W低阻油藏高不動(dòng)水飽和度的成因及對(duì)低阻油層的影響

廖明光，唐 洪，蘇崇華，姜 巍

(1. 西南石油大學(xué)，成都 610500；2. 中海石油有限公司 湛江分公司研究院，廣東 湛江 524057；3. 中石油川慶鉆探公司 地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610051)

所謂的低阻油層[1-3]主要是指油層的電阻率與鄰近水層電阻率之比小于2的油層。低阻油層的成因復(fù)雜多樣，在油氣勘探和開(kāi)發(fā)的初期往往被遺漏。近年來(lái)，低阻油層作為老油田挖潛和新增儲(chǔ)量的目標(biāo)之一備受人們關(guān)注。

低阻油氣藏在我國(guó)各大油田都有發(fā)現(xiàn)，如渤海灣盆地、南海鶯歌海盆地、陜甘寧盆地及塔里木盆地等。但是，低電阻率油層的形成機(jī)理不盡相同，低阻油氣層的形成主要受巖石類(lèi)型、顆粒大小和形狀、孔隙空間大小和幾何形態(tài)、基質(zhì)性質(zhì)、粘土礦物成分和分布、地層水礦化度、含油性、構(gòu)造類(lèi)型、泥漿性能及侵入特征等影響[4-10]。W油藏Z1油組為高孔低滲低阻層段，Z2油組為高阻層段。為了弄清楚Z1油組的低電阻率成因，從低阻油層形成機(jī)理著手，我們先后從巖石粒度、泥質(zhì)及粘土礦物、孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性—束縛水、導(dǎo)電礦物、砂泥巖薄互層發(fā)育等方面進(jìn)行地質(zhì)分析研究。本文主要研究Z1油組儲(chǔ)層高不動(dòng)水飽和度的地質(zhì)成因，分析其對(duì)油層低阻可能產(chǎn)生的影響。

1 儲(chǔ)層基本特征

W油田為受巖性控制的構(gòu)造性油藏。Z1油組儲(chǔ)層形成于浪基面以下的低能沉積環(huán)境，屬于海灘—陸架過(guò)渡帶，為濱海相、淺海相沉積。巖石類(lèi)型主要有泥質(zhì)—粉砂質(zhì)細(xì)沙巖、砂質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)含量較高。埋藏深度較淺，壓實(shí)作用屬于中低強(qiáng)度，膠結(jié)作用不強(qiáng)，總體為弱鈣質(zhì)膠結(jié)，局部形成致密鈣質(zhì)膠結(jié)。分選中等—差，膠結(jié)類(lèi)型以孔隙—基底式膠結(jié)為主。

儲(chǔ)層孔隙度較好，平均值為25.1%；滲透率較差，平均為54.05×10-3μm2，屬于高孔低滲儲(chǔ)層。孔隙類(lèi)型主要為原生粒間孔和粒間溶孔，部分長(zhǎng)石溶孔，少量巖屑溶孔和鑄模孔。單個(gè)油層厚度薄，一般在0.5～3.0 m左右，且呈砂泥巖薄互層出現(xiàn)。Z1油層段深側(cè)向電阻率普遍在1.0～2.0 Ω·m，少數(shù)在2.5～3.0 Ω·m，與水層段和泥巖層段的深淺側(cè)向電阻率差異很小，電阻增大率小于2，甚至為1，屬于典型的低阻油層。

2 W油藏的不動(dòng)水飽和度分析

所謂不動(dòng)水是指在一定的生產(chǎn)壓差下儲(chǔ)層孔隙中不可流動(dòng)的水。通常情況下，不動(dòng)水由巖石顆粒表面的被吸附的薄膜滯留水和微細(xì)孔隙中的毛管滯留水兩部分組成。當(dāng)壓差不能克服毛管滯留力時(shí)毛管滯水不可流動(dòng)，此時(shí)的毛管滯水與薄膜滯水一起組成不動(dòng)水。油氣儲(chǔ)層中不動(dòng)水飽和度含量高，增強(qiáng)儲(chǔ)層的導(dǎo)電能力，便容易形成低阻油層。

在缺少不動(dòng)水飽和度實(shí)測(cè)資料情況下，本文采用取心井的壓汞資料來(lái)確定不動(dòng)水飽和度近似值。一般認(rèn)為，當(dāng)孔喉半徑小于0.15 μm時(shí)孔隙內(nèi)所含水難以在地層壓力條件下流動(dòng)，因此，可以把這部分孔隙體積含量近似作為儲(chǔ)層的不動(dòng)水飽和度。W油藏低阻層段Z1油組樣品的不動(dòng)水飽和度很高，1-2井平均為55.64%，2-1井平均為45.52%；而在2-1井，非低阻層段Z2油組樣品不動(dòng)水飽和度很低，平均僅為9.07%(表1)。

表1 W油藏不動(dòng)水飽和度統(tǒng)計(jì)

由儲(chǔ)層典型的油水相對(duì)滲透率曲線(xiàn)(圖1)也可以看出，低阻儲(chǔ)層不動(dòng)水飽和度高，殘余油飽和度低(圖1a)；高阻儲(chǔ)層不動(dòng)水飽和度較低，水相滲透率曲線(xiàn)比較平緩(圖1b)。所有樣品的相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，低阻儲(chǔ)層平均不動(dòng)水飽和度為56.43%，明顯高于高阻儲(chǔ)層的36.88%，殘余油飽和度22.8%，與高阻儲(chǔ)層相近。

3 高不動(dòng)水飽和度的成因

3.1 細(xì)顆粒的吸附水作用

巖電分析發(fā)現(xiàn)，電性對(duì)巖性的反映比較敏感，巖性越粗，電阻率越高。巖石的骨架粒度是影響電阻率的重要因素之一，其粒度大小決定顆粒表面吸附地層水能力，進(jìn)而影響巖石的導(dǎo)電性。顆粒吸附水作用有砂巖顆粒吸附和粘土顆粒吸附2類(lèi)，作用結(jié)果都是形成束縛水，顆粒比表面積與束縛水飽和度兩者間為非線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系[11]。

圖1 W油藏儲(chǔ)層相滲曲線(xiàn)

W油藏低阻層段Z1油組為弱水動(dòng)力條件沉積，分析表明儲(chǔ)層的巖石顆粒都比較細(xì)，以細(xì)砂巖和粉砂巖為主(表2)。Z1油組各層段的細(xì)—粉砂顆粒約占70%以上，粘土級(jí)顆粒均在10%以上，這種細(xì)骨架顆粒，極易導(dǎo)致油層的電阻率下降。

常見(jiàn)的粘土礦物主要有高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石4種類(lèi)型。蒙脫石晶格間隔比較大，具

有強(qiáng)吸水特征而導(dǎo)致束縛水飽和度較高。伊利石自身可形成蜂窩狀微孔隙，呈網(wǎng)狀、絮狀或絲狀分布，比面大，其產(chǎn)狀特點(diǎn)決定著其吸水能力強(qiáng)，導(dǎo)致束縛水飽和度增高。伊蒙混層也容易形成微孔隙，能夠吸附大量的地層水而導(dǎo)致束縛水飽和度增高。在高嶺石相對(duì)含量達(dá)30%以上的泥質(zhì)砂巖中，微孔隙與滲流孔隙并存，可形成十分發(fā)育的束縛水網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致束縛水飽和度增高。

W油藏低阻層段Z1油組的泥質(zhì)含量高(表2)，以伊蒙混層和高嶺石為主，伊利石、綠泥石次之。從油藏的泥質(zhì)含量和束縛水飽和度的關(guān)系圖中可以看出，粘土含量增高，束縛水飽和度增大(圖2)。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜

W油藏低阻儲(chǔ)層砂巖以粉—細(xì)砂巖為主，在顆粒較細(xì)的粉—細(xì)砂巖地層中，伊蒙混層、伊利石、高嶺石等含量較高，巖石顆粒細(xì)及粘土礦物富集往往同時(shí)存在，形成了較為復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉直徑偏小，主要以小孔和微孔為主。因此，毛細(xì)管排替壓力大，毛管中的地層水被驅(qū)替不充分而遺留在微小的孔喉中，容易導(dǎo)致不動(dòng)水飽和度高。

根據(jù)研究區(qū)W油藏Z1,Z2油組共92個(gè)壓汞樣品資料，可以將本區(qū)儲(chǔ)層的壓汞曲線(xiàn)形態(tài)歸納為直線(xiàn)型、雙峰型、凸型和凹型4類(lèi)(圖3)。

從以上分析中我們可以看出，由于陽(yáng)離子交替吸附作用，水中 Ca2+、Mg2+置換出巖土所吸附的 Na+，使得 Ca2+、Mg2+含量減少，Na+含量增加。這也是本區(qū)Cl-Na型水形成原因之一。

圖2 W油藏泥質(zhì)含量與束縛水飽和度的關(guān)系

井號(hào)油層段樣品數(shù)/個(gè)礫/%粗砂/%中砂/%細(xì)砂/%粉砂/%泥/%2-2A8000.2728.1951.1420.42-1B3000.061.0227.6348.4422.852-1C14700040.1642.6217.222-2C25000.0134.3546.7218.921-1D141.5612.46.633.5834.4811.381-2D12000.241139.4332.1117.221-1D270.078.319.7128.9430.8612.11

直線(xiàn)型曲線(xiàn)(圖3a)表明為均一的微—細(xì)孔喉結(jié)構(gòu)；雙峰型曲線(xiàn)(圖3b)反映儲(chǔ)層多為雙重孔隙介質(zhì)結(jié)構(gòu)，如孔徑大小的不均一性和微孔喉相對(duì)發(fā)育等；凸型曲線(xiàn)(圖3c)表現(xiàn)出儲(chǔ)層孔喉分布為細(xì)歪度，良好分選。以上3種曲線(xiàn)形態(tài)的樣品表征了儲(chǔ)層微—細(xì)孔喉所占樣品孔喉體積百分?jǐn)?shù)較大(常大于50%)，這部分微—細(xì)孔喉一旦被水占據(jù)，將使儲(chǔ)層束縛水飽和度增高，易使儲(chǔ)層出現(xiàn)低阻。

凹形曲線(xiàn)(圖3d)具有明顯的粗歪度，孔喉分選較好，以孔喉大于1.0 μm的粗孔喉所占百分比最大(常大于80%)。反映了儲(chǔ)層孔隙較發(fā)育，孔隙類(lèi)型較單一，以粒間孔為主，另有少量的粒內(nèi)溶孔，孔徑較大，是滲儲(chǔ)性最好的儲(chǔ)層，此類(lèi)型樣品不容易引起高束縛水飽和度，不易使儲(chǔ)層表現(xiàn)出低阻的特征。

圖3 W油藏不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的壓汞曲線(xiàn)及孔喉分布

根據(jù)現(xiàn)有的壓汞曲線(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)，低阻儲(chǔ)層Z1油組中，樣品的曲線(xiàn)類(lèi)型多為雙峰型、直線(xiàn)型或凸型；而在高阻儲(chǔ)層Z2油組，90%樣品的壓汞曲線(xiàn)呈凹型。可見(jiàn)，W油藏低阻油層段Z1油組的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差，微細(xì)孔喉發(fā)育，因此，容易導(dǎo)致較高的不動(dòng)水飽和度。

分析束縛水飽和度與孔隙度和滲透率的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨著孔隙度和滲透率的減小束縛水飽和度有明顯增加趨勢(shì)，孔隙度和滲透率越小束縛水飽和度越高。W油藏低阻儲(chǔ)層段孔隙度和滲透率明顯低于高阻層段，易形成高束縛水飽和度，導(dǎo)致油層表現(xiàn)為低阻特征。

3.3 巖石的親水性

巖石親水性是控制巖層內(nèi)流體含量和分布的基本因素，巖層導(dǎo)電能力與巖石親水性有密切關(guān)系。儲(chǔ)層巖石的親水性使儲(chǔ)層吸水能力較強(qiáng)，在巖石顆粒表面形成薄水膜，導(dǎo)致束縛水含量較高。如在親水巖石蒙脫石中，在巖石顆粒表面吸附了大量的束縛水并占據(jù)巖石細(xì)小的孔隙和喉道空間，束縛水相連接成一體，從而構(gòu)成一個(gè)四通八達(dá)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，造成油層低電阻率。W油藏儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性較好，為親水砂巖，容易形成較高的束縛水。

4 不動(dòng)水飽和度與電阻率的關(guān)系

儲(chǔ)層的不動(dòng)水導(dǎo)電能力取決于3個(gè)因素：1)不動(dòng)水飽和度越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)；2) 不動(dòng)水礦化度越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)；3)不動(dòng)水如果相互溝通成一完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，則導(dǎo)電能力越強(qiáng)。W油藏低阻層段Z1油組的不動(dòng)水飽和度較高(表1)，地層水礦化度平均為30 709.4 mg/L，細(xì)微孔喉多，相互連通性較好。在高不動(dòng)水飽和度情況下，“四通八達(dá)”的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率大幅度降低，減小油氣層與水層的電性差異而形成低阻油氣層。

圖4是來(lái)自2-1井的2個(gè)已被證實(shí)為純油層的巖心樣品的壓汞曲線(xiàn)圖。巖心分析孔隙度3-6號(hào)層為25.6%，10-3號(hào)層36.4%，實(shí)際的測(cè)井電阻率它們分別為1.4 Ω·m和9.6 Ω·m，其比值為0.15。從壓汞曲線(xiàn)看出，3-6號(hào)儲(chǔ)層巖心孔喉半徑小，主要分布在0.09～0.586 μm，峰值不明顯，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較差，發(fā)育微小孔隙；而10-3號(hào)儲(chǔ)層巖心孔喉半徑大，頻率峰值在9.375～37.5 μm處(表3)。3-6號(hào)和10-3號(hào)巖樣求取的不動(dòng)水飽和度分別為55.1%和7.25%。3-6號(hào)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層Z1油組表現(xiàn)為高束縛水飽和度的低阻油層，10-3號(hào)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層Z2油組卻表現(xiàn)為高阻油層，因此，不動(dòng)水飽和度對(duì)電阻率的影響是顯著的。

圖4 2-1井不同電阻率特征的儲(chǔ)層巖樣孔喉分布

樣號(hào)油組孔隙度/%孔喉半徑范圍/μm不動(dòng)水飽和度/%深側(cè)向電阻率/(Ω·m)備注3-6Z125.60.09～0.58655.11.4低阻層段10-3Z236.49.375～37.57.259.6高阻層段

圖5為W油藏8個(gè)測(cè)試層段證實(shí)為油層的樣品平均不動(dòng)水飽和度與平均地層電阻率的關(guān)系圖，表明不動(dòng)水飽和度明顯影響地層的電阻率，其不動(dòng)水飽和度越高，電阻率越低。高阻油氣層的不動(dòng)水飽和度低于30%，而低阻油氣層不動(dòng)水飽和度則大于30%?？傏厔?shì)是電阻率隨著不動(dòng)水飽和度的增高而降低。由此可以判斷高不動(dòng)水飽和度是W油田低阻的重要原因之一，當(dāng)然還有其他的因素影響著油層電阻率。

5 結(jié)論

1)根據(jù)樣品壓汞曲線(xiàn)和相滲曲線(xiàn)分析，W油藏低阻層段Z1油組樣品的不動(dòng)水飽和度較高，一般在40%以上，而非低阻層段Z2油組樣品不動(dòng)水飽和度一般在30%以下，大大低于低阻層段Z1油組。

圖5 W油藏不動(dòng)水飽和度與油層電阻率的關(guān)系

2)W油藏低阻層段Z1油組為弱水動(dòng)力條件沉積，分析表明儲(chǔ)層的巖石顆粒都比較細(xì)，以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，各層段的細(xì)—粉砂顆粒約占70%以上，粘土級(jí)顆粒均在10%以上，這種細(xì)骨架顆粒，導(dǎo)致束縛水飽和度增高。

3)低阻儲(chǔ)層Z1油組中，樣品的壓汞曲線(xiàn)類(lèi)型多為雙峰型、直線(xiàn)型或凸型；而在高阻儲(chǔ)層Z2油組，90%樣品的壓汞曲線(xiàn)呈凹型。W油藏低阻油層段Z1油組的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差，微細(xì)孔喉發(fā)育，因此，容易導(dǎo)致較高的不動(dòng)水飽和度。

4)測(cè)試層段油層的樣品平均不動(dòng)水飽和度與平均地層電阻率的關(guān)系圖表明，不動(dòng)水飽和度明顯影響地層的電阻率，地層電阻率隨著不動(dòng)水飽和度的增高而降低。因此，高不動(dòng)水飽和度是W油田低阻的重要原因之一。

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