珠江口盆地文昌地區(qū)珠江組一段低阻成因分析與飽和度評價

陳嶸，李奎，何勝林，胡向陽，羅威

珠江口盆地文昌地區(qū)珠江組一段低阻成因分析與飽和度評價

陳嶸1，李奎2，何勝林1，胡向陽1，羅威1

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057；2.中國石油長城鉆探工程有限公司測井公司，遼寧盤錦124000）

珠江口盆地文昌地區(qū)珠江組一段儲層泥質(zhì)含量高，油層與水層的電阻率差異較小，給測井解釋帶來了一定困難。通過對研究區(qū)儲層進(jìn)行巖性統(tǒng)計分析、薄互層電阻率成像資料研究及多礦化度巖石-電阻率實驗，并綜合分析各種因素對地層電阻率的影響。結(jié)果表明：巖性細(xì)、泥質(zhì)含量高、束縛水含量高和中等地層水礦化度均是導(dǎo)致油層電阻率低的因素。在明確珠江組一段低阻成因的基礎(chǔ)上，運用三水模型評價了該區(qū)低阻油層的含水飽和度，模型計算結(jié)果與密閉取心分析結(jié)果吻合度較高。

低阻油層；三水模型；飽和度評價；珠江組；珠江口盆地

0 引言

低阻油氣層屬于復(fù)雜的泥質(zhì)砂巖儲層，測井評價該類儲層的難點在于建立合理的解釋模型［1］。國內(nèi)外研究者對低阻油氣層進(jìn)行了長期研究，根據(jù)不同的假設(shè)，提出了一些導(dǎo)電模型，并針對泥質(zhì)砂巖所出現(xiàn)的C0-Cw彎曲現(xiàn)象，提出了Waxman-Smits，S-B及雙水等模型，這些模型目前均是我國各大油田普遍采用的解釋模型［2］。國外學(xué)者為解釋在純砂巖中所出現(xiàn)的在對數(shù)坐標(biāo)下的I-Sw彎曲現(xiàn)象，隨后又提出了一些新的模型［3-4］。與國外的海相沉積盆地相比，我國陸相盆地?zé)o論是儲層特征還是儲層巖石孔隙結(jié)構(gòu)均更復(fù)雜，相應(yīng)的導(dǎo)電機(jī)理也更復(fù)雜。因此，普遍應(yīng)用于國內(nèi)油氣層測井解釋評價的Waxman-Smits，S-B及雙水等模型均已不能合理解釋一些新發(fā)現(xiàn)油層的導(dǎo)電現(xiàn)象，如低阻油氣層的導(dǎo)電機(jī)理［4］。

目前，在珠江口盆地文昌地區(qū)珠江組一段上部發(fā)現(xiàn)了大量低阻油層，對于該類儲層，在勘探初期極易被漏掉或錯誤地解釋為水層。在已發(fā)現(xiàn)的低阻油層中，導(dǎo)致油層低阻往往是多種因素共同作用的結(jié)果［1］，主要因素有：細(xì)—微粒結(jié)構(gòu)、高泥質(zhì)含量、高束縛水飽和度和薄互層的影響等。導(dǎo)電礦物（黃鐵礦與菱鐵礦）對研究區(qū)低阻油層的影響甚小，但局部井段富集導(dǎo)電礦物會對低阻的形成有部分影響［4-6］。為準(zhǔn)確識別和評價低阻油層，首先應(yīng)弄清楚該區(qū)油層的低阻成因，然后引入相應(yīng)的儲層評價方法，特別是含水飽和度評價方法。本次研究中，專門針對黏土束縛水含量高而引入三水模型，該模型與常規(guī)雙水模型相比較，將束縛水細(xì)分為微孔隙水和黏土水，從而認(rèn)為巖石的總電阻為自由水、微孔隙水和黏土水共3部分電阻的并聯(lián)。該模型考慮到黏土水獨特的導(dǎo)電特征［5］，也考慮到微孔隙水對巖石電阻率的影響，從而對束縛水飽和度的計算更準(zhǔn)確。

1 低阻油層成因分析

1.1 巖石顆粒細(xì)對電阻率的影響分析

利用12口井566塊樣品的巖性資料，分別對珠江口盆地文昌地區(qū)珠江組一段和二段的巖性進(jìn)行統(tǒng)計，并對它們進(jìn)行對比分析（表1）。從表1可看出，研究區(qū)珠江組一段粉砂占絕對優(yōu)勢（52%），并且泥質(zhì)所占比例也較大（19.3%），二者合計占70%以上，表現(xiàn)為巖石顆粒細(xì)和泥質(zhì)含量高；從珠江組一段和二段巖性組分對比可看出，珠江組一段粉砂和泥質(zhì)含量均明顯高于珠江組二段，而細(xì)砂的含量明顯低于珠江組二段，珠江組一段的巖性相對較細(xì)。當(dāng)巖石顆粒較細(xì)時，巖石顆粒的比表面積相對較大，吸附能力較強(qiáng)。在大多數(shù)情況下，原始地層是親水的，因此，細(xì)粒巖石可以吸附大量地層水而使其成為束縛水［6］。由感應(yīng)測井的原理可知，儲層各導(dǎo)電部分可近似視為并聯(lián)關(guān)系，束縛水含量增加，必然會使儲層整體的電阻率降低，而形成低阻油層［7］。

表1 文昌地區(qū)珠江組一段與二段巖性組分對比Table 1The contrast of rock components between the first member and the second member of Zhujiang Formation in Wenchang area

圖1為珠江口盆地WC13-6N-A井珠江組一段測井圖。從圖1可以看出：珠江組一段主要為泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)含量較高，巖性顆粒較細(xì)，電阻率約為1.5 Ω·m。

圖1 文昌地區(qū)WC13-6N-A井珠江組一段測井圖Fig.1Logging map of the first member of Zhujiang Formation in WC13-6N-A well in Wenchang area

1.2 巖性薄互層特征分析

從電阻率成像圖像（圖2）看，研究區(qū)薄互層比較發(fā)育，尤其在產(chǎn)層段。采用巖心刻度測井的方法，提取不同含油級別、不同巖性的電阻率成像圖像。從圖2可以看出，不同巖性及含油性的電阻率成像圖像差異不是很明顯，但都有一個共同特征：整體上儲層的粒度較細(xì)，且紋層特征明顯，厚度不大，約幾厘米，類似于“千層餅”。由于這種薄互層存在低電阻率的層狀泥質(zhì)［8］，而且受測井儀器本身縱向分辨率的限制，油層電阻率甚至接近于水層的電阻率，進(jìn)而形成低阻油層［9］。

圖2 文昌地區(qū)不同巖性及含油性的電阻率成像測井Fig.2Imaging logging of different lithologies in Wenchang area

表2 文昌地區(qū)不同礦化度條件下泥質(zhì)粉砂巖飽含水的電阻率實驗結(jié)果Table 2Resistivity experimental results of argillaceous siltstone saturated by water under different salinity in Wenchang area

圖3 文昌地區(qū)不同礦化度條件下含水飽和度與電阻率的關(guān)系Fig.3Relationship between resistivity and watersaturation under different salinity in Wenchang area

1.3 地層水礦化度對儲層電阻率的影響

選取文昌地區(qū)WCX-2井2塊泥質(zhì)粉砂巖樣品作礦化度對電阻率的影響研究，將它們分別飽合礦化度為5 000 mg/L，10 000 mg/L，30 000 mg/L和60 000 mg/L的水溶液做巖石-電阻率實驗（表2），弄清研究區(qū)礦化度對電阻率的影響。

珠江口盆地不同礦化度條件下含水飽和度與電阻率的關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出：隨著含水飽和度的增加，電阻率逐漸減??；含水飽和度小于55%時，電阻率的變化程度相對較大；當(dāng)含水飽和度為55%～100%時，電阻率的變化較?。浑S著礦化度增加，電阻率值明顯降低。研究區(qū)的礦化度約為30 000 mg/L，電阻率受礦化度的影響較大，電阻率基本都小于5 Ω·m，說明中等礦化度是導(dǎo)致該區(qū)油層低阻的重要因素。

2 三水模型評價低阻油層飽和度

傳統(tǒng)意義上，雙水模型是將儲層中的地層水劃分為自由水和束縛水，再根據(jù)體積模型分別計算可動水飽和度和束縛水飽和度，此處的束縛水飽和度是籠統(tǒng)的概念。為提高束縛水飽和度的計算精度，根據(jù)珠江口盆地文昌地區(qū)低阻油層成因機(jī)理，筆者在研究區(qū)低阻飽和度研究中首次引入三水模型理論。三水模型是將儲層中地層水的總電阻看成是自由水、微孔隙水和束縛水共3部分電阻的并聯(lián)［5］，同時假設(shè)它們均遵循阿爾奇定律。當(dāng)?shù)貙油耆畷r［10］，則有

式中：Ff，F(xiàn)i和Fc分別為自由流體孔隙空間、微孔隙空間和黏土水孔隙的地層因子，無量綱；Rwf和Rwi分別為自由流體孔隙空間與微孔隙空間地層水電阻率，Ω·m；Rwc為束縛水電阻率，Ω·m；R0為巖石飽含水時的電阻率，Ω·m。

自由流體孔隙中的地層水與微孔隙中的地層水的導(dǎo)電性相同且均為Rw，在三水模型中，自由水和微孔隙水的電阻率被認(rèn)為是一致的［11］，即

式中：Rw為地層水電阻率，Ω·m。

因此，式（1）可寫為

式中：φf，φi和φc分別為自由流體孔隙度、微毛管孔隙度和黏土水孔隙度，%；a，ai和ac分別為自由流體孔隙、微孔隙和黏土水孔隙的巖電參數(shù)，無量綱；mf，mi和mc分別為自由流體孔隙空間、微毛管孔隙空間和束縛水孔隙空間膠結(jié)指數(shù)，無量綱。

總孔隙度可采用密度與中子測井?dāng)?shù)據(jù)交會求取，即

式中：φt，φd和φn分別為測井計算總孔隙度，密度孔隙度和中子孔隙度，%。

束縛水主要包含在極細(xì)粒成分或黏土中，所以束縛水的比例與泥質(zhì)含量有密切關(guān)系。在實際運算時，采用如下公式得到束縛水孔隙度，即

式中：φbw為束縛水孔隙度，%；Swb為束縛水飽和度，%。

自由流體孔隙度為

從滲流性來看，由于微孔隙和黏土孔隙中的地層水是不能流動的，因此，當(dāng)含有烴時，烴取代的是自由流體孔隙空間中的地層水，設(shè)自由流體孔隙空間的地層水占該部分孔隙的比例為Swf，飽和度指數(shù)為n，式（6）變?yōu)?/p>

式中：Swf為自由流體孔隙空間含水飽和度，%；n為飽和度指數(shù)，無量綱；Rt為巖石電阻率，Ω·m。

測井解釋最終得到含水飽和度與自由流體空間含水飽和度的關(guān)系為

式中：Sw為含水飽和度，%；φmf為自由流體孔隙度，%。

由于3種孔隙水導(dǎo)電路徑的幾何因素并不相同，所以mf，mi與mc可選取不同的值。在研究區(qū)分析了大量的巖心，獲得了巖石-電阻率參數(shù)。具體做法如下：①以有效孔隙度下限為界限，當(dāng)孔隙度小于13%時，回歸的F-φ關(guān)系式中的a和m值為微孔隙的ai和mi，ai=1.0，mi=1.75；②當(dāng)孔隙度大于13%時，回歸的F-φ關(guān)系式中的a和m值為自由流體孔隙的af和mf，af=0.48，mf=2.09。黏土孔隙的ac和mc均取經(jīng)驗值，ac=1.4，mc=1.8。圖4為該區(qū)珠江組一段孔隙度與地層因素交會圖。

圖4 文昌地區(qū)珠江組一段孔隙度-地層因素交會圖Fig.4The cross plot between porosity and formation factor of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area

式中：α為離子擴(kuò)散層的擴(kuò)散因子，無量綱；β為黏土水中補(bǔ)償Na+離子的等效電導(dǎo)率，無量綱；Vq為高礦化度地層水條件下，單位濃度的交換陽離子所導(dǎo)致的黏土水占據(jù)的孔隙體積［11］，%。

它們分別可由下式得到

在本次研究中，根據(jù)全部水分析資料，求出水樣所在地層的溫度，并計算地層條件下的束縛水電阻率，然后分區(qū)塊、分組段分析電阻率的變化規(guī)律，確定束縛水電阻率為

式中：T為地層溫度，K；Pwo為當(dāng)α=1時所需要的地層水礦化度，10-6mg/L；Pw為地層水的礦化度，mg/mL。

3 應(yīng)用效果分析

圖5 文昌地區(qū)WC13-2-A井測井解釋綜合成果Fig.5Comprehensive well logging interpretation result of WC13-2-A well in Wenchang area

利用三水模型對珠江口盆地文昌地區(qū)低阻油層開展儲層評價解釋，確定低阻油層的含水飽和度。WC13-2-A井為密閉取心，采用三水模型計算的含水飽和度與密閉取心巖心分析的含水飽和度對比結(jié)果如圖5所示。從圖5可看出，對于油層段，三水模型計算的含水飽和度與束縛水飽和度幾乎重合，而對于水層段，三水模型計算的含水飽和度遠(yuǎn)大于束縛水飽和度。同時密閉取心分析含水飽和度與計算含水飽和度吻合較好，油層含油飽和度平均相對誤差約5%，說明三水模型測井評價的含水飽和度可靠。通過新方法在文昌地區(qū)的應(yīng)用，識別出大量的低阻油層，加深了對文昌地區(qū)低阻油層的認(rèn)識，同時擴(kuò)大了該區(qū)估算的地質(zhì)儲量。

4 結(jié)論

（1）珠江口盆地文昌地區(qū)巖性細(xì)、泥質(zhì)含量高、束縛水含量高和中等地層水礦化度均是導(dǎo)致油層電阻率低的因素。

（2）三水模型既考慮了雙水模型中2種地層水電導(dǎo)率的區(qū)別，又考慮了微孔隙水導(dǎo)電對巖石整體電導(dǎo)率的影響，在WC13-2-A井三水模型計算的含水飽和度與密閉取心分析含水飽和度吻合較好，飽和度誤差小于5%。該評價方法既適用于正常儲集層的解釋，也可解釋富含大量微孔隙的低阻油層。

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（本文編輯：李在光）

Genesis of low resistivity oil layer and evaluation of water saturation of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area,Pearl River Mouth Basin

CHEN Rong1，LI Kui2，HE Shenglin1，HU Xiangyang1，LUO Wei1
（1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Zhanjiang 524057，Guangdong，China；2.Well Logging Company，CNPC Great Wall Drilling Company，Panjin 124000，Liaoning，China）

The reservoir of the first member of Zhujiang Formation in Wenchang area of Pearl River Mouth Basin is characterized by high content of shale,and the difference of resistivity between oil layer and water layer is little.So it is difficult to identify the oil-bearing reservoir and water-bearing reservoir by well logging interpretation.Based on the analysis of reservoir lithology,imaging data of thin interbed and litho-electric experiment in various salinity conditions, this paper studied the impact of different factors on the formation resistivity.The results show that the main causes of low resistivity oil layer are fine lithology,high content of shale,high content of irreducible water saturation and middle formation water salinity.Based on the genesis of low resistivity,tri-water model was used to evaluate the water saturation of low resistivity oil layer in the study area.The calculation results are consistent with the sealed coring results.

lowresistivityoillayer；tri-watermodel；saturationevaluation；ZhujiangFormation；PearlRiverMouthBasin

TE122.2+3

：A

2013-03-20；

2014-04-30

國家重大科技專項課題“近海富烴凹陷資源潛力再評價和新區(qū)、新領(lǐng)域勘探方向”（編號：2011ZX05023-001）資助

陳嶸（1985-），女，碩士，工程師，主要從事測井資料處理與綜合解釋方面的工作。地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區(qū)南油一區(qū)研究院廣發(fā)樓八樓測井室。E-mail：chenrong1@cnooc.com.cn。

1673-8926（2014）05-0097-05