珠江口盆地低阻油層飽和度評價(jià)方法

吳 健，胡向陽，梁玉楠，湯 翟，鄭香偉

中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057

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珠江口盆地低阻油層飽和度評價(jià)方法

吳 健，胡向陽，梁玉楠，湯 翟，鄭香偉

中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057

珠江口盆地的低阻油層具有高泥質(zhì)含量、低電阻率以及低產(chǎn)能的特點(diǎn)，其真實(shí)含油飽和度的確定存在很大的困難。首先分析了區(qū)域低阻油層的地質(zhì)成因，指出地層束縛水含量高，以及由此形成的發(fā)達(dá)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是導(dǎo)致油層低阻的主要原因；在此基礎(chǔ)上，利用多種適合于泥質(zhì)砂巖地層的飽和度模型進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)密閉取心資料，重點(diǎn)分析了在不同地層條件下，對巖樣含油、水飽和度進(jìn)行脫氣校正、壓實(shí)校正、體積系數(shù)校正以及漏失校正的方法;并結(jié)合核磁共振測井，對測井計(jì)算的含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果顯示，低阻油層的含水飽和度平均在70%以上，且印度尼西亞公式計(jì)算的含水飽和度與巖心校正后的飽和度以及核磁束縛水飽和度吻合均很好，因此印度尼西亞公式是最適合本區(qū)域低阻油層的飽和度評價(jià)模型。

低阻油層；飽和度模型；泥質(zhì)含量；漏失校正；束縛水飽和度

準(zhǔn)確計(jì)算含水飽和度是儲層定量評價(jià)的難題之一，尤其是針對泥質(zhì)重、束縛水含量高、地層物性差、低孔、低滲、低產(chǎn)能且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的低阻油層。這種油層普遍具有低含油飽和度的特點(diǎn)，在評價(jià)時(shí)難以合理選擇飽和度模型并確定其真實(shí)的含油飽和度，導(dǎo)致儲量計(jì)算不準(zhǔn)、流體性質(zhì)判別以及產(chǎn)能預(yù)測遇到困難[1-2]。目前，在泥質(zhì)砂巖中根據(jù)泥質(zhì)分布形式建立的飽和度模型大多采用體積模型與電阻并聯(lián)理論，都帶有區(qū)域性和經(jīng)驗(yàn)性[3]，至今仍沒有一種模型被實(shí)踐所肯定，能夠作為合理的通用模型適用于所有區(qū)域。因此，筆者首先分析珠江口盆地低阻油層的測井響應(yīng)特征，在充分考慮影響密閉取心飽和度各種因素的基礎(chǔ)上，對測量的油、水飽和度進(jìn)行壓實(shí)、脫氣以及漏失等校正[4-5]，進(jìn)而對測井計(jì)算的含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定，以確定最適合本區(qū)域地質(zhì)條件的飽和度模型。

1 珠江口盆地低阻油層測井響應(yīng)特征及地質(zhì)成因

珠江口盆地存在大量的低阻油層，其巖性主要為油斑、油浸泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)平均在30%以上，物性較差，氣測有異常顯示，典型水層的電阻率小于1.1 Ω·m，低阻油層的電阻率為1.0～1.3 Ω·m，較本區(qū)典型的油層(大于10.0 Ω·m)小，與相鄰泥巖和水層相近。

通過對粒度、黏土礦物、薄片以及掃描電鏡等巖心資料的分析可知，儲層巖石顆粒整體較細(xì)，黏土礦物主要以伊利石和伊蒙混層為主，含高嶺石和綠泥石。一方面，以蒙脫石為代表的黏土礦物具有很高的陽離子交換容量，會導(dǎo)致地層出現(xiàn)附加導(dǎo)電性；另一方面，這些黏土礦物具有很強(qiáng)的吸水膨脹性，造成黏土束縛水大量增加，加之微孔隙發(fā)育，會形成以束縛水為主要成分的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這是導(dǎo)致本區(qū)油層低阻的主要原因。

針對本區(qū)的低阻油層，利用同一套儲層參數(shù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)不同的飽和度模型計(jì)算的結(jié)果存在較大差異。為了確定儲層的真實(shí)含油飽和度，在低阻油層段進(jìn)行了密閉取心，并增加了核磁共振測井。這些資料為測井解釋結(jié)果的標(biāo)定以及區(qū)域飽和度模型的確定提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。

2 密閉取心飽和度分析及校正

2.1 密閉取心飽和度影響因素分析

圖1 珠江口盆地低阻油層段巖樣飽和度統(tǒng)計(jì)Fig. 1 Core sample saturation statistics in low resistivity reservoir in the Pearl River Mouth basin

2.2 密閉取心飽和度校正的原則和方法

根據(jù)前人[8]的實(shí)驗(yàn)成果，對于純油層，在降壓和脫氣的過程中，沒有水從巖樣中流出，只有部分原油流出，這是因?yàn)閹r樣中沒有自由水，且束縛水存在于顆粒表面的水膜或儲存于細(xì)小孔隙中的毛管滯水；而對于強(qiáng)水淹層或純水層來說，沒有油從巖樣中流出，只有自由水流出，因?yàn)榈貙又械臍堄嘤鸵彩菬o法移動(dòng)的。因此，針對不同流體性質(zhì)的密閉取心巖樣，其含油、含水飽和度的校正方法是不同的。

低阻油層巖樣在上提的過程中，其含水體積是不變的，但巖心的骨架體積和孔隙體積增大，造成實(shí)測的巖心含水飽和度偏小，因此需對巖心含水飽和度進(jìn)行覆壓校正[9]，可得到地層條件下巖樣的含水飽和度，進(jìn)而得到含油飽和度。同理，對于強(qiáng)水淹或純水層，只需對巖心含油飽和度進(jìn)行覆壓校正，即可得到地層條件下巖樣的含水飽和度。

經(jīng)覆壓校正后，巖樣的含水飽和度會有不同程度的增加，增加量的大小與覆壓孔隙度和地面孔隙度之間的差異有直接關(guān)系。巖心飽和度的覆壓校正公式為

當(dāng)?shù)貙訛槿?中水淹或油水同層時(shí)，在巖心上提的過程中油、水均存在漏失，二者飽和度均有減小，因此在進(jìn)行覆壓校正的基礎(chǔ)上，還需進(jìn)行油、水漏失的校正。針對油水漏失校正，業(yè)界還沒有形成權(quán)威的處理方法，但目前使用最廣泛且效果較好的是統(tǒng)計(jì)法。

利用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行校正的理論基礎(chǔ)[10-11]是：對于同一口井，在各種外界影響條件,如取心井段壓力、溫度、取心工藝、飽和度工藝等基本相同的條件下，從取心到最終得到巖心分析數(shù)據(jù)的過程中，如果按油、水飽和度進(jìn)行分區(qū)間分析，則油、水損失率為常數(shù)。

由于本區(qū)主要為油水層，孔隙中只有油和水兩相，在原始地層中油、水飽和度應(yīng)滿足

式中：So和Sw分別為地層原始含油和含水飽和度。

設(shè)原油剩余率為常數(shù)c，水剩余率為常數(shù)d，則

并變換為

從理論上來講，不同巖性中的油水飽和度關(guān)系會有所不同，但由于本區(qū)低阻油層巖性均為泥質(zhì)粉砂巖，因此可合并進(jìn)行分析。將巖心實(shí)驗(yàn)分析得到的含油、水飽和度之和以5%為步長進(jìn)行分類，從60%到100%共分為8個(gè)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖2所示。油、水飽和度在各區(qū)間都存在著很好的線性關(guān)系，其關(guān)系可表達(dá)為

式中：A為截距；B為斜率。

由于式(3)和式(4)表征同一物理意義，則

則有

其中，A、B可從不同飽和度區(qū)間的線性回歸關(guān)系式中獲得(圖2)。

表1 不同飽和度分布區(qū)間的A、B值

Table 1A，Bvalue in different distribution interval of the saturation

飽和度/%AB60～6562.83-0.98765～7065.86-0.95570～7571.38-0.99775～8077.98-1.0280～8582.44-0.99185～9087.48-0.99690～9593.64-1.03495～100100.78-0.984

圖2 覆壓校正后巖心油水飽和度分區(qū)間關(guān)系圖Fig. 2 Diagram in different intervals of core water-oil saturation which has done the overburden pressure correction

如表1所示，A、B值在不同油水飽和度區(qū)間內(nèi)會有一定的差別?？偟膩砜?，A、B值主要受到兩方面因素的影響：一是飽和度分類步長的選取標(biāo)準(zhǔn)，分類越細(xì)，步長越短，則線性擬合的相關(guān)性越好，得到的參數(shù)也越精確；二是密閉取心樣品點(diǎn)在各飽和度區(qū)間內(nèi)分布的數(shù)量，樣品點(diǎn)越多，則擬合的結(jié)果越有代表性，反之如果在某個(gè)區(qū)間的點(diǎn)過少，則擬合的結(jié)果可能會出現(xiàn)較大的偏差。實(shí)際上，此二者在某種程度上是相互制約的，分類過細(xì)必然導(dǎo)致飽和度區(qū)間內(nèi)可供擬合點(diǎn)的數(shù)量減少，因此飽和度的分類標(biāo)準(zhǔn)不是固定的，而是根據(jù)樣品點(diǎn)油、水飽和度的分布情況來選取合適的分類步長，在分類盡可能細(xì)的基礎(chǔ)上又要保證每個(gè)區(qū)間內(nèi)有足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。目前筆者是按照5%的步長對飽和度進(jìn)行分類處理。需要說明的是：擬合得到的A、B值只適合在本井用于巖心流體漏失的校正；而對于其他區(qū)域，在有密閉取心資料的情況下，可利用同樣的處理方法，得到合適的A、B值。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)式(6)就可得到c和d的值，進(jìn)而得到巖樣油、水飽和度的校正量。

經(jīng)校正后，巖心油、水飽和度之和均在100%左右，因此還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。設(shè)校正后的含油、水飽和度分別為S″o、S″w，含油、水飽和度的總損失量為V，含油飽和度占總流體飽和度的比例為z，則有

經(jīng)歸一化校正后，巖樣的油、水飽和度之和即為100%。

圖3為珠江口盆地低阻油層和油水同層段巖心含油飽和度校正前后的對比圖，可以看到，校正后的巖心含油飽和度較原始巖心分析的含油飽和度明顯增加。而對于物性較好、孔隙度較大的巖心，其流體漏失往往較多，校正的量也較大。根據(jù)上述原則，對全區(qū)低阻油層段的密閉巖心飽和度進(jìn)行校正，并以校正后的結(jié)果來對測井解釋的含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定。

3 含水飽和度模型選擇

圖3 巖心分析與最終校正后的含油飽和度對比Fig.3 Comparison of the core analysis oil saturation and the corrected oil saturation

針對各種復(fù)雜地層和特定區(qū)域的地層，國內(nèi)外諸多學(xué)者提出了很多針對泥質(zhì)砂巖儲層的飽和度模型，它們均不同程度地考慮了地層泥質(zhì)分布、微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征和不同導(dǎo)電形式的影響。一般來說，傳統(tǒng)的Archie公式在泥質(zhì)較少的純砂巖地層中能夠很好地評價(jià)地層含水飽和度，但在泥質(zhì)較重的地層中，計(jì)算的含水飽和度誤差較大，其應(yīng)用受到了很大的限制。目前，業(yè)內(nèi)主要基于大量的巖心物理實(shí)驗(yàn)，通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)流程，研究不同條件下膠結(jié)指數(shù)(m)和飽和度指數(shù)(n)的變化規(guī)律，來定量評價(jià)低阻油層的飽和度[12]。印度尼西亞公式適用于較低地層水礦化度以及泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)小于50%的泥質(zhì)砂巖，具有泥質(zhì)導(dǎo)電影響校正功能，在很多地區(qū)的飽和度評價(jià)中得到了很好的應(yīng)用。Simandoux改進(jìn)公式是在原方程的基礎(chǔ)上由Schlumberger公司推出的，它不考慮泥質(zhì)的分布形式，只考慮總的混合泥質(zhì)含量，是比較常用的泥質(zhì)砂巖飽和度計(jì)算模型。Waxman-Smits模型對各種地層水礦化度的地層都適用，但這種方法需要以陽離子交換量巖心實(shí)驗(yàn)作為支撐，主要考慮地層中黏土水陽離子交換量對電阻率的影響[13-14]。

以上飽和度方程應(yīng)用了體積模型和電阻率并聯(lián)的概念，但在推導(dǎo)電阻率和含水飽和度的計(jì)算公式中，都做了一些假設(shè)(如地層巖性、物性和地層水性質(zhì)基本不變等)，從某種程度上來說，它們的應(yīng)用都帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性，在一定條件下適用于某些地層飽和度的計(jì)算。但由于實(shí)際地層的微觀和宏觀導(dǎo)電特性往往受到多重因素的影響，目前對其特征還缺乏深入的研究，單從方程的提出背景以及不同的導(dǎo)電機(jī)理等方面出發(fā)，在生產(chǎn)實(shí)際中仍然難以合理地選擇飽和度模型。因此，對于不同地區(qū)、不同特征以及不同地質(zhì)成因的地層，應(yīng)嘗試?yán)枚喾N飽和度模型進(jìn)行計(jì)算和綜合分析，經(jīng)巖心資料以及核磁解釋成果標(biāo)定后，優(yōu)選出最適合于本區(qū)的飽和度模型[15]。

參考珠江口盆地的其他油田，雖然沒有密閉取心資料，但利用常規(guī)取心巖樣的壓汞數(shù)據(jù)，經(jīng)處理可得到不同油柱高度下對應(yīng)的含水飽和度；根據(jù)巖樣所處的油柱高度，就可知此深度的含水飽和度。以此方法來標(biāo)定測井計(jì)算的結(jié)果，長期的研究表明，印度尼西亞公式適合于珠江口盆地大部分地區(qū)典型油氣層飽和度的評價(jià)。

印度尼西亞公式的表達(dá)式如下：

其中：Rt，Rcl，Rw分別為地層深電阻率、泥巖電阻率和地層水電阻率，Ω·m；Vcl為泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)；a為區(qū)域巖電參數(shù)；Φe為有效孔隙度。

對于本區(qū)泥質(zhì)很重的低阻油層來說，多井的DST(drill stem test)結(jié)果顯示日產(chǎn)油平均為20～50 m3/d，但目前還沒有一個(gè)確定的飽和度模型。參照適合于大部分地區(qū)的印度尼西亞公式，算得的含水飽和度高達(dá)70%～80%。很多人認(rèn)為在如此高的含水飽和度條件下不可能出油，其結(jié)果的可靠性受到質(zhì)疑。因此需要對各種飽和度方程的適用性進(jìn)行重新驗(yàn)證和標(biāo)定，并找出最適合本區(qū)低阻油層的飽和度模型。

4 低阻油層飽和度綜合評價(jià)

對珠江口盆地的低阻油層段進(jìn)行處理，結(jié)果如圖4和圖5所示。常規(guī)測井曲線計(jì)算的地層泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和孔隙度均利用巖心分析資料進(jìn)行了標(biāo)定，二者總體吻合較好。利用Archie、雙水模型、尼日利亞公式、印度尼西亞公式、西門杜公式、Waxman-Smits等多種常用于泥質(zhì)砂巖地層的飽和度模型進(jìn)行計(jì)算，在泥質(zhì)很重的低阻油層段，各種飽和度模型計(jì)算的結(jié)果相差很大；利用密閉取心飽和度進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)印度尼西亞公式計(jì)算的結(jié)果與之吻合最好。為了進(jìn)一步驗(yàn)證此結(jié)果，考慮利用核磁共振測井解釋的結(jié)果來進(jìn)行輔助標(biāo)定。

英尺(ft)、英寸(in)為非法定計(jì)量單位，1 ft=0.304 8 m，1 in=2.54 cm，下同。圖4 X1井低阻油層飽和度評價(jià)成果圖Fig. 4 Results figure of low resistivity reservoir saturation evaluation in well X1

圖5 X2井低阻油層飽和度評價(jià)成果圖Fig.5 Results figure of low resistivity reservoir saturation evaluation in well X2

油層中的水均以束縛水的形式存在，因此利用核磁束縛水飽和度可以標(biāo)定油層的含水飽和度?；诤舜殴舱馵16-17]計(jì)算束縛水飽和度(以33 ms為橫向馳豫時(shí)間(T2)截止值)的公式如下：

SWB=(ΦMT-ΦMF)/ΦMT。

其中：SWB為束縛水飽和度；ΦMT為核磁總孔隙度；ΦMF為核磁可動(dòng)流體孔隙度。

由圖4、圖5左邊第7道結(jié)果可見，在低阻油層段，核磁束縛水飽和度與印度尼西亞公式計(jì)算的含水飽和度以及校正后的巖心含水飽和度均比較一致，證實(shí)了巖心資料的標(biāo)定是可靠的。在油水同層段，巖心校正后的含水飽和度與印度尼西亞公式計(jì)算的結(jié)果吻合最好，且核磁束縛水飽和度遠(yuǎn)小于計(jì)算的含水飽和度，表明此層含有大量可動(dòng)水。在圖5中1 220～1 240 m巖性較純的砂巖儲層，各種飽和度模型計(jì)算的結(jié)果基本一致，相差不大，均與巖心含水飽和度吻合較好，結(jié)合核磁束縛水飽和度進(jìn)行分析，本層上部為油層，下部為水層。由此可見，地層泥質(zhì)含量的多少對不同飽和度模型的計(jì)算結(jié)果有著顯著的影響。

以上7種飽和度模型在珠江口盆地低阻油層的適應(yīng)性表明，相比密閉取心含水飽和度以及核磁束縛水飽和度，Archie和西門杜公式計(jì)算的含水飽和度明顯偏高，尼日利亞、Waxman-Smits以及西門杜改進(jìn)模型計(jì)算的結(jié)果則偏小，而雙水模型和印度尼西亞公式計(jì)算的結(jié)果與之比較接近；相比較而言，印度尼西亞公式計(jì)算的結(jié)果最為吻合，因此也是最適合于本區(qū)泥質(zhì)砂巖低阻油層的飽和度評價(jià)模型，與珠江口盆地適用于大部分區(qū)域的飽和度模型一致。同時(shí)，也證實(shí)了本區(qū)低阻油層的含水飽和度確實(shí)平均為70%～80%，且測試能夠出油，具有一定的產(chǎn)能。

5 結(jié)論和建議

1)針對不同流體性質(zhì)的儲層，需要根據(jù)具體情況對密閉取心測量的飽和度進(jìn)行脫氣、覆壓校正或油、水漏失的校正，在此基礎(chǔ)上對測井計(jì)算的地層含水飽和度進(jìn)行標(biāo)定。2)利用多種適用于泥質(zhì)砂巖地層的飽和度模型進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過密閉取心飽和度標(biāo)定和核磁束縛水飽和度的輔助驗(yàn)證，一方面，證實(shí)了本區(qū)低阻油層的含水飽和度；另一方面，確認(rèn)了印度尼西亞公式是本區(qū)低阻油層飽和度評價(jià)最適合的模型。3)巖心資料對于地層飽和度的評價(jià)是不可或缺的，尤其是在新探區(qū)或復(fù)雜地質(zhì)條件下的儲層，增加核磁共振測井，開展密閉取心作業(yè)，取全取準(zhǔn)各項(xiàng)資料，通過對關(guān)鍵井的精細(xì)研究和認(rèn)識，對整個(gè)區(qū)域低阻油層的測井評價(jià)都會有很大的指導(dǎo)作用。

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Evaluation Method of Saturation in Low Resistivity Reservoir in the Pearl River Estuary Basin

Wu Jian, Hu Xiangyang, Liang Yunan, Tang Di, Zheng Xiangwei

ZhanjiangBranchofCNOOCLtd，Zhanjiang524057，Guangdong，China

The low resistivity reservoir in Pearl River Estuary basin has the characteristic of high shale content, low resistivity, as well as low capacity. It is so difficult to calculate the ture saturation of low resistivity reservoir. Firstly, the authors analyze the geologic origin of low resistivity formation, and give the main reason is the developed conductive network to high bound water content. Using several saturation models which is suit for argillaceous sandstone to calculate the saturation, and the sealing core drilling data, we show the methods of Leakage correction, degassing correction, compaction correction, volumetric factor correction at different formation conditions. And then we calibrate the logging interpretation saturation with NMR logging data. The results show that the water saturation of the low resistivity reservoir is above 70% in average, and saturation form Indonesia formula fits well to the core saturation which has been corrected and the NMR bound water saturation, so the Indonesia formula is the best saturation model for the low resistivity reservoir in this region.

low resistivity reservoir; saturation model; shale content; leakage correction; bound water saturation

10.13278/j.cnki.jjuese.201501305.

2014-03-08

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05023-001-007)

吳健(1983——)，男，工程師，主要從事地球物理測井的相關(guān)研究工作，E-mail:wujian1@cnooc.com.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201501305

P631.8

A

吳健，胡向陽，梁玉楠，等. 珠江口盆地低阻油層飽和度評價(jià)方法.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(1):312-319.

Wu Jian, Hu Xiangyang, Liang Yunan, et al. Evaluation Method of Saturation in Low Resistivity Reservoir in the Pearl River Estuary Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(1):312-319.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201501305.