司馬立強, 王超, 吳豐, 王亮, 馬力, 王紫娟

(1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 四川 成都 610500; 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司測井公司, 重慶 400021; 3.西安昌源石油科技服務(wù)有限責(zé)任公司, 陜西 西安 710076)

0 引 言

可動水飽和度是儲層測井評價的重要參數(shù)[1],也是儲層流體性質(zhì)識別、產(chǎn)能預(yù)測、開發(fā)方案制定的參考依據(jù)。常規(guī)砂巖儲層中,可動水飽和度可通過巖石總含水飽和度與束縛水飽和度的差值確定[2]。然而,與常規(guī)砂巖儲層相比,致密砂巖儲層受復(fù)雜巖性、超低孔隙度滲透率、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)等因素的影響,儲層巖電參數(shù)之間表現(xiàn)出明顯的非阿爾奇現(xiàn)象[3-6],常規(guī)的阿爾奇公式難以表征儲層的導(dǎo)電特性,準(zhǔn)確計算儲層的含水飽和度?，F(xiàn)有的建立在常規(guī)砂巖儲層中的束縛水飽和度模型在復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的致密砂巖儲層中應(yīng)用效果較差[7-8]。

針對復(fù)雜儲層巖電關(guān)系呈現(xiàn)的非阿爾奇現(xiàn)象,前人開展了大量的研究[9-16]。國外學(xué)者Raiga-Clemenceau與Fraisse認(rèn)為泥質(zhì)砂巖的總電導(dǎo)率是泥質(zhì)部分的電導(dǎo)率與巖石部分的電導(dǎo)率之和[9];Givens與Schmidt提出了一種考慮巖石骨架的電阻率模型[10-11];Crane提出了具有一般意義的擴展阿爾奇定律[12]。中國學(xué)者李舟波等在傳統(tǒng)體積模型的基礎(chǔ)上提出了三水模型,即將巖石總電導(dǎo)視為自由水、微孔隙水、黏土水3部分的并聯(lián)[13];黃布宙基于三水模型提出了一種三孔隙混合導(dǎo)電體積模型[14];李霞等對低孔隙度、低滲透率碎屑巖儲層巖石導(dǎo)電機理的研究認(rèn)為不同孔隙類型是影響巖石導(dǎo)電的關(guān)鍵,進(jìn)而提出巖石導(dǎo)電以大孔隙和微孔隙中流體為主的雙孔隙導(dǎo)電體積模型[15],但未能提出模型中微孔(束縛)孔隙度這一關(guān)鍵參數(shù)的測井評價方法,使得該模型在實際應(yīng)用中受到限制;王明方研究雙孔隙組分模型在低滲透儲層的適用性中,也未能對該方法中的束縛孔隙度參數(shù)進(jìn)行研究[16]。文獻(xiàn)顯示,描述儲層巖石導(dǎo)電特性,進(jìn)而評價儲層含水飽和度的模型較多,但是,針對不同的儲層特征,其適應(yīng)效果存在差異。

本文針對川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏致密砂巖儲層的可動水飽和度評價開展儲層特征分析,明確影響儲層巖石導(dǎo)電特性的主控因素。選取基于復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的雙孔隙導(dǎo)電體積模型對該地區(qū)砂巖儲層飽和度進(jìn)行研究,確定致密砂巖儲層可動水飽和度的模型,并對模型中的幾個關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了分析。

1 儲層特征

川西蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層氣藏位于川西凹陷,氣藏平面類型多樣,主要為構(gòu)造及巖性雙重控制下的高壓、異常高壓氣藏。薄片資料顯示,儲層碎屑組分主要由石英、長石和巖屑組成,孔隙類型以粒間孔為主,含少量粒內(nèi)溶孔;儲層巖心樣品孔隙結(jié)構(gòu)差異較大,不同類型的巖樣孔隙間的連通性明顯不同;巖石顆粒表面存在少量泥質(zhì);儲層孔隙度主要分布在2.82%～15.26%,平均孔隙度為8.66%;滲透率主要分布在(0.001～0.919)×10-3μm2,平均滲透率為0.125×10-3μm2;壓汞資料表明,孔喉半徑較小,在0.004～1 μm,表現(xiàn)為明顯的雙峰態(tài)分布特征;滲透率主要由0.25～1.6 μm的孔喉所貢獻(xiàn)(見圖1)。綜上所述,川西致密砂巖儲層物性較差,屬于低孔隙度、低滲透率儲層,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。常規(guī)求取中、高孔隙度滲透率儲層的飽和度計算方法研究該類儲層水可動性適用性不強,誤差較大。

圖1 致密砂巖儲層鑄體薄片以及壓汞孔喉分布圖

2 基于雙孔隙模型求取可動水飽和度

2.1 致密砂巖導(dǎo)電模型的選取

分析研究區(qū)9塊巖心的巖電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),微孔隙發(fā)育的巖心I—Sw關(guān)系均存在明顯的非阿爾奇現(xiàn)象,常規(guī)的阿爾奇模型無法準(zhǔn)確描述該類儲層的非阿爾奇現(xiàn)象。李舟波等提出的三水模型以及李霞等提出的雙孔隙導(dǎo)電體積模型均能較好地描述這種巖電關(guān)系特征[13,15]。由于三水模型涉及參數(shù)較多,其實用性較差。儲層特征分析顯示蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為明顯的雙峰態(tài),且泥質(zhì)含量較少。儲層的這些特征滿足雙孔隙導(dǎo)電體積模型的假設(shè)條件,為此選取雙孔隙導(dǎo)電體積模型研究儲層的I—Sw的非線性變化關(guān)系,以孔隙發(fā)育不同的I號巖心和II號巖心為例(巖心物性參數(shù)見表1),利用阿爾奇模型和雙孔隙導(dǎo)電體積模型分別對巖心的I—Sw關(guān)系進(jìn)行研究。

圖2 I號巖心與II號巖心I—Sw關(guān)系對比圖

表1 I號巖心與II號巖心物性參數(shù)值

結(jié)果顯示,大孔隙發(fā)育的I號巖心,阿爾奇模型與雙孔隙導(dǎo)電體積模型均能較好描述巖心巖電關(guān)系特征[見圖2(a)];微孔隙發(fā)育的II號巖心,隨著含水飽和度的降低,I—Sw呈現(xiàn)出非線性的變化趨勢,即非阿爾奇特征明顯[見圖2(b)]。對于微孔隙較發(fā)育的致密砂巖儲層與常規(guī)阿爾奇模型相比,雙孔隙導(dǎo)電體積模型能夠較準(zhǔn)確地表征巖石的巖電關(guān)系特征。

2.2 基于雙孔隙體積模型的可動水飽和度計算

雙孔隙導(dǎo)電體積模型將孔隙分為大孔隙和微孔隙。微孔隙中的水不可動,油氣等不能進(jìn)入微孔隙;大孔隙中的水可動,油氣可進(jìn)入大孔隙。雙孔隙體積導(dǎo)電模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(1)

式中,φf為大孔(可動)孔隙度,%;φb為微孔(束縛)孔隙度,%;mf為大孔膠結(jié)指數(shù);mb為微孔膠結(jié)指數(shù);n為飽和度指數(shù);Rw為地層水電阻率,Ω·m;Rt為地層真電阻率,Ω·m;Swf為大孔中的含水飽和度,%;Swb為微孔中的含水飽和度,%;nb為微孔的飽和度指數(shù)。

雙孔隙導(dǎo)電體積模型中

(2)

將式(2)帶入式(1)得到大孔隙中的含水飽和度Swf

(3)

儲層中可動水飽和度可表示為

(4)

式(4)中,總孔隙度φ可以通過三孔隙度測井獲得,Rw可通過地層水分析資料獲得。要準(zhǔn)確求取Swm,模型中mf、mb、n以及φb、φf等參數(shù)的求取是關(guān)鍵(其中,φf=φ-φb)。

2.3 模型參數(shù)的求取

2.3.1mf、mb等參數(shù)的計算方法

將研究區(qū)9塊巖心的巖電實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性多參數(shù)擬合求最優(yōu)解,得到該地區(qū)每塊巖心對應(yīng)的大孔隙膠結(jié)指數(shù)mf、微孔隙膠結(jié)指數(shù)mb以及飽和度指數(shù)n值。由于不同巖心孔隙結(jié)構(gòu)不同,所得各參數(shù)值存在差異。分析發(fā)現(xiàn),巖心的mf、mb值與總孔隙度φ相關(guān)性較好,兩者相關(guān)系數(shù)均較高(見圖3);相同類型孔隙結(jié)構(gòu)的巖心n值近似相等,使用時取n的平均值。

2.3.2 束縛孔隙度計算的新方法

圖3 孔隙度φ與mf、mb關(guān)系圖

圖4 2種模型計算Swir值與核磁共振實驗值交會圖

模型中束縛孔隙度φb可通過儲層束縛水飽和度求取,即φb=φSwir。但是,川西蓬萊鎮(zhèn)儲層屬于低孔隙度、低滲透率儲層,具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確求取束縛水飽和度難度較大,而實驗求取束縛水飽和度方法由于取心數(shù)量有限、實驗測試成本過高,在油氣田實際應(yīng)用中存在一定局限性。譚海芳等[18-20]認(rèn)為對于某個特定地區(qū),可選擇利用孔隙度建立束縛水飽和度模型;陳科貴等[8]認(rèn)為致密砂巖儲層束縛水飽和度受到復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的影響,可利用束縛水飽和度和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)之間的關(guān)系建立束縛水飽和度模型。針對川西某氣藏蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層,分別嘗試采用孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與核磁共振測試束縛水飽和度建立束縛水飽和度模型[見式(5)、式(6)]求取儲層束縛水飽和度。結(jié)果表明,孔隙度與束縛水飽和度的相關(guān)性差,相關(guān)系數(shù)R=0.44;孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)與束縛水飽和度相關(guān)性較高,相關(guān)系數(shù)R=0.78。

Swir=-0.015φ+0.843

(5)

Swir=-0.045ln (K/φ)+0.453

(6)

分別將2種模型計算的束縛水飽和度與核磁共振測試的束縛水飽和度進(jìn)行對比(見圖4),結(jié)果表明,基于孔隙度計算的束縛水飽和度和核磁共振測試的束縛水飽和度二者平均絕對誤差10.12%;基于孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)計算的束縛水飽和度和核磁共振測試的束縛水飽和度二者平均絕對誤差6.85%,但大多數(shù)點的分布仍然偏離45°線。分析發(fā)現(xiàn),束縛水飽和度除了受孔隙結(jié)構(gòu)的影響,也受到粒度中值、泥質(zhì)含量的影響,使得上述2種方法求取束縛水飽和度效果較差。因此,在建立束縛水飽和度模型時應(yīng)當(dāng)考慮粒度中值、泥質(zhì)含量的影響。

常規(guī)測井分析中,泥質(zhì)含量Vsh的求取可通過自然伽馬值計算;粒度中值Md曲線的變化與自然伽馬曲線的變化存在明顯的相關(guān)性[21],因此,粒度中值的求取可通過自然伽馬值計算

lgMd=C0+C1ΔGR

(7)

式中,C0、C1為經(jīng)驗系數(shù);ΔGR為自然伽馬相對值。

(8)

結(jié)合常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)以及核磁共振測試束縛水飽和度,利用統(tǒng)計回歸方法求取新模型中的系數(shù)

(9)

圖5 束縛水飽和度計算值與核磁共振實驗值交會圖

3 可動水飽和度計算方法的應(yīng)用

針對川西某氣藏蓬萊鎮(zhèn)組儲層是否產(chǎn)水,以S2井為例,利用雙孔隙導(dǎo)電模型可動水飽和度計算方法及建立的束縛水飽和度模型對該井儲層水可動性進(jìn)行分析(見圖6)。經(jīng)計算,射孔層段1 179～1 185 m處平均束縛水飽和度為50.47%,平均可動水飽和度為2.65%,可動水飽和度較小,綜合解釋為氣層;而利用常規(guī)阿爾奇模型求取的含水飽和度和束縛水飽和度值二者確定的平均可動水飽和度為8.78%。對比試油氣結(jié)果,產(chǎn)氣10 001 m3/d,產(chǎn)水0 m3/d。利用雙孔隙導(dǎo)電模型可動水飽和度計算方法得到的解釋結(jié)論與試油氣結(jié)果更符合。應(yīng)用雙孔隙導(dǎo)電模型可動水飽和度計算方法分析處理了20多口井,對比試油氣結(jié)果,解釋符合率達(dá)到80%以上。

圖6 S2井測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

4 結(jié) 論

(1) 致密砂巖儲層巖電關(guān)系存在明顯的非阿爾奇現(xiàn)象,可以使用基于雙孔隙導(dǎo)電體積模型計算儲層可動水飽和度。此外,雙孔隙導(dǎo)電體積模型中參數(shù)mf、mb與測井孔隙度相關(guān)性較好,可利用測井計算孔隙度直接求取,飽和度指數(shù)n值在特定地區(qū)變化不大,計算中可使用n的平均值。

(2) 考慮到致密砂巖儲層束縛水飽和度受儲層孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、黏土含量、粒度中值等因素的影響,提出了更加適用于川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)儲層的新型束縛水飽和度模型。新建立的束縛水飽和度模型平均絕對誤差最小,精度更高。

(3) 利用基于雙孔隙導(dǎo)電模型的可動水飽和度計算方法,結(jié)合新型的參數(shù)求取方法,在具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的致密砂巖儲層適用性較好,提高了儲層可動水飽和度解釋精度,能較好地描述儲層水的可動性并對產(chǎn)水特征進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

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