和饱和度指数与含水饱和度的关系．在含水饱和度和地层、水电阻率相同的条件下，油湿和水湿岩石的电阻率相差很大，这对电测井定量解释有很大影响     

基于电震耦合理论研究电极法储层岩石复电阻率频散特性

复电阻率测井在识别油水层的能力上优于常规电阻率测井,然而储层岩石复电阻率特性的微观机理还没有统一完整的解释和数学模拟方法,致使复电阻率测井技术的开发缺乏足够的理论基础.本文基于孔隙介质Pride电震耦合理论,结合谐变信号激励下渗流场与电流场的耦合理论,推导出一级近似条件下的Pride电震耦合理论.采用格林函数方法建立了一维电震波场的波动方程及其解.构造了双电极法测量储层岩石复电阻率的物理模型和数学模型,从理论上阐明了岩石复电阻率频散特性的微观机制与电震效应的关系,定量分析了储层岩石复电阻率频散特性的影响因素.数学模拟结果表明:储层岩石复电阻率的频散现象是在电震快纵波和电震慢纵波的共同作用下,由孔隙介质中的电渗流机制形成的;储层岩石的复电阻率随孔隙度的增大而减小,随渗透率的增大而增大,地层水矿化度的增加或阳离子交换量的增大使得同频率的复电阻率减小.慢纵波界面极化频率受孔隙度、渗透率和地层弹性模量的影响较大,而快纵波界面极化频率受地层弹性模量的影响较大.     

岩石物理的理论模拟和数值实验新方法

当代物理实验科学和计算机科学技术的巨大进步为岩石物理的理论和实验研究开辟了新的领域.在细胞自动机基础上发展起来的格子气自动机和格子玻尔滋曼方法就是这种技术进步的产物.本文讨论了格子气自动机的发展及其应用于研究多孔岩石微观孔隙结构对宏观导电特性影响的新方法. 我们开发的模拟多孔岩石导电特性的数值实验新方法，提供了一种可深入到从微观孔隙结构这个尺度上来考察具有复杂孔隙结构的，孔隙度小于10%的低孔、低渗岩石的宏观导电特性及其影响因素.研究表明:Archie 系数m,n并不是传统上的意义，研究各种不同条件下F-、I-Sw关系，结果显示非阿尔奇现象与孔隙介质中孔隙、骨架和流体的混合导电网络有关，得出新的饱和度计算公式.同时还研究了泥质含量和分布、电阻率各向异性对宏观导电特性的影响，提出适用于电阻率各向异性地层的F-、I-Sw的关系.本文最后探讨了应用格子气自动机和格子玻尔滋曼方法进行岩心渗流和核磁共振数值实验的新方法及其发展前景.     

低电阻率油气层物理参数变化机理研究

研究了淡水环境下富含粘土矿物、细颗粒砂岩低电阻率油气层. 分析了粘土的附加导电性,认为粘土质量百分数高且富含伊利石和蒙脱石的地层中,若地层水质量浓度小于15g/L等效NaCl盐溶液时,粘土的附加导电性是造成油气层电阻率低的首要原因. 同时分析了细颗粒、粘土质量百分数不高的储层,高的毛细管压力使束缚水饱和度很高,同样能形成低电阻率油气层. 储层中粘土质量百分数的多少对储层岩石电性特征(I-Sw曲线形态)有重要影响,可用于指导测井资料解释模型的选择.     

砂砾岩储层测井评价研究

砂砾岩储层岩性复杂、非均质性强,储层间非渗透性隔层类型多,储层基质孔隙度有时很低,从而使测井资料准确划分有效储层有很大的难度;砂砾岩体储层母岩类型变化大,岩石骨架参数很难确定,电阻率测量受岩石骨架、粘土含量和孔隙结构影响严重,反映储层孔隙流体性质的信息弱,使储层流体性质难以判断,油、气、干层界限的电性特征极不明显.通过核磁共振和井壁微电阻扫描成像测井,可以直观观察到岩石成分和粒径的变化,通过T2谱分布直观显示核磁测量井段的孔径分布,计算出各种类型孔隙度和渗透率参数,为砂砾岩有效划分储层和测井评价提供了可靠的依据.     

Influence of Degree of Saturation in the Electric Resistivity–Hydraulic Conductivity Relationship

The relationship between aquifer hydraulic conductivity and aquifer resistivity, either measured on the ground surface by vertical electrical sounding (VES) or from resistivity logs, or measured in core samples have been published for different types of aquifers in different locations. Generally, these relationships are empirical and semi-empirical, and confined in few locations. This relation has a positive correlation in some studies and negative in others. So far, there is no potentially physical law controlling this relation, which is not completely understood. Electric current follows the path of least resistance, as does water. Within and around pores, the model of conduction of electricity is ionic and thus the resistivity of the medium is controlled more by porosity and water conductivity than by the resistivity of the rock matrix. Thus, at the pore level, the electrical path is similar to the hydraulic path and the resistivity should reflect hydraulic conductivity. We tried in this paper to study the effect of degree of groundwater saturation in the relation between hydraulic conductivity and bulk resistivity via a simple numerical analysis of Archie’s second law and a simplified Kozeny-Carmen equation. The study reached three characteristic non-linear relations between hydraulic conductivity and resistivity depending on the degree of saturation. These relations are: (1) An inverse power relation in fully saturated aquifers and when porosity equals water saturation, (2) An inverse polynomial relation in unsaturated aquifers, when water saturation is higher than 50%, higher than porosity, and (3) A direct polynomial relation in poorly saturated aquifers, when water saturation is lower than 50%, lower than porosity. These results are supported by some field scale relationships.     

Conductivity model for pyrite-bearing laminated and dispersed shaly sands based on a differential equation and the generalized Archie equation

The conductance of pyrite-bearing laminated and dispersed shaly sands is not well understood and resistivity models for pyrite-bearing shaly sands are nonexistent. Thus, we first synthesize clean pyrite-matrix samples, and quartz-matrix samples with variable laminated shale, dispersed shale, and pyrite content and then perform petrophysics experiments to assess the effect of pyrite content on the conductivity of pyrite-bearing shaly sands. Second, based on the differences in conductivity and conduction pathways and geometries because of the variable composition of the pyrite-bearing laminated and dispersed shaly sands, we divide the shaly sands into their components, i.e., laminated shale, quartz grains, pyrite grains, hydrocarbon, dispersed shale, microscopic capillary water, and mobile water. A generalized resistivity model is proposed to describe the conductivity of pyrite-bearing laminated and dispersed shaly sands, based on the combined conductivity differential equation and generalized Archie equation. In the generalized resistivity model, the conductivity differential equation is used to describe the conductivity of dispersed inclusions in a host, whereas the generalized Archie equation is used to describe the conductivity of two conducting phases. Moreover, parallel conductance theory is used to describe the conductivity of dispersed shaly sands and laminated shale. Theoretical analysis suggests that the proposed model satisfies the physical constraints and the model and experimental results agree. The resistivity and resistivity index of shaly sands decrease with increasing conductivity and pyrite. Finally, the accuracy of the resistivity model is assessed based on experimental data from 46 synthetic core samples with different oil saturation. The model can describe the conductivity of clean pyrite-matrix samples, and quartz-matrix samples with different volumes of laminated shale, dispersed shale, and pyrite. An accurate saturation model of pyrite-bearing laminated and dispersed shaly sands is thus obtained and the log data interpretation in complex shaly sands can improve with the proposed model.     

FREQUENCY-DEPENDENT COMPLEX RESISTIVITY OF ROCK-SALT SAMPLES AND RELATED PETROPHYSICAL PARAMETERS1

The presence of water is one of the main concerns of nuclear waste disposal in rock-salt. It can be investigated using electrical properties of the rock. Laboratory measurements of frequency-dependent resistivity and other petrophysical parameters, such as porosity, water content, and specific internal surface area, have been carried out on rock-salt from the Asse mine in Germany, in order to obtain characteristic resistivity responses for the evaluation of geoelectric field methods and to develop new methods for the estimation of the water content and saturation. The laboratory method, on a.c. half-bridge for very high impedances, allows measurements of the resistivity spectrum of rock-salt in the frequency range from 15 Hz to 10 kHz. The saturation of the samples was varied artificially and was approximately 5%, 10%, 20% and 100%. The porosity varies between 0.1% and 0.5%, the water content is approximately 0.05% or less, and the initial saturation is less than 50%. The resistivity ranges from 10 MΩm at the initial saturation down to 1 kΩm for fully saturated samples. In the low-frequency range up to 100 Hz, an Archie-type relationship may be used to estimate the water content of the rock-salt from resistivity measurements. The Archie exponent m is found to be approximately 2. The resistivity is observed to be strongly dependent on frequency. The resistivity decreases with increasing frequency, with a greater decrease for small saturations and vanishing frequency dependence at complete saturation. The relative dielectric constant was found to be 6 ± 1. Saturation dependence was not observed within this error range. The measurements imply that, by measuring resistivity in rock-salt, estimations of water content and saturation, and thus the porosity, can be made in situ. This is particularly important for the safety of nuclear waste disposal in rock-salt.     

阿尔奇(Archie)公式：提出背景与早期争论

根据关于岩石电学的早期资料，介绍了阿尔奇公式的提出背景和当时身处学术界和测井界的研究者和工程师们围绕阿尔奇公式所展开的一系列研究和论战.回顾与分析证明：围绕阿尔奇公式所进行的早期论战在于地层因子F及指数m和n.具体的论战焦点有四个：（1）地层因子的表达式F=1/m是否合适；（2）m和n是否具有物理内涵；（3）m和n的值到底是常数还是变数；（4）m和n与岩石的内部结构是否有关.在经过近20年的研究和论争后，即在1960年左右发现指数m和n与岩石的结构、构造以及孔隙流体的饱和度和流体替换的历史有关.此外，还发现岩石的湿润性和超毛细管孔隙度对岩石的电阻率也有很大的影响.虽然阿尔奇公式影响深远而且在岩石物理学和石油测井的发展中具有划时代的意义和里程碑式的作用，但是没有考虑泥质、淡水、低孔隙、非均匀几何参数分布（孔隙度、曲折度）、非均匀饱和度分布、各向异性以及参数a和b对岩石电阻率的贡献和隐藏在这些参数和因素后面的物理机制.因此，在应用阿尔奇公式时必须注意有关的应用条件.此外，根据完全水饱和公式ρ0=FρW=aρW/m和部分水饱和公式ρt=Iρ0=bρ0S-nW来研究F、I、a、b以及m和n与岩石的内部结构、孔隙分布以及孔隙流体和岩石颗粒之间的物理及化学相互作用的关系具有反问题的特点.所以，围绕阿尔奇公式的研究和争论将有可能会伴随着时代的进步和科学技术的发展一直进行下去.     

地电阻率与水位关系的机理分析

从地电阻率的观测理论出发, 指出地电阻率场地的电性结构、 岩石的饱和度和孔隙度决定了地电阻率和水位的关系。 在长期的观测资料基础上, 通过实例系统地分析了地电阻率和水位的关系, 给出了不同层位的水位变化和不同方式的水位变化对地电阻率观测结果的影响, 认为非构造水位变化与地电阻率的关系主要取决于表层土壤或岩石的水饱和度, 构造水位变化与地电阻率变化存在明确的相关关系, 从而进一步探讨了与前兆异常有关的水位和地电阻率变化。     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关系,并进一步通过三维数字岩心的孔隙度计算其电导率.该方法计算得到的人工砂岩样品的电导率与其三维数字岩心电导率相关系数高于96%,验证了基于二维图像的数字岩心电导率计算方法的有效性.本文的研究结果为快速、准确地计算岩石电导率提供了新的思路,在油气勘探开发中有广阔的应用前景.     

泥质砂岩黏土附加导电强度评价指数定义及应用方法

针对泥质砂岩黏土附加导电还没有综合定量评价指标的现状,从Archie公式和Waxman-Smits方程计算的含水饱和度的相对误差出发定义了黏土附加导电强度指数η,并考察了地层水电导率C_w、阳离子交换容量Q_v、含水饱和度S_w、饱和度指数n对η的影响,给出了黏土附加导电强度判别方法和图版,通过低阻油气层的工程应用实例探讨了η在饱和度方程选取中的应用.结果表明,η随C_w、S_w、n值的增大而以近似乘幂规律减小,随Q_v的增大而近似线性增大;C_w与Q_v对η的影响最大,n与S_w次之;无法由单一因素判断黏土附加导电性强弱,必须综合考虑Q_v、C_w、S_w、n的影响;对于低阻油气层,可利用该指数按照"三步法"及判别图版定量判断低阻成因并为饱和度模型的选取提供技术依据.     

饱和多相流体岩石电性的格子气模拟

利用计算机建立具有不同骨架颗粒形状和不同孔隙度的孔隙介质模型,采用格子气自动机方法模拟孔隙介质在油水饱和度不同的情况下电的传输特性,揭示了流体饱和度与介质电阻率之间呈现非阿尔奇现象的本质原因. 本文发现饱和度指数是饱和度和孔隙度的函数,反映了孔隙介质导电路径的复杂程度随饱和度变化而变化的情况,而不是传统地认为饱和度指数是流体分布状态的反映. 并得到新的饱和度计算公式. 以某油田为例,将计算的饱和度结果与实际岩芯实验的结果作对比,说明新公式的有效性.     

南海北部神狐海域天然气水合物分解的测井异常

南海北部神狐海域GMGS-1钻探揭示SH3井天然气水合物位于稳定带上部,厚度约为10 m.氯离子异常计算的水合物饱和度最高达26%,高水合物饱和度层出现高电阻率和低纵波速度.为分析该低纵波速度异常,本文基于简化的三相介质理论计算了饱和水纵波速度,在深度195 m附近,测量的纵波速度小于饱和水纵波速度.利用阿尔奇公式,基于原位温度、盐度、密度孔隙度和测量的电阻率,利用交会分析确定了该井的阿尔奇常数为a=1.1和m=2.3.基于该参数,利用阿尔奇方程计算的水合物饱和度占孔隙空间5%~20%,局部地层水合物饱和度达26.8%,在垂向上分布不均匀.由于钻探可能导致水合物发生分解而产生游离气,原位游离气和水合物分解产生的气体都能造成低纵波速度异常.由于地震资料采集在测井之前完成,利用不同速度制作合成地震记录并与地震资料进行对比,能够确定水合物稳定带上部的低速异常形成原因.