Petrophysics 2026年第2期论文摘要翻译

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本期摘要【译者：梅前哲、马家驹、杨烁奇、廖文龙、张思齐、钟奕可、刘诗彤、吴莎莎，校稿：聂昕、赵彬、张宫，单位：长江大学】

基于蒙特卡洛模拟的海绵岩心饱和度实验室计算数据的不确定性量化

Mohammed Alghazal and Dimitrios Krinis

通过岩心分析获得的流体饱和度数据被用作测井标定、饱和度建模及波及评价的参考依据。这些数据常被视作"真实值"，却往往忽视了实验流程的局限性，也缺乏对实验室测量数据准确性的审慎评估。本文通过参数化处理、不确定性分析，以及对影响实验室饱和度结果关键变量的蒙特卡洛模拟，对海绵岩心数据进行了系统评估。

本研究系统考察了可能影响海绵取心最终饱和度结果的实验室数据与油藏信息。我们分析了来自蒸馏萃取法与光谱分析的标准原始数据范围，包括重量测量值、蒸馏水体积、孔隙体积及海绵吸附量。同时评估了流体与岩石物性的输入变量，如地层水矿化度、体积系数、岩塞尺寸及应力校正参数。此外，本研究还深入探讨了包括矿化度校正因子、实验室物质平衡方程在内的控制方程，并对地层水矿化度来源、气体逸出导致的流体渗出、水分蒸发等影响因素进行了全面分析。

根据我们的研究，我们通过统计方法对影响海绵岩心实验室流体饱和度数据不确定性的九个关键变量进行了参数化处理。这些变量被离散化为三角分布，并输入蒙特卡洛模拟以生成饱和度模型。模拟结果表明，在矿化度为20,000至150,000 ppm的混合矿化度环境中，地层水矿化度参数具有极其重要的影响。该矿化度范围会导致岩心含油饱和度产生±3%至10%饱和度单位的不确定性区间。因此，我们开发了两个矿化度变化模型，以准确表征地层水矿化度的影响，从而优化岩心饱和度计算的不确定性。第一个模型采用物质平衡法，根据蒸馏水体积以及样品浸出前后的重量差求解矿化度。第二个模型则通过迭代计算，在校正流体渗出、应力及水分蒸发效应后，估算使储层条件下总流体饱和度达到100%所需的矿化度值。我们的研究表明，这两种推导出的地层水矿化度模型与已知受控实验获得的矿化度数据具有良好的一致性。

尽管岩心饱和度数据在工业领域应用广泛，但其数据质量与准确性的研究却常被忽视。据我们所知，本文首次系统分析了海绵岩心实验室饱和度数据的不确定性，并结合蒙特卡洛模拟进行了量化评估。本研究提出的建模方法与成果，为岩心数据的现代不确定性评估建立了理论框架。

基于润湿性孔隙分区及其对非常规储层采收率与地层损伤的影响

Mohammad K. Aljishi, Yashwanth Chitrala, Son T. Dang, and Chandra Rai

润湿性是控制非常规储层原油采收率、产水量和地层损伤的关键参数，它直接影响流体分布、毛细管力、增产效果和控压生产表现。许多致密地层的细粒特征和非均质性使得孔隙尺度的润湿性成为设计完井液、返排策略和生产方案的关键因素。本研究引入了一种定量分析框架，利用核磁共振T₂弛豫和矿物学表征技术，对12个岩性各异的岩心样本进行了孔隙类型分区和润湿性评估，其中重量监测仅作为质量控制手段。通过单流体和双流体饱和实验，评估了代表性储层条件下的流体行为。结果表明，富硅质和富黏土样品以混合润湿孔隙为主，占孔隙网络的85%；而富碳酸盐样品则表现出更高比例的亲油孔隙。双流体驱替实验表明，尽管混合润湿孔隙可同时容纳原油和盐水，但盐水能更有效地驱替原油，而原油难以驱替盐水，说明在竞争条件下孔隙明显优先选择盐水。本研究的关键发现是量化了原油饱和阻流阈值（26%至71%），该阈值定义为盐水强制渗吸过程中不再有原油被驱替时的残余油饱和孔隙度，这为评估返排作业前使用盐水阻流措施的潜在效益提供了一种筛选指标。这些发现强调了制定基于岩性的储层生产策略的必要性，建议在混合润湿区采用中等控压和基于盐水的开采方式，而富含碳酸盐的亲油层段则需要更高压力或润湿性改变剂（如表面活性剂、CO₂）来提高油气采收率。

水-岩相互作用对砂岩力学性质及声发射特征的影响

Yongchuan Zhao

地下水显著影响岩石工程和矿产资源开采的稳定性。岩石的力学参数和断裂特征在理论分析、实验测试和数值模拟中至关重要。为了研究饱水岩石的弱化机制和断裂能量特征，通过干燥和浸泡过程制备了不同含水状态的砂岩试样，并进行了单轴压缩声发射（AE）实验。结果表明，随着浸泡时间的增加，抗压强度和弹性模量呈负指数下降趋势，并最终趋于稳定。基于能量加速释放理论，定量分析了声发射能量释放率的特征。干燥试样的声发射能量更有可能以加速、突变的形式释放，而含水试样的声发射能量则更有可能以缓慢、渐进的方式释放。在加载过程中，声发射能量值服从正态分布。岩石内部结构的弱化和波传播衰减的增强，导致含水试样的声发射能量期望值显著低于干燥试样。此外，干燥试样在接近破坏时期望值的上升趋势比含水试样更为显著。本研究结论认为，水浸泡软化了矿物颗粒并弱化了微观结构，导致力学参数退化和衰减增加。饱和试样中减少且渐进的声发射能量释放反映了岩石从突发性脆性破坏向渐进性塑性破坏的转变。

用于诊断电缆测井仪器井下作业工况的智能传感器与算法

Zhiyang Liu, Xiaopei Zhang, Qi Fan, Luoyu Zhou, Yihang Zhang, Zehao Zhao, and Zhengbing Zhang

在复杂地质条件下的井下作业过程中，电缆测井仪器易出现井下遇阻与卡滞等操作异常。在此类情况下，电缆张力会发生显著变化，因此张力监测对于异常诊断具有重要意义。然而，具有挑战性的井下环境和作业限制严重影响了张力监测的准确性，进而加剧了异常诊断的复杂性。为此，本文提出了一种基于电缆张力和绞车振动的双信号融合异常诊断方法。首先通过对张力和振动数据集进行独立的特征提取与分析，初步实现异常诊断。在此基础上，我们提出了一种新颖的双信号融合方法，用于增强异常诊断能力。该方法阐明了机械-振动耦合机理，进而制定了电缆张力与绞车振动的同步采集与融合策略。实验室和现场实验均表明，该方法能够准确识别井下仪器异常，有效降低漏报和误报。对四口实际井的现场测试取得了99.3%的准确率和0.15%的误报率。振动-张力双信号融合方法为电缆测井仪器的井下状态诊断提供了更稳健的技术支持。

致密砂岩储层水平井阵列感应测井资料分级校正新方法

Ping Qiao, Lei Wang, Shaogui Deng, Xiaokai Xu, and Xiyong Yuan

本文针对水平井致密砂岩储层真实电阻率难以快速、准确提取的难题开展研究。该难题的核心成因在于井斜角、泥浆侵入及电阻率各向异性等影响对阵列感应测井响应的耦合干扰，导致储层真实电阻率难以精准提取。为此，本文提出一种基于分级校正策略的水平井阵列感应测井资料处理新方法。

本研究首先通过系统分析水平井阵列感应测井的响应特征，实现了各向异性效应与泥浆侵入效应的有效解耦，将复杂的三维（3D）模型反演问题，分解为水平层状（一维，1D）模型与柱状分层（一维，1D）模型反演的组合，显著降低了三维反演的计算复杂度。在此基础上，基于水平层状模型构建层厚校正系数库，有效消除地层厚度对测井响应的影响，进一步将水平层状模型简化为均匀介质（零维，0D）模型。针对均匀介质模型，本文构建了阵列感应测井合成信号直接聚焦方法，实现了径向合成响应的快速、精准模拟。后续通过将层厚校正后的合成响应代入柱状分层模型，完成泥浆侵入校正；结合水平井及其对应直井剖面的电阻率测井响应，确定地层各向异性系数；最终，将侵入校正结果代入均匀介质模型，完成各向异性校正，实现储层真实电阻率的精准提取。

实测资料验证表明，该新型校正方法的反演速度可达每秒4个测井点，精度误差小于3%，满足资料实时校正需求。新方法能够有效提取水平井致密砂岩储层的真实电阻率参数，精准刻画泥浆侵入特征，为储层评价提供可靠的电性参数。需要说明的是，本方法基于侵入剖面呈轴对称分布的假设，且需依托邻井电阻率测井资料。因此，在泥浆侵入呈严重非对称分布或无邻井参考资料的场景下，其适用性存在一定局限。

基于地质相与岩石物理相综合分析的海相生屑灰岩新型岩性分类方法

Xiaobo Guo, Guanghui Duan, Yifei Du, Shunting Ma, Meiyan Fu, Dan Li, Hucheng Deng, and Ruixue Li

由于颗粒类型和孔隙类型组成复杂，生屑灰岩的岩性分类长期以来一直面临重大挑战。然而，这种分类对于生屑灰岩油藏的储层预测和注水开发具有重要意义。本文以H油田的Mishrif组为研究对象，提出了一种融合地质相与岩石物理相特征的新型岩性分类方法。首先，基于薄片观察以及沉积环境中的水动力条件，将Mishrif组中的颗粒类型划分为三类：高能颗粒、混合能颗粒和低能颗粒。随后，根据低能颗粒、高能颗粒及泥晶基质之间的比例关系，将研究区内的16种岩相类型归并为7种地质相。接着，通过岩心分析、孔隙度—渗透率测试以及压汞毛细管压力实验，测定了包括孔隙度、渗透率、R35（中值孔喉半径）、排驱压力和中值半径在内的岩石物理参数。通过对这五项参数进行聚类分析，对16种岩相的岩石物理特征进行了比较。结果表明，每一种地质相内部的岩相均表现出相似的岩石物理性质。最终，将研究区岩相划分为七种类型：泥岩（A型）、泥粒灰岩（B型）、含低能颗粒灰岩（C1型）、含混合能颗粒灰岩Ⅰ和Ⅱ型（C2-1型和C2-2型），以及含高能颗粒灰岩Ⅰ和Ⅱ型（C3-1型和C3-2型）。对不同储层类型生产动态的对比分析表明，含混合能颗粒灰岩（C2-1型和C2-2型）以及含高能颗粒灰岩（C3-1型和C3-2型）的产能均高于泥粒灰岩（B型），其中C3-1型和C3-2型具有最高的产能。这表明，高能颗粒的存在有利于优质储层的形成。本研究建立的岩石类型分类方法，可为具有类似地质背景油田的储层开发与提高采收率提供有价值的参考。

一种知识引导数据驱动的储层参数预测技术

Hongda Yu, Baozhi Pan, Yuhang Guo, Yixuan Wang, Yixuan Zhou, and Yan Li

本文以中国鄂尔多斯盆地苏里格地区为研究对象，将数据驱动方法与岩石物理模型相结合，实现了对孔隙度、含水饱和度及渗透率等关键储层参数的高精度预测。利用常规测井资料，结合阿尔奇公式、区域统计校正的Timur公式和中子孔隙度测井解释模型的计算结果，构建了一个增广数据集。使用核心实验数据作为训练标签进行评估。经过数据预处理后，对多种主流机器学习模型进行了综合评估，发现深度神经网络（DNN）的综合性能最优。为进⼀步增强特征提取与泛化能⼒，本研究创新性地将扩张卷积神经网络（DCDNN）引⼊到深度神经网络（DNN）架构中，构建了DCDNN模型。消融实验证实，该策略显著提升了模型的表征能力。为增强模型鲁棒性与预测精度，本文应用多层动态博弈（MPDG）算法与贝叶斯优化方法，对DCDNN模型进行超参数调优。实验结果表明，优化后模型的预测性能得到显著提升。最后，基于集成学习理论，建立了一种基于专家委员会的决策机制，并以多项综合评价指标作为评价标准，选择最优预测模型。与独立的深度神经网络（DNN）模型相比，集成模型在孔隙度、含水饱和度及渗透率预测中的平均绝对误差分别降低了1.066、12.711和1.661。其R²值分别提升了3.33%、2.95%和23.9%，而相对百分比差异值则分别提高了1.32、0.48和0.87。将该模型应用于某盲井，取得了良好的预测效果，为该地区的地质构造分析与资源评估提供了可靠的技术支撑。

基于诱发应力提高深层页岩的断裂复杂性差异:琼楚斯页岩的案例研究

Jianfa Ci

在四川南部的邛古什组页岩开发过程中，通常会采用双重压裂技术来提高水力裂缝的复杂性，其方法是利用压裂过程中产生的诱导应力场。然而，关于单次压裂过程中泵送速率和注入量所引起的应力场干扰的研究却很少，这导致了现场设计存在很大的不确定性。在本研究中，利用有限离散元方法建立了一个假设为各向同性的二维 (2D)平面模型，并结合了井ZY-1的设计参数。通过模拟和分析单次压裂过程中泵送速率和流体体积对地层应力场的影响，旨在降低地层应力差。结果表明，在单次压裂过程中，最小水平主应力方向上的诱导应力呈“条带”状分布，而最大水平主应力方向上的诱导应力则呈“X”形分布。因此，所产生的应力差异呈现出一种带状分布模式，其强度随着注入量的增加而逐渐减弱。基于在不同泵送速率和注入量下单次压裂对地层诱导应力差异的影响，对井ZY-1的单次压裂作业的泵送速率进行了优化，调整至18立方米/分钟，并将注入量优化至1500至2000立方米。现场应用表明，实施双次压裂后，裂缝复杂性得到了显著改善。

深部煤层气井酸压裂缝扩展研究——以大宁-集贤区块为例

Haifeng Zhao , Bingquan Jin, Huabin Zhen, and Shuguang Li

煤层酸压技术是一种高效的煤层气开采方法。随着研究的不断深入，酸压技术已成为研究的热点。本文以鄂尔多斯盆地大宁集县深部8号煤层为研究对象。通过一系列三轴水力压裂物理模拟实验和现场试验，系统研究了深部煤层酸压裂缝扩展行为，重点考察了酸液浓度和射孔位置。研究发现，深部原生构造煤层直接酸压效果显著，压裂能力强于浅部破碎软煤层。在酸压过程中，不存在较大的滤失现象，容易形成复杂、长裂缝。随着同一射孔位置酸浓度的增加，更容易形成复杂的酸压裂缝，现场试验表明，考虑到裂缝复杂程度、裂缝高度控制、裂缝压力、施工安全等因素，以10%氨基磺酸浓度为宜。研究发现，射孔位置设置在煤层顶部，有利于形成复杂的煤层网络，对深部煤储层酸压设计具有指导意义。

济阳坳陷太原组层状含煤地层水力裂缝层间动态扩展规律研究

Zhihong Zhao, Haozeng Jin, Jianchun Guo,Shiqian Xu, Kaiwen Xue, and Zilin Zhang

济阳坳陷发育砂岩、煤与泥岩互层，其中砂岩层与煤层富含烃类。本研究针对多层系气体联合开采中的压裂层位优选问题，模拟了水力裂缝在煤岩互层中的穿层扩展行为。建立了有限元-离散元耦合模型，分析了压裂层位、泵排量、压裂液黏度以及割理连通性对含煤互层地层中水力裂缝纵向扩展的影响。结果表明：当起裂层为砂岩时，水力裂缝能够有效穿过层间界面扩展并压裂煤层；当起裂层为煤岩时，水力裂缝在垂向上的扩展被限制在煤层内部，无法穿过层间界面压裂砂岩层。在水平方向上，水力裂缝主要通过割理裂缝相互连通，形成复杂裂缝网络。基于上述研究成果，建议济阳坳陷含煤互层地层采用砂岩层作为压裂作业层，推荐泵排量为22 m³/min，压裂液黏度为15 mPa·s。通过现场生产数据统计，济阳坳陷A井最高日产气量超过2万立方米，平均日产气量超过1万立方米，增产效果显著。

评价水基泥浆抗水侵能力新设备与方法

Xiayu Zhang, Xingguo Zhang, Tuoming Zhang, Xiangyin Li, Chao Mei, Bo Li, Ming Jiang, Kaiqiang Liu,and Yang Bai

在老区调整井固井过程中，地下高压水层会侵入水泥浆，导致水泥石胶结不良，固井质量受损。以往的研究主要集中在开发含抗水侵（AWI）材料的水泥浆体系上；然而，对水泥浆抗水侵能力的评价往往被忽视。本研究提出了一种快速评价水泥浆抗水侵性能的方法，以及一种评估凝结过程中水侵情况的实验方案。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、渗透水导电率、X射线衍射（XRD）和热重（TG）分析等手段研究了其机理作用。FTIR结果表明，AWI材料中存在亚甲基和羟基等官能团，它们具有吸附特性，能改善水泥颗粒的内聚力，从而增强抗水侵能力。水泥浆抗水侵能力的快速评价结果显示，AWI水泥浆的导电率会出现突增，但其相比于常规水泥浆出现的更晚。评估水泥凝结期间水侵情况的实验结果表明，在相同侵入压力条件下，常规水泥浆在高渗岩心中表现出更高的水侵速率、更宽的二界面裂缝和更大的导水率，而低渗岩心中的AWI水泥浆则表现更好。这表明低渗岩心与AWI材料结合可有效减少水泥浆的离子流失。XRD和TG分析揭示，地层水侵入对高渗岩心中的常规水泥浆组分影响显著，而对低渗岩心中的AWI水泥浆影响甚微。本研究提出的方法可对不同水泥浆体系的抗水侵能力进行评价，为提高调整井固井水泥浆体系的抗水侵能力及调整井固井质量奠定了基础。

自动测井深度校正的数据驱动方法：竞赛总结

Wen Pan, Lei Fu, Chicheng Xu, Michael Ashby, Hyungjoo Lee, Jaehyuk Lee, Fan Meng, Siyuan Chen, Yingying Ye, Hailong Jiang, Hyunmin Kim, Heesung Kong, Inwook Baek, Jinhyeon Baek, Xuekai Sun, Hao Sun, Siyi Li, ZiMeng Zhao, Yuxin Ke, Chuang Hei, Ankang Feng, Wei Hu, Yifan Wu, Byunghoon Choi, Hojin Kang, and JunHa Park

测井曲线的准确深度对齐是油气勘探与开发中地下地层表征、油藏评价及后续工程决策的重要基础。然而，由于测井数据本身存在不确定性以及人工解释过程中的主观因素，测井曲线的深度校正长期以来仍具有较大挑战性。传统方法通常依赖人工识别曲线峰谷并进行整体平移，不仅效率较低，而且难以满足自动化和规模化应用需求。

针对上述问题，SPWLA（Society of Petrophysicists and Well Log Analysts，岩石物理学家与测井分析师协会）旗下的 PDDA SIG（Petrophysical Data‑Driven Analytics Special Interest Group，岩石物理数据驱动分析专题组） 于 2023 年举办了一项以测井曲线自动深度校正为目标的机器学习竞赛。该竞赛旨在系统评估和比较多种数据驱动方法在测井曲线深度自动对齐任务中的性能与适用性。

本文对本次竞赛的整体情况及主要研究成果进行了总结。排名前五的参赛团队分别采用了多种机器学习与深度学习方法，包括 DTW、CNNs、RNNs 以及岭回归等算法，充分展示了数据驱动技术在学习测井曲线复杂非线性特征方面的能力。各参赛方案的性能通过 RMSE 和 MAD 等指标进行了定量评估。结果表明，数据驱动方法在自动校正测井曲线深度方面具有良好的有效性，同时不同方法在稳健性、精度和适用条件方面各具优势与局限。

本研究结果为测井曲线自动深度校正技术的发展提供了有价值的参考，并展示了其在油藏精细表征与油藏管理中的应用潜力。相关代码和数据集已公开于https://github.com/pddasig/Machine-Learning-Competition-2023。本文仅对竞赛进行高层次概述，具体算法实现与实验细节可参考上述GitHub仓库。