Petrophysics 2026年第3期论文摘要翻译
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本期摘要【译者：郑超、罗淳、蹇雪梅、陈浩宇，校稿：巫振观，单位：西南石油大学】
揭示孔隙类型对碳酸盐岩介电常数影响的机制
Ahmad M. AlZoukani, Mohammed Al-Hamad, and Wael Abdallah
介电常数测量是地下储层评价的重要技术手段，可为水充填孔隙度、地层水矿化度以及岩石组构特征等参数的评价提供重要信息。由于介电测量对孔隙尺度上的Maxwell–Wagner极化效应高度敏感，因此能够有效反映岩石孔隙中流体的赋存状态及其连通性。碳酸盐岩具有孔隙类型多样、孔隙结构复杂等特点，使其介电响应机制的解释面临较大挑战。本研究系统分析了不同孔隙类型碳酸盐岩对介电常数响应的影响，并建立了一种可靠的相关性分析方法。本研究选取17块碳酸盐岩岩心样品作为研究对象。首先对岩心样品进行清洗和干燥处理，并测定其孔隙度、渗透率等岩石物理参数；随后制备铸体薄片并开展岩相学分析。利用数字图像分析（DIA）技术对薄片图像进行处理，定量提取孔隙类型及其几何特征参数。之后，采用30 kppm NaCl溶液对样品进行充分饱和，并在多个频率下测量其介电常数。实验结果表明，样品物性差异显著，孔隙度分布范围为8.6%～45%，渗透率分布范围为0.3～1500 mD。岩相学分析识别出三类主要孔隙类型，即模孔、粒间孔和晶间孔。在12 MHz条件下，以模孔为主的样品归一化介电常数最高，以粒间孔为主的样品最低，而以晶间孔为主的样品介于两者之间。为进一步揭示孔隙几何特征对介电常数的影响，采用DIA参数进行了定量评价，包括周长面积比（PoA）、优势孔径（DOMSize）和长宽比（AR）。结果表明，模孔通常具有最低的PoA和AR值以及最高的DOMSize值，表明其孔隙几何形态相对简单；相比之下，晶间孔具有最高的PoA和AR值以及最低的DOMSize值，反映其孔隙网络结构更为复杂。模孔较高的介电响应主要归因于其较为简单的孔隙几何形态，典型表现为板片状和近圆形孔隙；而粒间孔和晶间孔较低的介电响应则主要与其更加复杂的孔隙结构有关。本研究揭示了碳酸盐岩孔隙类型与介电常数响应之间的关系，并首次建立了岩石介电常数与DIA参数之间的相关关系数据库。研究结果表明，孔隙几何特征对介电常数具有显著影响，同时进一步证明介电测量技术在识别碳酸盐岩孔隙系统特征及辅助判别孔隙类型方面具有良好的应用潜力。
多频（MF）介电测量对砂岩和碳酸盐岩地层水力裂缝敏感性的实验研究
Wael Al-Qouzi, Amjed Hassan, Hussein Attia, Ammar El-Husseiny, and Mohamed Mahmoud
多频（MF）介电测量是目前确定储层含水饱和度最有效的岩石物理技术之一，同时还可用于研究地层结构以及表征天然裂缝和人工诱导裂缝。然而，已有研究主要集中于数值模拟或理想化模型，对真实岩石样品开展的实验研究相对较少。本研究通过实验方法，系统评估了多频介电测量在干燥和盐水饱和条件下对砂岩和碳酸盐岩中水力裂缝存在、裂缝方位及裂缝邻近效应的响应敏感性。首先，对岩石样品进行了常规岩心分析，测定其孔隙度、渗透率及矿物组成等岩石物理参数；同时，采用核磁共振（NMR）技术评价岩石孔隙系统及孔隙度分布。随后，利用开端同轴介电探头分别测量样品在人工压裂前后的相对介电常数和电导率。该探头的工作频率范围为1 MHz～3 GHz，并通过人工控制形成垂直裂缝和水平裂缝两种裂缝方位。在干燥状态和采用质量分数为3%的KCl盐水充分饱和状态下，分别于裂缝附近（近裂缝区）和远离裂缝区域（远裂缝区）进行了介电测量。实验结果表明，介电频散对裂缝的存在及其几何特征具有高度敏感性。对于碳酸盐岩样品，相对介电常数平均提高约22个单位，由约45（无量纲）增加至60以上；对于砂岩样品，相对介电常数提高约15～35个单位。与此同时，近裂缝区测得的介电响应明显高于远裂缝区，这主要归因于裂缝附近流体连通性的增强以及界面极化作用的增强。裂缝形成后，碳酸盐岩和砂岩样品的电导率分别提高约12%和34%。裂缝方位对介电响应亦具有显著影响，其中垂直裂缝对应的电导率和相对介电常数均高于水平裂缝。相比之下，由于核磁共振（NMR）属于体积平均测量方法，无法有效区分裂缝方位。本研究证明，多频介电测量技术对人工压裂形成的水力裂缝具有较高的响应敏感性。与传统NMR技术相比，该技术能够更精细地识别裂缝方位、流体连通性及裂缝空间位置，为常规油气藏和非常规油气藏裂缝表征及储层开发提供了重要的技术支撑。
复杂储层中孔径分布对流体运移的影响
Ida Bagus Gede Hermawan Manuaba, Hussain Najrani, Chiara Cavalleri, Ahmed Moge, and Mikhail Chapura
准确的储层表征是提高油气采收率和保障油气田高效开发的重要基础。实现这一目标需要深入认识储层特征，尤其是针对具有孔隙度非均质、岩石组构变化以及地层水矿化度差异等特征的复杂储层。本文提出了一种综合利用介电频散测井、核磁共振（NMR）测井和先进井下地层测试技术，对碳酸盐岩储层流体饱和度进行综合评价的方法。介电频散测井能够独立评价井筒附近地层的含水体积、电阻率和含水饱和度，并连续计算水迂曲度参数。NMR测井可测量储层孔隙度和孔径分布，并表征流体可动性。采用NMR孔隙度分区分析技术，可对不同孔隙体积进行分类，并识别不同岩相类型。结合介电测井与孔隙度测井资料，可有效区分可动流体与束缚流体，从而更加准确地评价含烃体积及其渗流潜力。研究采用多物理场反演工作流程，对多种先进测井资料进行联合解释，提高岩石物理测井解释所得地层参数的反演精度，减少对其他复杂评价方法的依赖，并为优化井下地层测试中的地层压力测量、流体分析及流体取样方案提供依据。井下流体分析结果证实了可动流体的性质，并在选定深度获得了可靠的原位地层水电阻率数据。结合介电测井获得的岩石组构参数以及经过井下地层测试标定的地层水矿化度数据，对基于深探测电阻率测井和孔隙度测井计算的地层含水饱和度进行了进一步修正，提高了评价精度。研究结果表明，在碳酸盐岩储层中，流体饱和度及其渗流行为除受压力变化影响外，还与孔隙网络结构及颗粒分选程度密切相关。不同岩相的交互发育形成了驱替效率不同的储层层段。其中，以微孔为主的层段滞留了更多束缚油，而一些较薄的储层层段则含有传统评价方法容易忽略的可动烃类流体。采用多域综合评价流程，能够更加准确地刻画控制非均质碳酸盐岩储层流体可动性的关键岩石参数。此外，利用井下标定获得的新地层水电阻率数据验证了地层水矿化度的垂向变化规律，从而进一步提高了储层评价的可靠性。
伊拉克东南部白垩系储层沉积模式构建
——基于井壁成像、岩石物理测井与岩心资料的综合分析
Gamal Sultan, Abdelmoneim El Araby, Aya Gamal Selmy, Ameen M. Shabeeb, Saeed M. Basso, Mohammed Al-Jubouri, Wassem Alward, Xiangbin Nie, Moharram Aboud, Hicham Akbi, Zhu Kun, Ismail S. Omer, Bakr A. Mahmoud, and Ahmed A. Kadhim
伊拉克南部白垩系地层具有显著的沉积相变化，其形成主要受气候剧烈波动、全球海平面升降以及盆地构造格局共同控制。这些因素共同影响了区内主要碳酸盐岩和碎屑岩储层单元的沉积，包括A组、B组和C组（本文所采用的地层名称并非正式地层名称，仅用于研究和讨论），这些层组均为研究区重要的含油气层段。储层沉积相结构是控制储层初始品质的关键因素。其中，高能浅滩、河道砂体以及富厚壳双壳类生物礁（或生物建隆）碳酸盐岩构成了最优质的储层单元；而细粒潟湖沉积和远岸海相沉积则加剧了储层非均质性，并形成流体渗流屏障。
本研究综合利用8口井的井壁成像资料、岩心样品、地层对比成果以及先进岩石物理测井资料，对储层沉积相展布、沉积旋回及储层特征进行了系统研究。研究的主要目标包括：刻画沉积相展布特征，识别沉积环境及沉积旋回规律，评价储层非均质性和整体储层品质，并进一步揭示研究区油气富集的主要控制因素。A组发育于退积型碳酸盐缓坡沉积体系，岩相类型丰富，储层品质变化较大。下部层段以泥晶灰岩和粒泥灰岩为主；上部层段则以孔隙度较高的颗粒支撑灰岩和颗粒灰岩为主，并发育模孔和溶孔等储集空间。B组形成于碎屑岩—碳酸盐岩混合缓坡沉积体系。下部形成于海侵阶段，上部形成于高水位体系域，记录了沉积环境由近源碎屑沉积向远源碳酸盐岩沉积的演化过程。其中，富砂层段由两个沉积单元组成，其砂体展布方向存在明显差异。C组形成于森诺曼期—土仑期高海平面时期的浅水碳酸盐岩台地环境。颗粒灰岩、颗粒支撑灰岩及厚壳双壳类生物建隆构成了优质储层，而潟湖相泥晶灰岩则属于储层品质较差的岩相。该组顶部发育一套区域性不整合面，其形成与地表暴露及岩溶作用有关；其上覆发育致密的潮上带沉积，构成了良好的区域盖层。
超深探测方位电阻率技术对地层各向异性的敏感性研究
Mike Bower, Hui Xie, Gong Li Wang, Soazig Leveque, and James Dolan
长期以来，理解随钻电磁波（LWD EM）测量中的各向异性响应特征一直是测井领域的重要研究方向。然而，由于硬件条件限制导致测量精度不足，以及缺乏三轴敏感性测量能力，实现对地层各向异性的准确表征仍面临较大挑战。随着深探测和超深探测定向电磁测量技术的发展，对该问题的深入认识变得更加重要，尤其是在地质导向决策依赖反演结果的情况下，确保反演模型中各参数具有尽可能高的准确性尤为关键。目前，对于原始测量数据和反演结果中所谓的“各向异性感度”缺乏明确认识，同时对于该概念所对应的测量场景（例如近场和远场）的定义也尚不清晰。电磁测量对各向异性的响应受到多种因素共同影响，包括地层性质、仪器硬件配置、工作频率以及仪器相对于测量目标的空间关系（例如仪器与目标地层之间的距离以及相对倾角等）。在考虑各向异性的情况下开展层电阻率反演是一个更加复杂的问题，因为反演结果通常具有非唯一性，并且会随着所采用反演算法的不同而发生变化。针对上述问题，本文采用合成数据模拟方法开展研究。通过改变模型参数和反演输入条件，系统分析反演过程对各向异性的敏感性。本文定义了“近场”和“远场”条件下的各向异性研究范围，并开展了超深方位电阻率（UDAR）技术在不同距离条件下对近场和远场各向异性的敏感性研究。研究结果表明，随着仪器与井筒距离的增加以及地层电阻率的升高，测量响应对地层性质的整体敏感性逐渐降低。在井筒附近区域，超深方位电阻率测量表现出较强的地层各向异性感度，但这种响应能力受到发射线圈—接收线圈间距以及信号频率的共同控制。通过对模拟数据进行反演，本研究进一步展示了高分辨率一维（1D）反演方法能够恢复测量信号中包含的各向异性信息，从而进一步验证了测量敏感性分析所得出的结论。研究结果表明，有必要进一步深入理解不同反演方法恢复地层各向异性信息的能力，并探索其在实际地质导向作业和综合储层认识中的应用价值，例如实现含水储层与下伏泥页岩层等复杂地质目标的有效区分。
确定性反演不确定性的量化与可靠评估
Mike Bower, Hui Xie, Nestor Cuevas, Xiaobo Hong, Kent Harms, Joe Gremillion, and Mauro Viandante
目前，对超深方位电阻率（UDAR）反演结果不确定性的分析主要依赖于随机反演方法生成的数据。该方法能够对数千个模型进行随机采样，从而有效降低反演陷入局部极小值的风险。然而，由于随机反演计算成本较高，且受模型接受标准的限制，其反演结果通常具有较低的垂向分辨率。提高垂向分辨率的一种有效途径是采用确定性反演算法。然而，受正则化约束和反演问题复杂性的影响，确定性反演得到的模型协方差矩阵并不能始终准确反映模型参数的不确定性。尽管确定性反演过程中模型迭代次数通常较少，但对所有被接受模型进行统计分析，仍能够获得具有参考价值的不确定性信息。本文研究了如何采用与随机反演相同的方式表征确定性反演结果，并证明该方法同样能够获得具有统计意义的分析结果，从而有效刻画反演结果的不确定性。研究进一步分析了初始模型约束范围及初始模型数量变化对反演结果的影响。结果表明，在绝大多数电阻率条件和地质环境下，现有确定性反演方法能够获得足够可靠的反演结果。对于更加复杂的地质条件，适当增加初始模型数量有助于更充分地覆盖模型不确定性范围。然而，增加初始模型数量主要影响结果分布的极值范围，而对结果分布的中心特征影响较小。研究结果表明，对于同一反演模型节点，采用50个初始模型获得的结果，其模型分布中心90%的范围与采用10倍甚至100倍数量初始模型所得结果基本一致。最后，研究进一步证明，目前广泛采用的确定性反演质量控制指标（包括拟合误差和误差项）得到的评价结果具有高度一致性。这进一步表明，采用50个初始模型即可获得具有代表性的反演结果，同时能够显著降低计算成本。
近垂直井中的三维前视电磁反演——连接直井与水平井三维地质认识的桥梁
Ayman El-Khamry, Jin Ma, Nigel M. Clegg, Clint Lozinsky, and Eduard Bikchandaev
针对超深方位电阻率（UDAR）仪器的一维（1D）前视反演技术，已在直井和近垂直井中得到验证。该技术能够在钻头尚未穿越目标地层界面之前，提前探测钻具前方地层的电阻率特征及流体性质，为优化套管下入深度和取心位置提供重要依据。随着水平井钻井技术的发展，对适用于水平井的前视UDAR反演需求日益增加。由于水平井所处地质环境更加复杂，地层电阻率通常表现出显著的三维空间变化，因此需要采用具有前视探测能力的三维（3D）反演方法进行解释。基于近垂直井开展三维前视反演研究，可为该技术向水平井推广应用提供重要验证基础。UDAR仪器在旋转钻进过程中连续采集数据，并测量完整的三维电磁（EM）场响应。反演过程中，通过不断调整地下模型参数，使模型计算响应与实际测量数据相匹配，从而建立地下地质结构模型。传统反演方法通常通过简化地质模型来减少未知参数数量，其中最常见的方法是假设地下介质为“层状蛋糕”式水平层状结构，并采用一维反演进行解释。随着三维反演技术的发展，已经能够实现对复杂三维地质结构的成像。本文展示并验证了三维前视反演技术在具有前视敏感性的近垂直井UDAR测量中的应用可行性。研究选取一个典型测试案例，即在钻井进入高电阻率盐层之前，对盐层进行前视探测，并识别盐层内部存在的低电阻率夹层。该案例包含两种典型工况：钻入高电阻率地层和钻出高电阻率地层，这两种情况均是确定套管下入深度时经常遇到的地质情形。针对该数据集，首先采用一维前视反演进行了分析，该数据集随后又在其他油田得到验证，因此成为评价新型三维前视反演技术性能的理想测试数据集。在钻入盐层的案例中，目标界面表现为由低电阻率向高电阻率的突变，且井眼轨迹近似垂直于目标界面。基于完整电阻率张量的三维反演结果表明，盐层顶部位于UDAR发射线圈下方约45 ft处，即距钻头前方约36 ft。同时，三维反演还识别出位于发射线圈前方约70 ft处的低电阻率夹层。由于夹层被高电阻率盐层包围，其探测深度得到进一步提高。虽然一维前视反演能够更早识别这些界面，但三维反演进一步揭示，低电阻率夹层并非简单的水平层状结构，而具有更加复杂的三维空间展布特征。随后，钻井过程中获取的浅探测随钻测井（LWD）资料穿越目标层段，对三维反演识别的各地层界面位置进行了验证。研究结果表明，完整三维反演技术在前视探测中具有明显优势，而其在近垂直井中的成功应用进一步证明了该技术向水平井前视探测推广的可行性和广阔应用前景。
一种改进的泥浆气比方法及其在随钻流体识别中的应用
Pan Luo, Wei Li, Peng Lu, and Khalid Qubaisi
泥浆录井是一种经济、高效的地面监测技术，能够实时获取高分辨率泥浆气体数据，用于监测钻井过程，并识别地下地层中的有效储层及其中所含流体。然而，传统泥浆气体流体类型判别方法（如Haworth比值法和Pixler交会图法）与石油工程领域现有流体分类体系之间存在一定的不一致性。本文在传统Haworth方法的基础上提出了一种改进的流体类型判别方法，引入了三个关键参数：气体湿度（Wh）、气体湿度与平衡比（Bh）之间的差值（Wh−Bh），以及甲烷占总烃气的比例（C1R）。基于上述参数，该方法能够识别8种不同类型的烃类流体。同时，研究开发了配套计算程序，实现了数据质量自动检查、测井曲线可视化以及流体类型自动判别等功能。该程序已成功应用于某盆地尺度研究中的100余口井，并建立了适用于该区古生界含油气系统的流体类型判别标准。预测得到的流体类型与实际流体样品分析结果、烃源岩成熟度评价结果以及盆地模拟结果均具有良好的一致性。为验证该方法的适用性，本文选取3口典型井进行了案例分析。结果表明，该方法能够生成全井段高分辨率流体剖面，识别多个有效储层中的流体类型，并区分不同类型的天然气。该改进方法建立了泥浆气体组分特征与地下流体类型之间的可靠对应关系，可实现流体类型的实时识别，为流体取样和岩石取样提供决策依据，同时有助于优化试井方案。
基于多频介电技术的油水生产井乳状液特征评价方法
Norah Albenayyan, Amjed Hassan, Ammar El-Husseiny, and Mohamed Mahmoud
乳状液广泛存在于多相流动体系中，尤其是在石油和化工生产过程中，其类型、微观结构及稳定性对生产效率和流体处理效果具有重要影响。传统表征方法难以全面反映分散液滴与连续相之间的动态相互作用，尤其是在宽频率范围内对乳状液特性进行定量评价方面存在一定局限。因此，将介电分析技术与显微可视化分析相结合，有助于更加全面地表征乳状液特性。随着多频介电测量技术逐步应用于现场作业，以及生产过程中乳状液的大量出现，建立可靠的井下乳状液定量评价方法已成为一项重要研究需求。本研究旨在开发并验证一种综合分析方法，将多频介电分析技术与高分辨率显微成像技术相结合，对水包油（W/O）乳状液和油包水（O/W）乳状液进行表征，实现乳状液类型识别、稳定性评价及结构演化过程监测。该方法通过测量乳状液在4 MHz～3 GHz宽频率范围内的介电特性，重点分析介电常数实部和介电电导率随频率变化的响应规律。同时，利用高分辨率显微图像观察液滴形态、分散程度、聚并行为及界面完整性等微观结构特征，从而建立介电响应与乳状液微观结构之间的对应关系。此外，本研究还开展了实时介电测量实验，用于评价乳状液品质及其稳定性的时间演化特征。研究结果表明，将介电测量技术与显微成像技术相结合，可形成一种无损、高灵敏度的乳状液识别与评价方法，实现乳状液类型判别、稳定性分析及结构演化过程监测。该方法有助于进一步揭示介电响应与乳状液微观结构之间的关系，并为实验室研究和现场应用提供有效的分析手段。总体而言，本研究提出了一种双分析框架，将宽频介电测量与实时显微可视化技术相结合，实现了不同类型乳状液的识别及其稳定性的动态监测。研究结果进一步表明，该技术具有作为生产测井（PLT）辅助评价手段的应用潜力，可用于复杂储层多相流体的定量表征，尤其适用于传统生产测井方法难以有效评价的工况。
声发射监测技术在智能完井多相流监测中的创新应用
Mohamed Larbi Zeghlache, Gallyam Aidagulov, and Olivier Sindt
通过建立创新性的测试流程和设计完善的实验室测试系统，本研究探索了声发射（AE）技术在智能完井多相流特性表征中的应用。研究系统分析了实现该技术所需的测试方法和实验条件，为其工程应用建立了系统的实验基础。在油气行业众多声学传感应用中，本实验研究重点评估了被动声学技术用于实时检测井下完井系统中流动诱导噪声（FIN）的可行性，重点针对文丘里喉部和流入控制装置（ICD）。研究范围涵盖不同流量条件下的单相流（水、油）以及两相流（油–气、油–水），并对流动限制部位周围的声学响应进行了环向（方位）记录。
实验室研究采用了一系列流动回路实验，模拟井下完井设备中的多相流动过程。研究在流动限制部件附近优化布置微型水听器，以采集流动诱导噪声信号。由于该实验系统较为复杂，其搭建过程中面临诸多技术挑战，因此采用了多项创新性的工程解决方案。随后，将采集到的声学能量与流体流动特性的变化进行了关联分析。整个测试流程采用定制化实验装置，并结合声学传感器的优化布置，以确定最优传感器位置，实现对流动过程的有效监测。实验结果表明，流动诱导噪声（FIN）声学信号的能量特征和频谱特征与总流量、含水率以及游离气含量之间均表现出良好的相关性。配备微型水听器和信号调理器的实验系统能够获取高质量、高保真度的声学信号。实验结果进一步表明，利用FIN信号具有提前识别水突破和气突破的潜力，从而提升实时生产监测能力。测试结果进一步验证了建立基于声学技术的永久式井下流量监测系统的可行性。本研究为AE技术在智能完井中的应用提供了新的研究认识。所建立的创新实验系统为流动诱导噪声评价提供了一种新的实验方法。实验室测试获得的研究成果不仅丰富了相关领域的研究基础，也为石油工业工程技术人员开发高效、准确的声学流量监测技术提供了实践指导。