基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

柴 婧,王 敏,楊 波

(中國石化勝利石油管理局測井公司,山東東營257096;2.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院;3.中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū))

基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

柴 婧1,王 敏2,楊 波3

(中國石化勝利石油管理局測井公司,山東東營257096;2.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院;3.中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū))

阿爾奇公式及其改進模型是目前計算儲層含水飽和度的主要方法。G地區(qū)泥質(zhì)和鈣質(zhì)含量普遍偏高,且鈣質(zhì)分布非均質(zhì)性強,使得傳統(tǒng)的飽和度公式難以達到理想效果。針對 G油田的地質(zhì)特征,分析了泥質(zhì)含量和鈣質(zhì)含量對電阻率及飽和度的定量影響,借鑒印度尼西亞公式對泥質(zhì)含量的考慮方式,通過將鈣質(zhì)含量看為是一種與泥質(zhì)等效的單獨組分,構(gòu)建了基于印度尼西亞公式的改進的飽和度經(jīng)驗?zāi)Ｐ?通過結(jié)合巖心分析資料,確定了經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭械哪噘|(zhì)指數(shù)及鈣質(zhì)指數(shù)等待定系數(shù)。利用該模型的含水飽和度計算方法與密閉取心井對比,相對誤差小于8%。該經(jīng)驗?zāi)Ｐ图翱紤]方式可為今后含泥含鈣儲層飽和度定量評價提供參考。

印度尼西亞公式;飽和度;改進模型;鈣質(zhì)含量;泥質(zhì)含量

飽和度計算是儲層測井定量評價的核心內(nèi)容,經(jīng)典的阿爾奇公式在面向不同的儲層類型、泥質(zhì)組分的構(gòu)成等方面存在著實用局限性和誤差,以阿爾奇公式為基礎(chǔ),針對特定的區(qū)域地質(zhì)特征,國內(nèi)外專家和學(xué)者提出了眾多具有針對性的含水飽和度方程表達式[1-5],以期改善經(jīng)典阿爾奇公式,如:印度尼西亞方程、西曼亞方程、Shell方程等。

G油田為主要受巖性影響的構(gòu)造-巖性油藏,儲層屬于中孔-低滲類型,巖性主要為巖屑砂巖,泥質(zhì)、鈣質(zhì)比較發(fā)育,巖心分析表明該區(qū)鈣質(zhì)含量介于0.2%～47.1%之間,鈣質(zhì)含量的非均質(zhì)性引起儲層電阻率在縱向上劇烈變化,給飽和度定量評價帶來困難。對于此類儲層飽和度的計算,經(jīng)典的阿爾奇公式顯然已不再適用。

結(jié)合泥質(zhì)含量和鈣質(zhì)含量等因素對儲層電阻率及飽和度的影響,借鑒印度尼西亞公式中對于泥質(zhì)含量的考慮方式,將鈣質(zhì)含量視為與泥質(zhì)含量等同的組分,均為并聯(lián)導(dǎo)電方式,對印度尼西亞公式進行擴展,建立了基于泥質(zhì)及鈣質(zhì)分析的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?并通過巖心實驗數(shù)據(jù)及測井曲線響應(yīng)特征的分析,確定了模型中的待定參數(shù)。作為經(jīng)驗?zāi)Ｐ?其考慮方式可為今后的泥質(zhì)砂巖飽和度評價提供參考。

1 模型的提出

研究區(qū)G油田的高鈣質(zhì)含量及泥質(zhì)含量特征,使得我們在進行儲層評價工作時,必須同時考慮鈣質(zhì)及泥質(zhì)對儲層電阻率的共同影響。

1.1 泥質(zhì)含量對含水飽和度的影響

泥質(zhì)呈分散狀充填在砂巖粒間孔隙空間,其與孔隙中的地層水并聯(lián)導(dǎo)電從而對泥質(zhì)砂巖電阻率產(chǎn)生影響,進而影響儲層含水飽和度,目前計算這類儲層的飽和度模型較多。

1.2 鈣質(zhì)含量對含水飽和度的影響

儲層含鈣可引起常規(guī)測井曲線呈現(xiàn)“三低兩高”的特征,即低聲波時差、低密度、低自然伽馬、高補償中子和高電阻率,從而直接影響到儲層含水飽和度的評價。同時工區(qū)前期研究表明當(dāng)儲層鈣質(zhì)含量大于5%時,巖性逐漸開始大于流體性質(zhì)對儲層電阻率的貢獻。而實驗室?guī)r心分析顯示本區(qū)鈣質(zhì)含量在0.2%～47.1%,使得如何合理考慮鈣質(zhì)對飽和度的影響成為當(dāng)務(wù)之急。

鈣質(zhì)本身電阻率極高,不導(dǎo)電,但由于測井曲線是對上下鄰近探測點的一種綜合反映,使得呈分散狀分布的鈣質(zhì)在測井曲線上呈現(xiàn)高值,但并非無限大,根據(jù)不同鈣質(zhì)含量點的儲層電阻率的對比分析,可以近似得到鈣質(zhì)對于電阻率的影響。

1.3 基于印度尼西亞公式的飽和度改進模型

阿爾奇公式及其改進模型均基于泥質(zhì)分布形式并應(yīng)用體積模型和電阻并聯(lián)概念,在推導(dǎo)電阻率和含水飽和度的計算關(guān)系時,都作了一定的假設(shè),采用了一些經(jīng)驗公式,因而在一定程度上說,它們都帶有經(jīng)驗型,允許人們根據(jù)經(jīng)驗選擇修改,以取得最佳的解釋效果,印度尼西亞公式就是目前測井解釋與數(shù)據(jù)處理中比較流行的一個計算公式[1],如下:

對 G地區(qū)地質(zhì)特征進行分析,泥質(zhì)含量與鈣質(zhì)含量并存,同時對儲層電阻率有著顯著影響,如何合理考慮鈣質(zhì)含量對于飽和度的定量影響成為問題難點。借鑒印度尼西亞公式對于泥質(zhì)含量的考慮方式,將泥質(zhì)含量與鈣質(zhì)含量視為獨立于骨架的單獨組分,假設(shè)二者對電阻率的貢獻方式一致,在此基礎(chǔ)上得到改進的飽和度經(jīng)驗?zāi)Ｐ?圖1)。

圖1 包含泥質(zhì)及鈣質(zhì)的簡化體積模型

模型中假定鈣質(zhì)和泥質(zhì)呈分散狀地填充在砂巖粒間孔隙空間之中,將鈣質(zhì)看為與泥質(zhì)同等的單獨組分進行考慮(鈣質(zhì)電阻率的求取方法在后面介紹),認為地層導(dǎo)電是孔隙中的地層水,鈣質(zhì)和分散泥質(zhì)并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果。由于模型假設(shè)泥質(zhì)和鈣質(zhì)對電阻率的貢獻方式具有一致性,因此在阿爾奇公式之外附加的泥質(zhì)項和鈣質(zhì)項遵循同樣的形式,不同之處在于泥質(zhì)和鈣質(zhì)對儲層電阻率的貢獻分別為減阻和增阻。改進的并聯(lián)導(dǎo)電經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑?

式中:Vsh——泥質(zhì)含量 ,小數(shù);Vca——鈣質(zhì)含量 ,小數(shù);Rsh——泥質(zhì)電阻率 ,Ω ·m;Rca——鈣質(zhì)電阻率 ,Ω ·m;φe——有效孔隙度 ,小數(shù);a——巖性系數(shù);Rw——地層水電阻率,Ω·m;c,d——泥質(zhì)含量指數(shù)、鈣質(zhì)含量指數(shù)。

當(dāng)骨架為純砂巖時,飽和度公式退化為經(jīng)典的阿爾奇公式;而當(dāng)儲層含有泥質(zhì)且鈣質(zhì)含量為零時,模型則相應(yīng)退化為印度尼西亞公式。需要指出的一點,為了保持模型參數(shù)項的一致性,鈣質(zhì)影響主要是參照印度尼西亞公式給出的經(jīng)驗表達,其對于飽和度的影響形式尚待進一步商榷。

2 模型參數(shù)求取

改進的經(jīng)驗?zāi)Ｐ途哂休^強的地區(qū)針對性,因此模型中各參數(shù)的求取必須嚴格的建立在對研究區(qū)的準(zhǔn)確分析之上,此模型涉及參數(shù)眾多,各計算方法分列如下:

2.1 孔隙度的求取

儲層段孔隙度的計算根據(jù)巖心分析資料與實測測井曲線值擬合而得:

式中:相關(guān)系數(shù)R=0.92,平均相對誤差 7.3%。φe——有效孔隙度 ,%;A C——聲波時差測井值 ,μs/ft;D EN——密度測井值,g/cm3。

對于非儲層段孔隙度采用POR程序[1]計算。

2.2 泥質(zhì)含量Vsh的求取

泥質(zhì)含量的計算采取了地區(qū)經(jīng)驗公式

式中:相關(guān)系數(shù)R=0.82,平均絕對誤差3.2%,平均相對誤差22.8%,其中,△GR=(GR-GRM N)/(GRM X-GRM N)。

2.3 泥質(zhì)電阻率的求取

泥質(zhì)電阻率的求取,是根據(jù)研究區(qū)目的層段內(nèi)鄰近泥巖的電阻率的統(tǒng)計值,泥巖電阻率約在2.2～4.0Ω·m之間,默認取3Ω·m。

2.4 鈣質(zhì)含量的求取

鈣質(zhì)含量的準(zhǔn)確計算一直是常規(guī)測井評價的難題,多條測井曲線對鈣質(zhì)都有著較為敏感的響應(yīng),國內(nèi)很多測井專家學(xué)者都曾就此問題進行過探討[6-7]。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗,結(jié)合對巖心、測井資料的綜合分析,通過多次嘗試和對比,確立了利用最能反映鈣質(zhì)含量變化的兩條高分辨率曲線(聲波時差曲線AC和微球聚焦曲線Rmsf)來建立鈣質(zhì)含量求取公式。具體公式如下:

式中:相關(guān)系數(shù)R2=0.801,數(shù)據(jù)點N=122,平均絕對誤差為2.67%,Rmsf——微球聚焦曲線測井值,Ω·m。

2.5 鈣質(zhì)電阻率Rca的求取

鈣質(zhì)本身不導(dǎo)電,其電阻率極高,但分散狀存在于儲層中時其電阻率為有限值。本文選取研究區(qū)內(nèi)有鈣質(zhì)含量分析,且目的儲層段的鈣質(zhì)含量大于40%的典型井,認為此時分散鈣質(zhì)對儲層電阻率占絕對主導(dǎo)影響,將此時儲層的電阻率作為鈣質(zhì)儲層電阻率,由此得到儲層鈣質(zhì)電阻率約為80Ω·m。

2.6 泥質(zhì)含量指數(shù)c及鈣質(zhì)含量指數(shù)d的求取

利用巖電實驗提供的飽和度,與巖心分析孔隙度、鈣質(zhì)含量、泥質(zhì)含量進行反推,反算得到泥質(zhì)含量指數(shù),鈣質(zhì)含量指數(shù),這與印度尼西亞公式里的指數(shù)形式具有一致性。

3 實例分析

利用建立的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯ρ芯繀^(qū)3口密閉取心井進行了處理和對比,處理實例表明該經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎阒蹬c密閉取心井實測值有著較好的一致性,其相對誤差為7.80%(表1)。

以B井為例,圖2為其測井綜合解釋成果圖。其中第四道為孔隙度計算值與巖心分析值的對比可以看到二者有較好的一致性。第六道為三種飽和度曲線的對比,其中原始含水飽和度是指密閉取心井實測的含水飽和度,可認為是準(zhǔn)確的,其它兩條曲線分別為阿爾奇公式以及改進的經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎愕暮柡投?。在巖性剖面道中分別給出了計算得到的泥質(zhì)、鈣質(zhì)、孔隙的百分含量。

表1 經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎阒蹬c密閉取心井實測值對比表

圖2 B井測井綜合解釋成果圖

綜合各條曲線特征分析,本井儲層段49層和53層有明顯的鈣質(zhì)含量顯示,表現(xiàn)在曲線上為:電阻率曲線升高且微球聚焦曲線呈現(xiàn)尖峰狀波動,同時自然伽馬和聲波時差測井值降低。根據(jù)公式(5)得到鈣質(zhì)含量計算值分別約為10%和14%以上,因此均屬于鈣質(zhì)含量較高的儲層。

對比這兩層的含水飽和度計算值,阿爾奇公式計算值普遍偏高,而改進的經(jīng)驗?zāi)Ｐ团c實測的原始含水飽和度具有很好的一致性,并且從圖中可以看出,改進的經(jīng)驗飽和度模型含水飽和度與原始含水飽和度的變化趨勢是一致的,說明其對儲層縱向上的非均質(zhì)性反映較好。由于測井曲線縱向分辨率有限,因此原始含水飽和度與改進的經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃柡投热源嬖谝欢ㄕ`差,但誤差較小。

4 結(jié)論

(1)高鈣質(zhì)含量與泥質(zhì)含量對于儲層電阻率的雙重影響,使得傳統(tǒng)的阿爾奇公式計算的含水飽和度結(jié)果不理想。從對泥質(zhì)和鈣質(zhì)的分析入手,借鑒印度尼西亞公式對于泥質(zhì)的考慮方式,提出的改進的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?可以較好解決 G地區(qū)高鈣質(zhì)及泥質(zhì)含量儲層的飽和度計算問題。

(2)為了保持模型參數(shù)項的一致性,鈣質(zhì)影響主要是參照印度尼西亞公式給出的經(jīng)驗表達,其對于飽和度的影響形式尚待進一步商榷。對于鈣質(zhì)含量的處理思路可為今后高含鈣泥質(zhì)砂巖儲層飽和度的定量評價計算提供參考。

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編輯:彭剛

P631.842

A

2009-09-04;改回日期:2009-12-25

柴婧,1985年生,2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)資源勘察專業(yè),現(xiàn)從事測井資料解釋研究。