通常认为“低对比度油层”是指电阻增大率小于2的低阻油层。2009年欧阳健等将低阻油层（电阻增大率小于2）与复杂孔隙结构的低孔渗油层统一概括为“低对比度油层”^[1-2]。长期以来，测井识别这类油层存在较大难度。前人对此进行了大量研究，并取得较大进展。利用阿尔奇公式求取的视地层水电阻率R_wa对于识别低对比度油层效果较好。但是油层和水层的R_wa界限不易划分，不同区块和层位，甚至相邻两井同一层位的R_wa下限值都可能不一样。从统计规律来看，低对比度油层的R_wa和水层的R_wa通常混杂于界限附近，不易区分，给R_wa的应用带来难度。本文提出了双地层水电阻率对比法识别低对比度油层，在R_wa的基础上引入了自然电位计算的地层水电阻率，为区别于地层水真电阻率R_w，本文将其称为R_{w_sp}。将R_{w_sp}作为基值与R_wa对比，可快速识别低对比度油层。

1 理论基础

根据阿尔奇公式[公式 (1)]可知，在纯水层中利用100%饱和地层水的岩石电阻率、岩石有效孔隙度、岩性系数、胶结指数即可求取地层水电阻率。如果对于含油储层仍用阿尔奇公式计算地层水电阻率，将R₀替换为含油的岩石电阻率R_t即可得到视地层水电阻率R_wa[公式 (2)]。R_wa包含了储层孔隙、油和水的信息，是储层含油性评价的综合指标。当R_wa≈R_w时，指示为水层；当R_wa≥3R_w时，指示为油气层^[3]。

$纯水层:F = \frac{{{R_0}}}{{{R_{\rm{w}}}}}{\rm{ = }}\frac{a}{{{\phi ^m}}} \Rightarrow {R_{\rm{w}}} = \frac{{{R_0} \times {\phi ^m}}}{a}$

(1)

$含油层:F = \frac{{{R_{\rm{t}}}}}{{{R_{{\rm{wa}}}}}}{\rm{ = }}\frac{a}{{{\phi ^m}}} \Rightarrow {R_{{\rm{wa}}}} = \frac{{{R_0} \times {\phi ^m}}}{a}$

(2)

式中F——地层因素；

  R₀——100%饱和地层水的岩石电阻率，Ω·m；

  R_w——地层水真电阻率, Ω·m;

  a——岩性系数，一般为1；

  φ——岩石有效孔隙度；

  m——胶结指数, 一般为2；

  R_wa——视地层水电阻率，Ω·m；

  R_t——含油的岩石电阻率，Ω·m。

此方法在应用时需要以储层地层水的真电阻率R_w作为参考值，而通常情况下R_w难以准确获取，导致该方法在实际应用时存在误差。于是前人放弃了利用R_wa绝对值识别油层的方法，而是利用R_wa的统计规律符合正态概率分布的特点识别油层，使得利用R_wa识别流体性质的方法得到了实际应用^[3-5]。本文用R_{w_sp}代替R_w，结合R_wa值进行油水层识别。

对于利用自然电位曲线计算地层水电阻率的研究完善，理论基础扎实、公式推导严谨，此处不再详细介绍其推导过程[公式 (3)]^{[3, 6]}。该公式适用于任何矿化度的地层水，但求出的结果是地层水等效电阻率（R_we），斯伦贝谢公司对此作了大量的研究，制作了SP-2图版将R_we转换为地层条件下的地层水电阻率，并将计算方法写进了解释软件。用该软件计算的R_{w_sp}是比较准确的。

$\begin{array}{l} SSP = - K\lg \left( {\frac{{{R_{{\rm{mfe}}}}}}{{{R_{{\rm{we}}}}}}} \right) \Rightarrow {R_{{\rm{we}}}}{\rm{ = }}{R_{{\rm{mfe}}}} \times {10^{\left( {SSP/K} \right)}}\\ \mathop \Rightarrow \limits^{{\rm{SP - 2图版}}} {R_{{\rm{w\_sp}}}} \end{array}$

(3)

式中SSP——地层静自然电位，mV；

  K——自然电位系数，与温度成正比；

  R_mfe——钻井液等效电阻率，Ω·m；

  R_we——地层水等效电阻率，Ω·m；

  R_{w_sp}——自然电位计算的地层水电阻率，Ω·m。

2 关于R_{w_sp}的讨论

一直以来，用自然电位计算地层水电阻率的目的是用到阿尔奇公式[公式 (1)]中，代替R_w进行含油饱和度评价。通常认为只有在纯水层才能获得比较准确的地层水电阻率，而在油层段求取的R_w是不准确的。究其原因是，当在含泥质砂岩地层中采用淡水钻井液钻井，储层含油层时的自然电位曲线幅度通常比含水时的自然电位曲线幅度小，从而认为自然电位曲线幅度的变化除了受地层水的影响外，还受油气影响。然而，本文认为即使在纯油层中R_{w_sp}仍然能够表征储层地层水电阻率，只不过此时的电阻率是束缚水（或不可动水）的电阻率。在油水同层中，自然电位则是束缚水与部分可动水共同作用下产生的。所以，R_{w_sp}应该代表了束缚水和可动水二者共同的电阻率。在纯水层中，认为R_{w_sp}反映的是可动水电阻率。

从自然电位的产生机理来看，自然电位曲线幅度取决于地层水电化学活度（C_w）与钻井液电化学活度（C_mf）的差异。自然电位主要由扩散电动势（E_d）、扩散吸附电动势（E_da）和过滤电动势（E_f）共同作用产生，并在井内形成自然电位^[7]。实际应用中通常只考虑前两种电动势（图 1），且有$SSP = {E_{\rm{d}}} - {E_{{\rm{da}}}}{\rm{ = }} - K\lg \left( {\frac{{{R_{{\rm{mfe}}}}}}{{{R_{{\rm{we}}}}}}} \right)$。在自然电位形成的整个过程中，地层水和钻井液滤液中导电离子的扩散、吸附作用起了主导作用，同时还受到地层阳离子交换能力的影响^[8]。

在实际应用中，自然电位曲线幅度的影响因素较多，例如：泥质含量、含油饱和度、钻井液侵入深度以及储层孔隙结构等。在钻井液矿化度一定的情况下，储层泥质含量增加、含油饱和度变大、钻井液侵入加深及孔隙结构变得复杂，都会导致自然电位曲线幅度变小。因此，淡水钻井液侵入时，自然电位负异常幅度减小存在多解性，据此识别流体性质是不准确的。

由自然电位曲线的电化学性质可知，其异常幅度的大小仅与可交换离子的数量有关。以上导致自然电位负异常幅度减小的根本原因可以归结为储层中导电离子数量的减少。而导电离子主要存在于束缚水、可动水和钻井液滤液中，因此R_{w_sp}反映的是不同性质地层水的矿化度。在纯水层中，自然电位曲线幅度变化主要是自由水的离子交换作用引起的，此时R_{w_sp}≈R_w；在纯油层中，自然电位曲线幅度变化则主要依靠束缚水的离子交换完成，此时R_{w_sp}应该是束缚水电阻率（R_wi) ^[9-10]，即R_{w_sp}≈R_wi。在孔渗条件较好时，即使储层含油，R_{w_sp}仍然与实际地层水电阻率保持一致，油气的影响很小，几乎可以忽略不计。因此，利用R_{w_sp}与R_w对比的方法识别油、水层是比较可靠的。

3 双地层水电阻率对比法的应用

通常陆相沉积的低对比度油藏均与地层水矿化度有关^[11-13]。在鄂尔多斯盆地的岩性油藏中，由于地层水矿化度差异大以及成藏时油气充注不饱满等原因引起的低对比度油层极为常见^[14-15]。因此，在识别这类油层时，充分考虑地层水的信息非常必要。

理论与实践均证明，在复杂地层水矿化度条件下，自然电位曲线是反映地层水矿化度变化最直观的曲线^[16-17]。将R_{w_sp}作为背景值与R_wa对比，消除了储层自身的地层水信息，最大程度地保留了油的信息，特别有利于低对比度油层的识别。当R_wa > R_{w_sp}时，储层含油可能性比较大；当R_wa < R_{w_sp}时, 储层含水可能性比较大；当R_wa≈R_{w_sp}时储层基本确定为水层，而且当地层较纯时有R_wa≈R_{w_sp}≈R_w。如图 2所示，H353井2号储层是鄂尔多斯盆地侏罗系典型的低对比度油层。图 2中最后一道为R_wa与R_{w_sp}交互包络充填，用于指示油层。可以看出，1、2、3号储层岩性、物性以及电阻率均差别不大，如果按照常规四性关系评价方法解释，很容易将2号储层误判为水层；使用双地层水电阻率法评价可以看出2号储层的R_wa明显高于R_{w_sp}，而且二者包络面积比较饱满。经试油证实，2号储层为高产油层，在2号层顶部射孔1m求产，日产纯油21.93t，证实了双地层水电阻率对比法识别低对比度油层的有效性。

根据岩石物理实验获得准确的m、a值，利用上述理论及公式计算R_wa，利用自然电位曲线、钻井液及温度信息计算R_{w_sp}。基于以上方法，对油、水层进行判别，效果很好。图 2中最后一道的红色曲线为R_{w_sp}，黑色曲线为R_wa，两条曲线采用对数刻度，交互充填显示，红色指示为油层，蓝色指示为水层。各层参数取值如表 1所示。

1号层：R_wa≈R_{w_sp}，解释为水层；2号层：R_wa > R_{w_sp}，解释为油层；3号层：R_wa < R_{w_sp}，解释为水层。根据地层水分析资料得到该区Y9段和Y10段地层水真电阻率R_w=0.050Ω·m。油层和水层的R_{w_sp}均与地层水真电阻率R_w非常接近；而R_wa在水层中与R_w比较接近；在油层中与R_w相差较大（表 1）。

4 应用效果分析

鄂尔多斯盆地存在大量的低对比度油层，主要分布于中生界延长组C1—C3段储层以及侏罗系储层，属于低幅度构造—岩性油藏，这类油层与水层的测井响应特征相似（图 2）；另一类则是盆地北部C4+5—C6段储层，属于低孔渗的岩性油藏^[18-20]，由于孔隙结构复杂，地层水矿化度变化大，平面分布不均匀，加之岩性较细，油层与水层测井曲线可比性差，造成测井解释非常困难。利用双地层水电阻率对比法识别这两类低对比度油层，具有比较明显的优势；它比常规四性分析法，多考虑了地层水的信息，识别效果更好。如图 3、图 4中C4+5段和C6段储层段的低对比度油层，在常规四性分析较难得出结论时，采用双地层水电阻率对比法进行评价则更容易。R_wa与R_{w_sp}包络面积相对饱满的解释为油层，较差的解释为油水同层，评价结果与试油结果对应得非常好。

统计鄂尔多斯盆地低对比度油、水层可得到R_wa与R_{w_sp}交会图（图 5），可以看出水层主要集中在R_w（R_wa=R_{w_sp}）这条纯水线以下，水线之上为油层或油水同层，油水界限非常清晰，与理论分析吻合。在相同地区，同一层位中距离水线越远，越有可能是纯油层，符合R_wa > 3R_w的一般规律。在单井解释中，R_{w_sp}变化地表征了油层、水层的R_wa界限，而不是同一地区采用同一个值作为标准识别油层，更符合低对比度油层特征。

2015年利用该方法对鄂尔多斯盆地侏罗系低对比度油层进行老井复查，成功识别出了一批低对比度油层，优选了12口井进行试油验证，7口井获得了工业油流，L233井就是其中比较典型的一个例子（图 6）。L233井位于侏罗系低幅度构造—岩性油藏边部，处于构造不利位置，在一次解释时，分析其邻井L279井，两井相距2.84km，L279井在Y10段顶部1710.9~1714.8m处试油获日产纯油35.2t（表 2、图 7）。L233井储层内泥质夹层增多，与L279井相比密度值相当（表 2），声波时差较高，但是电阻率值偏小，依据常规四性分析，将Y10段顶部1454.0~1458.8m解释为水层。在老井复查过程中，利用双地层水电阻率对比法进行二次评价，发现L233井Y10段1454.0~1458.8m处显示含油，但是R_wa与R_{w_sp}交互充填并不饱满；而邻井L279井Y10段顶部同样具有明显的含油指示且充填饱满，并且试油证实其为高产油层。据此，将L233井Y10段顶部1454.0~1458.8m的水层重新解释为油水同层。在1457.6m处定点射孔，经压裂改造后，日产油4.7t，日产水7.8m³，证实了二次解释的正确性，扩大了该区Y10段含油面积。

5 结论

(1) 自然电位曲线幅度的变化，只与储层中导电离子浓度有关。在储层孔渗条件一定的情况下，R_{w_sp}受油气的影响可忽略，不会影响双地层水电阻率对比法的应用效果。

(2) 利用自然电位曲线，根据钻井液性质、温度、压力等参数计算的R_{w_sp}，真实反映了不同地层水电阻率，水层时R_{w_sp}≈R_w，油层时R_{w_sp}≈R_wi；并且利用其与R_wa对比，可以简便、有效地指示储层含油情况。

(3) 利用双地层水电阻率对比法识别油层时，只需常规测井曲线、钻井液、温度等信息即可，非常适合于老井复查工作，对隐蔽的低对比度油藏进行重新评价。但在使用时，需要注意纵向上综合对比分析，在此基础上，再进行多井对比分析，可取得不错的效果。