基于變巖電Pickett圖版低孔隙度低滲透率儲層流體評價

白松濤, 萬金彬, 徐風, 郭煜鍇, 馬越蛟, 李慧瑩

(1.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心, 陜西 西安 710077; 2.冀東油田勘探開發(fā)研究院,河北 唐山 063004; 3.長慶油田分公司技術監(jiān)測中心, 陜西 西安 710018)

0 引 言

由于低孔隙度低滲透率儲層具有比常規(guī)砂巖儲層復雜的孔隙結(jié)構,這種復雜的孔隙結(jié)構表現(xiàn)為巖石在相同孔隙度條件下,滲流能力差異顯著[1]。對該類復雜孔隙結(jié)構儲層開展含油性評價,對儲量計算、開發(fā)方案編制及產(chǎn)能預測等都有重要指導意義。目前,常用的2種圖版均基于Archie公式以圖解形式評價地層含油性:①適用于含泥質(zhì)較少地層的Hingle交會圖[2](電阻率—孔隙度交會圖),這種方法不適用于含較多粘土的地層;②雙對數(shù)坐標中繪制電阻率—孔隙度的Pickett交會圖法[3],該方法帶有經(jīng)驗性,只適用于與儲集層鄰近的泥巖具有相同或相近地層水的地區(qū)。2種圖版均以相同巖性、水性且儲層含油性受物性和電性控制作為前提。

本文通過分析低孔隙度低滲透率儲層巖電實驗數(shù)據(jù)特征,結(jié)合儲層壓汞孔隙結(jié)構特性實驗,建立變巖電參數(shù)計算模型,在此基礎上對Pickett交會圖進行改進,建立儲層分類條件下的變巖電參數(shù)飽和度圖版,采用變巖電Pickett交會圖對研究工區(qū)進行流體判別,取得較好的應用效果。

1 低孔隙度低滲透率儲層巖電數(shù)據(jù)特征

阿爾奇公式在巖石電學研究及利用電測井資料進行油氣儲集層評價中具有重要實際意義[4]。阿爾奇建立其模型時是以海相純砂巖地層為基礎,未考慮泥質(zhì)、成巖作用、溫度、壓力、礦化度等影響,隨著研究的地質(zhì)對象的復雜,Archie公式越來越不適應實際情況,石玉江等[5]提出在泥質(zhì)低孔隙度低滲透率情況下,表征F—φ關系的m值明顯出現(xiàn)變化,程道解等[6]在低孔隙度低滲透率巖電響應的數(shù)值近似模擬中,結(jié)合壓汞資料,發(fā)現(xiàn)巖電實驗資料和孔隙結(jié)構具有較好的一致性,形成了F—φ關系圖版上的儲層孔隙結(jié)構分區(qū)評價認識。

通常,巖石的導電能力主要與巖石孔隙流體帶電離子的濃度有關,即與孔隙流體礦化度直接相關[7],在阿爾奇公式中通常認為n值接近于2,而在低孔隙度低滲透率儲層中,當b歸一化時,n值的范圍為1.1～2.65。李秋實[8]通過公式推導得出影響n值變化較大的原因在于受復雜的孔喉結(jié)構的影響,即在低孔隙度低滲透率儲層中,隨著儲層品質(zhì)由好到差發(fā)生變化,n值由低到高變化。

2 變巖電參數(shù)計算及Pickett圖版的改進

2.1 低孔隙度低滲透率儲層品質(zhì)與巖電參數(shù)關系

低孔隙度低滲透率儲層具有非均質(zhì)性強的特點,其孔隙結(jié)構是控制巖性油氣藏流體分布和有效滲流能力的重要因素,比宏觀物性更能反映儲層本質(zhì)特征,同時對儲層的電性特征、產(chǎn)液性質(zhì)和產(chǎn)能大小都有重要的影響。萬金彬等[9]利用巖心實驗及試油資料將儲層孔隙結(jié)構由好到差分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ這4種通用類型,并通過孔隙度和滲透率組合的儲層品質(zhì)因子(reservoir quality ingredient)RQI對儲層孔隙結(jié)構進行定量評價。

通過選取與文獻[9]相同地區(qū)具有代表性的27顆巖心進行配套物性、壓汞和巖電實驗,對比分析確定,低孔隙度低滲透率儲層中不同的孔隙結(jié)構控制不同地層因素及電阻增大率,且具有明顯的聚類特征(見圖1),表現(xiàn)為不同儲層品質(zhì)的F—φ關系:在Ⅰ類儲層中,由于儲層孔隙結(jié)構相對較好,孔隙結(jié)構不是其主控因素,因此F與φ符合阿爾奇規(guī)律;而在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類儲層中,由于存在孔隙結(jié)構較差/小孔隙儲層,隨著φ降低F變化率呈現(xiàn)下降趨勢,在孔隙度變化較寬的范圍內(nèi),雙對數(shù)坐標中的F與φ呈現(xiàn)明顯的非線性相關,出現(xiàn)非阿爾奇現(xiàn)象。圖2所示為不同儲層品質(zhì)的Sw—I關系圖,表明巖電實驗中,隨著含水飽和度的降低,巖石中的大孔隙喉道逐漸被幾乎不導電的物質(zhì)取代,導電流體主要存在于小的孔隙喉道中,此時巖石電阻率主要受孔隙曲折性的控制。巖石的非均質(zhì)性越強,孔隙結(jié)構越復雜,巖石電阻率越高,實際巖心實驗也驗證了Ⅰ類儲層偏于左下方,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類儲層依次偏于右上方。

圖1 不同儲層品質(zhì)的F—φ關系圖

圖2 不同儲層品質(zhì)的Sw—I關系圖

2.2 變巖電參數(shù)計算模型

根據(jù)巖電實驗數(shù)據(jù)可以得到孔隙度與地層因素的關系。F為低孔隙度滲透率砂巖的地層因素,它與有效孔隙度φ的關系一般為F=a/φm,但該形式只適用于φ>15%的純砂巖地層[10]。在實際測井解釋工作中發(fā)現(xiàn),低孔隙度低滲透率儲層段用基于巖電參數(shù)的阿爾奇方程計算的低孔隙度低滲透率儲層含油飽和度與實際飽和度偏離較大[11]。為此,基于低孔隙度低滲透率地層的導電機理假設,推導出了逐點計算m值的方法,并結(jié)合低孔隙度低滲透率砂巖巖電參數(shù)實驗結(jié)果,給出了低孔隙度低透透率砂巖含油飽和度測井計算變m值模型。由于儲層品質(zhì)因子能夠反映儲層的孔隙結(jié)構特征,因此,采用了膠結(jié)指數(shù)m與儲層品質(zhì)因子RQI的對數(shù)關系

F=1/e(C1×ln RQI+C2)×ln φ

(1)

式中,F是地層因素,無量綱;RQI為儲層品質(zhì)因子,無量綱;C1、C2為系數(shù)。

進一步結(jié)合Archie公式,利用最小二乘法,即可以求得基于RQI的變m值公式

m=C1×lnRQI+C2

(2)

式中,m為膠結(jié)指數(shù),無量綱。

同理,可以得到基于RQI的變n值公式:

n=B1×lnRQI+B2

(3)

式中,n為飽和度指數(shù),無量綱;B1、B2為系數(shù)。

對于JD油田××井區(qū)儲層飽和度參數(shù)計算,采用分段式變m多元回歸法,計算模型精度高。圖3所示,膠結(jié)指數(shù)m隨著儲層品質(zhì)因子RQI增大而增大,受巖石后期膠結(jié)及其他成巖作用程度不同,Ⅰ類儲層孔隙結(jié)構與Ⅱ、Ⅲ類、Ⅳ類儲層孔隙結(jié)構差別較大,因此,該地區(qū)的m與RQI呈分類正相關關系。對于低孔隙度低滲透率儲層,不同的孔隙結(jié)構儲層具有不同的I—Sw變化關系[11],對于研究工區(qū)的飽和度指數(shù)n與RQI相關性,由圖4可知,b=1時,所得飽和度指數(shù)基本上隨著儲層品質(zhì)因子增大而減小,孔隙結(jié)構越好,n值越小;孔隙結(jié)構越差,n值越大。由圖4可知,Ⅰ類儲層的n值基本小于2,分布區(qū)間約為0.9～1.8,Ⅱ類儲層n值基本在2附近,其分布區(qū)間約為1.5～2.5,Ⅲ類儲層n值分布區(qū)間約為2～3,Ⅳ類儲層n值分布區(qū)間為>3。

圖3 膠結(jié)指數(shù)m與儲層品質(zhì)因子RQI關系圖

圖4 飽和度指數(shù)n與儲層品質(zhì)因子RQI關系圖

2.3 基于變巖電參數(shù)的Pickett交會圖

圖5 定m、n值計算飽和度圖版(Pickett圖版)

圖6 Ⅰ類儲層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

圖7 Ⅱ類儲層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

圖8 Ⅲ類儲層品質(zhì)的變m、n值飽和度圖版

在地層水電阻率不變、儲層巖性均一條件下,采用定m、n值繪制孔隙度—電阻率雙對數(shù)坐標交會圖版,即常規(guī)Pickett交會圖進行儲層流體判別(見圖5)。當實際地層受孔隙結(jié)構影響時,膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n隨著儲層品質(zhì)因子RQI的增大而呈不同的趨勢,因此,以儲層孔隙結(jié)構評價為基礎,采用分儲層品質(zhì)變m、n值方法計算飽和度,研究與測井曲線參數(shù)相互關系,建立儲層品質(zhì)因子控制流體判別技術,形成不同的儲層品質(zhì)控制的含油性評價圖版。如圖6至圖8分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層的變巖電參數(shù)的Pickett交會圖,與定m、n圖版對比有較大的差別,尤其是在低孔隙度低滲透率區(qū)域飽和度線呈現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象,說明儲層電性對含油性的響應特征更敏感,并且隨著儲層品質(zhì)變差飽和度線逐漸上移,在低孔隙度區(qū)域儲層品質(zhì)變差飽和度線逐漸趨于平行,而在高孔隙度區(qū)域相同飽和度條件下儲層品質(zhì)越差,儲層電性越高,且逐漸與定m、n計算飽和度線重疊。

2.4 變巖電Pickett圖版的流體性質(zhì)判別

通過定m、n與Ⅰ類變巖電Pickett圖版(見圖9)重疊可知,當儲層含水飽和度達到85%時,在高孔隙度部分,圖版上2條線基本重疊,說明電性響應特征基本相同,而在低孔隙度部分,變巖電飽和度線明顯向下彎曲,等同于相同電性條件下,定m、n值計算含水飽和度偏大,同理可以得到在含水飽和度在65%時具有類似的現(xiàn)象;而當儲層含水飽和度分別為45%、25%、5%時,2種飽和度線存在交叉點,處于交叉點左方,即孔隙度較大時,相同電性及物性條件下,定m、n計算的含油飽和度偏小,而處于交叉點右方,即孔隙度較小時,相同電性及物性條件下,定m、n計算的含油飽和度偏大。

圖9 定m、n與Ⅰ類儲層變m、n飽和度線對比圖

進一步對比不同儲層品質(zhì)條件下的變巖電Pickett圖版(見圖10)可知,Ⅰ類儲層孔隙度由大變小時,飽和度線逐漸發(fā)散,而Ⅲ類圖版飽和度線彎曲度減小趨于直線;2種飽和度線均在不同飽和度時均有交叉現(xiàn)象,2種圖版在含油飽和度35%線基本重合,符合相同飽和度條件下,儲層品質(zhì)越差,其電性越高的認識,在飽和度線分別為55%、75%、95%時具有類似特征。而當儲層含油飽和度在15%時,交叉點左方儲層Ⅰ類儲層飽和度線位于Ⅲ類儲層上方,這種現(xiàn)象顯然不符合常規(guī)的孔隙結(jié)構越好,儲層導電性越低的特性,通過與實際生產(chǎn)結(jié)合發(fā)現(xiàn),在東部渤海灣多個油田中深層勘探開發(fā)過程中,存在許多高電阻率水層,這類低對比儲層現(xiàn)象排除了礦化度差異,目前較難解釋[11],通過不同儲層品質(zhì)的變巖電參數(shù)圖版數(shù)值模擬,分析其原因是流體導電性受孔隙結(jié)構控制后,水層孔隙結(jié)構差,迂曲度大,進而表現(xiàn)出水層電阻率比孔隙結(jié)構較好的油層電阻率高的電性特征。

圖10 Ⅰ類與Ⅲ類儲層變m、n飽和度線對比圖

3 低孔隙度低滲透率儲層流體性質(zhì)評價應用

依據(jù)上述理論,建立研究區(qū)的不同類型儲層變巖電Pickett圖版流體性質(zhì)評價標準(見表1)。

表1 不同類型儲層變巖電Pickett圖版流體判別標準

為進一步驗證上述變巖電模型及新Pickett圖版的正確性和實用性,以JD油田××井區(qū)G××井處理成果為例(見圖11)。第1、3、4道為常規(guī)9條測井曲線,第5、6道為基于儲層分類計算孔隙度、滲透率值,第7道為定m、n值計算飽和度和變m、n值計算飽和度,可知在低孔隙度滲透率儲層中變m、n值計算的含水飽和度小于定m、n值計算結(jié)果,第8道為儲層分類結(jié)果曲線。主要目的層分別為146、147、148、150號層;結(jié)論分別為油層、差油層、油層、干層、差油層。分析:146、148號儲層孔隙結(jié)構較好,屬于Ⅱ類儲層,在Ⅱ類儲層變巖電Pickett圖版中(見圖12),屬于油層范圍;147號儲層泥質(zhì)較多,電性較高,物性較好屬于Ⅲ類儲層;150號儲層物性、滲透性差,儲層較薄,屬于Ⅲ類儲層,在Ⅲ類儲層變巖電Pickett圖版中(見圖13),屬于油層范圍。實際資料處理說明該方法在低孔低滲儲層的飽和度計算中能夠得出更符合實際情況的結(jié)論。

圖11 JD油田××井區(qū)××井儲層變巖電飽和度處理成果圖

圖12 ××井區(qū)××段Ⅱ類儲層變巖電Pickett圖版

圖13 ××井區(qū)××段Ⅲ類儲層變巖電Pickett圖版

4 結(jié)論與認識

(1) 以儲層參數(shù)分類計算為基本指導思想,通過建立儲層品質(zhì)因子與m、n相關的變巖電參數(shù)計算模型,實現(xiàn)了巖電參數(shù)的高精度建模,所得變巖電參數(shù)更符合低孔隙度低滲透率儲層復雜孔隙結(jié)構的導電特性。

(2) 以變巖電參數(shù)模型為基礎,改進常規(guī)Pickett圖版,形成不同儲層品質(zhì)控制的變巖電Pickett流體性質(zhì)評價圖版,結(jié)合數(shù)值模擬,得出低孔低滲儲層受復雜孔隙結(jié)構主控因素影響的飽和度差異特點,解釋了受孔隙結(jié)構控制出現(xiàn)的高電阻率水層現(xiàn)象,具有一定的指導和推廣應用意義。目前,該飽和度流體性質(zhì)評價圖版在其他復雜油氣藏識別有效儲層與干層、油層與水層等判別難題中還有待進一步驗證。

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