绝对渗透率测量方法

‘壹’ 煤层气测井

7.3.1 煤层气地层评价的测井资料

测井是指井中的一种特殊测量，这种测量作为井深的函数被记录下来。它常常作为井深函数的一种或多种物理特性的测量，然后从这些物理特性中推断出岩石特性，从而获得井下地质信息。但是，测井结果也并非仅限于岩石特性的测量，其他类型的测井方法有泥浆、水泥固结质量、套管侵蚀等。

测井一般可分为借助电缆传输进入井内仪器获得信息的电缆测井和无电缆的测井，如泥浆测井（钻井泥浆特性）、钻井时间测井（钻头钻进速率）等，本节重点介绍电缆测井。在煤层气工业中，要评价煤层的产气潜力，首先应了解煤的储层特性和力学特性，这些特性的获得主要有3种途径：①钻取煤心做室内测试；②利用测井进行数据分析；③进行试井等。评价煤层特性的资料来源见表7.1和表7.2。

表7.1 评价储层特性的主要非测井资料来源

表7.2 评价储层特性的测井资料来源

煤心、测井和试井数据的综合运用可以增加数据可靠性，提高资源评价精度。煤层厚度、煤质（工业分析）、吸附等温线、含气量和渗透率，对以储层模拟为基础的产量预测有重大影响。取自煤心的分析通常用来确定吸附等温线、含气量和煤质；测井数据用来确定煤层厚度；确定煤层渗透率的最可靠的方法则是通过试井作业的试验数据分析。这些方法通常被看做是确定储层特性的基础或“依据准则”。但是，由于某些煤心和试井带来的误差，煤心测试程序缺乏标准化，特别是取心和试井费用昂贵，人们希望能有一种确定每个储层特性的替代方法。通过这种替代方法获得测定关键储层的特性，并校正那些不一致的或错误的试验数据。目前，测井作业被认为是最具前途的一种手段。一旦用煤心数据标定了测井记录数据，技术人员就可以单独利用测井记录数据精确估计补充井的储层特性（表7.3）。据Olszewski等对40口井开发项目地层评价费用的估算，使用标定的测井方法可以比现行的地层评价方法降低约16% 的费用。因此，测井在煤层气工业中正发挥着愈来愈重要的作用。

表7.3 用于煤层气地层评价的测井资料

续表

①建议只用于煤评价；②用于煤和砂层评价；③用于取心时；④用于原地应力评价。

7.3.2 从测井资料获得储层特性

测井资料的价值取决于井孔作业者的目的，而测井信息与其他来源的信息（如煤心、试井）相结合，可使技术人员逐步获得某一矿区所有钻井全部潜在目标煤层的关键储层特性，以达到最佳的产量决策，这比单独考虑测井、煤心或试井获得的储层特性更为可靠。再者，利用经过选择的煤心和试井数据来标定测井数据，可以建立起矿区特有的测井曲线解释模型。然后再利用测井曲线模型获取以测井记录为基础的储层特性。这一方法显得尤为重要，可以根据每个钻井的测井记录和少数选定的“标准”井的煤心和试井数据，得出关键储层特性的综合估计。可以看出，随着开发深度的增加，测井记录和其他数据来源之间的关系更多地依赖于测井资料。

7.3.2.1 含气量

含气量是指煤中实际储存的气体含量，通常以m³/t来表示，它与实验室测得的吸附等温线确定的含气量不同，煤的实际含气量通常包括3个分离的部分：逸散气、解吸气和残余气。目前，实际含气量往往通过现场容器解吸试验测得，精确确定含气量需要采用保压岩心。

间接计算含气量可使用Kim方程的修正形式，它是由Kim提出的计算烟煤含气量的经验方法，即

煤成（型）气地质学

煤成（型）气地质学

煤成（型）气地质学

式中：G_daf为干燥无灰基气体储集能力，cm³/g；α为灰分，质量百分比；w_c为水分，%；d为样品深度，m；x_fc为固定碳，%；x_vm为挥发分，%。

另一种间接计算含气量的方法是体积密度测井校正法，该方法是根据由岩心实测含气量和灰分的关系进行计算的，因为气体只吸附于煤体上，所以岩心中气体含量和灰分存在反比关系。从数学角度看，岩心灰分含量与高分辨体积密度测井数据有关，因为灰分含量严重影响煤储层的密度。因此，若有了代表性的原地含气量收集数据，就可由体积密度测井数据计算含气量。

由于煤心灰分与含气量有关，亦与密度测井数据有关，因此有可能根据高分辨整体密度测井资料精确估算含气量（图7.4），并推断灰分含量为多少时预测的含气量可忽略不计。

图7.4 由测井获得的含气量与实测含气量之对比

（据苏现波等，2001）

用测井数据合理估计煤中含气量需要满足3个条件：①由测井数据导出的等温线是正确的（包括水分、灰分和温度校正）；②煤被气体饱和；③温度和压力可以准确估计。

7.3.2.2 吸附等温线

如前所述，煤中气体主要储存于煤基质的微孔隙中，这与常规油气储层中观察到的孔隙截然不同。煤中孔隙更小，要使气体产出，气体必须从基质中扩散出来，进入割理到达井筒。气体从孔隙中迁出的过程称为解吸，按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线。目前，吸附等温线是根据单位质量的煤样在储层温度下，储层压力变化与吸附或解吸气体体积关系的实验数据而绘制的曲线，压力逐渐增加的程序称为吸附等温线，压力逐渐降低的程序称为解吸等温线，在没有实验误差的条件下，这两种等温线是相同的。

等温线用于储层模拟的输入量，采用两个常数组，即Langmuir体积和压力。由于缺乏工业标准，许多已有的等温线数据出现不一致现象，而且在许多情况下不适用于储层模拟。不同水分和温度条件会导致煤心测定的等温线有大的波动，煤层吸附气体的能力随水分含量的增加而降低，直至达到临界水分含量为止；温度对煤吸附气体能力的影响在许多文献中已有报道，温度增加会降低煤对气体的吸附能力。因此，强调用煤心测定等温线时，必须将温度严格限定在储层温度下，避免因温度波动引起的数据误差。温度和水分的综合影响，连同其他煤心取样或测试的不一致，往往产生与图7.5 所示相似的数据组。

图7.5 美国圣胡安盆地某矿区水果地组煤的吸附等温线

（据苏现波等，2001）

测井数据能帮助解释用煤心确定的吸附等温线精度。现在已导出了用测井数据估计干燥基煤的吸附等温线的一般关系式，它采用Langmuir方程，在该方程中由固定碳与挥发分的比率导出Langmuir常数，并按温度和水分加以校正。图7.4 提供了由测井数据确定等温线的实例，该等温线与新采集的煤心数据在标准程序下测定的等温线相一致。

实践证明，以测井数据为基础的煤的等温线估计，对确认煤心等温线测试结果和解决因取样或实验不一致而造成的煤心等温线数据中的误差极为有用。但是，由于研究程度有限，加上水分和温度估计中的误差，对以测井数据为基准的等温线计算有很大影响，所以，目前尚不能确信测井数据能够独立应用于等温线确定，确认这项技术的准确性，还需要有更多的数据组做进一步研究。

7.3.2.3 渗透率

试井是确定渗透率的最准确方法，但试井费用很高（一次约7000～15000美元），若为多煤层则其成本更高。这一方法在处理多煤层、两相流和气体解吸时还易受推断的影响。现已证明，自然电位、微电阻率和电阻率曲线的测井数据可用于估算煤层渗透率。

一种用测井数据确定裂隙渗透率变化的方法是由Sibbit等提出的，它更适用于常规储层裂隙。煤层渗透率取决于煤的裂隙系统，裂隙系统占煤体孔隙度的绝大部分。裂隙孔隙度是裂隙频率、裂隙分布和孔径大小的组合。因此，裂隙孔隙度直接与煤的绝对渗透率有关，是渗透率量级的决定性因素，也是控制煤层气产率、采收率、生产年限以及设计煤层气采收计划的主要因素。双侧向测井（DLL）对裂隙系统的响应，为渗透率的确定提供了依据。

Sibbit等提出的技术是用来确定裂隙宽度的，假定纵向裂隙和岩层电阻率比泥浆电阻率大得多，用下式表示：

煤成（型）气地质学

式中：Δc为浅侧向测井与深侧向测井的电导率差值（Δc＝CLIS－CLLD），mS/m；c_m为侵入流体（泥浆）的电导率，S/m；ε为开启裂隙宽度，μm。

模拟显示Δc对于裂隙宽度为ε的单一裂隙与裂隙宽度为ε的多重裂隙组合是相同的。因此，式中ε也可用于表示多重裂隙的组合宽度。

模拟还揭示出这样一种现象，即它能应用于几乎垂直的裂隙（75°～90°），而这种裂隙在钻穿煤层的井孔中常见。Hoyer将Sibbit的DLL模拟数据应用于煤层裂隙评价，并用交绘图技术证实了用DLL确定煤层裂隙孔隙度指数的可行性，得出如下方程：

煤成（型）气地质学

式中：CLLD为深侧向测井电导率，mS/m；VFRAC为裂隙宽度，μm；c_m为泥浆电导率，S/m；c_b为基质块电导率，mS/m。

该方法排除了在裂隙未扩展、无严重侵入或电阻性泥浆侵入情况下的判读误差，图7.6为这一技术的具体应用实例。

图7.6 由测井显示的低、中、高裂隙孔隙度

（据苏现波等，2001）

GR—自然伽马；CALI—井径；MCRD—微电阻；LLD—深侧向测井；LLS—浅侧向测井；VFRAC—裂隙宽度；RHOB—体积密度；NPHI—中子孔隙度；S DCOND—浅侧向测井与深侧向测井电导率之差

受人关注的微电阻率装置（MGRD、MLL、MSFL或PROX，取决于电极排列）常使用DLL来记录，并用于映射煤层的裂隙孔隙度。微电阻率装置具有极好的薄层解译能力，与VFRAC亦存在线性关系（图7.7），但应注意，微电阻率装置可能受井孔粗糙度影响。

图7.7 井中裂隙宽度与微电阻率关系

（据苏现波等，2001）

确定煤层渗透率变化的另一种方法是依靠微电极测井。微电极测井历来用于识别常规储层中的渗透性岩层。微电极测井仪是一种要求与井壁接触的极板式电阻率仪，微电极仪记录微电位电阻率（探测深度10.2cm）和微梯度电阻率（探测深度3.8cm），微电极测井的多种探测深度使这种设备可用于渗透率指示仪。随钻井泥浆侵入渗透性岩层，在入口前方形成泥饼，泥饼对浅探测微梯度电阻率影响比深探测微电位电阻率影响要大，这种泥饼效应引起两种电阻率测值的差异，进而表明渗透性岩层的存在。尽管微电极测井也常常作为煤层渗透率指标，但由于在不同钻井中泥浆特性有变化和泥浆侵入程度有变化，所以微电极测井的定量解释是困难的，目前煤中裂隙定量评价的唯一方法仍是使用DLL测井技术来实现。

7.3.3 测井资料的计算机模拟

某些煤特性必须用测井资料通过计算机模拟得出，因为不同测井设备对煤的响应程度不同，且随煤特性不同有所变化。因此，很难利用各类测井仪器响应同时界定或识别某些煤特性。有了计算机这一技术，特殊煤特性可由测井响应加以推断而无需测定。例如，当某种测井记录出现特定数据组时，可能显示灰分存在。类似的测井技术（不同测井系列）还可用于确定煤阶，识别常见矿物，如方解石常常沉积于煤的割理之中，是一种重要矿物，可作为割理的指示矿物之一。含气量、煤阶、灰分含量及矿化带等与测井响应之间的关系，可通过计算机模拟来实现。

图7.8 煤岩组分、矿物、灰分和工业分析的计算

（据苏现波等，2001）

图7.9 通过计算机模拟计算出的煤的特性参数

（据苏现波等，2001）

计算机模拟的第一阶段是利用测井响应推断煤岩成分、灰分百分比、灰成分、矿化物和煤阶（图7.8）。目前，已建立的计算机模型中采用的煤岩组分是镜质组、类脂组和惰性组。将这些参数与附加的测井响应一起用于模拟的第二阶段，进行含气量和割理指数推断（图7.9）。含气量与灰分含量关系密切，且与煤阶有关，割理的存在可通过识别方解石、煤阶、某种煤岩组分、灰分含量进行推断。近期有证据表明，薄煤层或灰分层增加了割理存在的可能性，因此必要时可使用计算机增强高分辨处理。计算机模拟的第三阶段是融合含气量、割理指数推断产量指数（图7.9）。尽管预测每个煤层的绝对产率非常困难，但在同一井内预测每一煤层与其他煤层相比时的相对产量指数，对完井决策很有价值。具有最大潜力的煤层是完井的首选对象，而其余煤层可作为第二阶段的生产计划。

另外，计算机模拟还能提供一种称为“自由水”的曲线，这种曲线对预测初始水产率十分有用。为推迟水产量，可让相对无水的煤层首先生产。

计算机模拟的优点是，可以观察到某种煤特性（一定区域内）与某种测井响应之间有良好的相关性，这为在减少所需测井设备数量的同时、最大限度地获得有价值的煤层信息奠定了基础。更为先进的测井程序，可仅用于那些与质量控制有关的关键井孔。

‘贰’ 测井数据处理程序

本章集中介绍平台所有裸眼井解释评价处理模块。孔隙度解释程序(POR)、泥质砂岩解释程序(SAND)、复杂岩性解释程序(CRA)、黏土分析程序(CLASS)、多功能分析程序(PROTN)等适用于裸眼井剖面的解释评价处理模块。

POR程序用一种孔隙度测井资料加上泥质指示和电性资料对泥质砂岩进行模型分析的解释程序。

CRA程序适用于骨架成分两种以上的复杂的碳酸盐岩剖面，并且要求至少有两种孔隙度测井资料。

SAND程序适用于砂泥岩剖面，并且要求至少有两种孔隙度测井资料。

PROTN程序是从油藏物理学的基本概念出发，以油、气、水在微观孔隙中的分布和渗流理论为依据，发展而成的多功能解释系统。该程序以测井信息的还原为基础，目的在于求解反映地层静态和动态特性的一系列地质参数。

CLASS程序适用于砂泥岩剖面。方法设计思想为:在泥质砂岩储集层中，影响储集层参数精确度的主要因素是泥质的性质、成分、含量以及泥质存在于储层中的结构。黏土类型如:蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石，定量确定泥岩中各种黏土的百分含量是本方法的最大优点所在，进而能精确消除泥岩对储集层参数的影响。

此外，还有多矿物判别和计算程序。具有代表性的是Geoframe的ELAN和我国自主开发的LESS程序等。

7.3.1 孔隙度解释程序(POR)

孔隙度解释程序POR是美国Atlas公司的单孔隙度测井泥质砂岩分析程序。其主要特点是简单实用，所要求输入的测井曲线数目少，在地质情况比较简单的情况下可以得到较好的解释结果，且本程序的结构是目前常规测井解释软件的典型模式，因此目前国内仍普遍使用，或针对地区条件作了改进后使用。

下面介绍它的解释原理，以期获得对常规测井资料处理软件的总体认识。

7.3.1.1 POR程序原理

(1)输入、输出曲线

输入曲线为:补偿中子(CNL)、体积密度(DEN)、声波时差(AC)、自然电位(SP)、自然伽马(GR)、井径(CAL)、深探测电阻率(RT)、浅探测电阻率(RXO)、感应(COND)、中子测井(NEU)、中子寿命(NLL)。

值得注意的是，本模块的地质适用条件是砂泥岩剖面;需要至少有两种孔隙度测井资料，深浅电阻率曲线，和泥质指示曲线。

输出曲线为:泥质含量(SH)、地层含水饱和度(SW)、有效孔隙度(POR)、含烃重量(PORH)、含烃体积(PORX)、总孔隙度(PORT)、冲洗带含水孔隙度(PORF)、地层含水孔隙度(PORW)、微差井径(CALC)、产能指示(PI)、累计油气厚度(HF)、累积孔隙度(PF)、烃密度(DHYC)、渗透率(PERM)、出砂指数(BULK)。

(2)计算地层泥质含量

从各种测井方法的原理可知，几乎所有测井方法可用来求泥质含量，但每种方法都有其有利条件和不利因素。例如，自然伽马测井是求泥质含量的最有效方法之一，它假定地层的自然伽马放射性是由泥质造成的，但当地层含放射性矿物和有机质时，用自然伽马求出的泥质含量就偏高;又如自然电位对含分散泥质的水层适用，但对油气层求出的泥质就偏高。因此，求泥质含量的基本思路是:先用尽可能多的方法单独计算泥质含量，然后取其中最小值作为泥质含量，这是因为各种方法计算出的泥质含量反映的是泥质含量上限值。POR程序中最多可以采用五种最常用的方法:自然伽马(GR)、自然电位(SP)、补偿中子(CNL)、地层电阻率(RT)、中子寿命(NLL)计算泥质含量。

POR程序中，各种方法均统一按下面的经验公式计算泥质含量:

地球物理测井教程

式中:R(G_SHLG，i)为解释层段内第i条曲线测井值;R(G_min，i)为第i条曲线在纯砂岩处的测井值;R(G_max，i)为第i条曲线在纯泥岩处的测井值;C(SH，i)为第i条曲线测井相对值;c_GCUR为地区经验系数，对古近－新近纪地层为3.7，对老地层为2，它也可以由本地区的实际资料统计获得;V_SHi为由第i条曲线求出泥质含量;i为任一条测井曲线，在程序中它们是按GR、SP、RT、CNL、NLL顺序排列。

在进行具体计算时，可通过标识符SHFG的值来选用计算泥质含量的测井方法。例如，当只采用GR计算V_SH时，则令SHFG=1;当采用GR、SP、RT三种方法时，则令SHFG=135;或令SHFG=351等任意排序法;当选用五种方法时，SHFG代表的数字不得超过双字节所表示的十进制数，即2¹⁵－1=32767。最终程序将通过取整留余法选择所采用各种方法求出的V_SH的最小值作为最终泥质含量，即V_sh=min(V_shi)，i=1，2，…，5。

需要指出的是上述经验公式是Atlas公司在美国海湾地区用自然伽马相对值确定泥质含量的经验关系，后来又推广应用于其他测井方法。

(3)计算地层孔隙度

POR程序采用单矿物含水泥质岩石模型来计算孔隙度。用户可以通过程序控制标识符PFG来选用三种孔隙度测井中的任一种方法计算孔隙度，在实际计算时只进行泥质校正，而未作油气影响校正。

1)密度测井(PFG=1)。

地球物理测井教程

式中:ρ_b为密度测井值，g/cm³;ρ_f、ρ_ma分别为孔隙流体和岩石骨架的密度值，g/cm³。

2)声波测井(PFG=2)。

地球物理测井教程

式中:Δt为声波时差，μs/m;Δt_f、Δt_ma分别为孔隙流体与岩石骨架的声波时差值μs/m;C_p为地层的压实校正系数。

3)补偿中子测井(PFG=3)。一般采用忽略骨架含氢指数的计算方法，即:

地球物理测井教程

式中:φ_N为补偿中子测井值，%;φ_Nsh为泥质的中子测井值，%。

当V_sh大于泥质截止值(SHCT)时，认为地层为泥岩，此时程序将计算的孔隙度再乘以系数(1－V_sh)，即φ·(1－V_sh)作为孔隙度值，以便把泥岩与砂岩区别开来。

(4)计算地层含水饱和度S_w

可通过选择含水饱和度标识符SWOP，用下列三个公式之一计算含水饱和度。

1)SWOP=1，采用Simandoux公式的简化形式:

地球物理测井教程

式中:R_w、R_t和R_sh分别为地层水电阻率、地层真电阻率和泥岩电阻率。

2)SWOP=2，采用Archie公式:

地球物理测井教程

式中:a为岩性系数，m为胶结指数，n为Archie公式中的饱和度指数。通常取a=1，n=2，按m=1.87+0.019/φ计算m。当φ>0.1，令m=2.1;当m>4，m=4。

3)SWOP=3，仍用Archie公式，但规定a=0.62，m=2.15，n=2。

(5)计算地层渗透率

POR程序中采用Timur公式计算地层绝对渗透率:

地球物理测井教程

式中:S_wb为束缚水饱和度(%);φ为孔隙度(%);k为绝对渗透率(10^－3μm²)。

(6)计算其他辅助地质参数

1)计算地层含水孔隙度φ_w，与冲洗带含水孔隙度φ_xo:

地球物理测井教程

显然，两者之差(φ_xo－φ_w)=φ·(S_xo－S_w)表示地层中可动油气孔隙度，而φ－φ_w则表示地层中含油气孔隙度。

2)经验法估计冲洗带残余油气饱和度S_hr:

地球物理测井教程

式中:S_SRHM为残余油气饱和度，与含油气饱和度相关的地区经验系数(隐含值0.5)。

3)冲洗带残余油气相对体积(V_hr)及残余油气质量(m_hr):

地球物理测井教程

式中:ρ_h油气密度，g/cm³。

计算这两个参数的作用在于，当油气密度可靠时可用V_hr和m_hr划分油气界面。显然，对油层来说，V_hr=m_hr对气层V_hr≥m_hr。这里是仅就数值而言。

4)累计孔隙厚度(PF)和累计油气厚度(HF):

地球物理测井教程

式中:Δh为测井曲线采样间隔(通常为0.125m或0.1m);φ_i为第i个采样点的孔隙度(小数)。

地球物理测井教程

式中:S_wi为第i个采样点用测井资料计算的含水饱和度。

PF和HF表示从某一深度开始累计得到的纯孔隙厚度和纯油气厚度。在解释成果图上，通常在某些深度位置上用短线表示，每相邻短线之间累计孔隙厚度或累计油气厚度为1m或1ft。处理井段的短线越多，说明地层孔隙越发育或油气越多。如处理井段共有N个，该井控制面积为S，则处理井段油气体积V_h=N·S_o。

5)出砂指数(BULK)

这是用来表示砂岩强度和稳定性的参数，其计算方法出下式给出:

地球物理测井教程

式中:ρ_b为密度测井值(g/cm³);Δt为声波测井值(μs/ft);I_bulk为出砂指数(10⁶lb/in²或≈7.04×10⁸kg/m²)，数值范围一般在1～10之间。

该参数用于指导采油作业，经验表明:当I_bulk≥3时，正常求产方式下采油不出砂;否则就会出砂，这时应减小油嘴生产，可不出砂或少出砂。

上述整个POR分析程序的处理过程可用图7.3.1中的计算框图指示。

图7.3.1 POR程序的计算框图

7.3.1.2 成果显示

图7.3.2为测井数据处理成果图，此图实际上是一张随深度变化的岩石物理参数曲线图，通常由以下几部分组成。

(1)深度标识区

这部分用于打印深度标记和解释结论。

(2)地层特性

在泥质砂岩地层中，通常用泥质含量和渗透率的变化说明砂泥岩的地层特性。曲线显示位于左侧第一道。泥质含量曲线一般采用线性刻度，左值为0，右值为100%;渗透率曲线一般采用对数刻度，左值为10000，右值为0.1。

图7.3.2 POR程序处理成果图

(3)油气分析

油气分析位于成果图上第二道内。主要包括地层水饱和度曲线、残余油气体积和残余油气质量。它们均采用线性刻度。三者结合可划分油、气、水界面和识别油、气、水层。POR程序中残余油气体积和残余油气质量虽能够被计算出来，但这两条曲线的应用效果取决于以参数形式提供油气密度的准确性。因此，有的POR数字处理成果图上干脆不显示这两条曲线。

(4)孔隙度分析

孔隙度分析也叫流体分析，位于成果图上第三道，通常包括地层孔隙度φ，含水孔隙度φ_w和冲洗带含水孔隙度φ_xo三条曲线。三者重叠可显示地层水、残余油气和可动油气的含量。通常残余油气涂黑表示，它代表φ－φ_xo的幅度差;可动油气打点显示，它代表φ_xo－φ_w的幅度差。

(5)地层体积分析

地层体积分析也叫岩性分析，通常位于数字处理成果图上第四道。本道通过显示地层孔隙度、泥质含量和各种骨架矿物的相对体积来表示地层孔隙度和岩性随地层变化的情况，本道同时应用曲线重叠技术把地层岩性用特定的岩性符号在图上区分开来。如泥质砂岩剖面上，POR程序用V_sh、V_sand和φ三条曲线重叠就可表示出地层中泥质、砂岩和孔隙相对体积的变化。

7.3.2 复杂岩性分析程序(CRA)

砂泥岩剖面测井分析程序PORP等都是只采用一种孔隙度曲线加上其他有关资料对泥质砂岩进行分析，所以只能求得一种矿物(即石英)成分，剖面上也只能显示出POR和SH两条曲线。复杂岩性分析模块，是基于两种孔隙度测量资料交会于理论图版上，可以判断出岩性含量，从而计算出孔隙度(图7.3.3)。例如，用A点到灰岩线的距离与在A点处灰岩线到白云岩线距离的比值，确定A点的白云岩含量;同理计算出灰岩含量。根据两条岩性的孔隙度刻度，判断出孔隙度值。

图7.3.3 CRA中利用中子－密度交会识别岩性孔隙度

一个理想的两种骨架成分组成的模型，总的含量应该是:矿物1+矿物2+孔隙度+泥质含量=1。

CRA程序适用于骨架成分两种以上的复杂的碳酸盐岩剖面，并且要求至少有两种孔隙度测井资料。它能计算出两种或两种以上的矿物成分和孔隙度、泥质含量、含水饱和度等储层参数。它除了能计算出一般的砂岩、灰岩、白云岩和硬石膏之外，还可以加入四种附加矿物，能处理出八种分离矿物。

CRA程序本身还具有编辑功能，并对测井仪器进行校正。用五种方法求孔隙度和矿物体积，用六种方法计算含水饱和度，并有一套较完善的油气校正方法。

7.3.2.1 CRA程序基本原理

(1)输入、输出曲线

程序中最多可以输入17条曲线，即补偿中子(CNL)、体积密度(DEN)、声波时差(AC)、自然伽马(GR)、钍(THOR)、钾(K40)、铀(UR)、能谱测井总计数率(TC)、井壁中子(PORS)、自然电位SP、深探测电阻率(RT)、浅探测电阻率(RXO)、中子寿命(SGMA)、中子寿命测井(G2)、中子寿命短/长之比(RATO)、钍－钾指数(TPI)、井径(CAL)。

值得注意的是:CRA程序在地质方面适合于两种以上骨架成分，在资料方面要求至少有两种孔隙度测井资料、一种泥质指示和电阻率资料。

输出曲线共28条:砂岩体积(SAND)、石灰岩体积(LIME)、白云岩体积(DOLO)、硬石膏体积(ANHY)、视颗粒密度值(DGA)、视骨架声波时差值(TMA)、泥质含量(SH)、总孔隙度(PORT)、有效孔隙度(POR)、冲洗带含水孔隙度(PORF)、PORW地层含水孔隙度、次生孔隙度(POR2)、渗透率(PERM)、平均含烃体积(HYCV)、地层平均含烃重量(YCW)、地层含水饱和度(SW)、冲洗带含水饱和度(SXO)、微差井径(CALC)、视地层水电阻率(RWA)、视泥浆滤液电阻率(RMFA)、累计井眼体积(IBV)、钍－钾指数(TPI)、中子的最终校正值(CNEU)、密度的最终校正值(CDEN)。

(2)主要解释方程

1)计算孔隙度和矿物体积:

A.用交会方法求孔隙度。对三孔隙度测井曲线进行泥质校正，其校正公式为:

地球物理测井教程

用交会法计算孔隙度和矿物体积。当PRFG=1时，用中子－密度交会(D/N);当PRFG=2时，用中子－声波交会(A/N)。

B.用单条测井曲线计算POR。当PRFG=3时，用DEN计算POR:

地球物理测井教程

当PRFG=4时，用AC计算POR:

地球物理测井教程

当PRFG=5时，用CNL求POR:

地球物理测井教程

2)计算地层含水饱和度。当SWOP=1时:

地球物理测井教程

当SWOP=2时:

地球物理测井教程

当SWOP=3时，用计算的M值:

地球物理测井教程

当SWOP=4时:

地球物理测井教程

当SWOP=5时，用印度尼西亚方程。

当SWOP=6时，用Borai方程。

3)计算渗透率PERM:

地球物理测井教程

4)计算次生孔隙度:

地球物理测井教程

5)计算油气体积和重量

A.油气相对体积HYC:

地球物理测井教程

B.油气相对重量HYCW:

地球物理测井教程

6)累计油气体积和孔隙体积:

地球物理测井教程

图7.3.4 CRA程序计算实例

7.3.2.2 成果显示及实例

如图7.3.4为我国川东北南门场地区的一口井，目的层为嘉陵江组碳酸盐地层，其岩性主要为灰岩、白云岩和石膏，故选择CRA程序进行数据处理。测井响应特征为:电阻率为200Ω·m，三孔隙度曲线表现为中子值增大，密度值减小，声波值增大，为气层响应特征。用中子－密度交会识别岩性和计算孔隙度，计算的孔隙度约为6.0%～12.0%，渗透率约为20×10^－3μm²。因此，解释以Ⅱ、Ⅲ类气层。

图7.3.5 SAND程序计算实例

7.3.3 泥质砂岩分析程序(SAND)

砂泥岩分析模块，是用两种孔隙度测井曲线交会，根据各测井资料的砂岩骨架点、黏土点和水点所确定的三角形，凡是落在三角形内的交会点，都可以分析出该点的黏土含量和含水孔隙度，经过油气校正可以得到地层孔隙度。

SAND程序主要是针对泥质砂岩地层进行分析，通过对骨架点、黏土点和水点的确定，计算出三角形内任意点的含水孔隙度和黏土含量，在计算过程中对泥质和油气影响进行校正，得到地层孔隙度。还计算出泥质含量、粉砂指数、含水饱和度、渗透率、含烃重量、含烃体积，该程序能判断煤层。

7.3.3.1 SAND基本原理

(1)输入、输出曲线

输入曲线为:补偿中子(CNL)、体积密度(DEN)、声波时差(AC)、自然电位(SP)、自然伽马(GR)、井径(CAL)、深探测电阻率(RT)、浅探测电阻率(RXO)、感应(COND)、井壁中子(SWN)、中子测井(NEU)、来自中子寿命测井的比值曲线(RAT)、中子寿命(NLL)、能谱曲线(SPEC)、泥岩基线(SBL)、用来计算泥质体积的任一测井曲线(SLOG)。

值得注意的是，本模块的地质适用条件是砂泥岩剖面;需要至少有两种孔隙度测井资料，深浅电阻率曲线，和泥质指示曲线

输出曲线为:泥质含量(SH)、地层含水饱和度(SW)、有效孔隙度(POR)、含烃重量(PORH)、含烃体积(PORX)、总孔隙度(PORT)、冲洗带含水孔隙度(PORF)、地层含水孔隙度(PORW)、微差井径(CALC)、产能指示(PI)、累计油气厚度(HF)、累积孔隙度PF、烃密度(DHYC)、碳的体积(CARB)、渗透率(PERM)、地层温度(TEMP)、分散黏土占总孔隙度百分比(Q)、黏土体积(CL)、煤指示(CI)(等于1时是煤的指示)。

(2)解释方法

1)计算泥质含量SH。

A.通用方法:

地球物理测井教程

式中:G_log为由SHFG指定的任一种计算SH的曲线值;G_max、G_min为相应曲线的极大值和极小值。

B.选用GR计算泥质时极大值和极小值的深度漂移校正。

地球物理测井教程

C.选用SP计算时有另外两种方法。

用输入的静自然电位(SSP)和泥岩基线(SBL):

地球物理测井教程

用输入的SBL1和SBL2作为泥岩基线:

地球物理测井教程

D.交会图法求泥质含量。

当SHF1=0，SHF2=1用NEU－AC交会;

当SHF1=0，SHF2=2用DEN－AC交会;

当SHF1=0，SHF2=3用DEN－NEU交会;

当SHF1=0，SHF2=4用Q求SH。

2)计算孔隙度(POR)和黏土含量(CL)。

采用密度－中子交会的方法来计算地层孔隙度和黏土含量，在计算的过程中用迭代法对轻烃的影响进行了校正。当黏土含量V_CL>=37%时，对孔隙度进行泥质校正。

用迭代方法对中子、密度进行反复的泥质、轻烃校正，当视流体密度(DF)=1时，认为已经消除了轻烃的影响，此时的孔隙度用DEN计算即可。

地球物理测井教程

3)计算地层含水饱和度S_w。

A.当SWOP=1时，用阿尔奇公式，选固定参数值A、M、N值作为输入参数值。

地球物理测井教程

B.当SWOP=2时，用Fertl公式:

地球物理测井教程

式中:b为输入参数。

C.当SWOP=3时，用阿尔奇公式，参数值这样选择:

地球物理测井教程

如果φ>0.1，m=2.1;如果m>4，m=4;a=1，n用输入的参数值。

D.SWOP=4时，用如下:

地球物理测井教程

4)计算渗透率PERM。

A.当PRFL=1时:

地球物理测井教程

B.当PRFL=2时:

地球物理测井教程

C.当PRFL=3时

地球物理测井教程

D.当PRFL=4时:

地球物理测井教程

E.当PRFL=5时:

地球物理测井教程

F.当PRFL=6时:

地球物理测井教程

G.当PRFL=7时:

地球物理测井教程

H.当PRFL=8时:

地球物理测井教程

5)计算油气相对密度和重量。

A.油气相对密度(DHYC):

地球物理测井教程

B.油气相对重量PORH:

地球物理测井教程

6)累计油气体积和孔隙体积。

地球物理测井教程

7.3.3.2 成果显示及实例

如图7.3.6为厄瓜多爾尔尔Dorine区块的一口井。该区块地层为薄互层泥质砂岩，测井资料又有用中子、密度测井资料，故采用双矿物交会技术识别岩性和计算地层孔隙度。采用的参数:岩性骨架密度(DG)=2.64g/cm³;流体密度(DF)=0.95g/cm³。图中最右道为ELANGeoframe的多矿物分析模块ELAN处理结果和岩心实验数据(离散数据)。可以看出，SAND计算结果与岩心分析和ELAN处理结果是一致的。

图7.3.6 SAND程序计算实例1ft≈0.3048m

7.3.4 多功能解释程序(PROTN)

多功能解释程序(PROTN)是从油藏物理学的基本概念出发，以油、气、水在微观孔隙中的分布和渗流理论为依据，发展而成的多功能解释系统。该程序以测井信息的还原为基础，目的在于求解反映地层静态和动态特性的一系列地质参数，因此，它是多种测井解释方法的组合。

7.3.4.1 PROTN程序原理

多功能解释程序PROTN在测井评价方法中引入了一个新的理论———多相流体在微观孔隙中渗流理论。这一理论认为地层的产液性质主要取决于油、气、水在孔隙中各自(或相对)的流动能力。也就是说，对一个含油储集层到底是产油还是产水或是油水同出，完全取决于储层中油、气、水的相对渗透率的大小，即取决于油、气、水在地层孔隙中的相对流动能力。

目前，改程序主要应用于砂泥岩剖面的裸眼井解释，整个解释过程采用的仍然是常规测井系列，具有以下三个方面的解释功能:

1)可用于探井、开发井和调整井全过程的油气评价。定量确定地层的产液性质、预测其产水率、产油(气)率和生产能力。

2)可定量描述产层的水淹状况和剩余油分布。其中包括定量确定产层的水淹部位、厚度和水淹程度，求解产层的剩余油饱和度、驱油效率和产水率，揭示它们在层内和层间的分布特点。

3)提供一种有利于全面评价产层，并进一步开展油藏工程研究的测井解释系统。应用现有的测井信息，目前能够比较全面地求解9种类型23种地质参数。其中包括:反映储集层岩性特点的粒度中值和粉砂含量;反映地层产液性质的束缚水饱和度、可动水(或水淹)饱和度、剩余油饱和度、可动油饱和度、产油率和产水率;反映相渗透率特性的油水相渗透率和有效渗透率;反映油气层产能的每米采油指数;反映采收程度的驱油效率以及垂直和水平方向的渗透率与其他常规的地质参数。

经过二次开发，PROTN程序还具备自动判别解释结论的功能。

(1)输入、输出曲线

程序要求必须有中子、密度测井曲线、一条泥质指示曲线和电性曲线输入，有能谱测井曲线时处理结果可以更精确。允许作为输入的曲线有:自然伽马测井(GR)、补偿中子测井(CNL)、自然电位测井(SP)、密度测井(DEN)、声波测井(AC)、深电阻率测井RT、电导率(COND)、冲洗带电阻率(RXO)、井径(CAL)中子寿命测井(NLL)。

输出曲线有:有效孔隙度(POR)、含水孔隙(PORW)、冲洗带含水孔隙度(PORF)、总孔隙度(PORT)、流体孔隙度(PORX)、油气重量PORH、累计含烃量(HF)、累计孔隙度(PF)、渗透率(PERM)、含水饱和度(SW)、泥质含量(SH)、微差井径(CALC)、黏土含量(CL)(其值等于SH)、残余烃密度(DHY)、冲洗带含水饱和度(SXO)、束缚水饱和度(SWIR)、水的有效渗透率(PERW)、油的有效渗透率(PERO)、水的相对渗透率(KRW)、油的相对渗透率(KRO)、产水率(FW)、泥质和粉砂含量(SHSI)。

(2)主要解释方程

1)计算泥质体积V_SH

地球物理测井教程

式中: ，S_SHLG为SHFG所指定的任一种计算SH的曲线值G_max、G_min为相应曲线的极大值和极小值。

2)计算孔隙度φ:

A.用DEN计算:

地球物理测井教程

B.用AC计算:

地球物理测井教程

C.用CNL计算:

地球物理测井教程

3)计算饱和度SW。

饱和度的计算方法有三种:

A.

地球物理测井教程

B.用计算的M值计算S_w:

地球物理测井教程

C.用输入的M值计算S_w:

地球物理测井教程

4)计算束缚水饱和度S_wb:

φ>=0.2时:

地球物理测井教程

式中:M_d为粒度中值。

5)计算相对渗透率(KRO)和(KRW)。

A.一种比较普遍的形式:

地球物理测井教程

式中:m、n、h是与地层的岩性和固结程度有关的经验系数，同时也受岩石的润湿性和

流体的黏度比的影响，它们各自的变化范围为:

地球物理测井教程

B.琼斯方程:

地球物理测井教程

地球物理测井教程

C.彼尔逊方程:

地球物理测井教程

D.乘方法:

地球物理测井教程

6)计算有效渗透率PERO和PERW:

地球物理测井教程

式中:C为修正系数，其值约为0.6～0.9。

图7.3.7 PROTN数据处理实例

7)计算绝对渗透率PERM:

地球物理测井教程

8)计算产水率F_w:

地球物理测井教程

7.3.4.2 成果显示及实例

如图7.3.7为胜利油区孤岛油田馆陶组的一口井。该段岩性以粉砂岩为主，夹含砾砂、细砂及泥岩。储层较发育，单层厚度一般在0.9～17.3m，储层测井响应特征为:自然电位负异常较大，自然伽马数值在60～105API左右，深感应电阻率数值在2.0～10Ω·m之间，泥岩电阻率一般为1.0～2Ω·m。3号层(1044.0～1050.1m)，电导率的凸起方向与自然电位负异常呈反向对应关系，气层特征明显，用PROTN数字处理计算的平均孔隙度为38.8%，平均渗透率为3693.0×10^－3μm²，含气饱和度约54.4%，解释该层为气层，厚度6.1m。4号层(1139.3～1148.6m)，电导率的凸起方向与自然电位负异常呈反向对应关系，水淹层特征明显，用PROTN处理计算的平均孔隙度为35.2%，平均渗透率为1518.5×10^－3μm²，含油饱和度约64.8%，综合分析认为该层为水淹层。