李躍林，徐思慧，王利娟，樂 彪，曾 桃，張 宮

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057；2.中國石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆庫爾勒841000；3.貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司，貴州貴陽550000；4.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100；5.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北武漢430100；）

由于鉆井液與地層流體存在壓力差，在鉆井過程中泥漿濾液侵入地層并造成周圍地層巖石物理性質(zhì)發(fā)生變化，因此泥漿侵入會(huì)影響測井響應(yīng)值，降低測井解釋精度[1-2]。據(jù)調(diào)研，泥漿侵入校正方法主要分為三種。較簡單的校正方法是直接使用測井公司提供的解釋圖版或校正公式對泥漿侵入進(jìn)行校正，主要有Schlumberger 的雙感應(yīng)—八側(cè)向解釋圖版和雙側(cè)向—微球解釋圖版，Atlas 的雙感應(yīng)—淺聚焦測井綜合圖版[3-5]。潘和平等[6]使用雙感應(yīng)—淺聚焦綜合圖版校正泥漿侵入，但由于圖版單一會(huì)導(dǎo)致測井解釋結(jié)果精度降低。第二種校正方法是直接分析某區(qū)塊測井資料得出校正公式，李長喜等[7]運(yùn)用某區(qū)塊實(shí)際測井資料分析泥漿侵入影響條件構(gòu)建校正模型進(jìn)行泥漿侵入校正。第三種校正方法是模擬泥漿侵入的主要影響因素，運(yùn)用電阻率曲線直接求取校正深度，得出關(guān)于電阻率的校正模型。楊震[8]利用有限差分法對泥漿侵入進(jìn)行數(shù)值模擬得出影響因素與泥漿侵入深度的關(guān)系再進(jìn)行校正。范宜仁等[9-10]利用數(shù)值模擬法以及實(shí)驗(yàn)法分別對泥漿侵入進(jìn)行研究，得到泥漿侵入影響因素以及關(guān)系圖版。現(xiàn)階段泥漿侵入校正方法都需要運(yùn)用電阻率曲線。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可能出現(xiàn)電阻率測井資料質(zhì)量差或者資料缺失的情況，導(dǎo)致上述方法失去應(yīng)用基礎(chǔ)。同時(shí)存在部分套管井中電阻率測井資料都是通過隨鉆的方式得到，此時(shí)泥漿還沒有完全侵入，該電阻率曲線只能反映泥漿未完全侵入時(shí)的電阻率信息，而實(shí)際資料處理需要利用泥漿完全侵入后的地層電阻率信息來進(jìn)行泥漿侵入校正，由此獲得儲(chǔ)層真實(shí)電阻率，故不能使用常規(guī)泥漿侵入校正方法來進(jìn)行定向井泥漿侵入的校正。結(jié)合泥漿侵入機(jī)理和體積模型得到侵入前后含水飽和度關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了對泥漿侵入后的含水飽和度的直接校正，并通過實(shí)際資料驗(yàn)證了該方法的有效性，可為無法使用電阻率曲線情況下泥漿侵入校正工作提供一定理論參考。

1 泥漿侵入機(jī)理

井眼形成瞬間泥漿及泥漿濾液向孔隙性地層滲透，泥漿侵入地層時(shí)會(huì)在地層內(nèi)先形成內(nèi)泥餅，隨后內(nèi)泥餅阻擋固體顆粒運(yùn)移，侵入達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之后在地層外形成一定厚度的外泥餅，泥漿濾液侵入地層時(shí)會(huì)驅(qū)替地層孔隙中原有的流體，被污染的地層為沖洗帶和過渡帶，沒有被泥漿濾液污染的地層為原狀地層[11-13]。圖1為泥漿侵入模型。

圖1 泥漿侵入模型Fig.1 Mud invasion model

假設(shè)泥漿濾液侵入地層時(shí)為徑向流動(dòng)，并且孔隙流體為互不相溶的油相及水相，則流體滿足如下流動(dòng)方程[14-15]：式（1）—（2）中：ρw、ρo分別為水、油的密度，kg/m3；Krw、Kro分別為水、油的相對滲透率；μw、μo分別為水、油的黏度，Pa·s；Pw、Po分別為水、油的流體壓力，MPa；qw、qo分別為單位巖石體積水、油的流量初始值，m3/s；t為泥漿侵入時(shí)間，s；?為地層孔隙度，%；Sw、So分別為含水飽和度、含油飽和度，%。

假設(shè)地層外邊界封閉，則滿足下面初始條件和邊界條件[16-17]：

式（3）—（6）中：P0為原始地層壓力，MPa；Sw0為原始地層含水飽和度，%；R為徑向半徑，m；r0為油井內(nèi)邊界，m；re為油井外邊界，m；Pd為井內(nèi)壓力，MPa。

泥漿濾液侵入后，泥漿濾液與地層水混合滿足下列擴(kuò)散方程[18]：

其初始條件和邊界條件為：

式（7）—（10）中：Cw0為原始地層水的礦化度；Cwr為混合后的礦化度；Cw為地層水的礦化度；Cmf為泥漿濾液的礦化度；rw為井徑，m；re為油藏外邊界，m。

結(jié)合圖2所示的圓柱形儲(chǔ)層泥漿侵入模型，則可以計(jì)算得到泥漿侵入深度。將地層近似為圓柱，圓柱中心軸為井軸，泥漿侵入過程近似看做水驅(qū)油過程[19-21]。

圖2 圓柱形儲(chǔ)層泥漿侵入模型Fig.2 Mud invasion model of cylindrical reservoir

根據(jù)物質(zhì)平衡原理：

由于ΔR→0，Δt→0得到：

則：

式（15）中：rf為侵入深度，m；qf-av為平均泥漿濾液侵入的流量；ff為含濾液率可以通過巖心相對滲透率和流體性能計(jì)算得到；下標(biāo)f表示侵入帶。

2 校正模型建立

根據(jù)泥漿侵入機(jī)理，假設(shè)地層為均勻介質(zhì)，泥漿侵入為均勻侵入，泥漿濾液與地層孔隙中的油互不混溶，并且侵入過程近似水驅(qū)油的過程，本文以RPM的碳氧比測井模式為例，提出校正方法。

圖3 為RPM 在測量過程中的井下儀器及地層結(jié)構(gòu)圖。如圖3 所示，RPM 測井儀器直徑為4.3 cm，貼靠油管壁偏心測量，其探測深度為21.59 cm，油管直徑為7.302 5 cm（2.875 in），套管直徑為21.59 cm（8.5 in），水泥環(huán)厚度為3 cm，則儀器可以探測到的地層徑向深度大約為9.295 cm。

圖3 井下儀器及地層結(jié)構(gòu)Fig.3 Downhole tools and stratigraphic structure

測井解釋中體積模型法是將地層按照其物理特性劃分成有限部分，并且儀器響應(yīng)結(jié)果為這些部分的貢獻(xiàn)總和。通常地層體積模型為圖3 所示井眼縱向上的矩形，但考慮到在RPM測量過程中，儀器探測近似為點(diǎn)狀向外發(fā)射伽馬射線，假定泥漿濾液侵入為均勻侵入，在縱向上侵入沒有變化，侵入地層體積比值等價(jià)于侵入面積之比，則建立如圖4所示的以儀器探測器為原點(diǎn)的徑向井眼分布體積模型，分別為儀器、油管、套管、水泥環(huán)、泥漿侵入帶以及原狀地層。圖4中扇形頂點(diǎn)為探測點(diǎn)所在位置，儀器徑向探測深度為21.59 cm；α為儀器探測范圍夾角，（°）；水泥環(huán)的厚度為3 cm；儀器探測點(diǎn)到水泥環(huán)外壁的深度為12.295 cm；r為侵入帶的徑向長度，cm；L為儀器探測范圍內(nèi)地層的徑向長度，cm。

如圖4所示，則泥漿濾液侵入地層的面積Smf為：

原狀地層的面積St為：

圖4 徑向井眼分布Fig.4 Distribution of radial well hole

根據(jù)體積模型，儀器測量值為泥漿侵入帶以及原狀地層貢獻(xiàn)之和，則測量得到的含水飽和度與地層真實(shí)含水飽和度關(guān)系如公式（19）所示。

則：

式（19）—（20）中：S測為泥漿侵入后的地層含水飽和度，%；Sw為泥漿侵入前的地層含水飽和度，%。

通過計(jì)算泥漿侵入深度以及式（20），則可以得到地層真實(shí)含水飽和度與儀器測量得到的含水飽和度關(guān)系式，將該公式應(yīng)用于泥漿侵入校正。

3 校正實(shí)例及效果分析

A 井2 360～2 379 m 層段被泥漿濾液侵入，圖5為使用隨鉆電阻率曲線進(jìn)行泥漿侵入校正的測井解釋成果。圖中SGFC 為地層剩余油地層俘獲截面，CAL 為井徑，GR 為自然伽馬曲線，CCL 為磁定位曲線，ATR 為隨鉆衰減電阻率（深電阻率），PSR為隨鉆相移電阻率（淺電阻率），SW-oh為隨鉆電阻率計(jì)算的含水飽和度，SWC4為使用隨鉆電阻率進(jìn)行校正的含水飽和度。根據(jù)常規(guī)裸眼井曲線（電阻率、井徑、GR等），A 井解釋層段巖性為砂巖，從圖中可以看出，校正后的含水飽和度明顯高于原始地層含水飽和度，并且差值幅度較大，根據(jù)該區(qū)域油層劃分標(biāo)準(zhǔn)，該層解釋為水層。

圖5 A井解釋成果Fig.5 Interpretation result of well-A

考慮到隨鉆過程中所測得的電阻率曲線不能反映泥漿侵入后的地層信息，用電阻率進(jìn)行泥漿濾液侵入校正方法不適用于該情況，因此采用本文提出的體積模型對該層段進(jìn)行侵入校正。圖6 為使用改進(jìn)體積模型的A井泥漿侵入校正后解釋成果圖。圖中CO1j為第j次測量得到的C/O 曲線，SAVGCO為合并濾波后的平均C/O 曲線；SAVGSC為合并濾波后的平均Si/Ca曲線；SW為隨鉆電阻率計(jì)算的含水飽和度，SWCO為使用碳氧比測井資料計(jì)算的含水飽和度，SW侵入校正為泥漿侵入校正后的含水飽和度；VSH為泥質(zhì)含量曲線，POR為孔隙度曲線。圖中2 370 m處的異常尖峰是由于管柱結(jié)構(gòu)（套管接箍、封隔器、滑套等）引起的。

根據(jù)該地區(qū)油層劃分標(biāo)準(zhǔn)解釋，該層段使用隨鉆電阻率計(jì)算的含水飽和度值較低，解釋為油層；泥漿侵入后使用碳氧比測井資料計(jì)算的含水飽和度值明顯增加，解釋為油水同層。A井該層段存在泥漿侵入，使用改進(jìn)體積模型校正后的含水飽和度值比校正前有所降低，解釋為油層。

使用隨鉆電阻率曲線進(jìn)行泥漿侵入校正的解釋結(jié)果與使用改進(jìn)體積模型進(jìn)行校正的解釋結(jié)果差異較大，因此需要結(jié)合產(chǎn)出資料進(jìn)行驗(yàn)證。圖7為A井2 360～2 379 m解釋層段的產(chǎn)液圖。圖中可以看出，產(chǎn)出流體中含水率極低，因而證明2 360～2 379 m為油層，與使用改進(jìn)體積模型的校正結(jié)果相符。因此驗(yàn)證了使用改進(jìn)體積模型進(jìn)行泥漿侵入校正的可行性。

圖6 A井解釋成果（改進(jìn)體積模型）Fig.6 Interpretation result of well-A（Improved volume model）

圖7 A井產(chǎn)液曲線Fig.7 Production of well-A

4 結(jié)論

結(jié)合泥漿侵入機(jī)理，使用改進(jìn)體積模型進(jìn)行泥漿侵入校正，利用RPM 測量曲線求取地層真實(shí)含水飽和度，得出以下結(jié)論。

1）實(shí)際解釋過程中存在部分泥漿侵入井電阻率曲線只包含隨鉆電阻率曲線的情況，結(jié)合隨鉆電阻率曲線使用常規(guī)泥漿侵入校正方法進(jìn)行校正得到的解釋結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)出情況有較大的出入，因此，在此類井中進(jìn)行泥漿侵入校正需要使用其他方法。

2）本文結(jié)合泥漿侵入機(jī)理及RPM 測井幾何模型，通過改進(jìn)體積模型得到地層真實(shí)含水飽和度以及RPM 測量得到的含水飽和度關(guān)系式，將關(guān)系式應(yīng)用于實(shí)際測井解釋中，發(fā)現(xiàn)解釋結(jié)果與產(chǎn)出情況相符，驗(yàn)證了該方法的可行性。