溫米油田水淹層高電阻率成因分析

劉海濤, 張予生, 陽立, 沙力·吐爾孫, 喬永新, 羅小蓉

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司吐哈事業(yè)部, 新疆 哈密 839009;2.西南石油大學(xué)地球與科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610500)

0 引 言

圖1 溫檢3-1井油井曲線圖

導(dǎo)致水淹層高電阻率的原因分2種:一種是沉積與成巖作用使地層電阻率保持較高;另一種是注淡水開發(fā)加劇了地層電阻率的增高。沉積與成巖作用導(dǎo)致原始地層電阻率較高的因素因油田地質(zhì)特征而異。周榮安等[1]認(rèn)為鄂爾多斯盆地高電阻率水層成因主要是由于儲層巖石顆粒分選差,含有大量的粉末狀物質(zhì),正是這些物質(zhì),堵塞了儲層孔隙喉道,連通的孔隙變?yōu)楣铝⒌目紫?使儲層電阻率增加。李曉輝等[2]則把高電阻率水層的成因歸結(jié)為巖性變化、殘余油的存在及局部地區(qū)地層水礦化度的變化,隨儲層巖石顆粒變粗,巖石的電阻率響應(yīng)值變大。馮春珍等[3]在長8儲層中高電阻率出水原因分析中總結(jié)出剩余的重質(zhì)組份吸附在粒間孔發(fā)育的孔隙表面,造成剩余油飽和度高,加之地層水礦化度低,因此顯示高電阻率。注水開發(fā)過程導(dǎo)致地層水淹后電阻率升高的原因可以用水驅(qū)油實驗解釋。在注淡水油層水淹后,地層電阻率呈“U”型變化,先是隨含水飽和度增加而降低,水淹程度很高時又隨地層水礦化度降低而增大[4-5]。這些因素導(dǎo)致油田開發(fā)后期油層和高電阻率水淹層共存,給測井解釋與油田開發(fā)帶來了極大的困難。

本文從沉積與成巖作用對電阻率的影響、注水開發(fā)對電阻率的影響分析得出,影響溫米油田水淹層高電阻率的因素為黏土含量及類型、注入水礦化度。

1 區(qū)域概況

溫米主力層組儲層巖性以長石巖屑砂巖為主,孔隙度13%～20%,滲透率(10～100)×10-3μm2,屬于中-低孔隙度、中-低滲透率儲層。原生地層水以CaCl2水型為主,總礦化度20 000～70 000 mg/L;局部有淡水侵入,水性以NaHCO3水型為主,總礦化度5 000～8 000 mg/L。原始油藏存在2套油水系統(tǒng),其油層電阻率一般為12 Ω·m以上,水層電阻率一般在12 Ω·m以下。區(qū)塊注水開發(fā)方式有2種:①淡水注入,礦化度在700 mg/L左右;②污水回注,注入水礦化度在25 000 mg/L左右。油田注水開發(fā)近20年,綜合含水達(dá)80%左右,已進(jìn)入高含水階段,并且出現(xiàn)了較多高電阻率水淹層的現(xiàn)象,電阻率與油層相當(dāng),達(dá)到了20 Ω·m左右。

溫檢3-1井為溫西三區(qū)塊1口典型的高電阻率水淹井。該井測井曲線圖見圖1,6～9號層深側(cè)向電阻率值均顯示為高值,都在20 Ω·m左右,達(dá)到了區(qū)塊油層電阻率標(biāo)準(zhǔn)。對6、8、9號層射孔試采,9號層(2009年1月開采)累計產(chǎn)水1 339 t,累計產(chǎn)油31 t;8號層(2009年2月開采)累計產(chǎn)水40 t,累計產(chǎn)油2 t;6號層(2010年10月開采)日產(chǎn)液8 t,含水100%。試采結(jié)果表明,該井為明顯的高電阻率水淹層。結(jié)合該井取心分析化驗資料及相鄰注采井資料,分析了導(dǎo)致該井高電阻率水淹層的沉積與成巖作用與注水開發(fā)2方面的主要因素。

2 沉積與成巖作用對電阻率的影響

2.1 物性

物性對地層電阻率的影響可以用飽和度公式解釋。電阻率一般隨著地層孔隙度的增加、含水飽和度的增大而增大,反之則減小[6-7];滲透率是孔喉大小和孔隙連通性好壞的體現(xiàn),隨著孔喉變大,連通性變好,滲透率的增加,電阻率減小,反之則增大[8]。圖2為溫檢3-1井歸位后的物性與電性關(guān)系圖。從取心分析孔隙度、滲透率以及含水飽和度與電阻率的關(guān)系來看,電阻率與滲透率的對數(shù)有很好的線性關(guān)系,主要表現(xiàn)為正韻律層(8、9號層)的上部滲透率較低,所測量的地層電阻率值也較小,隨著中下部滲透率的增加,所測量的地層電阻率也相應(yīng)的增大,在正韻律層下部達(dá)到最大值[見圖2(a)]。復(fù)合韻律層(6號層)為2個正韻律層沉積,在單個正韻律層內(nèi)表現(xiàn)則與8、9號層有相同的特征[見圖2(c)]。孔隙度和飽和度與地層電阻率的相關(guān)性不好[見圖2(d)、(e)],孔滲關(guān)系較差[見圖2(b)]。這說明物性不是導(dǎo)致水淹層高電阻率的主要因素。

圖2 溫檢3-1井物性與電性關(guān)系圖

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)

含水飽和度一定、地層水電阻率及其他因素相同,孔隙喉道連通性越好電阻率則越低;相反,孔隙結(jié)構(gòu)越差(孔隙喉道連通性不好)電阻率則越高[9-10]。

圖3 溫檢3-1井8號層毛管曲線與孔喉特征

圖3為溫檢3-1井8號層壓汞曲線圖?？紫督Y(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為,從層上部到下部,排驅(qū)壓力和飽和度中值壓力逐漸減小,孔隙度、平均孔喉半徑、最大孔喉半徑等逐漸增大。該層電阻率與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系與理論相反,層段上部排驅(qū)壓力和飽和度中值壓力較大,壓汞曲線陡峭,地層孔隙結(jié)構(gòu)差,所測量的電阻率值小;層段下部排驅(qū)壓力和飽和度中值壓力較小,壓汞曲線有明顯的平臺,地層孔隙結(jié)構(gòu)變好,所測量的電阻率值大。層段內(nèi)部毛細(xì)管壓力曲線分析的束縛水飽和度無明顯變化。研究認(rèn)為,孔隙結(jié)構(gòu)也不是導(dǎo)致水淹層高電阻率的主要因素。

2.3 黏土含量

在低地層水礦化度背景下,黏土礦物的附加導(dǎo)電性是影響地層電阻率一個重要因素。一方面,黏土顆粒表面的負(fù)電荷可直接吸附極性分子中的陽離子,被吸附的陽離子通過黏土水化作用與極性水分子結(jié)合,形成結(jié)合水,在黏土顆粒表面形成一層薄水膜,導(dǎo)致束縛水含量增大;另一方面,通過黏土礦物的陽離子交換使黏土礦物產(chǎn)生附加導(dǎo)電性。黏土礦物中蒙脫石和無序伊-蒙混層黏土的陽離子交換能力最強(qiáng),綠泥石、伊利石次之。地層水礦化度越低,黏土附加導(dǎo)電作用越明顯[11]。

沉積巖粒度反映了原始沉積水動力環(huán)境,沉積顆粒與填隙物含量也有很好的關(guān)系。溫西三區(qū)塊沉積水動力較強(qiáng)的環(huán)境下巖石顆粒較粗,填隙物中黏土含量較少;沉積水動力較弱的環(huán)境下巖石顆粒較細(xì),填隙物中黏土含量較多。對溫檢3-1井8、9號層內(nèi)黏土礦物含量分布研究中發(fā)現(xiàn),層內(nèi)電阻率隨著粒徑的增大和黏土含量的減少而增大,反之則減小(見表1);在8號層上部,巖石顆粒較細(xì),黏土礦物含量較高,其電阻率值最低;隨著深度增加,層內(nèi)巖石顆粒由細(xì)變粗,黏土礦物含量由高變低,其電阻率值則由低升高,在底部達(dá)到最高值,且9號層與8號層有相似的特征。研究認(rèn)為,黏土礦物與巖石粒度是導(dǎo)致水淹層高電阻率的一個因素,在巖石顆粒較大,黏土礦物含量較低的地層,水淹后地層電阻率較高。

表1 高電阻率水淹層內(nèi)黏土含量及粒徑對比表

2.4 高電阻率水淹層與沉積相關(guān)系

溫米油田三間房組屬河流三角洲沉積相。從溫檢3-1井分析的巖石巖性特征、巖石結(jié)構(gòu)特征以及測井曲線特征等可以看出,6、8、9號層為水下河道沉積微相,水動力條件強(qiáng),沉積顆粒下部較粗,泥質(zhì)與黏土含量很少,導(dǎo)致地層電阻率較高,中上部顆粒有所變細(xì),泥質(zhì)與黏土含量增加,地層電阻率也有所降低。

3 注水開發(fā)過程對電阻率的影響

注水開發(fā)過程對電阻率的影響主要通過改變地層水礦化度、孔隙結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)與黏土含量及類型等影響水淹層的電阻率特征[12-13]。水驅(qū)油實驗表明,淡水水淹儲層Rt為一非對稱的“U”型曲線,開始注入時水驅(qū)油效果明顯,地層由于含水飽和度的增加,導(dǎo)致Rt下降;隨著注入量的增加,當(dāng)含水飽和度達(dá)到一定程度時,水驅(qū)油效果變差,地層水礦化度則隨著注水量的增加而變小,造成Rt升高。遭淡水水淹時,自然電位曲線常常有基線偏移,水淹部位常發(fā)生幅度變化,甚至出現(xiàn)正異常。淡水泥漿環(huán)境水淹層段的地層水礦化度與自然電位幅度有較好的相關(guān)性,幅度越大,地層水礦化度越高;幅度越小,地層水礦化度越低。所以可通過自然電位曲線的基線偏移與幅度變化反映地層是否被淡水水淹。

圖4為溫檢3-1井相鄰注采井分布圖。圖4溫檢3-1井周圍有3口注水井,其中以溫西3-69井相隔最近,表明溫檢3-1井受溫西3-69井注水影響最大;溫西3-69井為1993年鉆的一口注水井,注水層位為S21-S41層,注入水類型為淡水。

圖4 溫檢3-1井相鄰注采井分布圖

圖5 溫西3-69井與溫檢3-1井測井曲線對比圖

圖5為溫西3-69井與溫檢3-1井地層對比圖。該井三間房組下油組儲層段自然電位基線修偏移非常明顯,從S23-2到S42層段相比上油層層段,自然電位基線偏移了大約10 mV。自然電位幅度降低也有明顯的顯示,下油組自然電位幅度相比上油組小了8 mV左右。在9號水淹層段自然電位幅度更是減小了15 mV左右,而相鄰老井溫西3-69井自然電位曲線并無任何基線偏移與幅度變化的現(xiàn)象。從該井自然電位曲線的特征看,其明顯受到了溫西3-69井淡水注入的影響,導(dǎo)致該井2 290 m以下儲層水淹后,其電阻率值與原始油層相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。

溫西3-5693井是與溫西3-69井相鄰的另一口開發(fā)井,該井也是一口高電阻率水淹井,其3、4號層電阻率值在20 Ω·m以上,達(dá)到了區(qū)塊油層電阻率標(biāo)準(zhǔn)。對4號層射孔試采,日產(chǎn)液33.1 t,含水100%,也是明顯的高電阻率水淹層。

圖6為溫西3-5693井的測井曲線與鄰井對比圖。該井3、4、5號層均有自然電位基線偏移與幅度變小的現(xiàn)象,以3、4號層最為明顯,其基線偏移量達(dá)到了15 mV左右,相鄰老井溫西3-69井和溫西3-79井自然電位曲線也沒有基線偏移與幅度變化的現(xiàn)象。從該井自然電位曲線的特征看,其明顯受到了溫西3-69井淡水注入的影響,導(dǎo)致該井3、 4號層水淹后其電阻率值與原始油層相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。

圖6 溫西3-5693井與相鄰老井地層測井曲線對比圖

4 結(jié) 論

(1) 影響溫米油田水淹層高電阻率的因素主要有2個:黏土含量及類型和注入水礦化度。

(2) 正韻律層中下部巖石顆粒較粗,黏土含量極小,黏土中導(dǎo)電性強(qiáng)的礦物成分相對含量低,導(dǎo)致

地層結(jié)構(gòu)的弱導(dǎo)電性,是形成水淹層高電阻率的沉積環(huán)境原因。

(3) 受到淡水水淹時其地層水礦化度變小,其導(dǎo)電性減弱,導(dǎo)致電阻率增大,是形成水淹層后期注水開發(fā)高電阻率的原因。

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