水淹層評(píng)價(jià)中Rw、m、n值的確定

孫游雪，高齊明，魏玉梅，劉小璇，孔 杰

(1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué))，湖北 武漢 430100；2.長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100；3.中國石油集團(tuán)渤海鉆探有限公司 測(cè)井分公司，天津 300280)

阿爾奇公式是最早提出描述地層導(dǎo)電特性與孔隙度、飽和度和流體電阻率關(guān)系的模型,奠定了定量評(píng)價(jià)地層流體飽和度的基礎(chǔ)[1].阿爾奇公式中地層水電阻率(Rw)、膠結(jié)指數(shù)(m)、飽和度指數(shù)(n)的確定是計(jì)算含水飽和度的關(guān)鍵.注水開發(fā)前，阿爾奇公式中膠結(jié)指數(shù)的大小僅與孔隙的幾何形狀有關(guān)，孔隙幾何形狀愈復(fù)雜，m值愈高.飽和度指數(shù)的影響因素主要包括油氣的相對(duì)體積、油氣在孔隙中的分布及其對(duì)巖石的潤濕性、油氣在孔隙中的連通情況以及其與地層水之間的表面張力等[2].注水開發(fā)后，地層孔隙空間注入了注水開發(fā)前不曾有過的流體(水、氣、化學(xué)劑等)[3]，地層孔隙空間流體性質(zhì)因各種因素發(fā)生了相應(yīng)變化，儲(chǔ)層特征也隨著注水開發(fā)的不斷深入而發(fā)生相應(yīng)的變化，因而Rw、m、n值在地層條件下也處于相應(yīng)的變化之中.因此，對(duì)于水淹層評(píng)價(jià)而言，Rw、m、n值隨著注水開發(fā)程度的變化而發(fā)生變化，利用相對(duì)固定的Rw、m、n值則無法準(zhǔn)確解決水淹層含油飽和度定量計(jì)算的問題.

1 地層混合液電阻率計(jì)算方法研究

地層混合液電阻率(Rw)是利用阿爾奇公式計(jì)算含油飽和度的重要參數(shù)[4].隨著注水開發(fā)的不斷深入，Rw在地層條件下處于不斷的變化之中.為提高水淹層測(cè)井解釋精度，需逐點(diǎn)求取地層混合液電阻率[5-6].

由水分析資料可知，由于注入水礦化度范圍較大且原始地層水礦化度隨井深及溫度也會(huì)產(chǎn)生一定差異，導(dǎo)致目的區(qū)塊混合液電阻率變化復(fù)雜，對(duì)電阻率的影響較大，且與測(cè)井響應(yīng)相關(guān)性較好.因此，可以利用地層混合液電阻率與測(cè)井曲線間的相關(guān)關(guān)系，建立地層混合液電阻率的計(jì)算模型.

目的區(qū)塊地層水礦化度變化復(fù)雜，對(duì)地層電性的影響較大.因此，有必要尋找地層水礦化度(或地層混合液電阻率)與泥質(zhì)含量、自然電位等參數(shù)間的變化關(guān)系，從而建立地層水電阻率的計(jì)算模型.圖1、圖2、圖3、圖4分別為目的區(qū)塊地層混合液電阻率、地層電阻率與自然電位交會(huì)圖；地層混合液電阻率、地層電阻率與泥質(zhì)含量交會(huì)圖；地層混合液電阻率、地層電阻率與孔隙度交會(huì)圖；地層混合液電阻率、自然電位與孔隙度交會(huì)圖.由圖可知，利用自然電位、孔隙度及地層電阻率可以逐點(diǎn)求取地層混合液電阻率.

圖1 地層混合液電阻率、地層電阻率與自然電位交會(huì)圖Fig.1 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & spontaneous potential

圖2 地層混合液電阻率、地層電阻率與泥質(zhì)含量交會(huì)圖Fig.2 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & shale content

圖3 地層混合液電阻率、地層電阻率與孔隙度交會(huì)圖Fig.3 Crossplot of mixed formation water resistivity、formation resistivity & porosity

圖4 地層混合液電阻率、自然電位與孔隙度交會(huì)圖Fig.4 Crossplot of mixed formation water resistivity、spontaneous potential & porosity

2 m、n值的變化特征及其計(jì)算方法研究

飽和度指數(shù)(n)是把電阻率轉(zhuǎn)換為含水飽和度的結(jié)構(gòu)指數(shù)[7]，它與油、氣、水在孔隙中的分布、巖石潤濕性以及地層水電阻率有關(guān)[8].油田進(jìn)入開發(fā)后期，油層受到水的長(zhǎng)期沖刷，儲(chǔ)層潤濕性、油水分布發(fā)生了變化.因此，n值開發(fā)后期應(yīng)與開發(fā)初期不同.

由實(shí)驗(yàn)資料分析可知，在水驅(qū)油模擬過程(表示油藏的注水開發(fā)過程和開發(fā)狀態(tài))，當(dāng)含水飽和度較低時(shí)，巖石中的孔隙、喉道被油占據(jù)，導(dǎo)電能力較低，n值較??；而對(duì)強(qiáng)水淹層，孔隙、喉道里充滿水,導(dǎo)電能力增強(qiáng)，n值較大.通過分析，雖然飽和度指數(shù)的影響因素較多，但其與地層水電阻率及地層中的泥質(zhì)含量相關(guān)性較好.對(duì)同一塊巖心，用不同礦化度的水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，泥質(zhì)含量一定時(shí)，n與Rw呈反比關(guān)系，且Rw與n有良好的相關(guān)性.同時(shí)，n隨著泥質(zhì)含量的增加而減小(表1).

由實(shí)驗(yàn)分析可知，水淹層飽和度指數(shù)(n)的變化在一定程度上由地層混合液的變化及泥質(zhì)分布形態(tài)的變化所引起，其對(duì)飽和指數(shù)的大小起明顯作用.同時(shí)，由實(shí)驗(yàn)資料分析可知，膠結(jié)指數(shù)(m)與地層水電阻率和孔隙度變化有關(guān)[9].因此，繪制了飽和度指數(shù)、地層混合液電阻率與泥質(zhì)含量交會(huì)圖；膠結(jié)指數(shù)、地層混合液電阻率與孔隙度交會(huì)圖(分別見圖5、圖6).由圖中可以看出，m、n值的變化與地層水電阻率的變化有關(guān)，儲(chǔ)層受到不同程度的水淹時(shí)，可引起m和n值較大變化.如果在水淹層解釋中還采用原始地層水狀態(tài)下的m和n值，將會(huì)給解釋結(jié)果帶來較大的誤差.

表1 飽和度指數(shù)n隨泥質(zhì)含量、地層混合液電阻率變化一覽表
Tab.1 Corresponding values of saturation exponent、shale content & mixed formation water resistivity

Rw/Ω·mVsh/%nRw/Ω·mVsh/%n0．501．752．0101．500．5101．641．6101．560．5201．571．1101．590．5301．460．7101．610．5501．320．5101．64

圖5 飽和度指數(shù)、地層混合液電阻率與泥質(zhì)含量交會(huì)圖Fig.5 Crossplot of saturation exponent、mixed formation water resistivity & shale content

圖6 膠結(jié)指數(shù)、地層混合液電阻率與孔隙度交會(huì)圖Fig.6 Crossplot of cementation factor、mixed formation water resistivity & porosity

3 方法應(yīng)用

綜上所述，雖然Archie公式(式1)在水淹層評(píng)價(jià)中具有一定的局限性，但在利用測(cè)井資料求取地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(shù)(n)和 膠結(jié)指數(shù)(m)的基礎(chǔ)上，仍然可以利用Archie公式計(jì)算水淹層含水飽和度，進(jìn)而求取其含油飽和度.

(1)

式中：Sw為含水飽和度，小數(shù)；Rt為深電阻率測(cè)井值，Ω·m；Φ為孔隙度，小數(shù)；Rw為混合液電阻率，Ω·m；a為巖性附加導(dǎo)電性校正系數(shù)；b為巖性潤濕性附加飽和度分布不均勻系數(shù)；m為膠結(jié)指數(shù)；n為飽和度指數(shù).

表2 解釋符合率統(tǒng)計(jì)表
Tab.2Statisticaltableofinterpretationcoincidencerate

井名射孔井段/m解釋結(jié)論試油結(jié)論符合情況G11724．2～1726．2油層油層符合G21505．9～1508．5弱水淹弱水淹符合G31663．3～1665．7弱水淹弱水淹符合G41612．9～1616．2強(qiáng)水淹中水淹不符合G51706．2～1709．5中水淹中水淹符合1720．0～1722．5中水淹中水淹符合G61753．1～1755．4中水淹中水淹符合G71527．5～1530．0中水淹弱水淹不符合G81724．2～1726．2強(qiáng)水淹強(qiáng)水淹符合G91689．2～1691．5中水淹中水淹符合G101691．2～1696．0強(qiáng)水淹強(qiáng)水淹符合G111884．8～1886．0強(qiáng)水淹強(qiáng)水淹符合1888．7～1892．3強(qiáng)水淹強(qiáng)水淹符合G121457．0～1461．0中水淹中水淹符合G131570．1～1574．2中水淹中水淹符合G141724．2～1726．2弱水淹弱水淹符合G151458．7～1462．0中水淹中水淹符合1473．0～1477．0中水淹中水淹符合G161542．0～1544．5弱水淹弱水淹符合1553．8～1555．0弱水淹弱水淹符合G171823．8～1829．0油層油層符合G181203．9～1313．5中水淹中水淹符合G191750．0～1762．0油層油層符合

利用建立的地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(shù)(n)及 膠結(jié)指數(shù)(m)計(jì)算圖版，結(jié)合目的區(qū)塊解釋模型，編制了相應(yīng)的水淹層解釋程序，對(duì)研究區(qū)塊的19口井進(jìn)行了處理(表2)，其中試油層23層，解釋符合21層，不符合2層，解釋符合率91.3%，驗(yàn)證了研究方法的實(shí)用性.

為進(jìn)一步說明處理資料的準(zhǔn)確性，以G6井為例進(jìn)行分析說明.由試油資料可知，G6井試油井段為1 753.1～1 755.4m，日產(chǎn)油9.57m3，日產(chǎn)水17.58m3，產(chǎn)水率64.7%.圖7為利用所研究的方法處理的G6井測(cè)井解釋成果圖(a=0.99，b=0.93)，由圖7可知，計(jì)算飽和度指數(shù)(n)為1.15，膠結(jié)指數(shù)(m)為1.6，混合液電阻率(Rw)為0.46(Ω·m)，含水飽和度(SWP)為57.8%，殘余油飽和度為30.7%，束縛水飽和度為39.04%，可動(dòng)水飽和度為18.76%，可動(dòng)油飽和度為11.5%，產(chǎn)水率為62.9%(FWP)，綜合解釋為中水淹層，解釋結(jié)論與試油結(jié)論相符.為了說明研究方法的優(yōu)越性，同時(shí)利用原始阿爾奇公式(a=0.99，b=0.93，m=1.64，n=1.266，Rw=0.65)對(duì)G6井進(jìn)行了處理.由圖7可以看出，其含水飽和度(SW)為67%，殘余油飽和度為30.7%，束縛水飽和度為39.04%，可動(dòng)水飽和度為27.96%，可動(dòng)油飽和度為2.93%，產(chǎn)水率為81%(FW)，綜合解釋為強(qiáng)水淹層，解釋結(jié)論與試油結(jié)論不符.從而進(jìn)一步說明了利用建立的地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(shù)(n)和 膠結(jié)指數(shù)(m)計(jì)算圖版計(jì)算的含水飽和度，優(yōu)于利用目的區(qū)塊原始地質(zhì)參數(shù)(Rw、m、n)計(jì)算的含水飽和度.

圖7 G6井解釋成果圖Fig.7 Graph of G6 well interpretation

4 結(jié)論

本文通過分析注水開發(fā)前后，地層混合液電阻率Rw、膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n變化特征，繪制了其計(jì)算圖版，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，應(yīng)用效果良好.

(1)不同開發(fā)時(shí)期、不同測(cè)井深度應(yīng)采用不同的Rw、m、n值，才能更有效的應(yīng)用阿爾奇公式計(jì)算含油飽和度.

(2)利用孔隙度、地層電阻率及自然電位等參數(shù)，可以逐點(diǎn)計(jì)算水淹層混合液電阻率.

(3)隨著水淹程度的變化，膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n而不斷發(fā)生變化。膠結(jié)指數(shù)m、飽和度指數(shù)n的變化與地層混合液電阻率、孔隙度、泥質(zhì)含量的變化有關(guān)，可以利用混合液電阻率、孔隙度、泥質(zhì)含量計(jì)算m、n值.

(4)利用建立的地層混合液電阻率(Rw)、飽和度指數(shù)(n)和 膠結(jié)指數(shù)(m)計(jì)算圖版，進(jìn)行了實(shí)際資料處理(處理了19口井，解釋符合率91.3%)，應(yīng)用效果良好.

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