基于流動單元的原始地層電阻率反演及其應(yīng)用

李躍林，段迎利，王利娟，郭海敏，何勝林

(1.中海石油(中國)有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057；2.中國石油集團(tuán) 測井有限公司,陜西 西安 710077；3.長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室,湖北 武漢 430100)

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基于流動單元的原始地層電阻率反演及其應(yīng)用

李躍林1，段迎利2，王利娟1，郭海敏3，何勝林1

(1.中海石油(中國)有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057；2.中國石油集團(tuán) 測井有限公司,陜西 西安 710077；3.長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室,湖北 武漢 430100)

通過聚類分析對研究區(qū)儲層流動單元進(jìn)行了分類，劃分出4類流動單元；依據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)的油層深側(cè)向電阻率與儲層有效孔隙度之間的正相關(guān)關(guān)系，建立了研究區(qū)每類流動單元原始地層電阻率反演模型，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前地層電阻率的下降值ΔR實現(xiàn)不同流動單元水淹層的定量評價。應(yīng)用結(jié)果表明，利用本文方法得到的小層水淹程度與實際動態(tài)資料基本相符。本文方法適用于深度相差不大、泥質(zhì)含量較低的同一地質(zhì)小層水淹程度評價。

原始地層電阻率；流動單元；電阻率下降法；水淹層；定量評價

李躍林,段迎利,王利娟,等.基于流動單元的原始地層電阻率反演及其應(yīng)用[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，31(4):32-37.

LI Yaolin,DUAN Yingli,WANG Lijuan,et al.Inversion of original formation resistivity based on flow unit and its application[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(4):32-37.

引　言

水淹層的定性識別與定量評價對于剩余油的開采至關(guān)重要。原始地層電阻率的反演是水淹層評價的一項重要手段，許多學(xué)者對此展開了研究。譚鋒奇等[1]研究了黏土含量的變化、束縛水電阻率以及含水體積增加量3個變量的反演模型，提出基于數(shù)值模擬的水淹儲層原始電阻率反演方法。該方法是在細(xì)分巖性的基礎(chǔ)上，先反演黏土變化體積模型，再反演電阻率模型，而水淹前后黏土含量變化與儲層的水淹程度、巖性、孔隙結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，在實際應(yīng)用中很難確定其變化規(guī)律。顧保祥[2]在對S油田原始地層電阻率進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)油層深側(cè)向電阻率與測井有效孔隙度的相關(guān)性較好，從而提出了利用原始電阻率反演定量評價水淹層的方法。該方法忽略了不同類型儲層巖性、孔隙結(jié)構(gòu)等對電阻率的影響。此外，泥質(zhì)砂巖電阻率不僅與儲層飽和的流體有關(guān)，還與儲層黏土的分布形式有關(guān)[3]，單純地根據(jù)有效孔隙度整體反演原始電阻率的方法不具有普遍適用性。一般說來，在水驅(qū)過程中，儲層物性好、孔喉連通性好的儲層首先水淹，物性較差的儲層后水淹[4]；此外，儲集層巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)的差異使得同等水淹程度的不同類型儲層所反映的電性變化特征存在差異[5]，增加了水淹層解釋的不確定性，L油田M油組便遇到了類似問題。L油田M油組處于三角洲前緣亞相中，主要發(fā)育水下分流河道以及河口砂壩微相，儲層砂體厚度較大、延伸較遠(yuǎn)，斷層發(fā)育，儲層非均質(zhì)性強。筆者從流動單元出發(fā)，按流動單元建立L油田M油組不同類型儲層的原始地層電阻率反演模型，定量評價水淹層，并在該油田14口新鉆投產(chǎn)井的水淹層測井資料定量解釋中取得了較好的應(yīng)用效果。

1　流動單元劃分

1.1流動單元特征參數(shù)

流動單元是儲層中巖石物理性質(zhì)和巖層特征(空間分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性特征等)相近的連續(xù)儲集體，每一類流動單元代表著一個特定的沉積環(huán)境和流體流動特征[6]；同一單元內(nèi)儲層滲流和水淹特征相似，不同單元之間差異明顯或有滲流隔擋。

流動單元類型主要受儲層巖性及孔喉結(jié)構(gòu)控制，選取IFZ(流動分層指標(biāo))劃分法[7]對流動單元進(jìn)行劃分：

(1)

其中

(2)

(3)

式(1)兩邊取對數(shù)得

lgIRQ=lgφZ+lgIFZ

(4)

式(1)—(4)中：IRQ為儲層品質(zhì)指數(shù)；K為地層滲透率，10-3μm2；φ為地層孔隙度；φZ為孔隙體積與顆粒體積之比。

IFZ能夠反映巖石的成分及結(jié)構(gòu)等特征，具有相同IFZ值的樣品屬于同一類流動單元。理論上，在IRQ與φZ的雙對數(shù)坐標(biāo)關(guān)系圖上，IFZ相同的樣品落在一條斜率為1的直線上，IFZ值不同的樣品落在與其平行的直線上。實際應(yīng)用中，由于樣品的多樣性，同一類單元的樣品點在一條斜率近似為1的直線上，不同類單元的樣品在與其基本平行的直線上，應(yīng)用聚類分析的方法可以劃分不同的流動單元，并得到對應(yīng)單元的IFZ值。

1.2流動單元劃分

選取研究區(qū)2口密閉取心井398塊巖心，對其進(jìn)行歸位后，統(tǒng)計每塊巖心對應(yīng)的儲層有效孔隙度φe、地層滲透率K、儲層泥質(zhì)含量Vsh、流動分層指標(biāo)(IFZ)值，然后根據(jù)系統(tǒng)聚類法，將所有樣品大致分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類(圖1)，在φz-IRQ雙對數(shù)坐標(biāo)軸上，各類巖相的巖心分布在一組基本平行且斜率近似為1的直線上(圖2)。

Ⅰ類流動單元：巖性主要為細(xì)砂巖，主要發(fā)育于水下分流河道、河口壩，物性最好，孔隙度平均值為0.38、滲透率平均值為5 844.8×10-3μm2。

圖1　L油田流動單元劃分樹形圖Fig.1　Tree-shaped diagram for flow unit division of of L Oilfield

圖2　ΦZ-IRQ交會圖Fig.2　Cross-plot of ΦZwith RQI

Ⅱ類流動單元：巖性主要為粉砂巖，主要發(fā)育于河口壩、遠(yuǎn)砂壩中上部，孔隙度平均值為0.37，滲透率平均值為1 298.3×10-3μm2。

Ⅲ類流動單元：巖性主要為砂巖、粉砂巖，含少量泥質(zhì)，主要發(fā)育于河口壩、遠(yuǎn)砂壩上部，孔隙度平均值為0.35，滲透率平均值為235.7×10-3μm2。

Ⅳ類流動單元：巖性主要為細(xì)砂和粉砂，泥質(zhì)含量高，主要發(fā)育于支流間灣，孔隙度平均值為0.34，滲透率平均值為50.8×10-3μm2。

2　基于流動單元的原始地層電阻率反演

對研究區(qū)2口密閉取心井及14口加密調(diào)整井資料進(jìn)行分析，認(rèn)識到水淹層聲波和放射性變化特征十分微弱，水淹前后測井響應(yīng)變化特征主要還是表現(xiàn)在深側(cè)向電阻率上。在實際應(yīng)用中，經(jīng)常利用毛管壓力曲線計算油藏條件下的含油飽和度[7-8]，毛管壓力曲線在一定程度上反映著儲層的物性、孔喉分布等，而儲層含油性直觀地表現(xiàn)在電阻率上，由此認(rèn)為油層深側(cè)向電阻率與物性之間存在一定關(guān)系。油層深側(cè)向電阻率主要與束縛水飽和度、泥質(zhì)含量、地層水電阻率有關(guān)。研究區(qū)儲層泥質(zhì)含量大多在8%以下，束縛水飽和度變化不大；此外，在成藏或者油氣運移過程中，油氣首先進(jìn)入孔喉大、連通性好、儲集物性好的儲集層，其次進(jìn)入物性相對較差的儲集層。因此，綜合以上分析，在地層水電阻率相差不大的情況下，在水淹前，油水界面以上的儲層，儲集物性越好，其含油孔隙體積越大，原始地層電阻率越高，原始地層電阻率與儲層物性存在正相關(guān)關(guān)系。

由于原始地層電阻率受地層水電阻率影響較大，對于縱向深度相差不大的同一地質(zhì)小層，認(rèn)為其地層水電阻率基本一致。為達(dá)到準(zhǔn)確反演原始地層電阻率的目的，根據(jù)流動單元分類標(biāo)準(zhǔn)對研究區(qū)同一地質(zhì)層位鉆井密閉取心巖心進(jìn)行分類，分別對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類單元(Ⅳ類單元為差儲層或非儲層，不是實際生產(chǎn)及本文研究的對象)油層深側(cè)向電阻率與物性參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)深側(cè)向電阻率與有效孔隙度之間存在較好的相關(guān)性(圖3)，并且這種關(guān)系在研究區(qū)域不同層位的油層中普遍存在。

圖3　原始地層電阻率反演模型Fig.3　Inversion models of different types of flow units for original formation resistivity

圖3中的儲層有效孔隙度采用下式進(jìn)行計算：

φ=φe×(1-Vsh)

(8)

式(8)中：φe為儲層有效孔隙度，%；φ為儲層總孔隙度，%；Vsh為儲層泥質(zhì)含量，%。

Ⅰ類儲層為儲集物性較好的儲層，深側(cè)向電阻率隨著有效孔隙度的增大上升較快，這是由于儲集物性越好，油氣聚集程度越高，電阻率越大；Ⅱ、Ⅲ類儲層深側(cè)向電阻率隨著有效孔隙度的增大上升較慢，原因在于一方面Ⅱ、Ⅲ類儲層黏土含量相對較高，黏土附加導(dǎo)電性較強；另一方面，孔喉連通性較差，油氣運移過程中油氣聚集程度低，單位孔隙體積中油氣含量較少。

3　水淹層評價

油層水淹后，由于水驅(qū)替了孔隙中的部分油，導(dǎo)致儲層電阻率降低。地層電阻率的大小與孔隙度、含油飽和度、混合地層水電阻率及泥質(zhì)含量有關(guān)，因此，地層電阻率的大小不能很好地反映地層的水淹程度。此外，儲層的孔隙連通性、喉道分布及巖石的潤濕性也影響著儲層電阻率的變化[9-11]。通過實驗和觀察得到的水淹層電阻率降低一般表現(xiàn)為相對值[12]，用數(shù)學(xué)式表示為

(9)

式(9)中：Rt0表示原始地層電阻率，Ω·m；Rt表示當(dāng)前地層電阻率，Ω·m；ΔR表示水淹前后電阻率的相對減小率。

綜合考慮以上因素，采用分流動單元的動態(tài)電阻率下降法來定性識別水淹層，即以分流動單元的方法來消除儲層孔隙結(jié)構(gòu)、巖性以及潤濕性的影響，以電阻率動態(tài)下降法來消除孔隙度、含油飽和度、混合地層水電阻率及泥質(zhì)含量的影響。根據(jù)25口生產(chǎn)井每一地質(zhì)小層實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及流動單元劃分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計分析得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類單元(第Ⅳ類單元儲集物性比較差，泥質(zhì)含量比較高，多為未水淹)不同水淹級別下ΔR分布圖(圖4)。

水淹后，Ⅰ類單元電阻率下降最快，Ⅱ、Ⅲ類單

元次之。由此，可建立不同單元不同水淹級別的定性標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

圖4　各類單元不同水淹級別下ΔR分布Fig.4　ΔR distribution of different types of flow units under different water-flooded degree

單元類型未水淹弱水淹中水淹強水淹Ⅰ類ΔR≤0.200.20<ΔR≤0.500.50<ΔR≤0.70ΔR>0.70Ⅱ類ΔR≤0.180.18<ΔR≤0.520.52<ΔR≤0.60ΔR>0.60Ⅲ類ΔR≤0.160.16<ΔR≤0.420.42<ΔR≤0.56ΔR>0.56

ΔR趨近于0，說明沒有水淹；ΔR越大，說明水淹越嚴(yán)重。理論上，未水淹地層，原始地層電阻率應(yīng)當(dāng)與目前地層電阻率相等，而由圖4可知，各單元未水淹地層電阻率也有著不同程度的減小，通過對水驅(qū)前后物性變化實驗研究認(rèn)為水驅(qū)后孔隙中的部分黏土顆粒被沖刷帶走，使得孔喉變得通暢，孔隙度變大，導(dǎo)致反演得到的原始地層電阻率比當(dāng)前電阻率大。

4　應(yīng)用效果

圖5是研究區(qū)一口生產(chǎn)井測井資料解釋成果圖，該井3號、4號、8號層投產(chǎn)綜合含水率在6%左右，為未水淹層；2號、7號層綜合含水率18%，為弱水淹層；5號層含水率37%，為中水淹層；6號層含水率62%，為強水淹層。圖5中第7道為計算的電阻率下降值ΔR，第8道為劃分的流動單元類型，由圖可知建立的流動單元不同水淹級別的定性劃分標(biāo)準(zhǔn)與實際生產(chǎn)認(rèn)識基本相符。

按照這一方法，對L油田14口新鉆投產(chǎn)井共267個層位進(jìn)行資料處理，按照各單元水淹級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，再與實際生產(chǎn)資料對比，有217層符合，50層不符合，符合率為81.7%。由此可見，對于深度相差不大、泥質(zhì)含量較低的同一地質(zhì)小層，文中研究的根據(jù)流動單元定性識別水淹層的方法在研究區(qū)域具有較好的適用性。

圖5中，解釋結(jié)論道D表示弱水淹，Z表示中水淹，G表示強水淹。

圖5　X井測井資料處理成果Fig.5　Logging data processing result of X well

5　結(jié)　論

對于深度相差不大、泥質(zhì)含量較低的同一地質(zhì)小層，利用IFZ劃分流動單元，根據(jù)儲層有效孔隙度與油層深側(cè)向電阻率的正相關(guān)關(guān)系反演每個單元原始地層電阻率，進(jìn)而利用電阻率下降法對水淹層進(jìn)行定性識別。利用本文方法得到的小層水淹程度與實際動態(tài)資料基本相符，說明方法正確。分流動單元一定程度上提高了儲集層劃分及水淹層解釋的精度，有助于更好地認(rèn)識儲集層的性質(zhì)，同時有助于減小儲層非均質(zhì)性對解釋精度的影響以及油田開發(fā)后期開發(fā)方案的調(diào)整與實施。

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責(zé)任編輯：王輝

Inversion of Original Formation Resistivity Based on Flow Unit and Its Application

LI Yaolin1,DUAN Yingli2,WANG Lijuan1,GUO Haimin3,HE Shenglin1

(1.Zhanjiang Branch,China Offshore Oil (China) Co.,Ltd.,Zhanjiang 524057,Guangdong,China;2.Logging Co.,Ltd.,CNPC,Xi'an 710077,Shaanxi,China;3.Key Laboratory of MOE for Oil and Gas Resources and Exploration Technologies,Yangtze University,Wuhan 430100,Hubei,China)

Reservoir flow units in the study area are divided into four kinds through clustering analysis.According to the statistics,it is found that there is positive correlation between the deep lateral resistivity and the effective porosity of the reservoir,based on this,the inversion model of original formation resistivity of each type of flow unit in the study area was established,and then the quantitative evaluation of the water flooded layers of different flow units was carried out according to the fall value ΔRof the current formation resistivity.Application results show that the water flooded degree of small layer obtained using this method is consistent with the actual dynamic data.This method is suitable for the evaluation of the water flooded degree of the small layers in the same geological layer whose depth are similar and their shale content is lower.

original formation resistivity;flow unit;resistivity drop method;water flooded layer;quantitative evaluation

A

2016-02-25

國家科技重大專項子課題“Major national science and technology projects”( 編號:2011ZX05009-003)

李躍林(1967-)，男，高級工程師,主要從事油氣田開發(fā)研究。E-mail：915252681@qq.com

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.04.006

TE122;P631.84

1673-064X(2016)04-0032-06