利用儲層分類進行水淹層測井解釋的方法研究

楊景強，樊太亮，馬宏宇，王敬巖，楊青山

（1.中國地質(zhì)大學能源學院，北京100083；2.大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712）

0 引 言

L油田于1987年投入全面開發(fā)，目前已進入中、高含水期，注水方案調(diào)整期較短，含水上升較快。主力油層埋深在1 460～1 530m之間，原始地層水為碳酸氫鈉型，總礦化度平均為6 700mg／L左右。儲層巖性以含泥細、粉砂巖為主，碎屑成分主要為石英、長石和巖屑，并且含有一定量的碳酸鹽顆粒，平均有效孔隙度為18.7%，平均空氣滲透率為40mD（非法定計量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同），屬典型中低滲透儲層。儲層非均質(zhì)性較強；物性條件相對較差，含泥、含鈣嚴重；孔隙結(jié)構(gòu)復雜，薄互層發(fā)育；儲層水淹后測井響應信息反映弱。本文從儲層分類研究入手，對儲層參數(shù)分布特征進行了分析，通過引入巖石物理相劃分技術，應用概率圖統(tǒng)計方法，將研究區(qū)儲層劃分為3類；在水淹機理實驗中，分別對3類儲層樣品開展了驅(qū)替實驗，獲得了巖心電阻率、電阻率增大率與含水飽和度的變化規(guī)律。以此為指導，結(jié)合研究區(qū)儲層含泥含鈣的特點，以有效介質(zhì)理論為基礎，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)飽和度模型，取得了較好的解釋應用效果。

1 儲層分類研究

對于中低滲透率儲層，儲層分類評價是解決非均質(zhì)性問題的有效途徑?，F(xiàn)場實踐證明，儲層儲集性能的差異，其產(chǎn)出與注水受效程度均存在差異，對應的測井響應特征也會不同。為了突出表征不同儲層之間的差異，國內(nèi)外學者普遍應用流動單元的概念實現(xiàn)儲層分類評價［1］。相同流動單元具有相似的物理特征和流體滲流能力，致使其水淹及剩余油分布特征一般也具有相似性。而儲層巖石物理相作為流動單元劃分的基礎，對儲層巖性、物性、電性及含油性等均具有一定的控制作用，參數(shù)表征為孔隙度（φ）、滲透率（K）、泥質(zhì)含量（Vsh）、粒度中值（Md）及流動帶指標（Ifz）。其中泥質(zhì)含量和粒度中值主要反映了儲層的巖石相特征，孔隙度、滲透率反映了儲層的物性特征，而流動帶指標值反映儲層的微觀結(jié)構(gòu)特征。Ifz是把孔隙結(jié)構(gòu)和礦物地質(zhì)特征結(jié)合起來判定不同孔隙幾何相的一個參數(shù)，可表示為

研究過程中，對目的層360塊樣品應用概率圖法實現(xiàn)儲層分類（見圖1）。通過Ifz概率圖可以將研究區(qū)目的儲層劃分為3類：Ⅰ類儲層物性較好，Ifz值大于1；Ⅱ類儲層物性稍差，Ifz值介于0.1到1；Ⅲ類儲層物性最差，Ifz值小于0.1。

2 水淹機理實驗分析

由于注入水礦化度的不同，儲層電阻率隨著水淹程度的增加，其變化規(guī)律表現(xiàn)為不同的形態(tài)，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律提出了解釋方程，為水淹層的機理研究和實際解釋應用提供了一定的幫助［2－3］。

圖1 基于Ifz概率圖的儲層分類

2.1 電阻率實驗分析

為了從機理上探索不同注水條件下中低滲透率儲層電性響應的變化規(guī)律，分別對3類儲層樣品開展了多礦化度水驅(qū)油電阻率實驗。在實驗設計中，根據(jù)研究區(qū)實際水分析資料，配制了3種不同礦化度的模擬地層水：1 000、3 500、6 000mg／L。其中1 000mg／L模擬地層水用來代表油田開發(fā)初期注入的淡水，3 500mg／L模擬地層水用來代表油田注入的污水，6 000mg／L模擬原始地層水，用每一種礦化度的模擬地層水對同一巖心樣品分別進行驅(qū)替實驗。

實驗結(jié)果表明，3類儲層電阻率參數(shù)隨溶液礦化度的變化表現(xiàn)出較一致的規(guī)律，即當驅(qū)替水溶液接近于原始地層水礦化度時，巖石電阻率呈現(xiàn)單調(diào)降低的特點。若巖石物性條件不同，其巖石電阻率與含水飽和度間的關系隨地層水礦化度不同具有復雜的變化關系：當使用1 000mg／L左右的淡水驅(qū)替時，巖石電阻率呈現(xiàn)“L”型曲線的特點；當使用3 500mg／L左右的模擬注入污水驅(qū)替時，巖石電阻率變化規(guī)律介于前二者之間，而且，巖石物性條件越好，巖石電阻率在高含水飽和度時變化越平緩。

圖2所示為3類儲層樣品模擬污水回注條件（礦化度3 500mg／L）驅(qū)替實驗規(guī)律圖。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層巖心樣品分析孔隙度分別為0.166、0.213和0.146，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層巖心分析空氣滲透率分別為55.1、15.7mD和1.24mD。圖2表明，在目前注水條件下，儲層在水淹過程中電阻率隨含水飽和度的增大應該是逐漸降低的；但降低的具體規(guī)律不同，儲層物性越差，電阻率降低的幅度越小。

2.2 電阻率增大率實驗分析

對于L油田，在目前的注水條件下，目的儲層的電性測井響應規(guī)律是基本呈下降趨勢，而且儲層物性條件越好，注水強度越大，受效時間越長，其電阻率下降的幅度就越大。這是開展水淹層測井定性識別的理論基礎。

圖2 3類儲層樣品模擬污水回注條件驅(qū)替實驗規(guī)律圖

圖3 3類儲層樣品電阻增大率與含水飽和度關系圖

圖3為3類儲層樣品電阻率增大率與含水飽和度變化關系圖。可見，3類儲層飽和度指數(shù)具有一定的規(guī)律：儲層物性條件越好，飽和度指數(shù)越高，相同含水飽和度增量所對應的電阻率下降值越大；反之，則相同含水飽和度增量所對應的電阻率下降值就會越小。這種規(guī)律產(chǎn)生的根本原因通常與中低滲透儲層的親水性特點緊密相關。

對于以孔隙為主的砂巖儲層，儲集空間主要由微孔隙和滲流孔隙組成。在油藏形成之前，微孔隙完全被束縛水所占據(jù)，流體在微孔隙中不能滲流；而滲流孔隙中的水包括可動水和束縛水，可動水存在于毛細管阻力較小的粒間孔隙中，束縛水則主要為巖石孔壁及孔角上的薄膜滯留水。如果在成藏過程中，油氣運移的動力不足，使?jié)B透孔隙中保留下一部分薄膜滯留水，那么這類油層就會成為親水性油層；而且薄膜滯留水的飽和度越高，其親水性就越強。

油田注水開發(fā)過程實際上可以看作成藏過程的逆過程。在水驅(qū)過程中，對于物性條件好的親水性油層，一般大孔隙所占比例較大，注入水通常先流過較大的孔隙，將大孔隙中的油和部分油膜驅(qū)替走，使大孔隙中的含水飽和度增高，形成良好的導電通道，電性上反映出注水初期電阻率下降快。而對于物性條件差的親水性油層，孔隙比較均勻且以小孔隙分布居多，在較強的注水條件下，很容易將孔隙中的油驅(qū)替走，從而使油層水淹狀態(tài)下的導電網(wǎng)絡更加發(fā)達，電阻率緩慢下降。

由密閉取心分析資料可知，Ⅰ類油層的原始含油飽和度為50%左右，假定強水淹后含油飽和度降為20%左右，對應圖3分析可得，其電阻率增大率由3.2左右降為1.5左右，即Ⅰ類油層強水淹后電阻率會下降10Ω·m以上。而對于Ⅲ類油層，其原始含油飽和度就稍差，強水淹后其電阻增大率由2左右降為1.4左右，電阻率下降值僅為4～5Ω·m左右。因此，在儲層分類的基礎上，進行水淹層定性識別和定量評價是有據(jù)可依的。

3 水淹層測井定量評價

水淹層定量評價是指通過計算以剩余油飽和度為核心的產(chǎn)層參數(shù)來完成的。以往在解釋方法上，主要基于阿爾奇方程，雖然目前已提出了一些改進模型，如淡化系數(shù)方程、雙地層水電阻率模型等，但剩余油飽和度計算精度仍難以適應油田剩余油描述和油田加密調(diào)整的需要［4－5］。

3.1 目前含水飽和度模型

儲層巖石電阻率與含油飽和度及孔隙度的關系，對于純砂巖可由阿爾奇公式很好地描述，但是儲層巖石中黏土礦物或碳酸鹽顆粒的存在使得這種關系變得非常復雜［6］。

結(jié)合研究區(qū)儲層的特點，基于層狀泥質(zhì)與分散泥質(zhì)砂巖并聯(lián)導電，而將分散泥質(zhì)砂巖分成導電的砂巖骨架顆粒、不導電的油氣、分散黏土顆粒、鈣質(zhì)顆粒、微毛細管孔隙水以及可動水等6種成分，并應用有效介質(zhì)對稱導電理論，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)電阻率模型。

目前含水飽和度模型表達形式為

式中，Sw為目前含水飽和度，%；φ為有效孔隙度，小數(shù)；Ct為儲層電導率，S／m；Cw為地層水電導率，S／m；Vcl為黏土含量，小數(shù)；VCa為鈣質(zhì)含量，小數(shù)。其中部分參數(shù)可以通過測井資料和巖電實驗分析數(shù)據(jù)最優(yōu)擬合獲得。

實際應用表明［7］，對于含泥含鈣儲層，有效介質(zhì)對稱導電理論具有較強的適應性，模型計算的含水飽和度與巖心分析含水飽和度具有很高的吻合程度。

3.2 原始含水飽和度模型

一般在純含油段，巖石中原始水主要由附著在巖石顆粒表面的束縛水、受毛細管力作用存在于小孔隙中的殘存水以及油氣運移過程中未能充分驅(qū)替的少量原生自由水等形態(tài)組成，原始含水飽和度主要與巖石的比面有關，巖石比面與其滲透率成反比，巖石比面越大，滲透率越低，束縛水含量越高，所以原始含水飽和度隨空氣滲透率的增加而降低。

應用油田開發(fā)早期完鉆的2口密閉取心井117個層點，建立研究區(qū)油層原始含水飽和度解釋模型為

Swi＝－7.8512ln K＋75.42 （3）式中，Swi為原始含水飽和度，%；K為空氣滲透率，mD。相關系數(shù)為0.96，平均絕對誤差2.3%，平均相對誤差為4.6%，參數(shù)精度滿足石油儲量規(guī)范要求。

3.3 水淹級別定量劃分標準

水淹級別定量劃分標準通常采用含水率、含油飽和度、含水飽和度變化量（目前含水飽和度與原始含水飽和度之差）、采出程度（含水飽和度變化量與可動液飽和度之比）等參數(shù)，國內(nèi)各油田普遍與油公司原四級標準相對應或基本對應，但劃分依據(jù)存在一定的差別，具有一定的區(qū)域性［8］。在研究過程中，一方面與油公司水淹級別劃分標準相銜接，同時考慮到中低滲透儲層的特點，以密閉取心分析和相滲資料標準化為基礎，確定出不同水淹級別對應的含水飽和度變化量ΔSw的界限值。圖4為儲層含水率與含水飽和度變化量關系圖?？梢?，含水率為40%和80%時，所對應的含水飽和度變化量分別為10%和20%。故可建立水淹級別定量劃分標準：油層或弱水淹層ΔSw≤10%；中水淹層10%＜ΔSw＜20%；強水淹層ΔSw≥20%。

圖4 水淹級別定量劃分標準

3.4 密閉取心井應用效果評價

表1為LJ井密閉取心分析與測井解釋成果對比表。共解釋19層，符合16層，符合率達到84.2%，應用效果良好，能夠滿足水淹層解釋和剩余油評價的需要。

表1 LJ井密閉取心分析與水淹層測井解釋對比表

4 結(jié)論與認識

（1）通過應用概率圖法對L油田主要目的油層實現(xiàn)儲層分類，可以有效解決中低滲透儲層非均質(zhì)性評價的技術難點。

（2）在對3類儲層開展多礦化度實驗和電阻率增大率實驗分析的基礎上，從機理上分析了親水性中低滲透儲層的形成與水淹機理。水淹后儲層電阻率基本呈下降的趨勢，而且儲層物性條件越好，注水強度越大，受效時間越長，其電阻率下降的幅度就越大。

（3）針對L油田中低滲透率儲層含泥、含鈣、薄互層發(fā)育的特點，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)電阻率模型，實現(xiàn)了飽和度定量計算，經(jīng)密閉取心資料檢驗，水淹層測井解釋符合率達到80%以上，能夠滿足剩余油評價的需要。

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