中東某油田低阻油層含水飽和度計(jì)算方法探討

陳科貴，羅 兵 （西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500）

郭 睿，趙麗敏 （中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083）

王 勇 （中石油青海油田分公司英東項(xiàng)目部，青海茫崖816400）

中東某油田低阻油層含水飽和度計(jì)算方法探討

陳科貴，羅 兵 （西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500）

郭 睿，趙麗敏 （中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083）

王 勇 （中石油青海油田分公司英東項(xiàng)目部，青海茫崖816400）

中東某地區(qū)H油田N－B地層下部砂巖含有一定的泥質(zhì)，巖石骨架含黃鐵礦導(dǎo)電礦物以及高礦化度地層水，是該段地層的低阻形成機(jī)理。在地質(zhì)、試油等資料較少的條件下，建立了綜合考慮這3個(gè)因素的新的含水飽和度計(jì)算模型，將該模型與傳統(tǒng)的Archie公式所計(jì)算的含油氣飽和度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，前者的含油氣飽和度結(jié)果明顯高于后者。根據(jù)該含水飽和度模型在中東某油田低阻油層的應(yīng)用效果表明，該模型計(jì)算的含油氣飽和度結(jié)果與地區(qū)的試油、巖心資料較為一致。

低阻油層；低阻成因；黃鐵礦；含水飽和度模型；測(cè)井評(píng)價(jià)

中東某地區(qū)H油田位于美索不達(dá)米亞的前淵凹陷地帶，受阿爾卑斯運(yùn)動(dòng)影響，為一個(gè)平緩的背斜構(gòu)造形態(tài)。該油田地處美索不達(dá)米亞平原東南端，區(qū)域上屬于阿拉伯地臺(tái)和扎格羅斯褶皺帶之間的一個(gè)局部含油背斜構(gòu)造。油氣藏主要出現(xiàn)在第三系和白堊系地層。N地層下部砂巖段屬于該油田白堊系阿爾必階的重點(diǎn)儲(chǔ)油層位，該地層下部砂巖屬于三角洲環(huán)境，含油砂層段電阻率變化范圍為1.13～3.8Ω·m，屬于絕對(duì)低阻油層［1，2］。采用傳統(tǒng)的Archie公式和Simandoux公式［3］計(jì)算的含油氣飽和度偏低。筆者通過(guò)分析該油層段低阻可能的形成機(jī)理，建立了一個(gè)新的含水飽和度計(jì)算模型，對(duì)該地區(qū)的低阻油氣層進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià)，取得了較好的效果；同時(shí)，該種模型方法對(duì)液體鉀鹽含量評(píng)價(jià)具有一定的借鑒意義。

1 低電阻率油層形成機(jī)理

為了弄清中東某地區(qū)H油田儲(chǔ)層低電阻率形成機(jī)理，筆者對(duì)該地區(qū)N地層下部?jī)?chǔ)層段可能引起低阻的原因進(jìn)行了分析。

1）地層含有泥質(zhì) 前人已經(jīng)研究表明，泥質(zhì)含量會(huì)使得地層的電阻率降低［4］。從錄井資料得到N地層下部砂巖層段含有少量的泥質(zhì)，測(cè)井計(jì)算該段地層的泥質(zhì)含量為2%～26.5%，大多數(shù)層段的泥質(zhì)含量低于20%；N地層泥巖的電阻率為1.6～5.58Ω·m。因此，油層段一定的泥質(zhì)含量很可能會(huì)引起電阻率的降低。

2）骨架含導(dǎo)電礦物 根據(jù)錄井資料顯示，該段地層砂巖和泥巖段均含有黃鐵礦，由于黃鐵礦的電阻率為10－1～10－6Ω·m［5］，表現(xiàn)為比泥質(zhì)還要好的導(dǎo)電性。因此，地層含有黃鐵礦會(huì)使儲(chǔ)層的電阻率下降。

3）地層水礦物度高 從地層水分析資料中獲知，N－B段的地層水類型主要為NaCl型和CaCl2型，其中Ca2＋的含量為11600mg／L，Cl－的含量為129575.0mg／L，Na＋的含量為67268mg／L。N－B段的地層水電阻率較低，為0.057Ω·m。高礦化度地層水使得地層的電阻率變得很低。

綜上所述，高礦化度地層水、黃鐵礦和一定的泥質(zhì)含量是引起該地區(qū)油層電阻率降低的主要原因。因此，在計(jì)算油層段的含水飽和度時(shí)，應(yīng)該將這3個(gè)因素同時(shí)考慮進(jìn)去。

2 含水飽和度模型建立

由于該地區(qū)的電阻率受泥質(zhì)含量、黃鐵礦以及高礦化度地層水的共同影響，傳統(tǒng)的Archie公式和Simandoux公式計(jì)算的含油氣飽和度結(jié)果會(huì)偏低。在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，黃鐵礦是引起該地區(qū)N地層下部砂巖段電阻率降低的一個(gè)重要因素，因此，在計(jì)算含水飽和度時(shí)要重點(diǎn)考慮黃鐵礦的影響。由于該地區(qū)的測(cè)井、地質(zhì)、完井以及取心資料較少，難以準(zhǔn)確確定黃鐵礦的成分以及對(duì)電阻率的影響。筆者針對(duì)這一難題，建立了一個(gè)新的含水飽和度計(jì)算模型。

圖1 含黃鐵礦砂巖的等效導(dǎo)電模型

首先，提出該模型的假設(shè)條件為：①砂巖骨架不導(dǎo)電；②泥質(zhì)和黃鐵礦分散在地層中，泥質(zhì)和黃鐵礦是串聯(lián)導(dǎo)電的，兩者的導(dǎo)電性對(duì)地層的貢獻(xiàn)可看成一個(gè)整體；③地層的導(dǎo)電性可看作是純砂巖和②并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果；④泥質(zhì)部分可看作含油氣的、泥質(zhì)較重的、很細(xì)的粉砂巖來(lái)處理［3］。

其次，建立含黃鐵礦、泥質(zhì)砂巖的導(dǎo)電模型。由于黃鐵礦的電阻率非常低，因此不能將黃鐵礦與泥質(zhì)砂巖段看作是并聯(lián)導(dǎo)電。為此，筆者將黃鐵礦與泥質(zhì)串聯(lián)，再將其與純砂巖段并聯(lián)導(dǎo)電，建立了如圖1所示的導(dǎo)電模型。

根據(jù)該導(dǎo)電模型，即可建立導(dǎo)電方程：

式中，rt為原狀地層電阻，Ω；r1＝rs＋rpy為泥質(zhì)和砂巖串聯(lián)后的電阻，Ω；rs為泥質(zhì)電阻，Ω；rpy為黃鐵礦電阻，Ω；rsd為純砂巖電阻，Ω。

根據(jù)歐姆定律，有：

式中，r為導(dǎo)電模型的電阻，Ω；L為導(dǎo)電模型的導(dǎo)電路徑，m；S為導(dǎo)電模型的橫截面積，m2，R為導(dǎo)電模型的電阻率，Ω·m。

式中，Rt為原狀地層電阻率，Ω·m；Ls為泥質(zhì)導(dǎo)電路徑，m；Rs為泥質(zhì)電阻率，Ω·m；S1為導(dǎo)電模型中泥質(zhì)的橫截面積，m2；Lpy為黃鐵礦導(dǎo)電路徑，m；Rpy為黃鐵礦電阻率，Ω·m；S2為導(dǎo)電模型中黃鐵礦的橫截面積，m2；Lsd為純砂巖導(dǎo)電路徑，m；Rsd為純砂巖電阻率，Ω·m；S3為導(dǎo)電模型中純砂巖的橫截面積，m2。其中，S1＝S2；Lsd＝L。

將式（3）兩端乘以L2，得：

式（4）兩端同除以巖石體積V，有V＝SL，泥巖和黃鐵礦的總體積V1＝S1L，純砂巖的體積V3＝S3L，V＝V1＋V3；令為泥質(zhì)和黃鐵礦的總相對(duì)體積為純砂巖部分的相對(duì)體積，Vsh＝為泥質(zhì)的相對(duì)體積為黃鐵礦的相對(duì)體積，則Vsp＝Vpy＋Vsh，Vsd＝1－Vsp。將這些表達(dá)式代入式（4），即可得到以下關(guān)系：

該純砂巖部分的有效孔隙度為sd，則：

式中，V為巖石孔隙的絕對(duì)體積；e為原狀地層的有效孔隙度。

式中，F(xiàn)為純砂巖的地層因素；Sw為純砂巖中的含水飽和度；m為純砂巖的膠結(jié)指數(shù)；a為巖性系數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m。

將泥質(zhì)當(dāng)做細(xì)粉砂處理，這種粉砂巖也能儲(chǔ)存油氣，其含水飽和度也為Sw，其含水飽和度關(guān)系式可寫(xiě)為：

式中，Rsh為純泥巖段的電阻率，Ω·m；n為泥質(zhì)部分的飽和度指數(shù)。

如果假設(shè)中細(xì)粉砂的含水飽和度與純砂巖中的含水飽和度相等，而含油純砂巖中的含水飽和度很低，那么這里的n值就不能取1，泥質(zhì)中的電阻率增大系數(shù)在1～2左右，即1對(duì)于不等式左邊，只要滿足n＞0即可；而對(duì)于不等式右邊，n需滿足，由于研究區(qū)有由式（8），則有，故n的變化范圍為0＜n≤0.3。取n＝0.25，代入式（8），即得：

將式（9）、（7）代入式（5），取a＝1，令，這里將Csh、Cpy分別命名為泥質(zhì)分散系數(shù)和黃鐵礦分散系數(shù)，即得：

式（10）即為筆者提出的研究區(qū)的含黃鐵礦泥質(zhì)砂巖油層含水飽和度模型。

3 幾個(gè)重要參數(shù)的確定

1）Vpy和e的確定。根據(jù)導(dǎo)電模型，可建立含黃鐵礦泥質(zhì)砂巖的體積物理方程：

通過(guò)求解，得到e和Vpy的解析式：

式中，Δtf為流體聲波時(shí)差值，μs／ft；Δtma為砂巖骨架聲波時(shí)差值，μs／ft；ρb為實(shí)測(cè)的密度值，g／cm3；ρma為砂巖骨架密度值，g／cm3；ρsh為純泥巖層段的密度值，g／cm3；ρf為流體密度值，g／cm3；Δtb為實(shí)測(cè)的聲波時(shí)差值，μs／ft；Δtsh為純泥巖層段的聲波時(shí)差值，μs／ft；ρpy為黃鐵礦的密度值，g／cm3；Δtpy為黃鐵礦的聲波時(shí)差值，μs／ft。

2）Csh和Cpy是兩個(gè)互相影響的參數(shù)，根據(jù)模型推導(dǎo)的結(jié)果，兩者之和應(yīng)為1。因此，Csh的范圍應(yīng)該在0～1之間，Cpy的取值則為1－Csh。

4 模型應(yīng)用

H油田Y1井砂巖層段的錄井油氣顯示為強(qiáng)油浸，試油結(jié)論證實(shí)該段平均產(chǎn)油量達(dá)12650桶／d，并且不產(chǎn)水。巖心壓汞和相滲資料顯示N－B油層段的平均束縛水飽和度約為22%。采用文中的含水飽和度模型所計(jì)算出來(lái)的含油氣飽和度結(jié)果明顯比Archie公式計(jì)算的高（圖2）。將兩者的含油氣飽和度結(jié)果分滲透層段統(tǒng)計(jì)平均值，然后進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示（見(jiàn)表1），在3681.8～3697.4m和3702.6～3706.5m這2個(gè)主力產(chǎn)油層段，含油氣飽和度均高于75%，與巖心資料分析結(jié)果相差較小。因此，筆者建立的含水飽和度模型是適用的。

表1 模型與Archie公式計(jì)算的含油氣飽和度結(jié)果對(duì)比

圖2 模型與Archie公式計(jì)算的含油氣飽和度成果對(duì)比圖

5 結(jié) 論

1）中東地區(qū)某油田N－B下部砂巖段含有一定的泥質(zhì)，巖石骨架含黃鐵礦導(dǎo)電礦物，以及高礦化度地層水，這是該層段低阻油層形成的原因。

2）在建立導(dǎo)電模型時(shí)，并不是將地層電阻率看作是黃鐵礦與含泥質(zhì)砂巖并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果，而是將其看成黃鐵礦與泥質(zhì)串聯(lián)后與純砂巖并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果，這就避免了黃鐵礦超低電阻率引起含水飽和度計(jì)算結(jié)果的不穩(wěn)定。

3）應(yīng)用筆者提出的的含水飽和度模型對(duì)中東地區(qū)某油田N－B下部含油砂巖段進(jìn)行測(cè)井評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果與試油資料、巖心資料符合程度較高。

［1］潘和平，黃堅(jiān)，樊政軍，等.低電阻率油氣層測(cè)井評(píng)價(jià)［J］.勘探地球物理進(jìn)展，2002，25（6）：11～16.

［2］歐陽(yáng)健.石油測(cè)井解釋與儲(chǔ)層描述［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994.152～155.

［3］雍世和，張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2002.

［4］中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)公司.低阻油氣藏測(cè)井識(shí)別評(píng)價(jià)方法與技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［5］Paul F W.Recognition and evaluation of low－resistivity pay［J］.Petroleum Geoscience，2000，6（1）：77～92.

［6］Koelman J M V，Kriegshauser B F，F(xiàn)anini O N，etal.Increased oil in－place in low resistivity reservoirs from multi－component introduction log data［A］.SPWLA 41st Annual Logging Symposium［C］.SPWLA，2000.1～14.

［7］Murphy R P，Owens W W.A new approach for low－resistivity sand log analysis［J］.Journal of Petroleum Technology，1972，24（11）：1302～1306.

［編輯］ 龍 舟

57 Method for Calculating Water Saturation in Low－resistivity Reservoirs of An Oilfield in Middle East

CHEN Ke－gui，LUO Bing，GUO Rui，ZHAO Li－min，WANG Yong

（First Authors Address：College of Environment and Resources，Southwest Petroleum University，Chengdu610500，Sichuan，China）

The clay content，pyrite in matrix and formation water with high sanity existed in low resistivity sandstone of N－B formation of H Oilfield in the Middle East，it was the formation mechanism of low resistivirty.For the incompletion of geological data and oil test data，a new water saturation model considering the clay content，pyrite in matix and formation water with high sanity was established.Compered with the calculated hydrocarbon saturation of the model with the traditional one calculated by Archie Formula，the hydrocarbon saturation of the former is significantly higher than that of the latter.The application effect of the established water saturation model of the low－resistivity oil reservoir in the Middle East is examined，and the hydrocarbon saturation result calculated by this model is coincidence with the oil test data and core data of the zone.

low－resistivity oil reservoir；genesis of low resistivity；pyrite；water saturation model；logging evaluation

book=137,ebook=137

TE122.23

A

1000－9752（2012）06－0057－04

2012－01－20

國(guó)家“973”規(guī)劃項(xiàng)目（2011CB403002；2011CB403005）。

陳科貴（1959－），男，1984年大學(xué)畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事測(cè)井方法理論、測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)與工程測(cè)井應(yīng)用的研究工作。