李永貴,夏福志,趙建斌,孫寅森

(1.中國石油集團測井有限公司國際公司,北京100101;2.中國石油集團測井有限公司地質(zhì)研究院,陜西西安710077)

0 引 言

姬塬地區(qū)長8儲層是典型的低滲透率砂巖巖性油藏,巖性主要為細(xì)、極細(xì)粒長石巖屑砂巖,孔隙度為6.0%～12.0%,滲透率為(0.07～2.00)×10-3μm2,屬低滲透率、特低滲透率儲層。成巖作用較強烈,類型復(fù)雜。復(fù)雜的成巖作用造成儲層孔隙類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜和非均質(zhì)性強等特征[1-2]。復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)控制了低滲透率巖石的滲流和導(dǎo)電能力,影響油氣水層的電性響應(yīng)特征[3-5]。不同孔隙結(jié)構(gòu)儲層的巖電關(guān)系差異很大,導(dǎo)致其巖電關(guān)系與阿爾奇公式所揭示的規(guī)律存在明顯的差異,因此,不能用統(tǒng)一的巖電參數(shù)評價含水飽和度[6-11]。

本文以長8儲層大量的巖心巖電、鑄體薄片、壓汞數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析不同成巖相儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征及對巖電參數(shù)的影響,建立與儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征相匹配的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m計算模型,提高低滲透率砂巖儲層含水飽和度計算精度。

1 低滲透率砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)儲層發(fā)育綠泥石襯邊弱溶蝕、不穩(wěn)定組分溶蝕和鈣質(zhì)膠結(jié)等3種成巖相。根據(jù)15口井78個巖樣成巖相的鑒定結(jié)果,分別開展了3種成巖相的鑄體薄片、壓汞、巖電等配套巖石物理實驗,從不同角度分析了3種成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)特征。圖1為巖心孔隙度—滲透率交會圖,由圖1可見3種成巖相的孔隙度、滲透率關(guān)系明顯不同。

圖1 巖心孔隙度—滲透率交會圖

3種成巖相巖心鑄體薄片圖像分析結(jié)果顯示綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲層主要以粒間孔、粒間孔-溶孔為主,孔喉半徑大,孔隙連通性好,配位數(shù)高;不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相儲層主要以溶孔、粒間孔-溶孔為主,其孔喉半徑、孔隙連通性和配位數(shù)相比綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相較差;鈣質(zhì)膠結(jié)最差。3種成巖相對應(yīng)的巖心壓汞曲線特征表明綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲層孔隙結(jié)構(gòu)最好,壓汞毛細(xì)管壓力曲線較平緩,啟動壓力較小,排驅(qū)壓力較小,平均孔喉半徑和最大孔喉半徑均最大;不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)次之;鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)最差。

2 儲層孔隙結(jié)構(gòu)對巖電參數(shù)的影響

阿爾奇在實驗室對大量砂巖樣品研究的基礎(chǔ)上,建立了巖石電阻率與孔隙度、含水飽和度之間的實驗關(guān)系[3]

F=Ro/Rw=a/φm

(1)

(2)

式中,F和I分別為地層因素和電阻增大系數(shù);φ為孔隙度,%;Sw為含水飽和度,%;Rt和Ro分別為巖樣部分和完全被水溶液飽和后的電阻率,Ω·m;Rw為巖樣中飽和的水溶液電阻率,Ω·m;m和n分別為膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù);a、b為系數(shù)。

低滲透率砂巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)控制著巖石的滲流能力和電性特征,孔隙結(jié)構(gòu)不同,巖電參數(shù)不同[5]。研究區(qū)15口井78個巖樣巖電分析結(jié)果見圖2、圖3。由圖2可見,巖心孔隙度與地層因素不遵從經(jīng)典的阿爾奇定律,大孔隙巖石與小孔隙巖石表現(xiàn)出2種不同的變化規(guī)律,以孔隙度10.0%為界出現(xiàn)分段。當(dāng)孔隙度大于10.0%,數(shù)據(jù)分布集中且有規(guī)律,F與φ線性關(guān)系好,a接近于1,m接近于2。當(dāng)孔隙度小于10.0%,F值變化大,數(shù)據(jù)分布發(fā)散且規(guī)律性不強,a大于1,m小于2。由圖3可見,以孔隙度10.0%為界,巖心含水飽和度與電阻增大系數(shù)擬合得到的n值也不同。

圖2 孔隙度—地層因素關(guān)系圖

圖3 巖心含水飽和度—電阻增大系數(shù)關(guān)系圖

3 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的變巖電參數(shù)含水飽和度計算

由于低滲透率砂巖儲層復(fù)雜的巖電關(guān)系,采用統(tǒng)一的擬合關(guān)系回歸得到的巖電參數(shù)計算含水飽和度Sw誤差較大。為了較好地利用阿爾奇公式或其變形公式計算Sw,須根據(jù)儲層孔隙結(jié)構(gòu)的差異得到與之相匹配的巖電參數(shù),以提高Sw的計算精度。

3.1 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m模型

發(fā)育不同成巖相的儲層具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征,通過常規(guī)測井資料可以連續(xù)識別成巖相[12],以成巖相為基礎(chǔ)優(yōu)化巖電參數(shù)?；诿緩姷萚6]的研究,地層因素與孔隙度的關(guān)系可表示為二次函數(shù)

lgF=blg2φ+clgφ+d

(3)

式中,c,d為實驗系數(shù)。

由于有φ=1,F=1這一理論條件的約束,d值應(yīng)為0或接近于0,因此,d可忽略。

lgF=blg2φ+clgφ

(4)

等式兩邊同除以lgφ

(5)

在式(1)中,令a=1

(6)

經(jīng)過推導(dǎo)得到m的計算公式

m=b′lgφ+c′

(7)

式中,b′,c′為實驗系數(shù)。

利用式(7)可獲得連續(xù)的m值。根據(jù)巖電實驗所選巖心樣品對應(yīng)的成巖相鑒定結(jié)果,分別建立了綠泥石襯邊弱溶蝕、不穩(wěn)定組分溶蝕和鈣質(zhì)膠結(jié)等3種成巖相儲層優(yōu)化的巖心孔隙度—地層因素交會圖及對應(yīng)的巖心含水飽和度—電阻增大系數(shù)關(guān)系圖(見圖4)。由圖4可見:①低滲透率砂巖儲層巖心孔隙度-地層因素之間并不是簡單的冪函數(shù)關(guān)系,膠結(jié)指數(shù)m不是固定值,而是隨著孔隙度的變化而變化;②不同成巖相儲層具有不同的膠結(jié)指數(shù),儲層孔隙結(jié)構(gòu)越好,孔隙連通性越好,膠結(jié)指數(shù)也越大;③綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲層主要以粒間孔隙為主,孔隙連通性最好,對應(yīng)的膠結(jié)指數(shù)接近于經(jīng)典的阿爾奇公式[圖4(a)中黑色線,m=2.0];④對于不同成巖相儲層,當(dāng)孔隙度大于25.0%時,各種成巖相儲層的膠結(jié)指數(shù)m基本相等,均接近于2.0;⑤不同成巖相儲層,飽和度指數(shù)n也不相同;⑥不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相和鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相具有較高的束縛水飽和度并導(dǎo)致n值減小[13-15]。

圖4 不同成巖相的巖電參數(shù)優(yōu)化關(guān)系圖

3.2 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的變巖電參數(shù)含水飽和度計算

根據(jù)上述分析結(jié)果,對不同成巖相儲層分別選取不同的巖電參數(shù)計算含水飽和度。綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.3305lgφ+2.2855,

b=1.01,n=1.7366

(8)

不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相儲層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.3376lgφ+2.2072,

b=1.0102,n=1.6418

(9)

鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相儲層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.4473lgφ+2.2659,

b=1.0157,n=1.6055

(10)

利用得到的巖電參數(shù),基于經(jīng)典的阿爾奇含水飽和度計算公式分析密閉取心井xx1井的解釋結(jié)果(見圖5)。該井目的層為典型低滲透率砂巖儲層,成巖作用較強烈,類型復(fù)雜,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。用巖電實驗數(shù)據(jù)直接回歸的巖電參數(shù)計算含水飽和度與密閉取心分析含水飽和度差異較大,影響流體識別及儲量計算。原解釋將84、86號層解釋為油層,87號層解釋為油水同層。圖5中第8道所示的成巖相識別結(jié)果顯示84、86、87號層為不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相,孔隙度和滲透率較高、物性好,85和88號層為鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相。圖5中第7道顯示基于成巖相分類的變巖電參數(shù)計算的含水飽和度、直接回歸的巖電參數(shù)計算的含水飽和度與密閉取心分析結(jié)果的對比?；诔蓭r相分類優(yōu)化的巖電參數(shù)計算含水飽和度Sw,Archie與密閉取心分析的含水飽和度吻合,而直接回歸的巖電參數(shù)計算的含水飽和度Sw與密閉取心分析的結(jié)果差異較大,優(yōu)化后的巖電參數(shù)計算的含水飽和度精度(絕對值)提高10%。根據(jù)新的計算結(jié)果,將84、86和87號層解釋為油層。2 507.0～2 510.0 m井段試油,日產(chǎn)油4.42 t,不產(chǎn)水,為純油層,驗證了計算結(jié)果的可靠性。

圖5 xx1井低滲透率透砂巖儲層解釋成果圖*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

為了進一步驗證應(yīng)用效果,對另外一口密閉取心井xx2井進行了處理解釋及對比分析(見圖6)。圖6中第7道顯示,基于該研究建立的方法計算的含水飽和度Sw,Archie與密閉取心分析的含水飽和度更吻合,而直接回歸的巖電參數(shù)計算的含水飽和度Sw與密閉取心分析的結(jié)果差異較大,優(yōu)化后的巖電參數(shù)計算的含水飽和度精度(絕對值)提高10%以上,成巖相控低滲透率透砂巖儲層含水飽和度的計算精度顯著提高。

圖6 xx2井低滲透率透砂巖儲層解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1)受成巖相控制的低滲透率砂巖儲層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致巖電關(guān)系復(fù)雜,表現(xiàn)出不同巖電特征。

(2)建立了基于儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m模型,得到了與儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征相匹配的巖電參數(shù)。

(3)通過與密閉取心井巖心分析含水飽和度對比,本文建立的方法顯著地提高了成巖相控低滲透率砂巖儲層含水飽和度的計算精度。