某油田長3低滲透率低電阻率油層分析與識(shí)別方法

陳木銀, 馮春珍, 文曉峰, 孫環(huán)宇, 楊映洲, 陳龍

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201; 2.長慶油田分公司第三采氣廠, 陜西 西安 710021)

0 引 言

位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南段的某油田主要發(fā)育的含油層系有延長組的長8儲(chǔ)層和長3儲(chǔ)層,其中長3儲(chǔ)層屬于三角洲沉積體系,以分流河道、天然堤、分流間洼地等3種沉積微相為主,其含油性受構(gòu)造和巖性的雙重影響,為構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉油藏。砂體呈北東—南西向展布,寬度在3.0～13.0 km之間,平面上呈條帶狀,橫向上小層砂體變化大,厚度在2～15 m之間,導(dǎo)致地層對比難度較大[1]。在平面上受地層水礦化度等因素變化的影響,許多油層常以低電阻率特征出現(xiàn),識(shí)別難度大。本文從宏觀與微觀2個(gè)方面對該油層展開研究,分析主要控制因素,尋找有效低電阻率油層識(shí)別方法。

1 儲(chǔ)層特征分析

受長3時(shí)期湖盆水體大規(guī)模收縮影響,各個(gè)地區(qū)的三角洲均明顯地向湖心推進(jìn),河流為湖區(qū)帶來豐富的碎屑物質(zhì),形成了良好的儲(chǔ)集砂體。隨河流動(dòng)力及物源的變化,儲(chǔ)層特性具有明顯的差異。

1.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

巖心觀察和巖石薄片鑒定表明,按照Folk砂巖分類命名規(guī)則[2],研究區(qū)域的長3儲(chǔ)層巖石以細(xì)粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑砂巖為主,其次為少量的中砂巖。砂巖碎屑以石英為主,平均含量約為44.7%,其次為各類長石,平均含量約為16.6%,巖屑含量約占26.3%,重礦物所占的比例較小。巖石成分成熟度較高,碎屑分選性中等-好,次棱角狀-次圓狀。

填隙物是碎屑巖中碎屑顆粒間的雜基和膠結(jié)物,長3儲(chǔ)層的填隙物主要為各種自生膠結(jié)物,泥質(zhì)雜基含量較少,結(jié)構(gòu)成熟度較高。整體上長3砂巖填隙物含量普遍較高,填隙物含量在3%～25.8%,平均11.2%左右,填隙物中以高嶺石(1.38%)、水云母(3.02%)、鐵白云石(2.34%)、硅質(zhì)(3.31%)為主,綠泥石(0.43%)、鐵方解石(0.48%)都不太發(fā)育。

圖1 長3油層組孔隙類型柱狀圖

由巖石薄片鑒定、鑄體薄片分析可知該地區(qū)長3儲(chǔ)層孔隙包括粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、粒間溶孔、微裂隙,平均面孔率5.49%,其中以粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、粒間溶孔為主,有極少量的微裂隙(見圖1)。次生溶蝕孔隙主要以長石溶孔和巖屑溶孔為主。從孔隙形狀看,多以三角形或多邊形粒間孔為主,也有一些長條形或不規(guī)則形狀的孔隙。每個(gè)孔隙都有3～4條喉道與之相連。鏡下觀察原生孔隙主要是粒間孔隙及晶間孔隙(見圖2)。

圖2 ×井長3儲(chǔ)層粒間孔發(fā)育特征

巖心壓汞實(shí)驗(yàn)顯示長3儲(chǔ)層最大孔喉半徑約為0.567 2～8.620 7 μm,中值半徑為0.144 5～0.422 8 μm,中值壓力為1.693 8～32.411 2 MPa,均值系數(shù)為12.61～13.87,分選系數(shù)為2.33～3.89,歪度系數(shù)為-0.203～1.08。表明儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)總體為細(xì)孔微喉型,孔隙總體上連通性一般,因此,儲(chǔ)層物性常表現(xiàn)為低滲透特征(見圖3)。滲透率主要分布在(0.1～10.0)×10-3μm2,其中(0.2～2.0)×10-3μm2約占整體的74%,而64%的儲(chǔ)層滲透率小于1.0×10-3μm2(見圖4)。

圖3 部分井長3儲(chǔ)層毛細(xì)管壓力曲線圖

圖4 長3儲(chǔ)層滲透率-頻率直方圖

1.2 儲(chǔ)層測井響應(yīng)特征

該油田長3儲(chǔ)層測井響應(yīng)特征總體可以概括為巖性純、物性相對較好、電阻率低。其中自然伽馬值在40～80 API;聲波時(shí)差在230.0～245.0 μs/m,(見圖5);密度值約為2.40～2.52 g/cm3,電阻率主要分布在6～16 Ω·m之間(見圖6)。受地層水礦化度等因素變化影響,電阻率在整個(gè)研究區(qū)域變化較大。

圖5 長3儲(chǔ)層聲波時(shí)差-頻率直方圖

圖6 長3儲(chǔ)層深電阻率-頻率直方圖

2 影響低電阻率的因素

2.1 泥質(zhì)影響

從薄片分析可知,研究區(qū)域長3儲(chǔ)層的黏土礦物主要為高嶺石和水云母,并以顆粒包膜的形式存在。這些黏土礦物具有吸某些陽離子和陰離子并保持于交換狀態(tài)的特性,可提高巖石的導(dǎo)電能力。黏土表面的束縛水也是造成低電阻率的一個(gè)重要因素。不同井區(qū)黏土含量的對比顯示,在黏土類型相同的情況下,低電阻率區(qū)域的黏土含量通常要高于正常區(qū)域[3-4]。

2.2 地層水礦化度

在定量評(píng)價(jià)中,地層水電阻率是確定儲(chǔ)層含水飽和度的一個(gè)重要參數(shù),其值的高低主要取決于地層水礦化度、含鹽成分以及溫度等因素。研究區(qū)塊16口井的試水資料顯示,該層的地層水水型為CaCl2,礦化度在33～150 g/L之間變化,平均為98 g/L,而該地區(qū)長8儲(chǔ)層地層水礦化度主要變化范圍為30～60 g/L。為得到地層水電阻率,先用不同離子的換算系數(shù)圖版求出所含各種鹽類離子的換算系數(shù),然后分別乘各離子的礦化度,得到各離子的礦化度,最后算出各離子上述乘積的總和,即是該地層水的等效NaCl溶液礦化度。然后用NaCl溶液電阻率與其濃度和溫度的關(guān)系圖版求出地層水電阻率。計(jì)算結(jié)果表明,該地區(qū)長3儲(chǔ)層地層水電阻率主要分布在0.02～0.05 Ω·m,北部個(gè)別井區(qū)達(dá)到0.09 Ω·m(見圖7),這是造成長3儲(chǔ)層測量電阻率低的一個(gè)重要因素(見圖8)。

圖7 地層水電阻率等值線圖

圖8 地層水電阻率與測量電阻率交會(huì)圖

2.3 束縛水飽和度

對長3儲(chǔ)層125塊巖心進(jìn)行了束縛水飽和度測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該地區(qū)長3儲(chǔ)層束縛水飽和度在22.0%～48.9%之間變化,平均值34.7%,主要分布在33%～46%(見圖9),束縛水飽和度受地層巖性、黏土礦物的種類與含量、孔喉結(jié)構(gòu)、孔隙喉道半徑等多種因素的影響。巖性相同的情況下,孔隙喉道半徑越大,毛細(xì)管阻力越小,含烴飽和度越高,束縛水飽和度小。在其他因素相同情況下束縛水飽和度的大小影響測量電阻率的高低[5],圖10為27口井長3的束縛水飽和度與測量電阻率的關(guān)系圖。

圖9 束縛水飽和度分布直方圖

圖10 束縛水飽和度與測量電阻率關(guān)系

2.4 其他因素

含油飽和度主要受含油高度、孔隙結(jié)構(gòu)以及油水密度差等因素影響,油氣最終能充注到到多大的孔隙中要取決于構(gòu)造幅度和孔隙結(jié)構(gòu),而該地區(qū)長3儲(chǔ)層屬于低幅度構(gòu)造,因此對油氣充填影響很大。在鉆井過程中淡水泥漿的侵入也容易造成油層電阻率的降低和水層電阻率的增高,從而導(dǎo)致油層與水層電阻率對比度較低[6]。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn),該區(qū)塊低電阻率油層的形成因素雖然有多種,但相對而言,高束縛水飽和度和高礦化度的地層水是其中的2個(gè)主要因素,在解釋過程中要對以上因素的分布區(qū)域特征進(jìn)行區(qū)分。

3 測井識(shí)別方法

3.1 交會(huì)圖版法

通過對試油井的測井響應(yīng)進(jìn)行讀值,在它們之間進(jìn)行交會(huì)以制作能區(qū)分孔隙中流體性質(zhì)的圖版。選取長3儲(chǔ)層的某一低電阻率區(qū)塊進(jìn)行研究,共選取了66口井81個(gè)層有試油資料的井進(jìn)行儲(chǔ)層測井值讀取與分析,聲波時(shí)差—電阻率交會(huì)圖、孔隙度—含油飽和度交會(huì)圖對選擇區(qū)塊內(nèi)儲(chǔ)層流體性質(zhì)具有較好的識(shí)別能力(見圖11、圖12),能有效區(qū)分孔隙中的油、油水和水等流體性質(zhì),經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn),該圖版探井解釋符合率在80%以上。

圖11 聲波時(shí)差—電阻率交會(huì)圖

圖12 孔隙度—含油飽和度交會(huì)圖

3.2 核磁共振法

該油田長3儲(chǔ)層分布范圍廣,地層水礦化度等因素變化大,導(dǎo)致常規(guī)測井解釋圖版應(yīng)用效果具有區(qū)域局限性。核磁共振測量的是流體H核的弛豫時(shí)間,在原理上它不受測量電阻率的影響,能反映孔隙中流體性質(zhì)[7]。一般水的T2小于200 ms,而油的T2則為460 ms,通過兩者之間的差異設(shè)計(jì)雙TW采集模式,當(dāng)存在可動(dòng)烴時(shí)就能計(jì)算出差譜信號(hào),可以依據(jù)此特性直觀判斷含油性。除此之外還可以通過T2譜的位置對含油性進(jìn)行判斷,完全擺脫了常規(guī)測井通過電阻率判斷含油性的局限性[8]。

圖13中長3砂體厚11.3 m,從形態(tài)上看頂部(1 952.0～1 961.1 m)T2譜均分布范圍較寬,為單峰特征且位置在油的分布區(qū)域。孔隙分布較集中,大中孔徑所占比例相當(dāng),而且差譜信號(hào)較強(qiáng),具有明顯的含油特征。由核磁共振測井計(jì)算的總孔隙體積為13.31%,有效孔隙體積為12.43%,束縛水孔隙體積為2.97%,滲透率為2.52 μs/m2,從常規(guī)上看該層電阻率為13.2 Ω·m,處在油層標(biāo)準(zhǔn)之上,綜合解釋為油層。砂體下部1 962.0～1 964.0 m井段T2譜的特征與上部相比發(fā)生明顯改變,譜雖然仍為單峰特征但位置明顯前移動(dòng),含油信號(hào)明顯沒有砂體頂部好,含水信號(hào)增強(qiáng),由核磁共振計(jì)算的總孔隙體積為12.63%,有效孔隙體積為11.24%,束縛水孔隙體積為3.99%,滲透率為1.27 μs/m2,從計(jì)算參數(shù)可以看出總孔隙度沒有明顯變化,束縛水體積增加較大,直接影響了電阻率和含油飽和度,常規(guī)電阻率為6.8 Ω·m,與頂部相比降低明顯。經(jīng)在1 953.0～1 956.0 m井段射孔試油,壓裂后產(chǎn)油15.47 t,產(chǎn)水3.7 m3,與核磁共振分析結(jié)果較為一致。

圖13 ×井長儲(chǔ)層測井綜合解釋成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

3.3 流體特性指數(shù)法

對于低滲透性地層,普通感應(yīng)測井差異特征不明顯。陣列感應(yīng)測井具有分辨率高、探測深度大等優(yōu)點(diǎn)。為減小巖性影響而突出流體響應(yīng)特征,提出流體特性指數(shù)識(shí)別法,首先對反映流體特性的陣列感應(yīng)測井差異特征進(jìn)行定量描述,定義差異系數(shù)為

(1)

式中,R20、R30、R60、R90分別為2 ft縱向分辨率中20、30、60和90 in徑向探測深度的電阻率。定義電阻率增大系數(shù)Kr和巖性純度系數(shù)λ,以反映不同地區(qū)、不同層位的油水層標(biāo)準(zhǔn)差別和儲(chǔ)層巖性,其中Kr計(jì)算公式為

Kr=R90/Row

(2)

式中,R90為2 ft縱向分辨率時(shí)90 in徑向探測深度的電阻率;Row為地區(qū)油水層的大約分界值。λ由自然電位異常值反映,定義為

λ=SP/SSP

(3)

圖14 流體特性指數(shù)與聲波時(shí)差交會(huì)圖

定義流體特性指數(shù)為F=λ×Er×Kr,該參數(shù)通過Er與Kr突出該儲(chǔ)層流體對電阻率的影響,并用λ系數(shù)對巖性影響作了部分消除,使其更接近真實(shí)地反映流體性質(zhì)。通過對該地區(qū)長3儲(chǔ)層含不同流體情況下的F值的計(jì)算,制作了油水識(shí)別圖版(見圖14)。圖15是該區(qū)一低電阻率油層,電阻率僅為5 Ω·m,通過計(jì)算,其流體指數(shù)F=0.89,處在油水區(qū),試油獲油4.3 t/d,水11.2 m3/d。

圖15 ××井長3儲(chǔ)層陣列感應(yīng)測井特征圖

4 結(jié) 論

(1) 某油田長3儲(chǔ)層的填隙物含量及組成和孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性是造成儲(chǔ)層滲透率低的主要原因,而高礦化度地層水和高束縛水飽和度是影響該區(qū)長3儲(chǔ)層表現(xiàn)為低電阻率的2個(gè)重要因素,且呈一定的線性關(guān)系。

(2) 對該地區(qū)長3儲(chǔ)層這種低對比度低電阻率油層,雖然常規(guī)測井交會(huì)圖版仍有較好的識(shí)別能力,但單一的解釋方法容易造成誤判。核磁共振測井以其獨(dú)有的原理可直觀反映孔隙流體性質(zhì);陣列感應(yīng)測井則以其豐富的信息為低電阻率油層識(shí)別提供了更多的手段。對這類低電阻率油層解釋應(yīng)充分考慮新技術(shù)的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn):

[1] 秦紅, 王多云, 李樹同, 等. 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)三疊系延長組長3油層組儲(chǔ)油砂體成因及成藏特征研究 [J]. 天然氣地球科學(xué), 2006, 17(3): 391-396.

[2] 樊擁軍, 王福生. 沉積巖和沉積相 [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2009.

[3] 楊雙定, 許彧斐. 鄂爾多斯盆地三疊系低阻油層測井解釋技術(shù) [M]. 西安: 西安地圖出版社, 2003.

[4] 黃質(zhì)昌, 黃新平, 冷洪濤, 等. 東營凹陷DX176塊低電阻率油層評(píng)價(jià)技術(shù) [J]. 測井技術(shù), 2010, 34(5): 457-461.

[5] 張曉明, 王曉紅, 鄭秀臣, 等. 鐵邊城地區(qū)深層低電阻率油層成因及測井識(shí)別技術(shù) [J]. 測井技術(shù), 2010, 34(4): 360-364.

[6] 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司. 低阻油氣藏測井評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2009.

[7] 肖立志. 核磁共振成像測井與巖石核磁共振及其應(yīng)用 [M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1998.

[8] 肖立志, 張?jiān)? 吳文圣, 等. 成像測井學(xué)基礎(chǔ) [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2010.