劉洪亮，王成榮，王鵬，吳都，職玲玲，劉春輝

（中國石油集團(tuán)測井有限公司吐哈事業(yè)部，新疆 哈密839009）

0 引 言

根據(jù)阿爾奇公式可知，油層電阻率與地層水電阻率Rw和含水飽和度Sw緊密相關(guān)。研究儲(chǔ)層電阻率時(shí)更多地考慮了Rw和Sw對(duì)地層電阻率的影響，而忽略了孔隙導(dǎo)電通道對(duì)電阻率的影響；特別是在利用臨近水層法開展油氣層判定、評(píng)價(jià)中，常常忽視目標(biāo)層和臨近標(biāo)準(zhǔn)水層孔隙結(jié)構(gòu)的層間差異而采取相同的孔隙度指數(shù)m進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致含油飽和度計(jì)算結(jié)果低于實(shí)際，降低了測井對(duì)儲(chǔ)層含油氣級(jí)別的測定，甚至延緩了油氣藏的發(fā)現(xiàn)。

儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)電阻率的影響通過孔隙度指數(shù)m傳遞［1］。正確揭示不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的m值變化特征，對(duì)于測井準(zhǔn)確判定、評(píng)價(jià)復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)油氣層具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 層間孔隙結(jié)構(gòu)差異化成因

1．1 吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

鑄體薄片、電鏡掃描等巖心分析結(jié)果表明，吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部低電阻率儲(chǔ)層具有次生溶蝕孔隙較為發(fā)育（裂縫／裂隙不發(fā)育），填隙物含量高、極細(xì)微孔喉占比高的特點(diǎn)。壓汞特征大多屬于II類孔隙結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管壓力曲線以偏粗歪度為主，出現(xiàn)一近似平臺(tái)，分選中等，特征參數(shù)表現(xiàn)為中－低排驅(qū)壓力，中等中值壓力，中等中值半徑；孔喉分布體現(xiàn)為雙峰特征，極細(xì)微孔喉（孔隙半徑＜0．1μm）體積約占總孔隙體積的30%以上［2］。

1．2 層間孔隙結(jié)構(gòu)差異化成因

引起層間孔隙結(jié)構(gòu)差異的原因既有儲(chǔ)層自身巖性的因素，又有受到后期成巖作用的影響［3］。

（1）巖石成分中塑性物質(zhì)含量高，孔隙填隙物以泥質(zhì)為主。臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜儲(chǔ)層巖性主要為長石巖屑砂巖，石英含量僅占30%左右，塑性物質(zhì)長石、巖屑占70%左右；泥質(zhì)以高嶺石為主，含量占總體積的15%左右，主要以填隙物的形式雜亂堆積在孔隙里，微孔發(fā)育，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

（2）成巖作用。塑性物質(zhì)含量高的巖石，機(jī)械壓實(shí)作用的改造比較突出，原生粒間孔隙大幅度變小，石英、長石次生加大，進(jìn)一步使原生孔隙縮?。婚L石溶蝕，顆粒間、內(nèi)溶蝕微孔發(fā)育，形成雙孔介質(zhì)特征。

2 層間孔隙結(jié)構(gòu)差異油層導(dǎo)電機(jī)理

2．1 巖電試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，共選取魯克沁克拉瑪依組10塊、神泉三間房組7塊、火焰山三間房組24塊共計(jì)41塊巖心開展巖電實(shí)驗(yàn)。原始地層水采用等效NaCl溶液配制，實(shí)驗(yàn)溶液的測量參數(shù)為火焰山地區(qū)、魯克沁地區(qū)等效NaCl礦化度50000mg／L、25℃條件下地層水電阻率0．1315Ω·m；神泉地區(qū)等效NaCl礦化度150000mg／L、25℃條件下地層水電阻率0．0594Ω·m。

巖樣經(jīng)過切樣、整形、洗油、脫鹽、烘干、（測干重G干），用配制的NaCl溶液抽空飽和（測濕重G濕，水中重G水）計(jì)算巖樣的孔隙度

測量巖樣100%含水時(shí)的電阻率R0和飽和溶液的電阻率Rw計(jì)算巖樣的地層因素

根據(jù)各飽和巖樣的F和φ值，經(jīng)最小二乘法回歸得到a、m值；若需要a＝1時(shí)，計(jì)算值

實(shí)驗(yàn)最后共獲得全部41塊巖心的測量結(jié)果。

2．2 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)砂巖的非典型阿爾奇化現(xiàn)象

對(duì)于純凈砂巖，其導(dǎo)電符合阿爾奇公式，地層因素和孔隙度在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下呈線性關(guān)系。而對(duì)于吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部火焰山三間房組、魯克沁地區(qū)克拉瑪依組、神泉地區(qū)三間房組等復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)砂巖，地層因素和孔隙度關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下為非線性關(guān)系（曲線c），或分段線性關(guān)系（a和b），呈現(xiàn)非典型阿爾奇化現(xiàn)象［4－5］（見圖1）。

孔隙度指數(shù)m值的分布與變化雖然是多種因素的交織，但主要受巖石孔隙結(jié)構(gòu)控制。對(duì)于孔隙砂巖儲(chǔ)層，若從描述巖石孔隙結(jié)構(gòu)的微觀特性分析，則主要取決于儲(chǔ)層孔腔與孔喉截面積的耦合關(guān)系，即與孔喉比的大小直接相關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，臺(tái)北凹陷西部不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層具有不同的孔隙度結(jié)構(gòu)指數(shù)m值分布，與純凈砂巖m＝2差別較大。

圖1 孔隙度—地層因素關(guān)系

2．3 孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)油層電阻率的定量影響

由Archie公式得出

對(duì)m求偏導(dǎo)

假設(shè)a＝1，b＝1，n＝1．9，Sw＝50%，Rw＝0．13 Ω·m條件下，火焰山三間房砂巖儲(chǔ)層不同m值條件下孔隙度與電阻率關(guān)系圖［見圖2（a）］。m＝2的純凈砂巖電阻率為7．1Ω·m；m＝1．67的較純凈砂巖電阻率為4．2Ω·m；m＝1．54的純凈砂巖電阻率為3．0Ω·m。相對(duì)于m＝1．67砂巖，m＝1．54砂巖在孔隙度為15%條件下電阻率降低29%。 層間孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)電阻率的影響不可忽視。

假設(shè)a＝1，b＝1，n＝1．9，Sw＝50%，Rw＝0．13 Ω·m下，得出魯克沁西區(qū)克拉瑪依組不同m值條件下Rt隨孔隙度的變化關(guān)系圖［見圖2（b）］。在孔隙度等于15%條件下，當(dāng)m＝1．53時(shí)，Rt＝14．8 Ω·m；當(dāng)m＝1．85時(shí)，Rt＝8．5Ω·m；當(dāng)m＝2時(shí)，Rt＝12Ω·m。相對(duì)于m＝2純凈砂巖，m＝1．85砂巖電阻率下降43%，m＝1．53電阻率下降高達(dá)67．5%。如果以m＝1．85作為魯克沁克拉瑪依組常規(guī)電阻率油層孔隙度指數(shù)，則相同條件下，m＝1．53油層電阻率下降了43．5%。層間孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)電阻率的影響較為顯著。

神泉地區(qū)層間孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)電阻率的影響同樣較為明顯。

圖2 不同m值條件下砂巖孔隙度與電阻率關(guān)系圖

3 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)方法

3．1 核磁共振測井儲(chǔ)層分類

巖石樣品通常含有大小不一的多種孔隙系統(tǒng)，各種孔隙具有不同的面體比，因而具有不同的核磁共振弛豫速率。對(duì)于孔隙中只含有單相流體時(shí)，面體比為Si／Vi的第i種孔隙系統(tǒng)，其橫向弛豫時(shí)間T2可以寫成

在沒有磁場梯度，或GTE的值很小，擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)觀測弛豫時(shí)間的貢獻(xiàn)可以忽略。在一般情況下，體積弛豫（自由弛豫）會(huì)比表面弛豫慢得多，1／T2B也可以忽略，此時(shí)則有

V／S的值取決于孔隙的形狀。利用核磁共振T2譜可以較好地表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)［6］。

對(duì)吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部huo2井等41塊巖心樣品的核磁共振測井成像測量，通過對(duì)T2譜形態(tài)的聚類、平均，得到4種孔隙結(jié)構(gòu)特征譜（見圖3）。I類孔隙結(jié)構(gòu)譜束縛水飽和度Swi≤0．35，滲透率K≥100×10－3μm2；II類孔隙結(jié)構(gòu)譜束縛水飽和度0．35＜Swi≤0．45，滲透率10×10－3μm2≤K＜100×10－3μm2；III類孔隙結(jié)構(gòu)譜束縛水飽和度0．45＜Swi≤0．55，滲透率1×10－3μm2≤K＜10×10－3μm2；IV類孔隙結(jié)構(gòu)譜束縛水飽和度Swi＞0．55，滲透率K＜1．0×10－3μm2。吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部低電阻率儲(chǔ)層主要為II類、III類孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層。

圖3 吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部4類核磁共振測井孔隙結(jié)構(gòu)特征譜

3．2 不同儲(chǔ)層分類的m、a值變化規(guī)律

對(duì)41塊巖心巖電實(shí)驗(yàn)、核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行并行處理、分析，發(fā)現(xiàn)不同類型孔隙結(jié)構(gòu)譜的巖電關(guān)系迥然不同（見圖4）。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下地層因素F和孔隙度φ關(guān)系，I類孔隙結(jié)構(gòu)譜其關(guān)系曲線經(jīng)過純水點(diǎn)（a＝1），但隨著束縛水飽和度的增大、滲透率的降低，F(xiàn)－φ關(guān)系曲線呈現(xiàn)“翹尾”現(xiàn)象。

圖4 不同孔隙結(jié)構(gòu)譜巖電關(guān)系

對(duì)不同類別孔隙結(jié)構(gòu)譜的m、a進(jìn)行歸類平均，可以看出，隨著孔隙結(jié)構(gòu)的變差，存在a值越來越大、m值越來越小的現(xiàn)象（見圖5）。

圖5 不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層m－a變化關(guān)系

可以看出，4種不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層具有不同的m、a值變化特征。復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層，孔隙形狀、孔隙與喉道配置關(guān)系等所引起的滲流通道的變化和導(dǎo)電通道具有嚴(yán)重的不一致性，低滲流通道儲(chǔ)層可能會(huì)因?yàn)楸∧に仁`水飽和度高而引起導(dǎo)電通道連通能力的增強(qiáng)，導(dǎo)致電阻率的降低。因此，對(duì)于復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層，與其說m是孔隙度指數(shù)，不如將其定義為儲(chǔ)層導(dǎo)電通道指數(shù)更恰當(dāng)一些。

3．3 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)砂巖含油飽和度模型選取

通過對(duì)吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的研究，微孔發(fā)育的雙孔介質(zhì)、呈現(xiàn)多變的孔隙度指數(shù)m是其兩大主要特征。因此，含油飽和度模型的選取采用基于雙孔介質(zhì)的可變m值模型［7］

式中，Ct為地層電導(dǎo)率，S／m；Sw為含水飽和度，%；φ為地層孔隙度，小數(shù)；Cwe為混合水電導(dǎo)率，S／m；φi為微毛管孔隙度，小數(shù)；Cwsh為泥質(zhì)水電導(dǎo)率，S／m；φe為泥質(zhì)孔隙度，小數(shù)；Cw為地層水電導(dǎo)率，S／m；Md為粒度中值，mm。

4 應(yīng)用實(shí)例

上述方法編程后，掛接在LEAD平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的定量處理。

對(duì)目標(biāo)地區(qū)40余口井進(jìn)行了精細(xì)化處理。對(duì)比阿爾奇方程，其處理結(jié)果有明顯的改善，含油飽和度計(jì)算結(jié)果和試油結(jié)果有較好的一致性。新發(fā)現(xiàn)和升級(jí)油層5個(gè)層，有待于進(jìn)一步試油驗(yàn)證。

Yu5－19井（見圖6）3235～3255m井段用阿爾奇方程計(jì)算含油飽和度20%～40%，共解釋差油層1個(gè)層3m、油水同層2個(gè)層15m；用雙孔介質(zhì)、可變m值模型計(jì)算含油飽和度40%～55%，共解釋差油層2個(gè)層5m、油層1個(gè)層13m。試油結(jié)果為日產(chǎn)液4m3（油3．5t）、含水13%的油層。

含油飽和度計(jì)算結(jié)果表明，雙孔介質(zhì)、可變m值含油飽和度模型計(jì)算結(jié)果具有較好的合理性。

40口井雙孔介質(zhì)、變m值含油飽和度模型計(jì)算結(jié)果表明，純油層計(jì)算含油飽和度比固定m值阿爾奇含油飽和度高8%～22%，更接近于地層原始含油飽和度。說明雙孔介質(zhì)、變m值含油飽和度模型在吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中具有較好的實(shí)用性。

圖6 Yu5－19井雙孔介質(zhì)、可變m值模型和阿爾奇模型處理結(jié)果對(duì)比圖

5 結(jié) 論

（1）吐哈盆地臺(tái)北凹陷西部復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層孔喉分布表現(xiàn)為雙峰特征，極細(xì)微孔喉（孔隙半徑小于0．1μm）體積約占總孔隙體積的30%以上。

（2）塑性物質(zhì)含量高和后期成巖作用是引起該區(qū)儲(chǔ)層層間孔隙結(jié)構(gòu)差異的主要原因。

（3）復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層地層因素和孔隙度關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下為非線性關(guān)系，導(dǎo)電規(guī)律呈現(xiàn)非典型阿爾奇化現(xiàn)象。

（4）測井在利用臨近水層法判別油氣層時(shí)，層間孔隙結(jié)構(gòu)差異對(duì)電阻率的影響不可忽視。

（5）復(fù)雜儲(chǔ)層的4類核磁共振T2譜中，I類孔隙結(jié)構(gòu)譜的F－φ關(guān)系曲線經(jīng)過純水點(diǎn)（a＝1），但隨著束縛水飽和度的增大、滲透率的降低，該關(guān)系曲線呈現(xiàn)“翹尾”現(xiàn)象。

（6）復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層含油飽和度模型的選取，采用基于雙孔介質(zhì)的可變m值模型，通過和試油層結(jié)論的比對(duì)，其計(jì)算結(jié)果具有較好的合理性。

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