盛 達(dá)

（中海石油（中國）有限公司，北京 100010）

低阻油層是指油氣層電阻率值接近或小于本地區(qū)相同地質(zhì)條件下的水層電阻率，在高礦化度地層水地區(qū)甚至低于圍巖電阻率，但試油時(shí)產(chǎn)純油的油層，或電阻增大率（油層電阻率與水層電阻率之比）小于2的油層[1]。

對(duì)于低阻油層的形成機(jī)理和識(shí)別方法，近年來一直是國內(nèi)外測(cè)井學(xué)界研究的熱門課題[2-6]。低阻油氣層的成因在不同地區(qū)、不同層位具有明顯差異性，通常低阻成因主要有以下幾種：高束縛水含量、黏土礦物附加導(dǎo)電、高地層水礦化度、鹽水泥漿侵入、砂泥巖互層、含高導(dǎo)電礦物。在識(shí)別方面，總結(jié)了交會(huì)圖法、重疊法和臨近水層法等多種方法對(duì)低阻油層進(jìn)行識(shí)別，但是低阻油層的形成受到礦物、流體、侵入等多種因素的影響，影響因素極其復(fù)雜，這些方法在渤中凹陷低阻油層的識(shí)別中效果較差。本文結(jié)合渤海區(qū)域低阻油層的測(cè)井特征及儲(chǔ)層形成的地質(zhì)過程，分析并確定了造成油層低阻的主要因素，提出了一種利用縱向響應(yīng)離散法對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行處理，依據(jù)校正后數(shù)值的高低對(duì)薄層低阻油層進(jìn)行識(shí)別，用雙飽和度法對(duì)泥質(zhì)引起的低阻油層進(jìn)行識(shí)別的方法，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 區(qū)塊概況

渤中凹陷位于渤海海域中部，區(qū)域構(gòu)造上位于渤海海域黃河口凹陷中洼南斜坡帶，西鄰郯廬斷裂渤南段中支，走向自西向東由EW向轉(zhuǎn)換為NE向、NNE向，整體上呈現(xiàn)出向南凸出的弧形構(gòu)造，內(nèi)部凹陷與凸起相間呈弧形排列。研究區(qū)面積20 000 km2，油氣資源豐富，主力開發(fā)層系為新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組。地質(zhì)研究表明[7-8]，明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，連通性較差，平面上儲(chǔ)層分布成條帶狀；館陶組為辮狀河沉積，河道寬度較明化鎮(zhèn)組加大，平面連通性增強(qiáng)，儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)連片。

2 低阻油層成因分析

渤中凹陷低阻油層主要為薄層低阻油層和泥質(zhì)引起的低阻油層。薄層低阻油層主要是由于薄層（小于0.5 m）砂巖受厚層低阻泥質(zhì)圍巖影響較大及常規(guī)測(cè)井垂向分辨率的限制，薄層的測(cè)井響應(yīng)顯示失真，常規(guī)測(cè)井資料不能直接用于薄層的研究。高束縛水飽和度儲(chǔ)層主要表現(xiàn)在自然伽馬絕對(duì)值偏高，一般高于75 API，從沉積學(xué)角度講，形成這類儲(chǔ)層的沉積水動(dòng)力偏弱，多期沉積能量大體相同的砂體逐層疊置，復(fù)合厚度一般小于5 m，巖性偏細(xì)，這為儲(chǔ)層形成高束縛水飽和度提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。

高束縛水飽和度低阻油層的出現(xiàn)與儲(chǔ)層巖性的粗細(xì)和儲(chǔ)層中黏土礦物成分及其分布狀態(tài)有很大關(guān)系，這種類型的低阻油層形成一般也需要具備三個(gè)地質(zhì)條件：（1）儲(chǔ)層成巖程度中等，屬于晚成巖A期；（2）儲(chǔ)層巖性偏細(xì)，具有雙組份孔隙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；（3）儲(chǔ)層地層水礦化度較低，一般小于6 000 mg/L。在同樣的儲(chǔ)層巖性條件下，當(dāng)埋深（成巖作用）使儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、黏土成分發(fā)生改變之時(shí)，地層導(dǎo)電機(jī)理也隨之發(fā)生變化，低阻油氣層形成的主要因素也將發(fā)生轉(zhuǎn)化，將從黏土附加導(dǎo)電性成因轉(zhuǎn)化為高束縛水飽和度成因。儲(chǔ)層地層水礦化度相對(duì)較低約束地層的導(dǎo)電機(jī)制，突出了儲(chǔ)層束縛水飽和度高在導(dǎo)電中的作用，因此，在非高礦化度和成巖作用相對(duì)較弱的條件下，形成了高束縛水飽和度成因低阻油層。

在整體水動(dòng)力較弱的沉積背景條件下沉積的砂體，由于顆粒比表面積的增大和毛細(xì)管力的增強(qiáng)，形成了大量束縛水，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率和電阻率的雙重降低[9]；當(dāng)油氣充注過程中，油氣驅(qū)替可動(dòng)水而優(yōu)先占據(jù)較大孔喉孔隙儲(chǔ)集空間，在克服毛細(xì)管力的過程中，油氣則進(jìn)入中小孔喉孔隙儲(chǔ)集空間。這樣在較大孔喉孔隙儲(chǔ)集空間內(nèi)就形成了較高的含油飽和度，而在中小孔喉孔隙儲(chǔ)集空間內(nèi)就形成了低含油飽和度。由于高束縛水飽和度和低含油飽和度使儲(chǔ)層的電阻率降低，這就是高束縛水飽和度儲(chǔ)層形成低阻油氣層的主要原因。

另外，黏土礦物具有導(dǎo)電性是人所共知的，由測(cè)井曲線也是可以感悟到的，主要是由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和微粒性而具有吸附、膨脹、陽離子交換等特性，吸附在黏土礦物表面的陽離子在電場(chǎng)的作用下可以和溶液中的同性離子發(fā)生交換作用，陽離子交換特性是導(dǎo)致黏土具有附加導(dǎo)電性的直接原因。由于黏土礦物種類不同，其陽離子交換容量有很大差別（表1）。從表1中可以看出，蒙脫石的陽離子交換容量最大，表明其陽離子交換能力最強(qiáng)，導(dǎo)電性也最大。 附加導(dǎo)電性是含有一定數(shù)量的泥質(zhì)砂巖相對(duì)于純凈砂巖正常導(dǎo)電性增加了（并聯(lián)）泥質(zhì)導(dǎo)電性而言的[10]。當(dāng)平衡陽離子的數(shù)量較大時(shí)，其附加導(dǎo)電作用顯著，可形成低電阻油層。從表2可以看出，渤中地區(qū)明化鎮(zhèn)組和館陶組蒙脫石含量明顯高于沙河街組，因此，渤中地區(qū)上第三系低阻油層有黏土附加導(dǎo)電性和高束縛水飽和度兩個(gè)因素復(fù)合成因。

表1 常見黏土礦物的陽離子交換容量Table 1 Cation exchange capacity of common clay minerals

表2 渤中地區(qū)不同層系黏土礦物含量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics table of clay mineral content in different strata in Bozhong area

3 低阻油層識(shí)別

3.1 薄層低阻油層識(shí)別方法

薄層低阻油層識(shí)別方法主要有縱向響應(yīng)離散法、沃爾什反演法和分辨率匹配法三種[11-13]。本次主要對(duì)相位測(cè)井曲線進(jìn)行了校正，采用的是縱向響應(yīng)離散法。

縱向響應(yīng)離散法是按照不同測(cè)井方法具有不同的響應(yīng)原理，將其縱向響應(yīng)系數(shù)離散化處理，建立測(cè)井值與響應(yīng)范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的關(guān)系式，最終求得薄地層的地球物理真值的方法。以自然伽馬測(cè)井為例，自然伽馬測(cè)井值與響應(yīng)范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的關(guān)系式如下：

式中：GRL為記錄點(diǎn)所測(cè)得的自然伽馬值，GR0、GR1、GR-1、GR2、GR-2分別為探測(cè)范圍內(nèi)5個(gè)等區(qū)間的地層自然伽馬真值，K0、K-1、K1、K-2、K2為小層權(quán)系數(shù)。

在球體探測(cè)范圍內(nèi)各層對(duì)GR值的貢獻(xiàn)與球臺(tái)體積成正比，且與層和記錄點(diǎn)之間的距離的平方成反比。通過建立刻度井進(jìn)行測(cè)井，結(jié)合地面高分辨伽馬測(cè)井對(duì)各小層自然伽馬真值進(jìn)行測(cè)量，通過正演模擬即可確定各小層權(quán)系數(shù)K值[14]，圖1為通過上述實(shí)驗(yàn)確定的各小層權(quán)系數(shù)分解圖。

圖1 自然伽馬測(cè)井響應(yīng)范圍內(nèi)小層權(quán)系數(shù)分解圖Fig. 1 Decomposition diagram of weight coefficient of sublayers within the response range of natural gamma logging

自然伽馬測(cè)井值與響應(yīng)范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的一般關(guān)系式為：

式中：A為 系數(shù)矩陣，代表小層的權(quán)系數(shù)；X為自然伽馬真值，Y為測(cè)量值，API。

X=(ATA+￡E)-1ATY，其中￡為阻尼因子，E為單位矩陣。

方程為一個(gè)欠定方程組，各個(gè)薄層地球物理真值有無數(shù)組解。現(xiàn)增加阻尼項(xiàng)利用下式求解：X=(ATA+￡E)-1ATY，通過增加阻尼項(xiàng)確定其薄層的唯一解。

通過縱向響應(yīng)離散法對(duì)各井相位測(cè)井曲線進(jìn)行處理，得到校正的相位電阻率曲線，依據(jù)校正后數(shù)值的高低進(jìn)行評(píng)價(jià)。

X井測(cè)了相位電阻率和衰減電阻率，在Nm2-12小層內(nèi)部，19、21、23號(hào)層厚度均小于2 m，19、23號(hào)層相位電阻率均低于5.5 Ω·m。通過離散法處理校正后，19、23號(hào)層電阻率由實(shí)測(cè)的3.9 Ω·m、5.3 Ω·m分別提高到5.5 Ω·m、7.9 Ω·m，而且，錄井為油跡砂巖，密度孔隙度達(dá)到了28.5%以上，說明其含油飽滿，和縱向響應(yīng)離散法處理成果效果是明顯的（圖2）。另外，22號(hào)層厚度在4 m左右，從自然伽馬、相位電阻率和密度曲線上看，儲(chǔ)層中部均顯示有夾層的跡象，通過離散法處理校正后，該層電阻率顯示為兩個(gè)小層，而且，校正后電阻率提高十分明顯，最高可達(dá)到16.5 Ω·m。

圖2 X井Nm2-12薄層處理成果圖Fig. 2 Treatment diagram of thin layer Nm2-12 in Well X

3.2 泥質(zhì)引起的低阻油層識(shí)別方法

黏土附加導(dǎo)電性和高束縛水飽和度復(fù)合成因低阻油層合稱泥質(zhì)引起的低阻油層，這類儲(chǔ)層在測(cè)井曲線上的主要特征是：自然伽馬相對(duì)較高，表示泥質(zhì)含量較高、黏土附加導(dǎo)電性增強(qiáng)和束縛水飽和度增高；補(bǔ)償密度也相應(yīng)地有所增高，孔隙度相應(yīng)地降低，電阻率降低，表現(xiàn)為低電阻特點(diǎn)。如X井11、12號(hào)層屬于這類特征（圖3），對(duì)這類儲(chǔ)層可以采用雙飽和度評(píng)價(jià)方法。

通過對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行阿爾奇、西門杜公式雙飽和度模型處理，常規(guī)油層兩個(gè)模型計(jì)算的含油飽和度曲線基本重疊，低阻油層利用西門杜公式計(jì)算的含油飽和度高于阿爾奇公式計(jì)算的含油飽和度（圖4）。因此，采用西門杜公式計(jì)算含油飽和度的目的就是消除泥質(zhì)對(duì)電阻率降低的影響，進(jìn)而提高含油飽和度。

圖3 X井Nm2-7小層測(cè)井解釋成果圖Fig. 3 Logging interpretation results of sublayer Nm2-7 in Well X

圖4 X井Nm2-9小層測(cè)井解釋成果圖Fig. 4 Logging interpretation results of sublayer Nm2-9 in Well X

4 結(jié)論

（1）渤中地區(qū)低阻油層成因主要包括薄層低阻油層及泥質(zhì)引起的低阻油層兩種。薄層低阻油層是薄層儲(chǔ)層受圍巖影響較大，且測(cè)井曲線分辨率較低造成的；由泥質(zhì)引起的低阻油層是受黏土附加導(dǎo)電性和高束縛水飽和度雙重影響形成的。

（2）薄層低阻油層可通過縱向響應(yīng)離散法對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行處理，依據(jù)校正后數(shù)值的高低進(jìn)行識(shí)別評(píng)價(jià)；泥質(zhì)引起的低阻油層可通過對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行阿爾奇、西門杜公式雙飽和度模型處理，從而進(jìn)行有效識(shí)別。