李準(zhǔn)，蘇艷龍

（1.遼寧省核工業(yè)地質(zhì)局241大隊(duì)，遼寧鳳城118100；

2.遼河油田裕隆實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧盤錦124011）

0 引言

石油勘探的目標(biāo)是地下巖層當(dāng)中的油氣資源，而油氣資源存在于巖層孔隙之中.想要充分了解地層的儲(chǔ)集性，孔隙度是必須要研究的一項(xiàng)參數(shù).目前孔隙度測(cè)井方法主要有密度測(cè)井、聲波測(cè)井、中子測(cè)井以及后來發(fā)展起來的核磁共振測(cè)井等.本文主要研究其中的密度測(cè)井，介紹該方法的基本理論，通過巖石中不同成分密度之間的關(guān)系，推導(dǎo)出孔隙度計(jì)算公式，并對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，求出孔隙度的大小.

1 密度測(cè)井簡(jiǎn)介

密度測(cè)井又稱伽馬-伽馬測(cè)井、散射伽馬測(cè)井，是基于康普頓-吳有訓(xùn)散射效應(yīng)來研究巖層密度的一種測(cè)井方法.

密度測(cè)井是目前國內(nèi)外各大油田廣泛使用的一種測(cè)井方法.該方法可以同中子測(cè)井、聲波測(cè)井等相配合，用來確定巖性，還可以為地震勘探提供聲阻抗數(shù)據(jù)，同時(shí)在煤田測(cè)井中，也是一個(gè)重要的劃分煤層的手段.此外，密度測(cè)井還具有一個(gè)重要的應(yīng)用，就是測(cè)定巖石的孔隙度［1-3］.

相對(duì)于自然伽馬測(cè)井，密度測(cè)井采用的是主動(dòng)測(cè)量方式.它利用人工放射性物質(zhì)產(chǎn)生的射線，來探測(cè)地層的體積密度（即巖石的總體密度，包括固體骨架和孔隙中的流體）［4-5］.井下儀器由γ源和加屏蔽的探測(cè)器組成.探測(cè)器記錄由地層散射的γ射線.散射γ射線和地層電子密度有關(guān)，因此與地層的密度有關(guān).為了減小井徑變化和泥餅的影響，采用源距不同的2個(gè)探測(cè)器，并且γ源和探測(cè)器都裝在滑板上，貼井壁進(jìn)行測(cè)量.近探測(cè)器的結(jié)果用來校正井徑變化和泥餅對(duì)遠(yuǎn)探測(cè)器的影響［6］.

2 密度測(cè)井儀的測(cè)量原理

密度測(cè)井儀的讀數(shù)主要取決于地層的電子密度（單位體積內(nèi)的電子數(shù)目）.當(dāng)巖石孔隙中充滿淡水時(shí)，可以寫出體積密度及電子密度指數(shù)的響應(yīng)方程［7］：求解（1）（2）式可得：

式中的ρ為地層密度，ρ1為孔隙流體的密度，ρ2為巖石骨架的密度，ρe1為孔隙流體的電子密度，ρe2為巖石骨架的電子密度，φ為巖石孔隙度.

密度測(cè)井儀通常是在充滿淡水的純石灰?guī)r地層中進(jìn)行刻度的［8-9］.把（3）式中相應(yīng)參數(shù) ρ1=1.000 g/cm3，ρ2=2.710 g/cm3，ρe1=1.1101，ρe2=2.7076 代入，則：

在實(shí)際測(cè)井時(shí)，巖性和孔隙流體的性質(zhì)可能不同于刻度井的條件，所以，儀器讀數(shù)給出的可能不是實(shí)際體積密度.對(duì)于充滿淡水的砂巖和白云巖，儀器讀數(shù)基本上等于真實(shí)體積密度，而對(duì)于鉀鹽、巖鹽、石膏、硬石膏、煤和含天然氣地層，要從密度測(cè)井讀數(shù)求出真實(shí)體積密度時(shí)，則需另外進(jìn)行校正.

3 利用密度測(cè)井資料計(jì)算巖層孔隙度

巖層密度ρb由巖石骨架密度ρma和孔隙中的流體密度ρf共同決定.而巖層孔隙中的流體對(duì)巖層密度的貢獻(xiàn)與巖石的孔隙度 φ 的大小有關(guān).ρb、ρma、ρf和 φ 之間的關(guān)系可以表示為［10］：

解出孔隙度φ的表達(dá)式為：

當(dāng)侵入帶中含有殘余油氣時(shí)，流體密度ρf應(yīng)該按下式確定［10］.

式中的Shr為殘余烴飽和度，ρhr為殘余烴密度，ρmf為泥漿濾液密度.

把（7）式代入（6）式中，整理可得：

式中的φD是按照（6）式算出的視孔隙度，而φ則表示消除了烴影響的孔隙度.

當(dāng)?shù)貙又谐藥r石骨架和孔隙流體以外還存在泥質(zhì)時(shí)，巖層密度表達(dá)式將改寫為如下形式［10］：

式中的ρsh為泥質(zhì)的密度，Vsh為泥質(zhì)含量.則孔隙度φ的表達(dá)式可以寫為：

以下將采用實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來計(jì)算巖層孔隙度.本文所選取的數(shù)據(jù)來自葡XXX井.本井是位于松遼盆地中央拗陷區(qū)大慶長垣葡萄花構(gòu)造上的一口評(píng)價(jià)井，測(cè)井測(cè)量的主要地層為：黑帝廟油層組、嫩江組二段、葡萄花油層組和扶余油層組.

利用Matlab-2012a軟件對(duì)公式（9）進(jìn)行編程.編程時(shí)，可將孔隙度φ設(shè)為未知量，而骨架密度ρma、孔隙流體密度ρf、巖層密度ρb以及泥質(zhì)含量Vsh可以通過查表獲得或者實(shí)際測(cè)得.其中，根據(jù)實(shí)際情況，通過表1［10］選取合適的巖石骨架及孔隙流體密度參數(shù)，將該井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)制作成表2，由此獲得巖層密度、泥質(zhì)含量以及含水飽和度的值（解釋時(shí)使用）.

表1 常見礦物和流體的密度Table1 Densitiesofm ineralsand fluids

將以上選取的數(shù)據(jù)輸入公式（9）所編程序中，可以計(jì)算出每組數(shù)據(jù)的孔隙度大小φ，并填入表2之中.再將計(jì)算出的孔隙度結(jié)合含水飽和度可對(duì)地層的儲(chǔ)集性進(jìn)行初步解釋.對(duì)于孔隙度很小，含水飽和度為100%的層段可以解釋為干層.對(duì)于孔隙度較大，含水飽和度為100%的層段可以解釋為水層.對(duì)于孔隙度較小，含水飽和度較大的層段可以解釋為差油層.對(duì)于孔隙度較大，含水飽和度較大的層段可以解釋為油水同層.對(duì)于孔隙度較大，含水飽和度較小的層段可以解釋為油層.將解釋結(jié)果填入表2.

表2 葡XXX井孔隙度計(jì)算和解釋結(jié)果Table 2 Calculation and interpretation result of the porosity in Pxxxwell

將以上結(jié)果與該井的實(shí)際解釋結(jié)果相對(duì)照，孔隙度計(jì)算的結(jié)果誤差很小，而解釋結(jié)果基本正確.從而證明了利用密度測(cè)井資料確定巖層孔隙度的可行性.

4 結(jié)論

孔隙度是石油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，如何比較準(zhǔn)確地確定地層孔隙度是石油勘探的關(guān)鍵之一.密度測(cè)井在石油勘探中是一種重要的孔隙度測(cè)井方法，其最基本的用途就是確定巖層的孔隙度.通過上述工作，可以簡(jiǎn)單有效地計(jì)算不同巖層的孔隙度，證明了密度測(cè)井在孔隙度計(jì)算方面的應(yīng)用價(jià)值.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，密度測(cè)井技術(shù)也會(huì)隨之不斷更新.未來，密度測(cè)井在石油領(lǐng)域會(huì)發(fā)揮越來越重大的作用.

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