作者：周灿灿等
出版社：石油工业出版社
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复杂碎屑岩测井岩石物理与处理评价试读：
内容提要
本书重点论述了以低孔低渗、致密砂岩为代表的复杂碎屑岩储层岩石物理研究新思路、新装备、新认识以及针对复杂碎屑岩储层的成像测井处理评价新方法，并结合相关典型区块介绍了这些方法的应用实例分析。
本书可供石油勘探测井专业技术人员、实验工程师、大专院校测井相关专业师生参考使用。
图书在版编目(CIP)数据
复杂碎屑岩测井岩石物理与处理评价/周灿灿等著.北京：石油工业出版社，2013.10
ISBN 978-7-5021-9756-8
Ⅰ.复…
Ⅱ.周…
Ⅲ.碎屑岩-测井-岩石物理性质-研究
Ⅳ. P588.21
中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第211885号
出版发行：石油工业出版社
(北京安定门外安华里2区1号 100011)
网 址：www.pip.cnpc.com.cn
编辑部：（010）64523736
发行部：(010)64523620
经 销：全国新华书店
印 刷：保定彩虹印刷有限公司
2013年10月第1版 2013年10月第1次印刷
787×1092毫米 开本：1/16 印张：22
字数：560千字
定价：140.00元
(如出现印装质量问题，我社发行部负责调换)
版权所有，翻印必究序
今年是中国石油勘探开发研究院测井与遥感技术研究所（以下简称测井遥感所）成立十周年。十年前，在我兼任勘探开发研究院院长时，考虑到油气勘探中测井专业不可替代的重要作用，再加上众多老专家的多年呼吁，终于在中国石油天然气集团公司的大力支持下成立了以测井专业为主的测井遥感所，专门从事油公司储层岩石物理和测井处理解释评价技术研发及软件研制。以此为基础，决心在勘探开发研究院打造中国石油的测井基础理论和方法研发中心，重点探井快速处理与精细解释评价中心，以及中国石油天然气股份有限公司测井管理的技术支持中心。
十年过去了，我非常欣喜地看到，测井遥感所的测井人才建设快速发展，研究能力显著提升，一支研究方向稳定、技术水平较高、思维活跃且具有一定影响力的复杂储层测井岩石物理研究与解释评价力量在我国石油界已经形成。完全可以说，当年组建这个研究所时期望达到的目标已基本上实现了。十年来，测井遥感所依托国家油气重大专项、中国石油勘探工程技术攻关测井项目、勘探与生产分公司科技项目、科技管理部测井基础研究项目、勘探开发研究院院级项目，以及大量的油田现场解释评价研究项目，依托适时成立的中国石油测井重点实验室及其顶层自主设计委托加工制造的国际领先的岩石物理实验装备，在复杂碎屑岩、缝洞型碳酸盐岩、火山岩等领域潜心研究，并与有关油田、高校合作攻关，深层次的岩石物理实验与解释评价方法研究相继取得了一系列原创性的丰硕成果。
复杂碎屑岩是中国石油近些年增储上产的主体，测井遥感所的测井技术人员在这个领域紧跟勘探进程，投入了大量的研究力量。结合勘探需求，在以岩石物理为基础的测井理论、以测井新方法为重点的处理新技术、以油藏评价为核心的解释新方法、以成果有形化为目标的软件开发等方面都做了大量的卓有成效的工作，科研成果在很多油田的勘探实践中发挥了重要作用。这些好成果以前都散居于各个单项成果报告之中。今年正值测井遥感所成立十周年，技术人员将复杂碎屑岩的成果经过细心的梳理、提炼和升华，形成一本体系较为完整、基础较为扎实、同时又实用性很强的著作。作为向建所十周年的生日礼物，我认为是一件有利于测井专业，有利于石油工业，也有利于辛苦劳作的技术人员自己的好事情。
翻阅全书，真切地感受到研究人员针对低孔低渗碎屑岩、致密砂岩等复杂碎屑岩储层，在微观岩石物理特征、高精度实验测试与数值模拟、勘探开发过程中常用的阵列感应测井与成像测井、核磁共振测井、MDT测井资料处理解释新方法、储层品质与油气层识别评价等几个方面所做的艰苦努力和实实在在的进步。全书具有以下特点：（1）充分考虑复杂碎屑岩特殊的孔隙类型、孔隙结构特征及其对测井岩石物理性质的显著影响，强调基础理论和机理认识，从高精度配套实验与数值模拟相结合的角度开展测井岩石物理基础研究，大力发展测井数字岩石物理技术，认清储层内在的影响机理，研发适用可操作的解释评价新方法。（2）充分考虑到阵列感应、核磁共振、微电阻率扫描成像等测井新技术虽在国内应用了很多年，但多采用国外常规处理方法和流程，对复杂碎屑岩的适用性较差的现状，通过交互式反演及新的处理解释方法研发与应用，努力全方位认识评价复杂碎屑岩储层，争取对测井信息做到吃干榨净。（3）充分考虑到低品位油气藏普遍需要压裂改造技术以提高产能的需求，在岩心资料刻度的基础上，努力研究适合于具体区块构造地质和油藏特征的储层机械弹性和地应力测井评价方法，对于指导压裂施工方案设计、评估储层改造效果、提高单井试油成功率具有重要意义。（4）还可以看到作者们努力将基础研究成果与重点探区应用相结合。针对近些年测井评价技术在渤海湾、鄂尔多斯等重点探区特低孔渗碎屑岩油气藏勘探中的不适应性，在储层微观特征和主控因素分析的基础上，提出并实践了分区块分层位图版研制、测井影响因素逐步剥离、电法测井与非电法测井信息联合应用、测井与录井信息互补应用、烃源岩与储层品质配套应用的全新思路，有效解决了测井评价难题，为提高相关区块解释符合率发挥了关键作用。
我认为，本书系统地介绍了在该领域近年来的最新研究成果，论述过程深入细致，并结合具体实例阐明了技术应用的范围和效果。希望测井遥感所的碎屑岩测井研究团队今后能够以本书的成果为基础继续深化和扩展，把研究领域更加集中于以致密油气为代表的非常规资源，更加强调适应复杂碎屑岩储层的实验、采集精度和非常规的测井综合评价思路，切实持续发挥好测井技术作为地质家“眼睛”的重要作用。也希望从事测井处理解释和油气层评价的技术干部、岩石物理实验工程师以及油气勘探领域的地质与油藏研究技术干部能够仔细阅读了解本书，真正把相关成熟经验运用到日常工作中。中国科学院院士：2013年9月 前 言“十一五”以来，中国石油的油气勘探主体对象逐渐转向以特低孔渗、致密砂岩、泥页岩等复杂碎屑岩储层。此类储层因孔隙结构极为复杂、孔隙空间体积小而导致其岩石物理特征与常规中高孔渗碎屑岩储层差异显著，测井响应信噪比降低，主要针对常规砂岩储层而设计的岩石物理实验与储层解释评价方法的适应性和精度正面临巨大挑战。与此同时，为满足复杂碎屑岩油气藏地质研究和评价需求，以高精度成像测井为代表的测井新技术被不断引入勘探生产中，深化复杂碎屑岩储层成像测井处理解释评价方法研究也成为测井科技工作者的当务之急。
基于上述原因，从“十一五”中期开始，国家专门设立油气重大专项，中国石油也通过测井攻关、基础研究等配套项目，在全国范围内组织优势力量围绕复杂碎屑岩储层岩石物理与测井处理评价方法等内容开展攻关。作为中国石油的一支重要研究力量，中国石油勘探开发研究院测井与遥感技术研究所一直全过程组织或参与此项工作，碎屑岩测井研究室、中国石油测井重点实验室在相关领域持续多年开展配套技术攻关研究，相继取得了一批具有重要理论价值和生产实效的成果。为庆祝测井遥感所建所十周年，笔者将这些成果进行提炼、整理出版。
本书重点总结了近年来测井遥感所在复杂碎屑岩领域的研究成果，从基础实验方法与工艺、测井响应机理、地质与储层信息提取、典型油气藏综合评价案例分析等几个角度，全面介绍了研究团队在复杂碎屑岩测井岩石物理特征与分析方法、核磁共振与阵列感应等成像测井资料处理解释新方法、复杂碎屑岩储层品质与流体识别新方法等方面的研究思路、研究成果与经验体会。虽然笔者对这些内容的广度和深度方面还感到有些不足，但值得欣慰的是，本书介绍的相关成果已在渤海湾、鄂尔多斯、吐哈、塔里木、四川及海南福山凹陷等盆地和区块得到了不同层次的试验与规模应用，取得了一系列发明专利和软件著作权，并在核心期刊发表了一批具有重要学术价值的论文，为提高重点勘探区块的油水层识别符合率及储量参数研究精度、加快复杂油气藏勘探进程发挥了重要作用，得到了相关油田的肯定和表扬。为满足需要，将这些成果进行了总结提炼，整理成书正式出版，以供同行共享经验与体会。
特别要强调指出的是，多年来中国石油勘探与生产分公司刘国强教授给予课题组大量的技术指导，李国欣处长、陆大卫教授、金鼎高级主管等领导和专家给予持之以恒的关心和无私帮助，这是碎屑岩研究团队取得成绩的基石和保障。
本书在测井遥感所周灿灿所长的组织和指导下，首先确定框架与提纲，然后分工编写，最后统稿定稿。具体章节编写分工如下：前言由李潮流完成，第一章由周灿灿、李潮流、李长喜、胡法龙、王克文、李霞、徐红军和俞军共同完成，第二章由王昌学完成，第三章由胡法龙、李潮流、刘忠华、李长喜完成，第四章由李潮流完成，第五章由王昌学完成，第六章由李潮流完成，第七章由程相志、宋连腾、刘忠华、李长喜、李霞和李潮流完成。全书由李潮流负责统稿，最终由周灿灿定稿。曾富强、张莉、孔强夫等参加了研究和整理出版工作。长庆油田勘探开发研究院石玉江总工程师及张海涛、周金昱、李高仁、杨小明、郭浩鹏，华北油田勘探部沈华副经理及李拥军、成捷，华北油田勘探开发研究院测井室周明顺主任，渤海钻探测井公司柴细元副经理及邵维志、丁娱娇，冀东油田勘探开发研究院周凤鸣副院长及司兆伟、徐风、张建林、田超国，塔里木油田肖承文高级专家，吐哈油田勘探公司刘东付副经理及杜向荣、韩成，南方勘探开发公司研究中心刘菊主任、张梅珠副主任等领导和专家、同行给本书的出版提供了大量宝贵的资料和建议，在此一并表示感谢。
本书是一部理论性和实践性强、信息量丰富的专著，适合于测井专业技术人员和岩石物理实验工程师、地质勘探综合研究人员及地质、石油类院校的师生阅读参考。由于复杂碎屑岩，特别是致密砂岩等复杂储层的勘探评价仍处于攻关研究过程中，认识还有待进一步深化完善，加之笔者水平有限，书中肯定存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。第一章 复杂碎屑岩岩石物理特征与分析方法
随着国内油气勘探的不断深入，在常规的中—高孔隙度、渗透率砂岩中发现大型油气藏的可能性变得越来越小，对当前油气储量和产量增长贡献最主要的是以特低孔隙度、渗透率为典型特征的复杂碎屑岩储层。以鄂尔多斯盆地为例，根据常温常压下实验测量的空气渗透率对储层进行分类，复杂碎屑岩储层包括特低渗储层（1.0～10.0mD）、超低渗储层（0.30～1.0mD）和致密砂岩储层（＜0.3mD）。
在中国石油天然气集团公司（以下简称中国石油）矿权区内，复杂碎屑岩储层主要分布在鄂尔多斯盆地上古生界、四川盆地大川中地区侏罗系、塔里木盆地大北—克深地区白垩系、松辽盆地南部深层、渤海湾盆地歧口凹陷中深层沙河街组、吐哈盆地三塘湖地区芦草沟组。本章主要分析此类复杂碎屑岩储层的岩石物理特征，针对其实验分析难题讨论相应的解决方案及岩石物理新方法、新装备，详细介绍近期针对复杂碎屑岩储层测井岩石物理研究的最新进展。第一节 复杂碎屑岩储层岩石物理与测井响应特征一、复杂碎屑岩储层岩石物理特征分析（一）孔隙结构特征
储层孔隙结构与储层的储集性能和物理特性密切相关。在复杂碎屑岩储层中，孔隙类型、孔隙尺寸大小及匹配关系等孔隙结构特征分析和评价尤为重要，其典型特点是储集空间以次生溶蚀孔隙为主，孔隙类型多样，原生粒间孔分布少。因此，致密砂岩储层与以原生粒间孔为主的常规中高孔渗储层在岩石物理特征和渗流特征等方面有明显差异。
以吐哈盆地巴喀油田下侏罗统致密砂岩气藏为例，储层的主要孔隙类型为溶蚀作用形成的长石溶孔和岩屑（花岗岩岩屑）溶孔，孔隙结构复杂（图1-1-1），在致密砂岩储层中溶蚀作用对物性改善起着十分重要的作用。图1-1-1 复杂碎屑岩储层典型的储集空间类型
对于山前带受强挤压作用的致密砂岩储层来说，高岩屑含量砂岩受到挤压导致储层物性变差、孔隙结构复杂，普遍致密。在挤压过程中的机械破碎作用产生的微裂缝对储层的改善起着极其重要的作用，一方面提供了储集空间，另一方面沟通了不连通的孔隙（图1-1-2），控制着有利储层的发育。图1-1-2 吐哈盆地巴喀油田下侏罗统含微裂隙储层薄片
岩心恒速压汞实验反映复杂碎屑岩储层普遍具有喉道细微、孔喉比大、孔隙结构差的特点。如图1-1-3所示，在孔隙度φ为5.49%、渗透率K为0.05mD时，其喉道半径峰值为0.6μm，而孔喉比为200～300，反映储层孔隙连通性较差。图1-1-3 岩心恒速压汞实验确定的喉道半径和孔喉比（φ=5.49%，K=0.05mD）
勘探实践表明，储层孔隙空间大小和裂缝发育程度及其配置关系对储层品质与储层有效性具有明显的控制作用。图1-1-4为吐哈盆地巴喀油田下侏罗统致密砂岩气藏试气结果与储层品质关系。由图可见，对应φ>6%的区域为Ⅰ类有效储层（铸体薄片显示孔隙较发育、连通性较好），均可获得工业产能；φ=3%～6%的区域试气结果差别很大，裂缝是否发育是决定储层产能的必要因素，若裂缝（微裂隙）发育，则储层具有产能，为有效储层（铸体薄片显示微裂隙和穿粒缝改善了孔隙之间的连通性），若裂缝（微裂隙）不发育，储层基本不具有产液能力，为低产层或干层（铸体薄片显示孔隙连通性较差）；φ<3%的区域为干层（铸体薄片显示孔隙孤立、不连通）。Ⅱ类储层中裂缝（微裂隙）的发育程度是决定产能的关键。实验分析和试气结果均表明孔隙空间和裂缝发育程度及其匹配关系是致密砂岩气储层品质的主要控制因素。图1-1-4 吐哈盆地巴喀油田下侏罗统致密砂岩储层分类图版（二）电性特征
大量研究表明，在复杂砂岩储层中，孔隙结构不仅影响储层的渗透性，而且对电性也具有重要影响，表现为具有相近孔隙度、相同流体性质饱和条件下的储层电阻率可能差别很大，这给以电阻率为核心的流体识别技术带来很大挑战。因此分析孔隙结构的影响规律对于油气层测井识别评价具有重要意义。
图1-1-5是鄂尔多斯盆地白豹地区长6段14块样品、渤海湾盆地歧口凹陷沙河街组沙二至沙三段26块样品的饱和盐水的电阻率R与根0据岩心核磁共振和压汞实验分析确定的平均孔喉半径比τ的关系图版，其中τ的定义式为：(1-1-1)图1-1-5 R与τ的实验关系分析0
式中 R——根据横向弛豫时间（T）谱转换的累积频率曲50核磁2线上50%对应的孔喉半径；压汞实验提供的平均喉道半径。
随着τ值增大，储层喉道成相对变细的趋势，导电路径趋于复杂化，因此R呈增大的趋势，但数据点存在明显的发散，主要原因是040块样品的孔隙度不同，不同区块样品的孔隙结构也存在差异。
为进一步深入分析τ对低孔低渗储层电阻率的影响，从上述40块样品中选取同一区块、孔隙度相近的样品进行对比分析，结果如图1-1-6所示。
图1-1-6(a)是来自歧口凹陷深层沙河街组样品的实验数据，饱和12000mg/L盐水在室温条件下测量其R值；图1-1-6(b)是来自白豹地0区的样品实验数据，饱和50000mg/L盐水在相同条件下测量R值。可0以看出，储层电阻率受τ影响明显。一方面，随着τ值增大，大孔细喉电阻率较高，粗喉道则具有较好的导电能力、较低的电阻率。另一方面，在相近孔隙度下，随着τ值减小，喉道相对变粗，渗透性和导电能力均增强，岩石电阻率降低，并且低孔隙度岩样的变化规律更为明显。图1-1-6 不同地区相近孔隙度的样品τ值影响R的关系图版0
图1-1-7是考察τ对电阻增大率I的影响规律，S为含水饱和度。可w以看出，在储层饱和度相近的情况下，由于其孔喉比的差异，细喉道(τ值高)的储层电阻增大率呈降低的趋势，这可能主要是由于微细喉道中饱含的束缚水导电而引起的。图1-1-7 τ对I的影响规律分析
通过对多个盆地不同区块、不同层位的复杂碎屑岩储层岩电实验结果统计表明，其地层因数F与孔隙度关系在双对数坐标系中呈非线性关系，为非阿尔奇（Archie）曲线特征。图1-1-8(a)为长庆油田上古生界储层地层因数F与孔隙度φ关系图。由图可见，在孔隙度为13%附近F与φ变化关系有一明显拐点。φ＞13%时数据分布较集中，曲线斜率较大；φ＜13%时数据点较分散，斜率变小。图1-1-8(b)为塔里木油田志留系储层F—φ关系图版，变化趋势更复杂，且在孔隙度为10%附近F与φ变化关系出现拐点。图1-1-8 F与φ的关系
根据不同孔隙类型岩石电学性质特征（图1-1-9），地层因数和孔隙度关系可分为以下几类：图1-1-9 不同孔隙类型砂岩储层岩石电学性质示意图（1）中高孔渗粒间孔隙储层：电学性质可应用阿尔奇模型及其改进形式等描述；（2）中高孔渗泥质砂岩储层：电学性质可应用W—S模型、双水模型等描述；（3）低孔低渗次生孔隙发育储层：电学性质复杂；（4）裂缝—孔隙型砂岩储层：电学性质具有各向异性特征，无成熟模型描述。（三）含油气饱和度分布特征
根据储层地质研究结果，油气储层孔隙可分为毫米级孔、微米级孔和纳米级孔三种类型。以致密砂岩为例，我国非常规油气储层研究结果表明，纳米级孔是致密砂岩储层连通储集空间的主体。与中高孔渗砂岩储层相比，致密砂岩储层孔喉特征差异主要体现在喉道上，喉道更细微，分布范围窄，主要集中在小于1μm（纳米级）的范围内，毛细管阻力大，但是在近源成藏、源储共生的成藏背景下，烃源岩长期持续高压充注使其仍可以具有较高的含油气饱和度，因此，储层含油气的临界孔喉半径和最大含油气饱和度对资源潜力评价至关重要。根据邹才能等人的研究结论，致密砂岩气储层临界孔喉半径为40nm，致密砂岩油储层临界孔喉半径为54nm。根据这一孔喉半径下限结果结合吐哈盆地巴喀油田恒速压汞实验分析的孔喉半径分布，可计算出不同类型致密砂岩气层临界孔喉半径对应的储层最大理论含气饱和度分别为56.3%、42.1%、21.5%。根据相渗实验确定的不同类型储层束缚水饱和度可获得致密砂岩气层的含气饱和度理论下限值分别为43%、36%、22%，如图1-1-10所示。图1-1-10 应用相渗实验确定吐哈盆地水西沟群致密砂岩气层含气饱和度下限
图1-1-11为鄂尔多斯盆地陇东地区长7段致密油层密闭取心分析的含油饱和度结果。由图可知，尽管致密砂岩储层孔渗低（图中样品渗透率0.02～0.3mD），但含油饱和度高达70%～80%，说明了烃源岩强大的、持久的排烃充注作用。图1-1-11 鄂尔多斯盆地陇东地区长7致密油层含油饱和度分析结果
通过对鄂尔多斯盆地长7段等国内典型致密砂岩油气藏的含油性分析，总结了不同油藏类型孔隙度—饱和度分布规律，如图1-1-12所示，在烃源岩十分发育、高排烃压力长期持续充注作用下，致密砂岩储层可以具有高达80%的含油饱和度。反之如果烃源岩的充注作用弱，如吐哈盆地水西沟群气藏，则含气饱和度较低。图1-1-12 不同油藏类型孔隙度—饱和度分布示意图二、复杂碎屑岩储层测井响应特征分析（一）电阻率测井响应特征
电阻率测井是储层岩性、物性与含油气性质的综合反映，在岩性、物性相近的背景下电阻率值高低一般主要反映含油气的丰度。针对致密砂岩储层而言，根据上面对其含油气饱和度的特征分析可知，不同含油气饱和度的致密砂岩储层，其电阻率差异，特别是电阻增大率的分布特征也不同。
图1-1-13是吐哈盆地两口井致密气层与干层测井响应对比实例。本例中储层孔隙度约为5%。在较低的烃源岩充注背景下，致密砂岩气层含气饱和度偏低，部分储层甚至不含气，主要为饱和束缚水的干层，压裂后可能出少量水。分析可知，本例中低饱和度气层与干层的电阻率值差异并不明显，电阻增大率为1.5～4，测井识别具有一定难度。图1-1-13 吐哈盆地致密砂岩气层—干层测井响应对比
图1-1-14是四川盆地川中地区两口井侏罗系沙溪庙组致密砂岩油层测井响应对比实例。本例中储层孔隙度约4.5%。图中上部分经试油证实为高饱和度油层，日产油174t，下部分为干层。通过对比可以看出，上下两段高饱和度油层与干层的电阻率值差异明显，电阻增大率可高达5～15。图1-1-14 四川盆地川中侏罗系沙溪庙组致密砂岩油层—干层测井响应对比（二）核磁共振测井响应特征
孔隙度是复杂碎屑岩储层品质评价的一个基本参数，也是储量计算的基础。由于复杂碎屑岩储层孔隙度低，核磁共振测井响应信噪比低，影响了此类储层孔隙度的评价精度。
吐哈油田致密砂岩储层核磁共振测井结果表明其信噪比仅为3～7（图1-1-15），给测井评价带来了很大的误差。图1-1-15第八道信噪比曲线表明长等待时间的T谱与短等待时间的T谱相比，前者的信噪22比相对较高，用两种T谱计算的孔隙度差异非常明显（图中第七道）。2图1-1-15 致密砂岩储层核磁共振测井信噪比实例（信噪比为3～7）
除信噪比特征以外，在特低孔渗碎屑岩储层中由于其独特的侵入规律，以冲洗带为主要探测范围的核磁共振测井响应还要受流体性质的影响，特别是残余烃对核磁共振横向弛豫时间T存在明显影响。图21-1-16是鄂尔多斯盆地长6段特低渗透油层核磁共振测井响应特征分析。由图可知，1953～1956m井段经试油证实为油水同层，第九、第十道分别为不同等待时间的T谱，可以看出在试油段，由于储层冲洗2带存在一定残余油，影响了核磁共振响应，使得不同等待时间的T谱2分布存在差异。图1-1-16 特低孔渗砂岩油层不同等待时间的T谱响应特征对比2
因此，在应用核磁共振测井开展复杂砂岩储层孔隙度计算和孔隙结构评价时，应首先通过岩石物理实验和数值模拟等手段确定误差和精度下限，同时应尽可能消除油气对核磁共振测井响应的影响，在此基础上再开展其他参数计算和孔隙结构分析，而不能直接套用已有的针对常规砂岩储层的核磁共振测井评价模型。第二节 复杂碎屑岩储层岩石物理实验新装备
岩心实验是岩石物理研究的重要手段，为了研究复杂碎屑岩储层的岩石物理响应机理，必须深入开展配套实验研究，但如本章第一节所述，由于此类储层的独特岩石物理特征，传统的、针对中高孔渗砂岩所研发的实验手段、方法，在适应性、精度、时效性等方面都难以满足需要，因此针对复杂碎屑岩储层必须研制新的高精度实验模拟装备。
中国石油天然气股份有限公司测井重点实验室成立于2006年，由中国石油勘探开发研究院测井与遥感技术研究所负责日常运行与维护。实验室以建设国际一流装备和研发一流技术为目标，立足于测井岩石物理实验研究、数值模拟和软件研发，建立油田迫切需要的有理论、可操作的非均质复杂储层测井处理解释评价核心技术和专用软件。
针对复杂碎屑岩储层的上述特征及测井解释综合评中遇到的突出问题，中国石油测井重点实验室引进了高温高压岩石电学和毛细管压力联测系统（RCS-763Z）、高温高压驱替状态核磁共振测量系统（MARAN-2L）两套标志性实验设备及岩心预处理、饱和及全直径孔渗测量等配套实验装置，研究了复杂储层的电学响应特征和饱和度评价技术，实现核磁共振测井流体识别和储层品质评价技术的创新与应用，显著提高复杂储层测井岩石物理研究能力。一、高温高压岩石电学和毛细管压力联测系统（一）仪器总体结构
电法测井是识别和评价油气层的一种重要测井方法。1941年发表的阿尔奇公式对电法测井应用具有划时代的意义，之后，围绕阿尔奇公式的形式及参数意义，很多学者进行了深入的研究。为了认识复杂碎屑岩、碳酸盐岩、火山岩及页岩等复杂储层的岩石电性特征、影响规律及精确确定饱和度模型参数，必须开展岩石电性及配套实验研究。然而，由于上述复杂储层孔渗低、非均质性强，因此常规的实验手段及装备难以满足要求。
RCS-763Z高温高压岩石电学和毛细管压力联测系统正是为了满足上述需要而专门研制的实验分析系统。该系统在总体结构、技术指标、控制模式、测量方式等方面均处于国际先进水平。
RCS-763Z系统包含A、B两个子系统，有三个静水压力岩心夹持器（其中柱塞岩心夹持器两个、全直径岩心夹持器一个），两套围压系统、驱替系统、压力测量及自动控制系统（图1-2-1、图1-2-2）。岩心夹持器的主体部分为不锈钢，水湿部分为哈氏合金。系统围压由PCI-112倍增器提供，具有围压自动跟踪、保持净围压恒定等功能。驱替系统的主要部件为双缸高精度QUIZIX泵，其中一个缸体能够为岩心出口端提供恒定压力（即起到回压的作用），另一个缸体能够提供驱替所需压力。系统中的管线可能与水接触的金属采用哈氏合金，只与油接触的部分采用的是不锈钢。柱塞岩样夹持器使用的是容积为321cm的Q5200 QUIZIX泵，全直径岩心夹持器使用的是容积为3275cm的Q6200 QUIZIX泵。在压力测量系统中，采用了两个高精度的绝对压力传感器分别测量夹持器上游、下游的压力，采用了三个具有不同量程的压差传感器精确测量岩心两端的压差。两个独立双开门恒温箱能够为夹持器、驱替系统等提供稳定的温度，为了安全，恒温箱具有过温保护功能。图1-2-1 RCS-763Z模拟地层条件下电阻率、毛细管压力测量系统图1-2-2 RCS-763Z测量系统仪器总体结构
为了能够测量驱替过程中的毛细管压力，使得孔隙空间流体分布维持稳定状态，岩心出口端及注入端分别安装了半渗透隔板和油润湿膜。图1-2-3是两种半渗透隔板，其中图1-2-3（a）所示的陶瓷材料的半渗透隔板突破压力为120psi。对低孔渗岩心，陶瓷材料半渗透隔板的突破压力远不能满足实验需要，为此，在RCS-763Z中使用了一种新型的高突破压力双层玻璃质半渗透隔板[图1-2-3（b）]，其突破压力能够高达1000psi。采用高突破压力的半渗透隔板对低孔渗岩心电阻率与毛细管压力联测实验具有非常重要的意义。图1-2-3 水湿半渗透隔板（二）关键部件
岩心夹持器包括1.0in（或1.5in）岩心夹持器两个，全直径岩心夹持器一个，夹持器全部为静水加载，并且具有两电极、四电极两种电阻率测量方式。图1-2-4为1.0in（或1.5in）岩心夹持器结构示意图。图1-2-4 柱塞岩样岩心夹持器结构
两个高精度绝对压力传感器监测上游、下游压力，压力测量范围：0～10000psi；三个压差传感器提供精确的压差测量，压力测量范围：0～1000psi, 压力偏差小于±%0.1F.S.。采用QUZIX泵进行精确的压力、流速控制。在设计的时候泵体内置烘箱，避免了因物质沉淀、温度差异等引起的体积变化。
围压采用PCI-112自动围压控制器，围压自动跟踪，保持净围压恒定，能够提供稳定的、满足储层条件的围压。围压范围：300～10000psi。
电性参数测量采用Fluke DRM-098数字电阻仪，测量的主要参数包括岩心电阻抗、相位角和品质因子。在50Hz～100kHz范围内可定义多达5个频率段。
两台独立的计算机分别控制一个柱塞岩样、另一柱塞岩样或全直径岩样夹持器，控制的主要内容包括所有的气动阀门、驱替泵、活塞式流体隔离器、冲洗容器、电性测量仪器、传感器、热电偶等。
控制软件主要用于各种参数的输入、报警条件判断、配置显示屏、 图表显示等。数据显示主要包括压力、温度、电阻率、报警状态等。
恒温箱采用两个可移动的、双开门恒温箱，箱体为不锈钢，配备数字温度控制器。烘箱的最高安全温度为150℃。
实验过程中，毛细管压力由压差传感器读数计算得到，饱和度的变化由高精度QUIZIX泵监测。电性参数的测量采用的是DRM数字电阻仪，测量时用户可以根据需要选择50Hz到100kHz范围内的5个测量频率。除岩心电阻率以外，还可以获得相位角、质量因素等参数。RCS-763Z能够同时进行两个柱塞岩样或者一个柱塞岩样和一个全直径岩样电阻率与毛细管压力联测实验。
RCS-763Z还具有一套集岩样数据输入，实时控制、采集、报警及参数动态图标显示为一体的软件控制系统（图1-2-5）。利用该控制系统，能够方便地输入测量样品的长度、直径、四电极间距，孔隙压力、驱替压力、岩心周围的净围压及数据采样间隔等参数，按照设定的采样间隔记录压力、流量、体积及电阻率等75个不同的参数。通过控制软件，用户可以定义最多5组图像显示，每组里面最多可以定义10项内容，根据这些图像显示，可以方便地观察岩心压力、流体体积及电阻率等个参数随着时间的变化情况。图1-2-5 高温高压岩石电学和毛细管压力联测软件控制界面（三）仪器性能指标（1）模拟储层条件的测量环境（最大围压10000psi，孔隙压力9500psi，最大驱替压力1000psi，最高温度150℃，饱和度测量精度±0.1%）；（2）能够测量1.0in、1.5in、4.0in等不同直径的岩样；（3）能够对两种不同直径岩样在相同测试条件（相同温度、相同围压、相同孔隙压力等）下进行测量；（4）具有恒速、恒压两种不同的驱替方式；（5）具有两电极、四电极两种电阻率测量方式；（6）能够模拟排驱、吸入两个过程的实验；（7）能够同时测量毛细管压力p、R、F、胶结指数m、I、饱和cw度指数n等参数；（8）计算机自动控制与数据采集。二、高温高压驱替状态核磁共振测量系统（一）仪器结构
高温高压驱替状态核磁共振测量系统是中国石油勘探开发研究院测井重点实验室自行设计的非标准实验装备，由一家英国公司和一家美国公司首次联合制造完成。该系统可以在不拆卸样品的情况下，实现同一样品不同饱和度下纵向弛豫时间T、横向弛豫时T和扩散系数12D等核磁共振参数测量，可以有效促进非均质复杂储层的孔隙结构研究和评价，以及核磁共振流体识别技术发展，对实现核磁共振测井流体识别和储层评价技术的创新与应用具有重要意义（图1-2-6、图1-2-7）。图1-2-6 高温高压驱替状态核磁共振测量系统图1-2-7 MARAN-2L仪器磁场分布结构
该系统仪器的共振频率为2MHz，静磁场为均匀磁场，均匀度小于50ppm，仪器配备梯度线圈（磁场范围0～17G/cm），可以进行梯度场测量；仪器可安装三种信号天线，分别为1.5in、3in和4in线圈，可以对1in、1.5in和4in等常见岩样开展核磁共振实验分析。
该系统配备的美国Corelab公司生产的驱替系统可以实现岩心加压及驱替操作，用于模拟不同饱和度和不同温压环境（图1-2-8）。配备美国Temco公司生产的无磁夹持器，可以安装1in和1.5in两种岩心，进行驱替过程中不同饱和度条件下的高温高压核磁共振测量，最高测量温度为150℃，最高围压为5000psi。图1-2-8 MARAN-2L驱替系统结构示意图（二）测试项目
借助三个不同尺寸的探头和梯度场，高温高压驱替状态核磁共振测量系统可以完成以下测量：（1）常规核磁共振测量（T、T）（岩心直径小于4in）；12（2）扩散系数测量（D）（流体和岩样）；（3）二维核磁共振测量（T—D、T—T）（岩心直径小于4in）；221（4）高温高压核磁共振测量（最高测量温度为150℃，最高测量压力为5000psi)。（三）仪器特点
由于高温高压驱替状态核磁共振测量系统具有较高的磁场均匀度，较小回波间隔T，较高信噪比，具有较强的岩心分析能力，主要E包括：（1）提供准确的核磁共振孔隙度和T分布；2（2）提供准确的束缚水含量；（3）提供准确的孔隙介质内流体饱和度；（4）结合压汞和CT仪器提供孔隙结构参数。
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