黃質(zhì)昌，黃新平，賀菲，范英鋒

(中石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東東營(yíng)257096)

0 引言

低電阻率油層成因復(fù)雜，由于其低電阻率的特殊性，極具隱蔽性且不容易被發(fā)現(xiàn)，是儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)和研究工作的一個(gè)難點(diǎn)。核磁共振、成像、陣列感應(yīng)測(cè)井等新技術(shù)由于測(cè)井費(fèi)用昂貴、施工工期較長(zhǎng)等因素制約了作為測(cè)井設(shè)計(jì)必測(cè)項(xiàng)目廣泛推廣使用。利用常規(guī)測(cè)井資料進(jìn)行視地層水電阻率、視自然電位計(jì)算方法研究和組合應(yīng)用，以及含水飽和度計(jì)算模型的優(yōu)化使用和地層流體性質(zhì)判別參數(shù)的提取，使其能更準(zhǔn)確有效地識(shí)別低電阻率油層、低油/水電阻率對(duì)比度油層是本項(xiàng)應(yīng)用研究工作的主要目的。

1 雙自然電位重疊技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

砂泥巖剖面地層中儲(chǔ)層的自然電位異常幅度與Rmf/Rw(泥漿濾液電阻率與地層水電阻率的比值)、泥質(zhì)含量、儲(chǔ)層厚度和含油性等因素有關(guān)，但最主要受Rmf/Rw控制。儲(chǔ)層自然電位可近似表達(dá)為

式中，SP為自然電位，mV;Rmf、Rw分別為泥漿濾液、地層水電阻率，Ω·m;k為自然電位系數(shù)，無(wú)量綱，與地層溫度有關(guān)。

在厚度大于3m、巖性較純的砂巖儲(chǔ)層中，實(shí)際測(cè)量的自然電位比較接近理論計(jì)算的自然電位數(shù)值。利用式(1)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分析，當(dāng)Rmf/Rw為一確定值時(shí)，確定其自然電位異常幅度值基本上與儲(chǔ)層的含油性無(wú)關(guān);而Rmf、Rw分別對(duì)沖洗帶淺探測(cè)電阻率(Rxo)和原狀地層深探測(cè)電阻率(Rt)有重要影響。一般情況下，儲(chǔ)層分別含水和含油時(shí)，其Rxo變化不會(huì)太大，而Rt變化較大，這為利用Rxo、Rt變化識(shí)別油水層帶來(lái)了可能。由Rmf/Rw聯(lián)想到Rxo/Rt，利用Rxo/Rt構(gòu)造一條視自然電位與測(cè)量自然電位組合曲線指示儲(chǔ)層含油性的變化［1］，張曉明等［2］提出了類似的方法，參考他們提出的方法進(jìn)行合理的推導(dǎo)分析。利用阿爾奇公式分別計(jì)算原狀地層和沖洗帶含水飽和度

由式(2)、式(3)相比取對(duì)數(shù)得

純水層靜自然電位(SPs)表達(dá)式

把式(5)代入式(4)得到

實(shí)際測(cè)井資料分析，當(dāng)儲(chǔ)層厚度大于3m且泥質(zhì)含量較低時(shí)，實(shí)際測(cè)量自然電位(SP)非常接近SPs，把 SP 代入式(7)得到

式中，Sw、Sxo分別為原狀地層和沖洗帶含水飽和度，小數(shù);Rt、Rxo分別為原狀地層和沖洗帶電阻率，Ω·m;Rwe、Rmfe分別為地層水和泥漿濾液等效電阻率，Ω·m;φ為地層有效孔隙度，小數(shù);ka為視自然電位系數(shù)，無(wú)量綱，可用純水層進(jìn)行刻度求取;a、b、m、n為阿爾奇公式中的系數(shù)和指數(shù)，無(wú)量綱，與地層的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)和巖石的潤(rùn)濕性等因素有關(guān)，由巖石物理實(shí)驗(yàn)室測(cè)量求取。

式(8)中ka取正值。當(dāng)儲(chǔ)層為水層時(shí)，Sw=Sxo，則 SPa=SP;當(dāng)儲(chǔ)層含油時(shí)，Sxo＞ Sw，則 SPa＞SP，這就是雙自然電位重疊指示儲(chǔ)層含油性的技術(shù)原理。實(shí)際應(yīng)用中，刻度系數(shù)ka可選擇純水層進(jìn)行計(jì)算，使SPa=SP即可得到ka。雙自然電位重疊技術(shù)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，關(guān)聯(lián)參數(shù)少，輸出結(jié)果直觀明了，實(shí)用性較強(qiáng)。其不足之處是在井眼擴(kuò)大較嚴(yán)重的地層，沖洗帶電阻率的測(cè)量易受泥漿的影響，測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的可靠性降低。

1.2 應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

(1)為了便于多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)的使用，當(dāng)測(cè)量自然電位出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，應(yīng)對(duì)整個(gè)測(cè)量井段的自然電位進(jìn)行平移，使測(cè)量自然電位數(shù)值大于0，同時(shí)對(duì)區(qū)塊自然電位泥巖基線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;計(jì)算的視自然電位應(yīng)以測(cè)量自然電位的泥巖基線為準(zhǔn)進(jìn)行整體平移，到達(dá)兩者泥巖基線的統(tǒng)一。

(2)由于深-淺電阻率曲線的縱向分辨率比自然電位高，用其計(jì)算的視自然電位縱向分辨率也比自然電位高，即SPa與SP曲線形態(tài)的匹配性差一些，需要對(duì)SPa曲線進(jìn)行濾波處理，一般可選擇5點(diǎn)或7點(diǎn)濾波較為合適，經(jīng)濾波后2條自然電位曲線形態(tài)匹配會(huì)更好。

(3)進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)，視自然電位刻度系數(shù)ka的選取井段距離不要太長(zhǎng)，要依據(jù)純水層SP幅度的變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2 雙視地層水電阻率重疊技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

根據(jù)阿爾奇公式，砂泥巖剖面儲(chǔ)層的視地層水電阻率公式有

在水層，由于 Rt=R0，則 Rwa，Ar=Rw;當(dāng)儲(chǔ)層含油時(shí)，由于 Rt＞ R0，則 Rwa，Ar＞ Rw，這是雙視地層水電阻率重疊識(shí)別油、水層的技術(shù)原理。獲得地層水電阻率一般有2種方法。第1種是通過(guò)試油資料獲得的地層水總礦化度、水型和溫度數(shù)據(jù)，再利用相關(guān)的圖版和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。使用這種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)需要先人工計(jì)算Rw值，然后以參數(shù)輸入的形式實(shí)現(xiàn)Rw的輸出。第2種方法是利用自然電位曲線計(jì)算地層水電阻率，是本文應(yīng)用的計(jì)算方法。不分水層、油層進(jìn)行連續(xù)計(jì)算，利用自然電位曲線計(jì)算得到的計(jì)算結(jié)果也稱之為視地層水電阻率(Rwa，sp);含油性對(duì)儲(chǔ)層的SP幅度影響較小，即水層與油層的SP 幅度比較接近，故在水層 Rwa，sp=Rw(即 Rwa，Ar=Rwa，sp)，在油層 Rwa，sp≈Rw(即 Rwa，Ar＞ Rwa，sp)。利用測(cè)量自然電位計(jì)算儲(chǔ)層視地層水電阻率的方法，洪有密論述，經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算分別得到標(biāo)準(zhǔn)溫度下(24℃)的視地層水等效電阻率(Rwaen)、標(biāo)準(zhǔn)溫度下的視地層水電阻率(Rwan)，最后進(jìn)行溫度校正得到地層溫度下的視地層水電阻率(Rwa，sp)［3］。視地層水礦化度(等效NaCl)計(jì)算公式

式中，Rwa，Ar、Rwa，sp分別為利用阿爾奇公式和自然電位計(jì)算的視地層水電阻率，Ω·m;C1、C分別為以ppm、mg·L－1為量綱的視地層水礦化度;T為地層溫度，℃。式(12)適用的礦化度范圍為5000～3.375 ×105mg·L－1。

2.2 應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

(1)Rwa，sp、C的計(jì)算均與地層溫度T有關(guān)，而T與地溫梯度(Tg，℃/100m)關(guān)系密切。對(duì)斜井進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)對(duì)Tg進(jìn)行斜深校正，把垂直的地溫梯度轉(zhuǎn)換為斜深的地溫梯度。

(2)在儲(chǔ)層的頂、底界面附近SP受圍巖影響嚴(yán)重，計(jì)算結(jié)果可信度降低;儲(chǔ)層的中心位置SP受圍巖影響小，計(jì)算結(jié)果的可信度較高。

(3)對(duì)于厚度小于3m的儲(chǔ)層，其SP純泥巖值的選取可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以減少圍巖對(duì)儲(chǔ)層SP幅度的影響。

3 含水飽和度計(jì)算模型優(yōu)化應(yīng)用

勝利油區(qū)低電阻率油層主要有3種類型:高地層水礦化度型、高泥質(zhì)含量型和高束縛水飽和度型。在實(shí)際的儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)工作中針對(duì)不同類型的油層應(yīng)用不同的模型計(jì)算地層含水飽和度。對(duì)巖性較純的高地層水礦化度型低電阻率油層，在實(shí)驗(yàn)室中模擬地層的溫度、壓力和地層水礦化度條件，測(cè)量巖石樣品的a、b、m、n值，然后應(yīng)用經(jīng)典的阿爾奇方程就可得到滿足油田生產(chǎn)需要的含水飽和度參數(shù)。對(duì)泥質(zhì)成分以黏土礦物為主的黏土附加導(dǎo)電型低電阻率油層，使用陽(yáng)離子交換模型及其應(yīng)用技術(shù)方法［4］計(jì)算地層含水飽和度，以降低或消除黏土附加導(dǎo)電性對(duì)含水飽和度計(jì)算的影響。對(duì)儲(chǔ)層巖石顆粒細(xì)、泥質(zhì)成分以細(xì)粉砂巖為主的高束縛水低電阻率油層，應(yīng)用混合泥質(zhì)模型［5］及其改進(jìn)形式［6］計(jì)算地層含水飽和度，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。改進(jìn)的混合泥質(zhì)模型表達(dá)式為

式中，Rt、Rsh、Rw分別為地層、泥質(zhì)和地層水電阻率，Ω·m;φ為有效孔隙度，小數(shù);Vsh為泥質(zhì)含量，小數(shù);Sw為含水飽和度，小數(shù);a、m、d分別為巖性系數(shù)、孔隙度指數(shù)和泥質(zhì)指數(shù)，無(wú)量綱。

4 多參數(shù)組合油水識(shí)別方法

通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果與試油數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，依據(jù)不同參數(shù)對(duì)含油反映靈敏度的不同，定義3個(gè)判別參數(shù)。第1判別參數(shù)P1為含水飽和度，P1=Sw;第2判別參數(shù)P2為阿爾奇視地層水電阻率與自然電位視地層水電阻率之比，P2=Rwa，Ar/Rwa，sp;第 3 判別參數(shù)P3為視自然電位與測(cè)量自然電位的比值，P3=SPa/SP。利用3個(gè)判別參數(shù)建立油、水層判別標(biāo)準(zhǔn)。表1為勝利油區(qū)SN10區(qū)塊和LH7區(qū)塊油、水層多參數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)。儲(chǔ)層為油層要同時(shí)滿足全部3個(gè)條件;油水同層至少要滿足其中的2個(gè)條件;含油水層(水層)至少也要滿足其中的2個(gè)條件。

表1 SN10區(qū)塊、LH7區(qū)塊油水層多參數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)

5 應(yīng)用效果

低電阻率油層多參數(shù)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于勝利油區(qū)的SN10區(qū)塊和LH7區(qū)塊共52口井的儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)，對(duì)低電阻率油層和低油/水電阻率對(duì)比度油層的識(shí)別成功率達(dá)到85%以上，取得了良好的應(yīng)用效果。

S13井為SN10區(qū)塊的1口評(píng)價(jià)井，油氣目的層為沙三段，儲(chǔ)層巖性以粉砂和細(xì)砂巖為主、夾泥質(zhì)細(xì)砂巖，平均孔隙度17.8%、平均滲透率28 ×10－3μm2。圖1為S13井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理綜合成果圖。主要目的層16號(hào)層的測(cè)井評(píng)價(jià)難點(diǎn)在于，①測(cè)量的深探測(cè)電阻率不高，深感應(yīng)電阻率在2.3～3.1Ω·m之間，鄰近8號(hào)水層深感應(yīng)電阻率為2.05～4Ω·m，其深探測(cè)電阻率與水層比較接近;②深-中-淺三探測(cè)電阻率組合表現(xiàn)出明顯的高侵電阻率剖面(R淺＞R中＞R深)，為水層的測(cè)井響應(yīng)特征，這給油水識(shí)別造成了很大的疑惑。多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理成果顯示，雙視地層水電阻率重疊、雙自然電位重疊均指示該層含油;判別參數(shù)P1、P2指示為油層;P3在中部及上部指示為油層，只是在底部數(shù)值降低，判別為油水同層;測(cè)井資料綜合分析16號(hào)層解釋為上油層下油水同層;15及17號(hào)層分別解釋為油層、油水同層。對(duì)15、16號(hào)層進(jìn)行射孔試油，射孔井段3161.8 ～3170m，經(jīng)壓裂改造后日產(chǎn)油6.7t，含水50%，出水的原因是儲(chǔ)層經(jīng)壓裂后底水上竄，測(cè)井解釋結(jié)論與試油結(jié)論基本一致。

圖1 S13井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理綜合成果圖

L17井為L(zhǎng)H7區(qū)塊的1口評(píng)價(jià)井，目的層明化鎮(zhèn)組，儲(chǔ)層巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，平均孔隙度33.5%、平均滲透率1500 ×10－3μm2，屬高孔隙度高滲透率、易出砂疏松砂巖儲(chǔ)層。地層水較淡，礦化度變化范圍1700～2800mg/L，水型為NaHCO3。該井目的層3號(hào)層的評(píng)價(jià)難點(diǎn):①目的層段地層水較淡，水層電阻率高(約10Ω·m)，且處于礦化度多變的地帶;②該層深側(cè)向電阻率最高11Ω·m，與水層電阻率對(duì)比度低(約1.1倍)，且由于是海水泥漿鉆井，造成所有儲(chǔ)層都為低侵電阻率剖面特征，無(wú)法利用電阻率組合的侵入特征來(lái)區(qū)分油水層。圖2為L(zhǎng)17井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理綜合成果圖。3號(hào)層深側(cè)向電阻率7～11Ω·m，鄰近1號(hào)水層深側(cè)向電阻率7～10Ω·m;3號(hào)層的流體性質(zhì)難于判斷。多參數(shù)綜合分析顯示，該層上半部雙視地層水電阻率重疊、雙自然電位重疊指示含油性良好，參數(shù)P1、P2、P3判別為油層;下半部各個(gè)參數(shù)顯示含油性變差，判識(shí)為油水同層。測(cè)井綜合解釋3號(hào)層為上油層下油水同層。射開(kāi)3號(hào)層上半部1541～1545 m進(jìn)行試油，螺桿泵抽，轉(zhuǎn)速50r/min，日產(chǎn)油19.76 t，含水38%，地層水總礦化度2569mg/L。油層含水的原因是該層底部已見(jiàn)到底水，再加上用抽力很大的螺桿泵進(jìn)行抽吸，致使底水上竄，測(cè)井解釋結(jié)論與試油結(jié)論相符合。

圖2 L17井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理綜合成果圖

6 結(jié)論

(1)多參數(shù)油水識(shí)別技術(shù)適用于勝利油區(qū)砂泥巖剖面地層的油水評(píng)價(jià)，特別對(duì)低電阻率油層、低油/水電阻率對(duì)比度油層的識(shí)別效果良好。

(2)對(duì)于不同區(qū)塊的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，判別參數(shù)P1、P2、P3的油、水層判別標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)不同的地層條件。

(3)厚度小于3m或井眼垮塌嚴(yán)重的儲(chǔ)層其計(jì)算結(jié)果的可靠性降低。

(4)對(duì)自然電位進(jìn)行層厚校正是該項(xiàng)技術(shù)今后要進(jìn)一步完善提高的研究方向。

［1］ 中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)公司.低電阻率油氣藏測(cè)井識(shí)別評(píng)價(jià)方法與技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2006:301-305.

［2］ 張曉明，王曉紅，鄭秀臣，等.鐵邊城地區(qū)深層低電阻率油層成因及測(cè)井識(shí)別技術(shù)［J］.測(cè)井技術(shù)，2010，34(4):360-364.

［3］ 洪有密.測(cè)井原理與綜合解釋［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，1993:39-42.

［4］ 李山生，黃質(zhì)昌，杜蕊，等.Waxman-Smist模型中參數(shù)B和QV計(jì)算方法研究［J］.測(cè)井技術(shù)，2012，36(3):244-249.

［5］ 雍世和，張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2002:174-178.

［6］ 黃質(zhì)昌，黃新平，冷洪濤.東營(yíng)凹陷DX176塊低電阻率油層評(píng)價(jià)技術(shù)［J］.測(cè)井技術(shù)，2010，34(5):457-461.