Archie公式潤濕性修正及在高阻高含水儲(chǔ)層測井解釋中的應(yīng)用＊

劉彥成 羅憲波 蔣曙鴻 康 凱 何新榮 冉兆航 李云婷

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452； 2.中海油研究總院 北京 100028）

渤海X油田位于渤中凹陷北部石臼坨凸起的西南端，生產(chǎn)層位為新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組，砂巖厚度達(dá)500 m。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)電阻率較高的儲(chǔ)層段射孔生產(chǎn)后含水率較高，含水上升速度較快。研究表明，儲(chǔ)層巖石特征是影響電阻率高低的決定性因素［1-2］；儲(chǔ)層巖石潤濕性控制著流體在孔隙喉道中的分布，進(jìn)而影響著儲(chǔ)層巖石的導(dǎo)電特性［2-4］。筆者通過巖心分析資料系統(tǒng)地分析了渤海X油田高電阻率高含水儲(chǔ)層特征，具體包括孔隙度、滲透率、巖石礦物成分、孔喉尺寸、孔喉分布、儲(chǔ)層巖石的潤濕性等。在此基礎(chǔ)上，研究了潤濕性對(duì)測井解釋成果的影響，基于經(jīng)典的Archie理論模型和油田礦場實(shí)踐提出了一種測井解釋的新方法，并成功應(yīng)用于X油田上返補(bǔ)孔調(diào)整和Y油田儲(chǔ)量復(fù)算中。

1 渤海X油田高阻高含水儲(chǔ)層特征分析

1.1 儲(chǔ)層巖石特征

通過測量孔隙度、滲透率及分析巖石樣品的礦物成分，發(fā)現(xiàn)渤海X油田明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖石礦物成熟度低（表1、圖1），膠結(jié)物粘土礦物的含量控制著儲(chǔ)層的質(zhì)量，孔隙度在18%～35%，算術(shù)平均值為30%；水平氣測滲透率在120～4 500 mD，幾何平均值為1 850 mD。

圖2為X油田A井儲(chǔ)層巖石鑄體薄片示意圖，可以看出：該井儲(chǔ)層巖石分選性總體上較好，孔隙發(fā)育及連通性好，孔徑一般為0.15～0.30 mm；局部發(fā)育粘土礦物，呈團(tuán)塊狀、蜂窩狀或填隙狀；巖石顆粒為次棱—次圓狀，個(gè)別為棱角狀，彼此為點(diǎn)接觸或呈游離狀，疏散分布，個(gè)別石英見有次生加大現(xiàn)象。

表1 渤海X油田A井明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖石礦物成分Table 1 Reservoir rock mineral composition of Minghuazhen Formation of well A in X oilfield，Bohai sea

圖1 渤海X油田A井明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖石礦物成分三角圖Fig.1 Triangle diagram of reservoir rock mineral composition of Minghuazhen Formation of well A in X oilfield，Bohai sea

圖2 渤海X油田A井儲(chǔ)層巖石鑄體薄片示意圖（深度1 100 m）Fig.2 Thin section image of well A in X oilfield，Bohai sea（depth on 1 100 m）

圖3為X油田A井儲(chǔ)層巖石電鏡掃描示意圖，可以看出：巖樣全貌膠結(jié)疏松，孔隙連通性好，粒間孔隙發(fā)育，巖樣顆粒表面局部存在溶蝕；粘土礦物主要發(fā)育高嶺石，呈鱗片狀及蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，以分散質(zhì)點(diǎn)式包裹于顆粒表面并充填于粒間孔隙處。

1.2 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

大量研究表明，儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與驅(qū)油效率關(guān)系密切［5-10］。為了定量研究儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層孔喉網(wǎng)絡(luò)對(duì)電測曲線的影響，采用定壓力注入汞的方法獲得了X油田明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖石毛管壓力曲線（圖4）以及進(jìn)汞飽和度柱狀圖及滲透率貢獻(xiàn)值累積曲線（圖5）。從圖4可以看出，該油田明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層的驅(qū)油效率受儲(chǔ)層的潤濕性影響較大，油潤濕儲(chǔ)層的驅(qū)油效率偏低，水潤濕儲(chǔ)層的驅(qū)油效率較高。從圖5可以看出，該油田明化鎮(zhèn)組儲(chǔ)層巖石孔喉尺寸分布范圍在0.025～40.000 μm，表現(xiàn)出高滲特征。

圖3 渤海X油田A井儲(chǔ)層巖石電鏡掃描示意圖（深度1 100 m）Fig.3 The scanning electron microscope image of well A in X oilfield，Bohai sea（depth on 1 100 m）

圖4 渤海X油田A井壓汞法毛管壓力曲線Fig.4 Mercury injection capillary pressure curve of well A in X oilfield，Bohai sea

圖5 渤海X油田A井進(jìn)汞飽和度柱狀圖及滲透率貢獻(xiàn)值累積曲線Fig.5 Mercury saturation histogram and accumulated permeability contribution curve of well A in X oilfield，Bohai sea

1.3 儲(chǔ)層巖石潤濕性特征

通過Amott方法獲取渤海X油田儲(chǔ)層巖石的潤濕性，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，該油田高電阻率儲(chǔ)層在Amott方法測試的潤濕性上表現(xiàn)為油潤濕，而低電阻率儲(chǔ)層表現(xiàn)為強(qiáng)水潤濕，這表明潤濕性控制著多孔介質(zhì)內(nèi)的流體分布。在油潤濕的儲(chǔ)層中，巖石顆粒被油膜包裹，水以分散狀聚集于大孔隙中，阻礙了導(dǎo)電離子間的自由擴(kuò)散，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受阻，儲(chǔ)層巖石電阻率測試結(jié)果偏高。當(dāng)這部分油潤濕的儲(chǔ)層射孔投產(chǎn)后，大孔隙中的流體滲流阻力小，優(yōu)先參與流動(dòng)，導(dǎo)致該類儲(chǔ)層投產(chǎn)初期含水率較高。相反，在強(qiáng)水潤濕儲(chǔ)層中，當(dāng)油聚集在儲(chǔ)層巖石之后，水相充填于小的孔隙喉道中形成連續(xù)的水膜附著于孔喉網(wǎng)絡(luò)中，礦物離子可以在水相中自由擴(kuò)散，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，相同含油飽和度下儲(chǔ)層巖石測試電阻率結(jié)果偏低，挖潛潛力容易被忽略。

表2 渤海X油田Amott潤濕指數(shù)測試結(jié)果表Table 2 Test results of Amott wettability index in X oilfield，Bohai sea

2 Archie公式修正

2.1 Archie公式存在的問題

利用Archie公式［11-12］可以預(yù)測儲(chǔ)層巖石的含水飽和度，進(jìn)而計(jì)算儲(chǔ)層巖石的含油飽和度，具體公式為

式（1）中：RT為巖石樣品在不同含油飽和度下的電阻率，Ω·m；RO為100%含水時(shí)巖石樣品電阻率，Ω·m；Sw為儲(chǔ)層巖石的含水飽和度，f；n為儲(chǔ)層巖石的飽和度指數(shù)，f。

然而，Archie公式?jīng)]有考慮儲(chǔ)層巖石的潤濕性對(duì)飽和度指數(shù)n的影響。礦場實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于水潤濕和油潤濕的儲(chǔ)層，應(yīng)用同一飽和度指數(shù)n值時(shí)會(huì)引起油水層的誤判，無法準(zhǔn)確地解釋儲(chǔ)層的含油性，具體表現(xiàn)為在水潤濕儲(chǔ)層中解釋的含油飽和度偏低，而在油潤濕儲(chǔ)層中解釋的含油飽和度偏高。圖6為渤海X油田不同濕潤性下儲(chǔ)層巖石電阻率與含水飽和度關(guān)系圖，可以看出相同含水飽和度下水潤濕儲(chǔ)層巖石的電阻率偏低，而油潤濕儲(chǔ)層巖石的電阻率偏高，這給該油田測井下限值的確定帶來一定的難度。因此，有必要對(duì)Archie公式進(jìn)行修正，考慮儲(chǔ)層巖石潤濕性對(duì)測井解釋結(jié)果的影響。

圖6 渤海X油田不同潤濕性下電阻率與含水飽和度關(guān)系Fig.6 Diagram of resistivity vs.water saturation under different wettability in X oilfield，Bohai sea

2.2 Archie公式潤濕性修正

基于渤海X油田16塊巖心室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，建立了該油田儲(chǔ)層巖石潤濕指數(shù)Iw與飽和度指數(shù)n的關(guān)系曲線（圖7）。從圖7可以看出，該油田儲(chǔ)層巖石潤濕指數(shù)Iw與飽和度指數(shù)n在半自然對(duì)數(shù)坐標(biāo)中滿足很好的線性關(guān)系，即

利用公式（2）可以準(zhǔn)確預(yù)測Archie公式中的飽和度指數(shù)n值：水潤濕時(shí)，潤濕指數(shù)Iw值變化范圍從0.1到1，飽和度指數(shù)n值變化范圍從2.71到0.85，變化幅度相對(duì)較大，對(duì)測井解釋結(jié)果有一定的影響；中性潤濕時(shí)，潤濕指數(shù)Iw值變化范圍從-0.1到0.1，飽和度指數(shù)n值變化范圍從3.51到2.71，變化幅度最小，對(duì)測井解釋結(jié)果影響較小；油潤濕時(shí)，潤濕指數(shù)Iw值變化范圍從-0.1到-1，飽和度指數(shù)n值變化范圍從3.51到11.23，變化幅度最大，對(duì)測井解釋結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

圖7 渤海X油田儲(chǔ)層巖石飽和度指數(shù)與潤濕指數(shù)關(guān)系Fig.7 Diagram of saturation index vs.wettability index in X oilfield，Bohai sea

基于圖7中巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，將Archie公式修正為

3 實(shí)例應(yīng)用

渤海X油田X-1井于2005年10月投產(chǎn)，鉆遇明化鎮(zhèn)組砂巖儲(chǔ)層，分析認(rèn)為該層段與取心層段館陶組的電測“四性”接近，該層段的含油性解釋可以借用館陶組巖心獲得的飽和度指數(shù)值（n=1.8），代入Archie公式計(jì)算儲(chǔ)層的含油飽和度，初期解釋射孔層位的含水飽和度在15%～30%。利用退汞效率計(jì)算的束縛水飽和度在10%～20%，表明該井射孔段的自由水飽和度在5%～10%。然而，射孔后該井含水快速上升到70%，平均產(chǎn)油量不到10 m3／d，生產(chǎn)效果較差，表明Archie公式中飽和度指數(shù)n的取值沒有真實(shí)地反映地層電阻率與含水飽和度的關(guān)系。

后期調(diào)整中，通過分析周邊井相同層位（明化鎮(zhèn)組）的礦場取心資料，利用Amott方法分析巖心的潤濕性為偏油潤濕，將潤濕指數(shù)Iw代入式（3）中求取修正后的飽和度指數(shù)n值，結(jié)果表明明化鎮(zhèn)組射孔段n=4.5，并且發(fā)現(xiàn)測井解釋電阻率低于15Ω·m時(shí)計(jì)算含水飽和度為55%，遠(yuǎn)高于n=1.8時(shí)獲取的含水飽和度，因此重新解釋為含水油層，與初期含水上升速度快、生產(chǎn)效果不理想較為吻合。后期下返館陶組（n=1.8），射孔層位計(jì)算的含水飽和度在25%～28%，與補(bǔ)孔后生產(chǎn)初期含水只有10%的油藏動(dòng)態(tài)較為吻合（圖8）。

此外，利用該方法對(duì)渤海Y油田老井復(fù)查，對(duì)A16W水源井的低阻油層補(bǔ)孔后實(shí)現(xiàn)日增油100 m3（圖9），含水率不到20%。后期結(jié)合巖心分析和實(shí)際補(bǔ)孔動(dòng)態(tài)資料，在該油田采用“定性與定量相結(jié)合”的研究思路來獲取儲(chǔ)層巖石的潤濕指數(shù)，即對(duì)已經(jīng)取心測試的層位利用測試獲取的潤濕指數(shù)，對(duì)沒有取心測試的層位利用類比原則確定儲(chǔ)層巖石的潤濕指數(shù)，最終將各個(gè)層位的潤濕指數(shù)代入式（3）中，重新復(fù)查老井測井解釋結(jié)果，取得了較好的實(shí)踐效果。復(fù)算結(jié)果表明，Y油田具有低阻潛力，新增低阻石油地質(zhì)儲(chǔ)量近410萬m3，測井下限也從6Ω·m下降到4Ω·m。

圖9 渤海Y油田Y-A16W井補(bǔ)孔后生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線Fig.9 Dynamic production curve after reperforation of well Y-A16W in Y oilfield，Bohai sea

綜上所述，本文提出的新的測井解釋方法適用于油田后續(xù)調(diào)整和儲(chǔ)量復(fù)算，對(duì)渤海相似油田的開發(fā)具有一定的參考意義。

4 結(jié)論與建議

1）通過建立潤濕指數(shù)Iw與飽和度指數(shù)n的關(guān)系修正了經(jīng)典的Archie公式，修正后的Archie公式能夠準(zhǔn)確預(yù)測儲(chǔ)層的含油性。該方法已應(yīng)用于X油田上返補(bǔ)孔和油田儲(chǔ)量復(fù)算中，取得了較好的實(shí)踐效果，表明該方法適用于油田后續(xù)調(diào)整中測井資料再評(píng)價(jià)與解釋。

2）本文新方法中所用到的潤濕指數(shù)來源于礦場取心資料，測試成本較高，在實(shí)際推廣應(yīng)用中存在一定的不足。為此，建議采用“定性與定量相結(jié)合”的研究思路來確定解釋層位的潤濕指數(shù)，結(jié)合物源、成藏規(guī)律、錄井、巖心、相滲曲線以及儲(chǔ)層巖性來綜合類比目的層位與已測試層位的潤濕指數(shù)。

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