鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長9致密儲層流體識別

黃 薇，張小莉，趙進(jìn)義

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069;2.延長油田股份有限公司西區(qū)采油廠，陜西延安 717500)

近年來，鄂爾多斯盆地延長組下組合(長7～長10油層組)不斷發(fā)現(xiàn)新的含油區(qū)，油氣勘探效果顯著，勘探開發(fā)潛力巨大［1-2］。與延長組長6～長1油層組相比，長7～長10油層組的沉積微相復(fù)雜多變，砂體成因類型、儲層巖石學(xué)特征、成巖作用、地層水系統(tǒng)以及成藏動力條件等方面的差異性更大，非均質(zhì)性更強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致儲集物性在整體上變化大且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于典型的低孔、低滲甚至特低滲、超低滲致密儲層［3-6］。延長組下組合地層的構(gòu)造相對簡單，但油水分異程度差，油水關(guān)系復(fù)雜，常規(guī)油層和低阻油層，常規(guī)水層和高阻水層同時存在，導(dǎo)致流體識別困難。本研究針對鄂爾多斯盆地延長組深層主力含油層系長9油層組，探究致密儲層流體識別方法，來提高延長組流體識別的精度和油層測井解釋的符合率。

1 儲層地質(zhì)特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

鄂爾多斯盆地長9儲層主要為三角洲前緣水下分流河道砂體和河口砂壩沉積，巖性以長石砂巖、長石巖屑砂巖為主［7-8］。其中，長石含量較高，平均值為33.5%;石英含量較低，平均值為20.2%;巖屑含量較高，平均值為28.1%，以火成巖屑為主。砂巖粒度主要集中在細(xì)砂級，粒度范圍一般為0.14～0.18 mm和0.20～0.25 mm，細(xì)粒的質(zhì)量百分含量高達(dá)81.8%。填隙物含量較高，主要為伊利石、方解石和綠泥石，其中伊利石含量最高，平均值為4.2%，占填隙物總含量的28.6%?？紫额愋鸵詺堄嗔ｉg孔和溶孔為主，占總孔隙的58.9%。

1.2 儲層物性特征

根據(jù)47口井322個物性分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究區(qū)儲層孔隙度值一般為0.3% ～13.5%，主要分布范圍為0.3% ～6.9%，平均值為5.4%;滲透率值一般為(0.01～1.48)×10-3μm2，主要分布范圍為(0.01～0.27)×10-3μm2，平均值為0.17×10-3μm2，為典型的低孔、特低滲致密砂巖儲層。

1.3 地層水分析

分析地層水參數(shù)的特征及其變化是測井識別流體性質(zhì)的基礎(chǔ)。研究區(qū)同一含油層系的不同含油區(qū)，或者同一含油區(qū)的不同含油層系，地層水性質(zhì)及其礦化度的變化均將直接影響到巖石的束縛水飽和度，且?guī)r石的束縛水飽和度隨地層水礦化度的增大而降低，最后趨于穩(wěn)定［9］。研究區(qū)長9油層組地層水性質(zhì)為中性偏酸性，pH值為4.8～7.5，平均值為6.7。地層水水型以CaCl2型為主，礦化度變化范圍較大，分布范圍一般為1.98～79.8 g/L。

2 流體識別的測井參數(shù)

2.1 油層測井響應(yīng)特征

在常規(guī)測井曲線中，自然電位異常幅度、自然伽馬、聲波時差和電阻率曲線特征是儲層砂巖骨架、泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、含油飽和度和束縛水飽和度的綜合反映［10-11］。一般儲層的含油性特征與巖性、物性和測井響應(yīng)特征均具有較好的對應(yīng)關(guān)系，且含油性越好，聲波時差和電阻率值就越高。以Z445井長91油層為例，在1 802～1 806 m處，油層對應(yīng)的儲層巖性為細(xì)砂巖，孔隙度值為1.4% ～7.5%(平均值為4.9%)，滲透率值為(0.05～0.27)×10-3μm2(平均值為0.12×10-3μm2)，測井響應(yīng)具有明顯的自然電位負(fù)異常(23.4 mV)、低自然伽馬(70.1 API)、高聲波時差(234.4 μs/m)和高電阻率(107.8 Ω·m)的特征(見圖1)。

2.2 流體識別參數(shù)的選取

流體識別主要選取攜帶有特殊地質(zhì)意義的測井參數(shù)，這不僅能夠有效放大或突出不同流體在地質(zhì)和測井響應(yīng)特征上的差異性，盡量減少巖石骨架的影響，而且能準(zhǔn)確、直觀地識別流體，提高測井識別的精度。儲層孔隙內(nèi)含油性及其相對含量的不同，往往導(dǎo)致不同流體的測井響應(yīng)特征也具有一定的差異性。

由于地層水礦化度的高低在一定程度上影響著水層的電阻率測井響應(yīng)特征，在識別鄂爾多斯盆地長9致密儲層的流體性質(zhì)時，需要同時考慮地層水礦化度的變化［12-14］。統(tǒng)計研究區(qū)20口井不同流體性質(zhì)對應(yīng)的測井參數(shù)及地層水礦化度的分布范圍發(fā)現(xiàn)，不同流體在測井響應(yīng)特征上的差異性較為微弱，水層與油層的電阻率分布范圍部分重疊，這表明研究區(qū)存在常規(guī)油層和常規(guī)水層的同時，還存在著低阻油層和高阻水層，油水層識別困難(見表1)。

表1 不同流體性質(zhì)的測井響應(yīng)值Tab．1 Logging response values of different fluid properties

研究區(qū)不同流體測井響應(yīng)值分布范圍的差異性微弱，導(dǎo)致油水層對比關(guān)系復(fù)雜，僅用單項測井參數(shù)或單一常規(guī)測井方法難以有效地識別流體的性質(zhì)。因此，本研究綜合分析儲層地質(zhì)特征、測井響應(yīng)特征及地層水系統(tǒng)特征，選取反映儲層“四性關(guān)系”的自然電位、自然伽馬、聲波時差和深感應(yīng)電阻率測井資料，建立了一套適合鄂爾多斯盆地長9致密儲層的流體識別方法。

3 致密儲層流體識別

3.1 重疊圖法

砂巖的聲波時差和自然電位異常幅度在一定程度上可以較好地反映儲層物性參數(shù)的相對大小，且儲層孔隙度越高，聲波時差值越高;滲透性越好，自然電位異常幅度就越大。儲層含油時，孔隙度和滲透率較好，聲波時差和深感應(yīng)電阻率值均較高［15］。利用視自然電位與實測自然電位、聲波時差與深感應(yīng)電阻率重疊圖直觀地定性識別流體性質(zhì)，主要表現(xiàn)為:①若儲層為油層，兩條曲線之間的幅度差較大，且含油性越好，幅度差越大;②若儲層為水層或干層，兩條曲線之間的幅度差則很小或幾乎無幅度差。

對于視自然電位-實測自然電位和聲波時差-深感應(yīng)電阻率重疊圖(基本無幅度差)都不能識別的水層和干層，由于水層的自然電位異常幅度較大，可以通過聲波時差-自然電位重疊圖明顯的幅度差識別出水層，用聲波時差和自然電位曲線幾乎重疊的特征來識別出干層。利用視自然電位-實測自然電位、聲波時差-深感應(yīng)電阻率重疊圖并結(jié)合聲波時差-自然電位重疊圖中兩條曲線的幅度差相對大小，可以有效地識別出常規(guī)油層、油水層、水層和干層，且識別效果較好，但其對低阻油層和高阻水層的識別效果并不明顯。

在Y515井2 062～2 068 m試油井段，自然伽馬值較低、自然電位明顯負(fù)異常，聲波時差值較高，深感應(yīng)電阻率較低，在聲波時差-自然電位、視自然電位-實測自然電位重疊圖上具有明顯幅度差，而聲波時差-深感應(yīng)電阻率重疊圖上幅度差較小，使得低阻油層具有似油水層的特征(見圖2A)。

圖2 低阻油層和高阻水層重疊圖特征Fig.2 Overlapping graph characteristics of low resistivity oil layer and high resistivity water layer

在Z4082井2 062～2 068 m試油井段，深感應(yīng)電阻率相對較高，自然電位異常幅度大，視自然電位-實測自然電位和聲波時差-深感應(yīng)電阻率重疊圖均存在明顯的幅度差，對應(yīng)的巖性剖面顯示為細(xì)砂巖(見圖2B)。對比分析Z4082井及其周圍井長91水分析資料發(fā)現(xiàn)，其礦化度明顯比一般地層水礦化度更低，僅為2.5 g/L，這導(dǎo)致水層電阻率增大，高阻水層與鄰近油層的電阻率差異變小，對比關(guān)系變得微弱，從而使得高阻水層具有似油層、油水層的特征。

3.2 交會圖法

油層和水層在聲波時差、深感應(yīng)電阻率、自然伽馬、自然電位異常幅度等測井參數(shù)值上有著明顯的差異，可以通過不同流體在儲層巖性、物性和含油性等方面的差異性，根據(jù)不同的測井參數(shù)值的分布區(qū)來識別。研究區(qū)長9油層組35個試油資料點的狀況為油層6個、油水同層21個、含油水層1個、水層2個、干層2個和新增試油水層3個。根據(jù)多井試油資料和對應(yīng)的測井參數(shù)進(jìn)行交會圖綜合分析，可以進(jìn)一步識別出低阻油層、高阻水層、泥質(zhì)含量相對較高的干層和相對高放射性砂巖的水層(見圖3)。

1)在儲層的巖性和地層水性質(zhì)基本不變的前提下，聲波時差(Δt)與深感應(yīng)電阻率(RILD)交會圖可以有效地反映儲層的孔隙度和含油性特征。由于儲層含油后，聲波時差和深感應(yīng)電阻率均較高，不僅在單井重疊圖中聲波時差和深感應(yīng)電阻率曲線的幅度差較大，而且在聲波時差和深感應(yīng)電阻率交會圖中也位于圖3A中高值區(qū)A區(qū)，且位于A區(qū)的1個油層電阻率值(RILD)約為32.7 Ω·m，為相對低阻油層。位于C區(qū)的常規(guī)水層由于電阻率較低明顯區(qū)分于位于A區(qū)的常規(guī)油層，但位于B區(qū)的1個干層和1個相對高阻水層則與油層、油水層混合不易區(qū)分開(見圖3A)。該交會圖對常規(guī)油層、水層的識別效果較好，而對于低阻油層、高阻水層和常規(guī)油水層的混合區(qū)不易識別出來。

2)自然伽馬(GR)與深感應(yīng)電阻率(RILD)交會圖從巖性與含油性的關(guān)系考慮，可以識別出位于A區(qū)的2個高自然伽馬砂巖儲層的油層和油水層，位于C區(qū)的2個水層和1個干層，其中1個水層為高自然伽馬砂巖儲層，其對應(yīng)的自然伽馬值為104.6 API，其他水層和干層混入油層、油水層分布區(qū)，難以區(qū)分開(見圖3B)。

圖3 不同測井參數(shù)識別流體交會圖Fig.3 Crossplot of fluid identification by different logging parameters

3)聲波時差(Δt)與自然電位異常幅度(Usp)反映儲層物性的效果好。利用該圖有效地識別出了分布于A區(qū)的12個油層、油水層與含油水層，其孔隙度和滲透率均較高，為儲集物性較好的儲層(見圖3C)。其中，含油水層電阻率較高，具有似油層和油水層的高阻特征而混入B區(qū)，2個水層和1個干層由于儲集物性較差，分布在低孔隙度或低滲透率的C區(qū)。綜合分析圖3A和圖3C中同樣位于B區(qū)的一個相對高阻水層和低阻油層，在圖3C的B區(qū)中，水層的自然電位異常幅度最大，且聲波時差值較高，而聲波時差值(Δt)略大于212.9 μs/m的油層自然電位異常幅度較高，但聲波時差值在B區(qū)為最小。

4)自然伽馬(GR)與深感應(yīng)電阻率(RILD)、聲波時差(Δt)及地層水礦化度(Cw)的組合參數(shù)(RILD×Δt×Cw)交會圖綜合反映儲層的巖性、物性含油性和地層水系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)組合參數(shù)及巖性參數(shù)自然伽馬測井值的特點，該圖將試油資料點分成5個區(qū):①A區(qū)為油水層相對集中區(qū)，是巖性相對比較純、地層水礦化度比較高的常規(guī)油水層區(qū);②B區(qū)主要為水層點集中分布區(qū)，由于研究區(qū)巖性、物性及地層水系統(tǒng)變化大，水層的分布范圍也較大;③ C區(qū)為油層、油水層和水層混合分布區(qū)，反映研究區(qū)多數(shù)含油層與水層的測井響應(yīng)參數(shù)特征相近;④D區(qū)主要是水層分布區(qū)，為相對高自然伽馬的砂巖儲層和相對泥質(zhì)含量較高的儲層分布區(qū);⑤E區(qū)為高自然伽馬砂巖儲層區(qū)(見圖3D)。

剔除根據(jù) Δt-RILD，GR-RILD，Δt-Usp 交會圖已經(jīng)識別出的油層、油水層、水層和干層后，根據(jù)自然伽馬與組合參數(shù)(RILD×Δt×Cw)交會圖可以進(jìn)一步識別出部分常規(guī)油層與油水層、水層、低阻油層、高阻水層和干層。研究結(jié)果顯示，研究區(qū)僅有1個水層混入油層、油水層分布區(qū)(見圖4)。至此，通過重疊圖法和交會圖法對流體性質(zhì)進(jìn)行逐步識別和相互校驗，測井解釋符合率達(dá)到97.1%。

3.3 Archie公式法

根據(jù)Archie公式模型，通過計算含油飽和度可以定量地識別流體性質(zhì)［16-17］。根據(jù)Z446井區(qū)16塊樣品的巖電實驗分析數(shù)據(jù)，可以確定出地層因素(F)與孔隙度(φ)、電阻率增大系數(shù)(I)與含水飽和度(Sw)的關(guān)系及相關(guān)系數(shù)(R)，進(jìn)而求取含油飽和度(So)，其計算公式分別為:

式中:F為地層因素，小數(shù);φ為孔隙度，%;I為電阻率增大系數(shù)，小數(shù);Sw為含水飽和度，%;RILD為地層水電阻率，Ω·m，So為含油飽和度，%。

圖4 GR與RILD×Δt×Cw綜合解釋交會圖Fig.4 Comprehensive interpretation crossplot between GR and RILD×Δt×Cw

3.4 應(yīng)用效果

為了驗證重疊圖和交會圖定性識別法及Archie公式定量識別法的應(yīng)用效果，本研究以試油井Z445井和Z405井為例，分別應(yīng)用上述方法對鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長9致密儲層進(jìn)行流體識別。

Z445井長9油層組試油5層，試油結(jié)論均為油層，其中1，2號層合試日產(chǎn)油7.2 t，日產(chǎn)水0.0 m3，3，4，5 號層合試日產(chǎn)油 7.5 t，日產(chǎn)水 0.0 m3。從試油層對應(yīng)的測井資料分析，聲波時差-自然電位、視自然電位-實測自然電位和深感應(yīng)電阻率-聲波時差曲線重疊圖均具有明顯的幅度差，與巖性剖面一致;相對于1號層，2，3，4，5號層的曲線重疊圖幅度差更為明顯，且與物性巖心分析測試數(shù)據(jù)有較好的對應(yīng)性，反映為油層特征(見圖5)。相應(yīng)地，提取5層試油井段對應(yīng)的自然伽馬、自然電位異常幅度、聲波時差和深感應(yīng)電阻率及地層水礦化度值進(jìn)行交會圖分析，處理數(shù)據(jù)點位于油層區(qū)(見圖3)。但是，1號儲層電阻率較低，與鄰近油層相比，電阻率增大倍數(shù)較小、自然伽馬值較高、巖性變化頻繁，反映為低阻油層的特征。分析其巖心資料及其自然伽馬測井資料后認(rèn)為，低阻油層的形成與巖性的薄層效應(yīng)及泥質(zhì)含量的增加有關(guān)。根據(jù) Archie公式(3)計算出 1，2，3，4，5 號層試油井段含油飽和度分別為69.7%，75.3%，82.4%，80.8%，76.8%，解釋結(jié)論為油層?；谝陨现丿B圖法、交會圖法和Archie公式法綜合分析，1 號層綜合解釋結(jié)論為低阻油層，2，3，4，5 號層綜合解釋結(jié)論為油層，與試油結(jié)論基本一致。

圖5 Z445井油層識別測井解釋成果圖Fig.5 Logging interpretation results of oil layer in Z445 well

Z405井長9油層組試油3層，試油結(jié)論均為油水層，合試井段日產(chǎn)油0.8 t，日產(chǎn)水2.1 m3。從圖6試油層段對應(yīng)的測井資料分析，聲波時差-自然電位、視自然電位-實測自然電位和深感應(yīng)-聲波時差曲線重疊圖均具有明顯的幅度差，但視自然電位與實測自然電位的重疊圖幅度差明顯不如油層的重疊圖幅度差明顯，反映為油水層特征(見圖6)。同樣，提取試油井段對應(yīng)的自然伽馬、自然電位異常幅度、聲波時差和深感應(yīng)電阻率及地層水礦化度值進(jìn)行交會圖分析，處理數(shù)據(jù)點位于油水層區(qū)(見圖3)。根據(jù)Archie公式(3)計算試油井段含油飽和度分別為36.8%，25.5%，30.0%，解釋結(jié)論為油水層?；谝陨现丿B圖法、交會圖法和Archie公式法綜合分析，綜合解釋結(jié)論為油水層，與試油結(jié)論一致。

圖6 Z405井油水層識別測井解釋成果圖Fig.6 Logging interpretation results of oil-water layer in Z405 well

4 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地長9儲層巖性、物性、含油性和地層水系統(tǒng)復(fù)雜，常規(guī)油層和高阻水層、常規(guī)水層和低阻油層共存，油、水層對比關(guān)系復(fù)雜。因此，流體識別應(yīng)選取能夠有效放大或突出不同流體性質(zhì)差異性的測井參數(shù)，盡量減少巖石骨架的影響，且能夠準(zhǔn)確、直觀地識別流體，提高識別精度。

2)根據(jù)儲層流體的測井響應(yīng)特征，利用視自然電位-實測自然電位、聲波時差-深感應(yīng)電阻率和聲波時差-自然電位重疊圖法初步識別常規(guī)油層、油水層、水層和干層，利用聲波時差與深感應(yīng)電阻率、自然伽馬與深感應(yīng)電阻率、聲波時差與自然電位異常幅度及自然伽馬與組合參數(shù)(RILD×Δt×Cw)交會圖法進(jìn)一步識別和校驗高伽馬砂巖的水層、低阻油層和高阻水層，進(jìn)而結(jié)合Archie公式法定量計算含油飽和度，綜合識別流體。

3)鄂爾多斯盆地長9致密儲層流體識別方法綜合考慮了儲層的巖性、物性、電性和含油性特征以及地層水系統(tǒng)特征，有效地克服了儲層地質(zhì)特征復(fù)雜、高自然伽馬砂巖局部發(fā)育及低阻油層、高阻水層和常規(guī)油水層共存等因素的影響，預(yù)測結(jié)果可以為延長組深層致密儲層的油氣勘探提供可靠的依據(jù)。

［1］ 王居峰，趙文智，郭彥如，等.鄂爾多斯盆地三疊系延長組石油資源現(xiàn)狀與勘探潛力分析［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2010，24(5):957-964.

［2］ 王香增，任來義，張麗霞，等.鄂爾多斯盆地吳起—定邊地區(qū)延長組下組合油源對比研究［J］.石油實驗地質(zhì)，2013，35(4):426-431.

［3］ 屈紅軍，楊縣超，曹金舟，等.鄂爾多斯盆地延長組深層油氣聚集規(guī)律［J］.石油學(xué)報，2011，32(2):243-248.

［4］ 楊華，竇偉坦，劉顯陽，等.鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7沉積相分析［J］.沉積學(xué)報，2010，28(2):254-263.

［5］ EDWORD D P.Relationship of porosity and permeability to various parameters derived from mercury injection-capillary pressure curves for sandstone［J］.AAPG Bulletin，1992，76(2):191-198.

［6］ 段毅，于文修，劉顯陽，等.鄂爾多斯盆地長9油層組石油運聚規(guī)律研究［J］.地質(zhì)學(xué)報，2009，83(6):855-860.

［7］ 周進(jìn)高，姚根順，鄧紅嬰，等.鄂爾多斯盆地延長組長9油層組勘探潛力分析［J］.石油勘探與開發(fā)，2008，35(3):289-293.

［8］ 時保宏，姚涇利，張艷，等.鄂爾多斯盆地延長組長9油層組成藏地質(zhì)條件［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2013，34(3):294-300.

［9］ 鄧少貴，范宜仁，李國欣，等.地層水礦化度對泥質(zhì)砂巖物理性質(zhì)的影響［J］.測井技術(shù)，2006，30(2):113-115.

［10］張小莉，王凱.王集油田相對低電阻率油層成因及識別［J］. 石油勘探與開發(fā)，2004，31(5):60-62.

［11］張龍海，周燦燦，劉國強(qiáng)，等.孔隙結(jié)構(gòu)對低孔低滲儲集層電性及測井解釋評價的影響［J］.石油勘探與開發(fā)，2006，33(6):671-676.

［12］肖冬生，喬東生.低阻油層識別新方法及其應(yīng)用［J］. 斷塊油氣田，2010，17(4):509-512.

［13］楊碧松.低礦化度地層水地層油氣水層識別研究［J］. 天然氣工業(yè)，2000，20(2):42-44.

［14］李長喜，歐陽健，周燦燦，等.淡水鉆井液侵入油層形成低電阻率環(huán)帶的綜合研究與應(yīng)用分析［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32(6):82-86.

［15］王賽英，趙冠軍，張萍，等.低阻油層形成機(jī)理及測井識別方法研究［J］.特種油氣藏，2010，17(4):10-14.

［16］張明祿，石玉江.復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)砂巖儲層巖電參數(shù)研究［J］. 石油物探，2005，44(1):21-28.

［17］鄭慶林，王鈺森，趙雨.低孔隙度條件下阿爾奇含水飽和度解釋模型改進(jìn)［J］.測井技術(shù)，2006，30(1):57-59.