基于高溫巖電實(shí)驗(yàn)的致密砂巖儲(chǔ)層含油飽和度解釋方法研究
——以鄂爾多斯盆地南部延長組長8致密儲(chǔ)層為例

白 遠(yuǎn)，康勝松，云彥舒，王振宇，謝旭強(qiáng).

(1.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西延安 716000；3.延長油田股份有限公司，陜西延安 716000；4.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710075)

近年來，特低滲、致密等非常規(guī)油氣藏的持續(xù)高效開發(fā)為我國能源需求的日益增長做出了巨大貢獻(xiàn)[1]。致密砂巖油藏作為非常規(guī)油氣資源的主要組成部分，已在鄂爾多斯盆地實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；_發(fā)，展現(xiàn)出了良好的開發(fā)前景[1]。然而，致密砂巖儲(chǔ)層埋藏深、儲(chǔ)層高溫、基質(zhì)孔隙致密，且具有較強(qiáng)的溫壓敏感性與非均質(zhì)性，對(duì)該類儲(chǔ)層含油飽和度參數(shù)準(zhǔn)確可靠的解釋與評(píng)價(jià)，已成為致密砂巖油氣藏儲(chǔ)量精準(zhǔn)計(jì)算與產(chǎn)能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的重要前提。目前，針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層含油性關(guān)鍵參數(shù)的測井解釋主要通過基于常溫常壓的電阻率參數(shù)實(shí)驗(yàn)，利用阿爾奇公式建立其參數(shù)解釋模型[2-7]，但阿爾奇公式中膠結(jié)指數(shù)、飽和度指數(shù)以及巖性系數(shù)受儲(chǔ)層溫度、壓力影響大[8-10]，因此基于常溫常壓環(huán)境下的儲(chǔ)層含油飽和度研究會(huì)造成其解釋結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，從而不能準(zhǔn)確有效表征致密砂巖儲(chǔ)層含油性特征。

本文針對(duì)以上問題，以鄂爾多斯盆地南部JJC地區(qū)長8致密砂巖油藏儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過高溫高壓巖電實(shí)驗(yàn)，建立了地層因素與覆壓孔隙度的數(shù)學(xué)模型，以及地層電阻增大率與含水飽和度的模型，最終正確解釋致密砂巖儲(chǔ)層含油飽和度，本文可為致密砂巖儲(chǔ)層物性參數(shù)測井解釋模型的建立提供思路和方法。

1 概況

鄂爾多斯盆地南部JJC地區(qū)長8致密砂巖油藏埋深1 208 m，地層溫度53 ℃，上覆壓力在23 MPa左右，儲(chǔ)層常壓巖心平均孔隙度7.9%、平均滲透率0.33×10-3μm2，為典型的致密砂巖油藏。對(duì)研究區(qū)FZ183、FZ184、FZ206等3口探井長8致密砂巖儲(chǔ)層10個(gè)巖心樣品采用SCMS-YD型柱塞樣巖心實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了高溫覆壓條件下的巖石電阻率參數(shù)測定(實(shí)驗(yàn)方法參照SY/T5385—2007《巖石電阻率參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測量及計(jì)算方法》)，分別進(jìn)行了地層因素測試(表1)以及飽和度指數(shù)測試(表2)。

表1 地層因素測試數(shù)據(jù)Table 1 Formation factor test data

2 參數(shù)求取

2.1 地層因素與孔隙度實(shí)驗(yàn)分析

除了儲(chǔ)層含油性特征影響地層電阻率外，孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)以及地層水礦化度也是影響因素[5]。地層因素(F)這一概念就是研究孔隙度和孔隙結(jié)構(gòu)特性對(duì)電阻率的影響，依據(jù)Archie的實(shí)驗(yàn)證明地層因素與孔隙度兩者存在如下關(guān)系(公式1)：。

F=R0/Rw=a/φm

(1)

式中：F，地層因素；Ro，巖石電阻率(全飽和水)，Ω·m； Rw，地層水電阻率，Ω·m。a，與巖性有關(guān)的巖性系數(shù)；m，膠結(jié)指數(shù)；Φ，孔隙度，%。

對(duì)于某一儲(chǔ)層，a、m直接表示該儲(chǔ)層特性，因此對(duì)地層因素與孔隙度之間關(guān)系研究，實(shí)際上就是對(duì)a和m值的準(zhǔn)確求取。對(duì)上式兩端取對(duì)數(shù)得(公式2)：

logF=loga-mlogφ

(2)

由公式2可知，對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，地層因素和孔隙度表現(xiàn)為線性關(guān)系，該直線對(duì)橫坐標(biāo)軸的傾斜程度，即斜率為m，截距為loga。

表2 電阻增大率測試數(shù)據(jù)Table 2 Resistance increase rate test data

以3口探井中取得的10塊巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，模擬在該儲(chǔ)層的上覆壓力23 MPa，地層溫度53 ℃以及地層水礦化度條件下，開展了地層因素與覆壓23 MPa下的孔隙度測試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，對(duì)測試的地層因素和覆壓孔隙度做雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖(圖1)。

地層因素(F)和孔隙度(Φ)兩者 符合(公式3)關(guān)系：

F=1.261/φ1.699(R2=0.973 7)

(3)

相關(guān)系數(shù)為0.9737，說明地層因素和孔隙度兩者相關(guān)性好，同時(shí)可信度高。

通過高溫覆壓條件下的地層因素測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和相關(guān)性研究，地層因素與孔隙度之間關(guān)系明確，a和m值通過擬合公式能準(zhǔn)確得到。對(duì)于特定的儲(chǔ)層，巖性系數(shù)和膠結(jié)指數(shù)也是固定的，通過擬合得到的公式3可以讀取巖性系數(shù)為1.261，膠結(jié)指數(shù)為1.699，巖性系數(shù)a在砂巖儲(chǔ)層中一般變化不大，接近于1；膠結(jié)指數(shù)m是對(duì)孔隙曲折度的校正，1.699主要說明它還是砂巖儲(chǔ)層的范疇，小于玄武巖、安山等火山巖的曲折度。

圖1 JJC區(qū)域長8高溫地層因素與孔隙度關(guān)系圖Fig.1 Relationship between high temperature formation factors and porosity in JJC area

2.2 電阻增大率與含水飽和度實(shí)驗(yàn)分析

巖層電阻率的因素較多[11]，為了建立其與含油飽和度的關(guān)系，設(shè)計(jì)電阻率指數(shù)，即電阻率增大系數(shù)(I)，依據(jù)Archie的實(shí)驗(yàn)證明存在如下關(guān)系(公式4)

(4)

式中：I，電阻率增大系數(shù)；Rt，巖層電阻率；Ω·m；Ro，Ro，巖石電阻率(全飽和水)，Ω·m，b，與巖性有關(guān)的巖性系數(shù)；n，飽和度指數(shù)(與油、水在孔隙中分布有關(guān))；Sw，含水飽和度，%。

同樣對(duì)上式兩端取對(duì)數(shù)得(公式5)：

logI=logb-nlogsw

(5)

由公式5可知，對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，地層因素和孔隙度表現(xiàn)為線性關(guān)系，該直線對(duì)橫坐標(biāo)軸的傾斜程度，即斜率為n，截距為logb。

同樣在上覆壓力23 MPa，地層溫度53 ℃條件下，測35組高溫電阻增大率(I)和含水飽和度(Sw)數(shù)據(jù)(表2)，做雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖， I與Sw呈線性關(guān)系(圖2)。

圖2 JJC區(qū)域長8高溫電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系圖Fig.2 Relationship between high temperature resistivity index and water saturationin JJC area

經(jīng)回歸分析，確定出電阻增大率(I)和含水飽和度(Sw)的關(guān)系為冪函數(shù)曲線(公式6)：

(6)

公式6其相關(guān)系數(shù)大于97%。反映35組樣品參數(shù)間相關(guān)性好，線性關(guān)系強(qiáng)。

通過電阻增大率與含水飽和度的測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和，兩者之間關(guān)系明確，b和n值通過擬合公式能準(zhǔn)確得到。同樣對(duì)于特定的儲(chǔ)層，兩者數(shù)值也是固定的，通過擬合得到的公式6可以讀取巖性系數(shù)b為1.021，飽和度指數(shù)n為1.674，對(duì)于砂巖儲(chǔ)層b值一般接近于1，n受儲(chǔ)層所處溫壓系統(tǒng)影響，其值主要反映致密砂巖的特性。

2.3 地層水電阻率

在阿爾奇公式中還有一項(xiàng)重要參數(shù)地層水電阻率，其求取的準(zhǔn)確度直接影響油水層評(píng)判的正確與否。JJC區(qū)域長8儲(chǔ)層的地層水類型主要為CaCl2，礦化度在2 037.9～20 250.02 mg/l之間變化，pH值在6.15～7.89之間。地層水礦化度變化較大，導(dǎo)致地層水電阻率最大值可為最小值的數(shù)倍甚至相差數(shù)量級(jí)，且阿爾奇公式對(duì)其較為敏感，目前國內(nèi)大部分研究，往往通過礦化度的數(shù)學(xué)平均，再查圖版求取唯一地層水電阻率的值，這樣往往導(dǎo)致最終解釋含油飽和度與真實(shí)含油性誤差較大，為了更加準(zhǔn)確的求取地層水電阻率參數(shù)，首先對(duì)地層水礦化度平面的展布特征進(jìn)行研究，尋找變化規(guī)律，在平面上進(jìn)行分區(qū)域計(jì)算，糾正按照統(tǒng)一地層水參數(shù)進(jìn)行飽和度計(jì)算的不合理性，從而提高飽和度解釋的精確度。

根據(jù)40個(gè)地層水礦化度化驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究JJC區(qū)長8儲(chǔ)層的地層水電阻率的平面展布特征(圖3)可以看出，區(qū)內(nèi)的地層水礦化度變化較大，分區(qū)分帶性明顯，且基本上呈現(xiàn)南北低，中部高(地層水電阻率呈現(xiàn)出南北高，中部低)的特點(diǎn)。根據(jù)F48井的PVT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查圖版得到相應(yīng)的Ⅰ類地層水電阻率為1.073 4 Ω·m，Ⅱ類為0.451 4 Ω·m，Ⅲ類為0.280 5 Ω·m，Ⅳ類為0.205 4 Ω·m。Ⅳ類為0.202 3 Ω·m。

3 含油飽和度測井解釋模型

3.1 模型求取

基于高溫巖電實(shí)驗(yàn)的致密砂巖儲(chǔ)層含油飽和度解釋方法，分別獲取本區(qū)長8油層組地層因素與孔隙度以及電阻增大率與含水飽和度的關(guān)系，通過數(shù)學(xué)模型的建立，分別求取了阿爾奇公式中四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)a、b、m、n；Rt為深感應(yīng)電阻率，φ通過測井曲線中聲波時(shí)差計(jì)算得來，長8油層組平面上地層水電阻率分布的不同區(qū)域采用面積加權(quán)平均，最終利用Archie公式(公式7)，長8油層的平均含油飽和度為42.3%。

(7)

涉及的參數(shù)表3。

圖3 JJC區(qū)域長8油層組地層水礦化度等值線圖Fig.3 Contour map of formation water salinity of Chang 8 oil layer group in JJC area

表3 JJC區(qū)域長8油層組高溫巖電參數(shù)表Table 3 High temperature rock electric parameter table of Chang 8 oil layer group in JJC area

3.2 方法驗(yàn)證

區(qū)域開展的密閉取心是獲得儲(chǔ)層含油飽和度最準(zhǔn)確最直接的的方法，同時(shí)也可作為其他間接求取解釋含油飽和度方法的驗(yàn)證參照[12-16]。密閉取芯資料來自FX183井，取心進(jìn)尺10.5 m，共取得巖心10.3 m，收獲率達(dá)到98.09%，現(xiàn)場做原油脫氣失水試驗(yàn)，損失含水飽和度為2.5%，采用滲透率與含水飽和度關(guān)系模型獲得的平均含水飽和度為56.3%，因此最終密閉取芯法獲得含油飽和度為41.2%。為了更好的證明方法的先進(jìn)性，最后利用該區(qū)域密閉取芯法求得的結(jié)果和常溫巖電實(shí)驗(yàn)和高溫巖電實(shí)驗(yàn)得到的含油飽和度進(jìn)行對(duì)比表4。

表4 計(jì)算誤差對(duì)比表Table 4 Computational error comparison table

顯然，本區(qū)高溫巖電測井解釋長8油藏平均含油飽和度具有較高的精度，應(yīng)用常溫巖電法絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差分別為11.1%和21.22%，基于高溫巖電實(shí)驗(yàn)得到的含油飽和度與密閉取芯法得到含油飽和度兩者吻合程度高，平均絕對(duì)誤差和平均相對(duì)誤差依次為1.2%和2.83%，絕對(duì)誤差和平均相對(duì)誤差分別提高9.9%和18.39%。

4 結(jié)論

(1)對(duì)于致密砂巖儲(chǔ)層，由于其非均質(zhì)性強(qiáng)以及物性較差等因素，儲(chǔ)層含油性的計(jì)算也成為難點(diǎn)，通過基于高溫覆壓的實(shí)驗(yàn)方法，能更加模擬和接近儲(chǔ)層地下的真實(shí)狀況；

(2)對(duì)地層水電阻率參數(shù)的選取，消除了地層水礦化度變化較大帶來的影響，采用礦化度展布特征分類研究方法，再根據(jù)PVT特征查圖版得到，更加準(zhǔn)確的對(duì)地層水電阻率進(jìn)行求??；

(3)最終解釋鄂爾多斯盆地南部JJC區(qū)域含油飽和度為42.3%，密閉取芯法解釋為41.2%，常溫巖電法為52.3%，其絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差相比常溫巖電法分別提高了9.9%和18.39%，與密閉取芯法解釋的更加接近。因此文章提出的基于高溫巖電實(shí)驗(yàn)的致密砂巖儲(chǔ)層含油飽和度解釋方法相比常規(guī)的常溫巖電實(shí)驗(yàn)計(jì)算的含油飽和度更加精確，更能客觀的反應(yīng)儲(chǔ)層含油性。