白松濤, 萬金彬, 徐風(fēng), 郭煜鍇, 馬越蛟, 李慧瑩

(1.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司油氣評(píng)價(jià)中心, 陜西 西安 710077; 2.冀東油田勘探開發(fā)研究院,河北 唐山 063004; 3.長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心, 陜西 西安 710018)

0 引 言

由于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層具有比常規(guī)砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),這種復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為巖石在相同孔隙度條件下,滲流能力差異顯著[1]。對(duì)該類復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層開展含油性評(píng)價(jià),對(duì)儲(chǔ)量計(jì)算、開發(fā)方案編制及產(chǎn)能預(yù)測(cè)等都有重要指導(dǎo)意義。目前,常用的2種圖版均基于Archie公式以圖解形式評(píng)價(jià)地層含油性:①適用于含泥質(zhì)較少地層的Hingle交會(huì)圖[2](電阻率—孔隙度交會(huì)圖),這種方法不適用于含較多粘土的地層;②雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中繪制電阻率—孔隙度的Pickett交會(huì)圖法[3],該方法帶有經(jīng)驗(yàn)性,只適用于與儲(chǔ)集層鄰近的泥巖具有相同或相近地層水的地區(qū)。2種圖版均以相同巖性、水性且儲(chǔ)層含油性受物性和電性控制作為前提。

本文通過分析低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特征,結(jié)合儲(chǔ)層壓汞孔隙結(jié)構(gòu)特性實(shí)驗(yàn),建立變巖電參數(shù)計(jì)算模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)Pickett交會(huì)圖進(jìn)行改進(jìn),建立儲(chǔ)層分類條件下的變巖電參數(shù)飽和度圖版,采用變巖電Pickett交會(huì)圖對(duì)研究工區(qū)進(jìn)行流體判別,取得較好的應(yīng)用效果。

1 低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層巖電數(shù)據(jù)特征

阿爾奇公式在巖石電學(xué)研究及利用電測(cè)井資料進(jìn)行油氣儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中具有重要實(shí)際意義[4]。阿爾奇建立其模型時(shí)是以海相純砂巖地層為基礎(chǔ),未考慮泥質(zhì)、成巖作用、溫度、壓力、礦化度等影響,隨著研究的地質(zhì)對(duì)象的復(fù)雜,Archie公式越來越不適應(yīng)實(shí)際情況,石玉江等[5]提出在泥質(zhì)低孔隙度低滲透率情況下,表征F—φ關(guān)系的m值明顯出現(xiàn)變化,程道解等[6]在低孔隙度低滲透率巖電響應(yīng)的數(shù)值近似模擬中,結(jié)合壓汞資料,發(fā)現(xiàn)巖電實(shí)驗(yàn)資料和孔隙結(jié)構(gòu)具有較好的一致性,形成了F—φ關(guān)系圖版上的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分區(qū)評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)。

通常,巖石的導(dǎo)電能力主要與巖石孔隙流體帶電離子的濃度有關(guān),即與孔隙流體礦化度直接相關(guān)[7],在阿爾奇公式中通常認(rèn)為n值接近于2,而在低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層中,當(dāng)b歸一化時(shí),n值的范圍為1.1～2.65。李秋實(shí)[8]通過公式推導(dǎo)得出影響n值變化較大的原因在于受復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)的影響,即在低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層中,隨著儲(chǔ)層品質(zhì)由好到差發(fā)生變化,n值由低到高變化。

2 變巖電參數(shù)計(jì)算及Pickett圖版的改進(jìn)

2.1 低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層品質(zhì)與巖電參數(shù)關(guān)系

低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn),其孔隙結(jié)構(gòu)是控制巖性油氣藏流體分布和有效滲流能力的重要因素,比宏觀物性更能反映儲(chǔ)層本質(zhì)特征,同時(shí)對(duì)儲(chǔ)層的電性特征、產(chǎn)液性質(zhì)和產(chǎn)能大小都有重要的影響。萬金彬等[9]利用巖心實(shí)驗(yàn)及試油資料將儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)由好到差分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ這4種通用類型,并通過孔隙度和滲透率組合的儲(chǔ)層品質(zhì)因子(reservoir quality ingredient)RQI對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

通過選取與文獻(xiàn)[9]相同地區(qū)具有代表性的27顆巖心進(jìn)行配套物性、壓汞和巖電實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析確定,低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層中不同的孔隙結(jié)構(gòu)控制不同地層因素及電阻增大率,且具有明顯的聚類特征(見圖1),表現(xiàn)為不同儲(chǔ)層品質(zhì)的F—φ關(guān)系:在Ⅰ類儲(chǔ)層中,由于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好,孔隙結(jié)構(gòu)不是其主控因素,因此F與φ符合阿爾奇規(guī)律;而在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類儲(chǔ)層中,由于存在孔隙結(jié)構(gòu)較差/小孔隙儲(chǔ)層,隨著φ降低F變化率呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在孔隙度變化較寬的范圍內(nèi),雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中的F與φ呈現(xiàn)明顯的非線性相關(guān),出現(xiàn)非阿爾奇現(xiàn)象。圖2所示為不同儲(chǔ)層品質(zhì)的Sw—I關(guān)系圖,表明巖電實(shí)驗(yàn)中,隨著含水飽和度的降低,巖石中的大孔隙喉道逐漸被幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)取代,導(dǎo)電流體主要存在于小的孔隙喉道中,此時(shí)巖石電阻率主要受孔隙曲折性的控制。巖石的非均質(zhì)性越強(qiáng),孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,巖石電阻率越高,實(shí)際巖心實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了Ⅰ類儲(chǔ)層偏于左下方,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類儲(chǔ)層依次偏于右上方。

圖1 不同儲(chǔ)層品質(zhì)的F—φ關(guān)系圖

圖2 不同儲(chǔ)層品質(zhì)的Sw—I關(guān)系圖

2.2 變巖電參數(shù)計(jì)算模型

根據(jù)巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到孔隙度與地層因素的關(guān)系。F為低孔隙度滲透率砂巖的地層因素,它與有效孔隙度φ的關(guān)系一般為F=a/φm,但該形式只適用于φ>15%的純砂巖地層[10]。在實(shí)際測(cè)井解釋工作中發(fā)現(xiàn),低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層段用基于巖電參數(shù)的阿爾奇方程計(jì)算的低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層含油飽和度與實(shí)際飽和度偏離較大[11]。為此,基于低孔隙度低滲透率地層的導(dǎo)電機(jī)理假設(shè),推導(dǎo)出了逐點(diǎn)計(jì)算m值的方法,并結(jié)合低孔隙度低滲透率砂巖巖電參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,給出了低孔隙度低透透率砂巖含油飽和度測(cè)井計(jì)算變m值模型。由于儲(chǔ)層品質(zhì)因子能夠反映儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)特征,因此,采用了膠結(jié)指數(shù)m與儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQI的對(duì)數(shù)關(guān)系

F=1/e(C1×ln RQI+C2)×ln φ

(1)

式中,F是地層因素,無量綱;RQI為儲(chǔ)層品質(zhì)因子,無量綱;C1、C2為系數(shù)。

進(jìn)一步結(jié)合Archie公式,利用最小二乘法,即可以求得基于RQI的變m值公式

m=C1×lnRQI+C2

(2)

式中,m為膠結(jié)指數(shù),無量綱。

同理,可以得到基于RQI的變n值公式:

n=B1×lnRQI+B2

(3)

式中,n為飽和度指數(shù),無量綱;B1、B2為系數(shù)。

對(duì)于JD油田××井區(qū)儲(chǔ)層飽和度參數(shù)計(jì)算,采用分段式變m多元回歸法,計(jì)算模型精度高。圖3所示,膠結(jié)指數(shù)m隨著儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQI增大而增大,受巖石后期膠結(jié)及其他成巖作用程度不同,Ⅰ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與Ⅱ、Ⅲ類、Ⅳ類儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差別較大,因此,該地區(qū)的m與RQI呈分類正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層,不同的孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層具有不同的I—Sw變化關(guān)系[11],對(duì)于研究工區(qū)的飽和度指數(shù)n與RQI相關(guān)性,由圖4可知,b=1時(shí),所得飽和度指數(shù)基本上隨著儲(chǔ)層品質(zhì)因子增大而減小,孔隙結(jié)構(gòu)越好,n值越小;孔隙結(jié)構(gòu)越差,n值越大。由圖4可知,Ⅰ類儲(chǔ)層的n值基本小于2,分布區(qū)間約為0.9～1.8,Ⅱ類儲(chǔ)層n值基本在2附近,其分布區(qū)間約為1.5～2.5,Ⅲ類儲(chǔ)層n值分布區(qū)間約為2～3,Ⅳ類儲(chǔ)層n值分布區(qū)間為>3。

圖3 膠結(jié)指數(shù)m與儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQI關(guān)系圖

圖4 飽和度指數(shù)n與儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQI關(guān)系圖

2.3 基于變巖電參數(shù)的Pickett交會(huì)圖

圖5 定m、n值計(jì)算飽和度圖版(Pickett圖版)

圖6 Ⅰ類儲(chǔ)層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

圖7 Ⅱ類儲(chǔ)層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

圖8 Ⅲ類儲(chǔ)層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

在地層水電阻率不變、儲(chǔ)層巖性均一條件下,采用定m、n值繪制孔隙度—電阻率雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)交會(huì)圖版,即常規(guī)Pickett交會(huì)圖進(jìn)行儲(chǔ)層流體判別(見圖5)。當(dāng)實(shí)際地層受孔隙結(jié)構(gòu)影響時(shí),膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n隨著儲(chǔ)層品質(zhì)因子RQI的增大而呈不同的趨勢(shì),因此,以儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),采用分儲(chǔ)層品質(zhì)變m、n值方法計(jì)算飽和度,研究與測(cè)井曲線參數(shù)相互關(guān)系,建立儲(chǔ)層品質(zhì)因子控制流體判別技術(shù),形成不同的儲(chǔ)層品質(zhì)控制的含油性評(píng)價(jià)圖版。如圖6至圖8分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層的變巖電參數(shù)的Pickett交會(huì)圖,與定m、n圖版對(duì)比有較大的差別,尤其是在低孔隙度低滲透率區(qū)域飽和度線呈現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象,說明儲(chǔ)層電性對(duì)含油性的響應(yīng)特征更敏感,并且隨著儲(chǔ)層品質(zhì)變差飽和度線逐漸上移,在低孔隙度區(qū)域儲(chǔ)層品質(zhì)變差飽和度線逐漸趨于平行,而在高孔隙度區(qū)域相同飽和度條件下儲(chǔ)層品質(zhì)越差,儲(chǔ)層電性越高,且逐漸與定m、n計(jì)算飽和度線重疊。

2.4 變巖電Pickett圖版的流體性質(zhì)判別

通過定m、n與Ⅰ類變巖電Pickett圖版(見圖9)重疊可知,當(dāng)儲(chǔ)層含水飽和度達(dá)到85%時(shí),在高孔隙度部分,圖版上2條線基本重疊,說明電性響應(yīng)特征基本相同,而在低孔隙度部分,變巖電飽和度線明顯向下彎曲,等同于相同電性條件下,定m、n值計(jì)算含水飽和度偏大,同理可以得到在含水飽和度在65%時(shí)具有類似的現(xiàn)象;而當(dāng)儲(chǔ)層含水飽和度分別為45%、25%、5%時(shí),2種飽和度線存在交叉點(diǎn),處于交叉點(diǎn)左方,即孔隙度較大時(shí),相同電性及物性條件下,定m、n計(jì)算的含油飽和度偏小,而處于交叉點(diǎn)右方,即孔隙度較小時(shí),相同電性及物性條件下,定m、n計(jì)算的含油飽和度偏大。

圖9 定m、n與Ⅰ類儲(chǔ)層變m、n飽和度線對(duì)比圖

進(jìn)一步對(duì)比不同儲(chǔ)層品質(zhì)條件下的變巖電Pickett圖版(見圖10)可知,Ⅰ類儲(chǔ)層孔隙度由大變小時(shí),飽和度線逐漸發(fā)散,而Ⅲ類圖版飽和度線彎曲度減小趨于直線;2種飽和度線均在不同飽和度時(shí)均有交叉現(xiàn)象,2種圖版在含油飽和度35%線基本重合,符合相同飽和度條件下,儲(chǔ)層品質(zhì)越差,其電性越高的認(rèn)識(shí),在飽和度線分別為55%、75%、95%時(shí)具有類似特征。而當(dāng)儲(chǔ)層含油飽和度在15%時(shí),交叉點(diǎn)左方儲(chǔ)層Ⅰ類儲(chǔ)層飽和度線位于Ⅲ類儲(chǔ)層上方,這種現(xiàn)象顯然不符合常規(guī)的孔隙結(jié)構(gòu)越好,儲(chǔ)層導(dǎo)電性越低的特性,通過與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合發(fā)現(xiàn),在東部渤海灣多個(gè)油田中深層勘探開發(fā)過程中,存在許多高電阻率水層,這類低對(duì)比儲(chǔ)層現(xiàn)象排除了礦化度差異,目前較難解釋[11],通過不同儲(chǔ)層品質(zhì)的變巖電參數(shù)圖版數(shù)值模擬,分析其原因是流體導(dǎo)電性受孔隙結(jié)構(gòu)控制后,水層孔隙結(jié)構(gòu)差,迂曲度大,進(jìn)而表現(xiàn)出水層電阻率比孔隙結(jié)構(gòu)較好的油層電阻率高的電性特征。

圖10 Ⅰ類與Ⅲ類儲(chǔ)層變m、n飽和度線對(duì)比圖

3 低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層流體性質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)用

依據(jù)上述理論,建立研究區(qū)的不同類型儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版流體性質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。

表1 不同類型儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版流體判別標(biāo)準(zhǔn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述變巖電模型及新Pickett圖版的正確性和實(shí)用性,以JD油田××井區(qū)G××井處理成果為例(見圖11)。第1、3、4道為常規(guī)9條測(cè)井曲線,第5、6道為基于儲(chǔ)層分類計(jì)算孔隙度、滲透率值,第7道為定m、n值計(jì)算飽和度和變m、n值計(jì)算飽和度,可知在低孔隙度滲透率儲(chǔ)層中變m、n值計(jì)算的含水飽和度小于定m、n值計(jì)算結(jié)果,第8道為儲(chǔ)層分類結(jié)果曲線。主要目的層分別為146、147、148、150號(hào)層;結(jié)論分別為油層、差油層、油層、干層、差油層。分析:146、148號(hào)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較好,屬于Ⅱ類儲(chǔ)層,在Ⅱ類儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版中(見圖12),屬于油層范圍;147號(hào)儲(chǔ)層泥質(zhì)較多,電性較高,物性較好屬于Ⅲ類儲(chǔ)層;150號(hào)儲(chǔ)層物性、滲透性差,儲(chǔ)層較薄,屬于Ⅲ類儲(chǔ)層,在Ⅲ類儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版中(見圖13),屬于油層范圍。實(shí)際資料處理說明該方法在低孔低滲儲(chǔ)層的飽和度計(jì)算中能夠得出更符合實(shí)際情況的結(jié)論。

圖11 JD油田××井區(qū)××井儲(chǔ)層變巖電飽和度處理成果圖

圖12 ××井區(qū)××段Ⅱ類儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版

圖13 ××井區(qū)××段Ⅲ類儲(chǔ)層變巖電Pickett圖版

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 以儲(chǔ)層參數(shù)分類計(jì)算為基本指導(dǎo)思想,通過建立儲(chǔ)層品質(zhì)因子與m、n相關(guān)的變巖電參數(shù)計(jì)算模型,實(shí)現(xiàn)了巖電參數(shù)的高精度建模,所得變巖電參數(shù)更符合低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電特性。

(2) 以變巖電參數(shù)模型為基礎(chǔ),改進(jìn)常規(guī)Pickett圖版,形成不同儲(chǔ)層品質(zhì)控制的變巖電Pickett流體性質(zhì)評(píng)價(jià)圖版,結(jié)合數(shù)值模擬,得出低孔低滲儲(chǔ)層受復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)主控因素影響的飽和度差異特點(diǎn),解釋了受孔隙結(jié)構(gòu)控制出現(xiàn)的高電阻率水層現(xiàn)象,具有一定的指導(dǎo)和推廣應(yīng)用意義。目前,該飽和度流體性質(zhì)評(píng)價(jià)圖版在其他復(fù)雜油氣藏識(shí)別有效儲(chǔ)層與干層、油層與水層等判別難題中還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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