基于巖石物理相的測井數據預處理方法研究

徐曉冰

（中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東 東營257022）

聲波測井記錄的是初至波通過1m 地層時所需要的時間，聲波測井除與地層本身固有的聲波傳播性質有關外，還受井身結構、鉆井泥漿、聲波測井儀器的結構特性和探頭的幾何尺寸等因素的影響，尤其對于疏松、未固結的地層，井壁垮塌造成的聲波測井值嚴重失真，即使在測井方法上有所補償，但仍需做后續的環境校正處理。

目前聲波校正方法多是從測量基本原理或聲波的傳播路徑出發，該類方法適用于垮塌不嚴重的地層，對于未固結極疏松砂巖而言，校正后仍不符合地質規律。因此，本文從巖石物理特征出發，提出一種基于巖石物理相的測井數據預處理方法，提高井震匹配建模的準確性。

1 巖石物理相研究現狀

美國學者Spain.D.R 于1992 年根據孔喉半徑的大小，將巖相進一步細分為巖石物理巖類[1]。國內學者徐建山等在《八十年代是由科技進步和九十年代發展展望》一書中，將巖石相稱之為巖石物理相，并指出沉積相和巖石物理相結合將是值得引起注意的發展趨勢。隨后，熊琦華在《巖石物理相研究方法初探》一文中，首次提出巖石物理相的概念[2]，認為巖石物理相是沉積作用、成巖作用和后期構造作用的綜合效應；并依據單井相及巖石相將巖石物理相進行命名和分類。之后，儲層巖石物理相成為巖石物理相研究的核心，如姚光慶、宋子齊等相繼開展儲層巖石物理相研究[3-4]。

2 聲波測井影響因素分析

2.1 地層因素

聲波在地層中的傳播主要受巖石的礦物組份、巖石結構、孔隙結構、孔隙中的流體成分及地層的熱力學環境影響[5]。

2.1.1 巖石礦物和流體

不同巖石礦物和流體的聲波時差差別很大, 石油和天然氣的聲波傳播受密度和壓力影響較大，需根據油藏狀態具體確定。圖1 為GD 油田巖性測井特征。可以看出，不同礦物組合的巖石其聲波時差具有不同的區間分布范圍，說明巖性對聲波的影響較為明顯。

2.1.2 巖石結構、構造和孔隙結構

對于砂巖地層，若顆粒較大，分選和磨圓度好，則孔隙度大，聲波速度就大；對于泥質砂巖地層，因泥巖的存在形式、膠結程度影響孔喉半徑、孔喉形狀和迂回度，從而影響流體的分布，相同油藏狀態下，泥質砂巖地層的聲波速度要小于純砂巖地層；對于泥巖地層，層理結構對聲波影響較大，塊狀層理的粘土礦物結構致密，孔隙空間小，片狀層理的粘土礦物之間存在層間孔隙，因此塊狀層理的巖石速度比片狀層理的巖石的大。

圖1 GD 油田巖性測井特征

2.1.3 成巖作用

成巖作用主要指壓實作用、膠結作用、壓溶作用和白云巖化作用[6]，對儲層的影響表現在巖石孔隙大小、形狀和結構的變化。其中，白云巖化作用在砂巖中主要表現為方解石膠結物發生白云化，對孔隙度的影響不大。因此，對于砂泥巖地層影響較大的為壓實、膠結和壓溶作用。

2.2 非地層因素

非地層因素包括系統誤差和井眼環境等因素。鉆井過程中受外力導致的井眼受損，以及隨著泥漿侵入時間增長，疏松砂巖和泥巖地層的粒間結構變得松散導致井壁垮塌，井徑擴徑，有的達鉆頭直徑的1 倍以上。當井徑擴大到一定程度，隨井徑的擴大，聲波時差呈線性增大的趨勢，井徑每擴大1inch，聲波時差增大5μs/m。

3 巖石物理相劃分

3.1 巖石物理相分類

在測井儀器探測范圍內，一般認為巖石是均質的，單位體積的巖石按其組分的物理性質可分解為幾個組成部分（圖2），各組成部分對聲波測量結果的貢獻可認為是巖石對測量值的總貢獻。

圖2 多礦物巖石體積模型圖

聲波測井響應方程為：

圖3 W1 井校正前后與標準井對比圖

式中：△t 為聲波測井響應值；△tmai 為各巖石礦物聲波時差；Vmai 為各巖石礦物體積含量；△tsh 為泥巖聲波時差；Vsh 為泥質含量；△tw為地層水聲波時差；△th 為油(氣)聲波時差。

根據巖石體積模型可以得出，相同的巖石物理相是巖石礦物組分、膠結物、孔隙度和流體都相近的巖石構成體，因此可根據巖相、沉積相、流體對巖石物理相進行分類。

3.2 巖石物理相判別

選取影響巖石物理相的特征參數，對其貢獻值大小進行綜合分析與評價，建立綜合判別函數，并依據區域巖石物理相的分布規律，劃分巖石物理相類別及判別標準，然后對單井進行連續巖石物理相識別。判別函數式為：

式中：ai 為加權系數；xi 為巖石物理相特征參數；n 為參數個數。

4 聲波時差校正

巖性、孔隙度和流體對聲波時差的控制作用最強，因此選擇敏感的測井曲線作為識別巖石物理相的特征參數[7]，建立判別函數，對全測量井段進行巖石物理相識別；然后對巖石物理相進行地層歸屬劃分。在同一地層沉積時期，平面上，巖石物理相的分布具有與沉積相相似的分布規律，同一巖石物理相帶內具有相似的巖石物理特征。因此，井眼垮塌段的聲波測井校正可通過同相帶內標準井的聲波時差融合而得。

5 應用實例

研究區為淺層疏松砂礫巖辮狀河三角洲沉積，成巖作用主要為壓實作用和膠結作用，原生孔隙發育。巖性主要為礫巖、含礫砂巖、粉砂、細砂巖、泥巖，流體為稀油和地層水。通過不同沉積相帶的測井響應特征分析，不同的沉積微相和流體具有不同的測井響應特征。因此，根據沉積相、流體將研究區目的層段的巖石物理相劃分為六種：分流河道含油相、分流河道含水相、砂壩含油相、砂壩含水相、席狀砂含油相、席狀砂含水相和湖相泥。根據巖石物理相類別，選擇相應的方法，對聲波測井進行環境校正。

5.1 非儲集相聲波校正

非儲集相包括沼澤相、分流間灣相和湖相泥等泥巖發育地層。同沉積環境的泥巖發育比較穩定，且不含油氣成分，聲波時差與電阻率有較高的相關性。根據劃分的巖石物理相選擇相應的地區經驗公式進行計算。

5.2 儲集相聲波校正

儲集相包括分流河道含油相、分流河道含水相、砂壩含油相、砂壩含水相、席狀砂含油相、席狀砂含水相等巖石物理相，采用上述曲線融合的方法進行校正。圖3 中所示校正井W1 井與兩口標準井位于同一巖石物理相帶內，同為含礫砂巖純油層。校正前W1 井的聲波時差沒有反應出巖性變化的特征，且與兩口標準井的聲波測井特征差別較大，校正后聲波時差與巖性變化較為符合，且3 口井的聲波特征基本趨于一致。

6 結論

6.1 環境校正后的聲波測井制作的合成地震道的相對幅度與井旁地震道的相對幅度更趨一致，二者的相關性更高；同時，利用參考標志層的標定，解決了參考層附近地層的反射時間差的問題，提高了目的層段時- 深轉換的精度。

6.2 基于巖石物理相的聲波測井環境校正方法，不受井徑測量值的影響，對于井徑未變，但測量值嚴重偏離實際值的井段，校正效果較好，具有推廣應用的價值。