張海濤,郭笑鍇,楊小明,周麗艷,胡琮,李婷婷

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,陜西西安710018;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井應(yīng)用研究院,陜西西安710077)

0 引 言

隨著石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入,低對(duì)比度油層的勘探開(kāi)發(fā)引起了廣泛重視。2009年歐陽(yáng)健等[1-2]將低電阻率油層(同一油水系統(tǒng)內(nèi)電阻增大率小于2)與復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的低孔隙度滲透率油層統(tǒng)一概括為“低對(duì)比度油層”。通常認(rèn)為低對(duì)比度油層是指水層的電測(cè)井與孔隙度測(cè)井之間響應(yīng)差別(即對(duì)比度)小,含油飽和度相對(duì)較低,測(cè)井識(shí)別與評(píng)價(jià)比較困難的油層[1]。由于低對(duì)比度油層與鄰近水層的電阻率值極為接近,測(cè)井界限層不明顯,甚至出現(xiàn)油水層電阻率低于水層電阻率的現(xiàn)象,在這類油層的測(cè)井評(píng)價(jià)中常常會(huì)引起誤判。因此,低對(duì)比度油氣層評(píng)價(jià)是當(dāng)前測(cè)井解釋領(lǐng)域中測(cè)井分析家們普遍關(guān)注的難題[1-3],必須針對(duì)其低對(duì)比度形成機(jī)理選擇適當(dāng)?shù)姆椒ń忉屧擃愑蛯?。本文以鄂爾多斯盆地姬塬油田長(zhǎng)6超低滲透巖性油藏為例,以研究區(qū)低對(duì)比度油層儲(chǔ)層特征為切入點(diǎn),以薄片、壓汞、地層水等分析為基礎(chǔ),明確形成低對(duì)比度油層的主控因素,并根據(jù)成因建立適合該類油藏的流體識(shí)別方法。

1 低對(duì)比度油層特征

根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層92口井薄片觀察和鑒定發(fā)現(xiàn),姬嫄地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)集層巖石類型主要以長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,部分為長(zhǎng)石巖屑砂巖?？紫额愋鸵粤ｉg孔為主,其次為各類溶孔,溶孔以長(zhǎng)石溶孔為主。長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度主要分布在8%～16%,平均為10.6%,滲透率主要分布0.05～5 mD(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同,平均為0.5 mD,屬于低孔隙度超低滲透率儲(chǔ)層。

圖1 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層密度與電阻率關(guān)系圖

結(jié)合工區(qū)試油結(jié)果,利用常規(guī)方法建立密度與電阻率的關(guān)系圖版(見(jiàn)圖1),可以看出,油、水層混合在一起、界限模糊,很難區(qū)分油、水層,部分油、水層電性差異很小。在電阻率6～15 Ω·m范圍內(nèi)的水區(qū)中,發(fā)育不少低電阻率油層,在電阻率大于15 Ω·m范圍內(nèi)的油區(qū)存在部分高電阻率水層,反映出長(zhǎng)6儲(chǔ)層中低對(duì)比度油層發(fā)育的特點(diǎn),也是測(cè)井識(shí)別難點(diǎn)。

2 低對(duì)比度油層成因

2.1 高束縛水飽和度導(dǎo)致低電阻率油層

基于核磁共振實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)定,姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段束縛水飽和度較高,主要分布在50%以上,且束縛水飽和度大于50%的比例達(dá)到82%。圖2為同等礦化度條件下束縛水飽和度與電阻率關(guān)系圖。當(dāng)束縛水飽和度小于50%時(shí),儲(chǔ)層電阻率受束縛水飽和度的影響增大,甚至可以出現(xiàn)隨束縛水飽和度的增加儲(chǔ)層電阻率呈指數(shù)規(guī)律降低的現(xiàn)象;當(dāng)束縛水飽和度大于50%時(shí),儲(chǔ)層電阻率受束縛水飽和度的影響逐漸變小,高束縛水飽和度含量,改善導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使得油層與水層的電阻率差異變小,從而形成低對(duì)比度油層。

圖2 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6同等礦化度條件下束縛水飽和度與電阻率關(guān)系圖

高束縛水飽和度成因的低電阻率儲(chǔ)層,通常是儲(chǔ)層巖性較細(xì)、泥質(zhì)含量較高、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等引起束縛水含量高。束縛水由巖石顆粒(包括非黏土顆粒和黏土顆粒)表面被吸附的薄膜滯留水和毛細(xì)管孔隙中的毛細(xì)管滯留水兩部分組成,即束縛水是不動(dòng)水的一部分,而毛細(xì)管滯留水在一定條件可以轉(zhuǎn)化成可動(dòng)水[4-8]。該地區(qū)高束縛水飽和度的控制作用有以下3個(gè)方面。

(1)砂巖顆粒對(duì)水的吸附作用。許多低電阻率油氣層的巖石顆粒都較細(xì),一般為細(xì)砂巖和粉砂巖。根據(jù)取心井巖心分析描述,長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性主要以細(xì)砂巖為主(見(jiàn)表1);通過(guò)砂巖樣品鏡下觀察及薄片數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知,長(zhǎng)6砂巖以極細(xì)粒-細(xì)粒為主,粒徑一般為0.03～0.40 mm。

表1 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6段砂巖粒度分析統(tǒng)計(jì)表

砂巖顆粒吸附地層水的能力與其顆粒大小有關(guān)。當(dāng)巖性較細(xì)時(shí),巖石顆粒比表面積變大,吸附能力加強(qiáng)。而大多數(shù)情況下,原始地層是親水的,因此,可以吸附大量的地層水使之成為束縛水,兩者間為正相關(guān)的非線性關(guān)系[9]。

(2)孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致束縛水飽和度高。如上所述,高束縛水飽和度所形成的低電阻率油氣層一般顆粒較細(xì),而細(xì)小顆粒的儲(chǔ)層一般孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔喉直徑偏小,經(jīng)研究表明,姬嫄長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙主要以小孔和微孔為主。

由于孔喉半徑小,彎曲度大,因此,毛細(xì)管排驅(qū)壓力大。儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力與其孔喉中值半徑密切相關(guān),當(dāng)孔喉中值半徑減小,排驅(qū)壓力直線加大,束縛水飽和度增大(見(jiàn)圖3)。孔滲特征越差、孔喉中值半徑越小,儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力越大(見(jiàn)表2)。排驅(qū)壓力加大,成藏過(guò)程中,巖石滯留地層水的能力強(qiáng),毛細(xì)管中的地層水被驅(qū)替不充分而遺留在微小的孔喉中,導(dǎo)致束縛水飽和度高[9]。

(3)泥質(zhì)含量對(duì)電阻率的影響。儲(chǔ)層泥質(zhì)含量越高,儲(chǔ)層的電阻率越低。泥質(zhì)成分中黏土含量增多不僅會(huì)堵塞孔隙喉道,增加顆粒的比表面積,同時(shí)黏土的特殊膨脹特性也大大增加了泥質(zhì)砂巖儲(chǔ)層的含水量,造成束縛水飽和度增加[10]。圖4為姬塬地區(qū)長(zhǎng)6黏土含量、自然伽馬與儲(chǔ)層電阻率關(guān)系圖?？梢钥闯鲭娮杪孰S著黏土含量的增大而降低,也可看出儲(chǔ)層電阻率隨著泥質(zhì)含量增大而降低,因此,泥質(zhì)含量高是導(dǎo)致電阻率降低的主要因素之一。

圖3 姬塬長(zhǎng)6孔喉中值半徑與排驅(qū)壓力和束縛水飽和度關(guān)系圖

表2 不同儲(chǔ)層類別的中值半徑和排驅(qū)壓力的關(guān)系

圖4 黏土含量、自然伽馬與儲(chǔ)層電阻率關(guān)系圖

2.2 油水層礦化度差異作用

當(dāng)油層與水層中地層水礦化度基本一致時(shí),在儲(chǔ)層巖性相似的前提下,必然出現(xiàn)油層電阻率高而水層電阻率低,差異一般在3～5倍甚至更大,此時(shí)油水層識(shí)別容易[3]。但由于油層與水層中的地層水礦化度出現(xiàn)較大的差異,油層的電阻率與水層的電阻率值相當(dāng),甚至?xí)霈F(xiàn)油層的電阻率小于水層電阻率的情況,因而會(huì)造成油氣層識(shí)別困難。針對(duì)長(zhǎng)6儲(chǔ)層低阻出油層特征,開(kāi)展了相應(yīng)的地層水礦化度分析。

姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層水性分析資料統(tǒng)計(jì)表明(見(jiàn)表3),姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層水礦化度分布差異較大,總礦化度主要變化41～133 g/L,平均礦化度為76.33 g/L。

表3 姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層地層水分析資料表

圖5 長(zhǎng)6地層水礦化度與電阻率關(guān)系圖

根據(jù)地層水礦化度與電阻率關(guān)系可知(見(jiàn)圖5),高電阻率油水層主要存在于高電阻率、低地層水礦化度儲(chǔ)層,而低對(duì)比度油水層主要存在于低電阻率、高地層水礦化度儲(chǔ)層;地層水礦化度越高,則電解質(zhì)的濃度越大,電阻率就越低,反之電阻率越高。因此,在相似巖性、物性條件下,隨礦化度增加,電阻率呈下降趨勢(shì),地層水礦化度為姬塬長(zhǎng)6儲(chǔ)層低對(duì)比度油層的主要成因之一。

3 基于巖石物理成因的流體敏感因子識(shí)別

圖6 A268井(左)和A125井(右)長(zhǎng)61測(cè)井解釋成果圖

圖7 A150井(左)和Y245井(右)長(zhǎng)61測(cè)井解釋成果圖

姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層低對(duì)比度油層巖石物理成因,主要表現(xiàn)有2個(gè)方面:①在沉積過(guò)程中,由于長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性細(xì),發(fā)育大量高伽馬儲(chǔ)層,使得孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,束縛水飽和度含量增高,改善導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使得油、水層電阻率差異變小;②在成藏、成藏后油水層礦化度差異導(dǎo)致地層水電阻率不同,高礦化度導(dǎo)致油層電阻率變低。因此,長(zhǎng)6儲(chǔ)層的這種低對(duì)比度特性,導(dǎo)致油、水層難以區(qū)分,流體識(shí)別復(fù)雜。圖6分別為A268井和A125井長(zhǎng)6段測(cè)井解釋成果圖。A268井在2 096～2 099 m層段試油,結(jié)果為日產(chǎn)油6.97 t,日產(chǎn)水0 m3,為油層,聲波時(shí)差239.13 μs/m,密度為2.44 g/cm3,電阻率為6 Ω·m,該層段自然伽馬增大,分布范圍為84.6～118 API;A125井在2 386～2 389 m層段試油,結(jié)果為日產(chǎn)油0 t,日產(chǎn)水15.4 m3,為水層,聲波時(shí)差為240.13 μs/m,密度為2.43 g/cm3,電阻率為7.8 Ω·m,該層段自然伽馬值較小,平均值為65 API。這2口井物性相當(dāng),A268井自然伽馬值高,泥質(zhì)含量增大,電阻率值降低,造成油、水層電阻率值相當(dāng),流體識(shí)別難度增大。圖7分別為A150井和Y245井長(zhǎng)6段測(cè)井解釋成果圖。A150井在1 951～1 956 m層段試油,結(jié)果為日產(chǎn)油4.42 t,日產(chǎn)水9.3 m3,為油水同層,聲波時(shí)差為249.13 μs/m,密度為2.41 g/cm3,電阻率為9.5 Ω·m,自然伽馬為73 API,該層段地層水礦化度較高,為128.77 g/L;Y245井在2 058～2 062 m層段試油,日產(chǎn)油0 t,日產(chǎn)水43.4 m3,為水層,聲波時(shí)差為244.13 μs/m,密度為2.43 g/cm3,電阻率為10.4 Ω·m,該層段自然伽馬值為75 API,地層水礦化度為98.5 g/L。這2口井巖性、物性相似,油層的礦化度高于水層的礦化度,造成油層和水層電阻率值相近,很難區(qū)分。

姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層油、水層電性差異小,對(duì)比度低,流體識(shí)別難。本文基于巖石物理成因,首先優(yōu)選綜合反映儲(chǔ)層巖性、物性、水性、電性的敏感曲線,基于Fisher降維的思想構(gòu)建流體敏感因子,主要依據(jù)Fisher準(zhǔn)則函數(shù)計(jì)算的特征值的貢獻(xiàn)率,確定能夠識(shí)別油水層的主因子和次因子,從而建立流體敏感因子圖版,然后根據(jù)優(yōu)化算法構(gòu)建不同流體類型的判別函數(shù),最后計(jì)算流體特征判別指數(shù),選取最大值判別油水層。

3.1 低對(duì)比度油層特征參數(shù)選取

針對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)6油層特征分析(見(jiàn)表4),優(yōu)選油水層敏感曲線。從油層到水層,GR反映儲(chǔ)層巖性特征,聲波、密度可反映物性和滲透性變化,電阻率結(jié)合自然電位幅度差可反映水性和含油性變化。因此,選擇密度、自然電位幅度差、深感應(yīng)電阻率、自然伽馬這4條曲線作為流體識(shí)別的基本特征曲線,進(jìn)而構(gòu)建能夠識(shí)別油水層的流體敏感因子。

表4 各油水層類別測(cè)井響應(yīng)值范圍

3.2 利用Fisher法建立流體敏感因子和判別函數(shù)

圖8 姬塬長(zhǎng)6流體敏感因子交會(huì)圖

采用上述方法對(duì)姬嫄地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層作了流體識(shí)別。根據(jù)區(qū)內(nèi)75口試油井的79個(gè)樣品點(diǎn)試油數(shù)據(jù),對(duì)DEN、ΔSP、GR、Rt進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)類歸一化,分別構(gòu)建能夠表征儲(chǔ)層巖性、物性、水性、電性的巖性指數(shù)ΔGR、物性指數(shù)ΔDEN、水性系數(shù)ΔSP、電阻率系數(shù)ΔRt,以此消除量綱的影響,采用SPSS(Statistics package for the Social Scienses)統(tǒng)計(jì)分析軟件得到典則函數(shù)計(jì)算的特征值的貢獻(xiàn)率,確定能夠識(shí)別油、水層的流體敏感的高束縛水主因子和礦化度敏感次因子,利用流體敏感高束縛水主因子和礦化度敏感次因子建立交會(huì)圖(見(jiàn)圖8),可以發(fā)現(xiàn)流體識(shí)別效果得到明顯提高,油層、油水同層和含油水層、水層能夠有效區(qū)分開(kāi)。根據(jù)密度與電阻率的關(guān)系,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)密度≥2.54 g/cm3時(shí)(見(jiàn)圖1),能有效識(shí)別干層。

高束縛水主因子=1.823ΔDEN+4.887ΔGR+

7.107ΔRt+0.299ΔSP-3.979

(1)

礦化度敏感次因子=7.421ΔDEN-

4.131ΔGR+1.93ΔRt+4.236ΔSP-3.752

(2)

式中,ΔDEN=(DEN-2.7)/0.5;ΔRt=lgRt-1;ΔGR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin),GRmin為純砂巖層段的自然伽馬測(cè)井值,GRmax為純泥巖層段的自然伽馬側(cè)井值;ΔSP=(SPsh-SP)/100,SPsh為鄰近泥巖自然電位測(cè)井值。

根據(jù)構(gòu)建的流體敏感因子識(shí)別圖版,計(jì)算出各流體類別在低維空間中的中心坐標(biāo),根據(jù)各樣品點(diǎn)距離各類別重心的遠(yuǎn)近構(gòu)造出各類別的判別函數(shù),即建立相應(yīng)的流體特征判別指數(shù)

Io=79.731ΔDEN+34.915ΔGR+46.888ΔRt+
15.288ΔSP-38.836

(3)

It=70.434ΔDEN+38.045ΔGR+41.852ΔRt+
10.942ΔSP-32.435

(4)

Io,w=70.509ΔDEN+28.817ΔGR+33.285ΔRt+
8.306ΔSP-26.159

(5)

Iw=68.016ΔDEN+18.316ΔGR+17.702ΔRt+
11.845ΔSP-21.369

(6)

式中,Io、It、Io,w、Iw分別為油層、油水同層、含油水層、水層判別指數(shù);ΔDEN、ΔRt、ΔGR、ΔSP分別為密度、電阻率、自然伽馬、自然電位幅度差4條測(cè)井曲線類歸一化后的數(shù)據(jù)。判別原則:在儲(chǔ)層段將測(cè)井響應(yīng)值分別代入上述判別函數(shù)計(jì)算,然后進(jìn)行比較,找出最大值,即

I=max(Io,It,Io,w,Iw)

(7)

分別計(jì)算這4種流體的判別指數(shù),其中最大的即為識(shí)別的流體類型。該流體識(shí)別方法是一種依據(jù)選取的樣本的綜合劃分方式,不同的儲(chǔ)層類型有不同的流體敏感因子和不同的流體特征判別指數(shù)[11-13]。

4 低對(duì)比度油層應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)上述分析,認(rèn)為由于高束縛水飽和度作用和地層水礦化度差異,研究區(qū)存在大量低對(duì)比度油藏,利用基于低對(duì)比度油層巖石物理成因的流體特征判別指數(shù)識(shí)別方法對(duì)研究區(qū)低對(duì)比度油層進(jìn)行流體識(shí)別,并與試油資料進(jìn)行對(duì)比,提高測(cè)井解釋符合率。圖9為J161井長(zhǎng)6段測(cè)井解釋成果圖。在2 136～2 140 m層段試油,電阻率為28.4 Ω·m,聲波時(shí)差為230.76 μs/m,密度為2.49 g/cm3,自然伽馬為84.6 API,自然電位幅度差為15.18 mV,施工參數(shù)為加砂40 m3,砂比10.1%,排量3 m3/min,試油結(jié)果為日產(chǎn)油4.08 t,日產(chǎn)水21.4 m3,為油水同層,該層段原解釋結(jié)論為油層;通過(guò)計(jì)算該深度段流體敏感的主因子為1.46,次因子為-0.3,可識(shí)別為油水同層,利用編制的流體判別指數(shù)程序模塊對(duì)該深度段處理,判別為油水同層,與試油結(jié)果一致。

圖9 J161長(zhǎng)6儲(chǔ)層測(cè)井解釋成果圖

圖10為J165井長(zhǎng)6段測(cè)井解釋成果圖。在2 016～2 020 m層段試油,電阻率為9.86 Ω·m,聲波時(shí)差為233.05 μs/m,密度為2.46 g/cm3,自然伽馬為87.43 API,自然電位幅度差為21.78 mV,施工參數(shù)為加砂20 m3,砂比15%,試油結(jié)果為油花,日產(chǎn)水16.9 m3,為含油水層,該層段原解釋結(jié)論為油水同層;通過(guò)計(jì)算該深度段流體敏感的主因子為-1.04,次因子為-0.997,可識(shí)別為含油水層,利用編制的流體判別指數(shù)程序模塊對(duì)該深度段處理,判別為含油水層,與試油結(jié)果一致。說(shuō)明采用流體特征判別指數(shù)方法識(shí)別低對(duì)比度油層是可行的,應(yīng)用效果較好。

利用建立的判別模型對(duì)姬塬地區(qū)2018年新完鉆20口探評(píng)井長(zhǎng)6段進(jìn)行判別處理。從判別結(jié)果與試油結(jié)果對(duì)比可以看出,使用流體特征指數(shù)判別分析法識(shí)別后,其整體符合率較原解釋結(jié)論有了很大提高,建立的判別模型有效。

圖10 J165井長(zhǎng)61測(cè)井解釋成果圖

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)低對(duì)比度油層成因主要有2個(gè)方面:①由于巖性細(xì)、泥質(zhì)含量高和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致的高束縛水飽和度含量,改善了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),使得油、水層電阻率差異變小;②在成藏、成藏后油水層礦化度差異導(dǎo)致地層水電阻率不同,高礦化度導(dǎo)致油層電阻率變低,從而形成了低對(duì)比度油層。

(2)低對(duì)比度油層的巖石物理成因的研究主要反映的是儲(chǔ)層巖性、物性、水性、電性和含油性之間的相互影響,優(yōu)選綜合反映儲(chǔ)層巖性、物性、電性、水性的敏感曲線,構(gòu)建流體特征判別指數(shù)識(shí)別方法,在實(shí)際資料的解釋中應(yīng)用效果顯著,對(duì)低對(duì)比度油氣層的識(shí)別技術(shù)研究具有指導(dǎo)意義。