高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層密閉取心飽和度校正新方法*

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057）

含油氣飽和度是評(píng)價(jià)油氣藏、計(jì)算油氣田地質(zhì)儲(chǔ)量的重要參數(shù)之一。密閉取心資料是獲取飽和度參數(shù)最直接的方法，也是測(cè)井解釋飽和度結(jié)果的重要參考標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。珠江口盆地（西部）珠江組一段上部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，具有泥質(zhì)重、束縛水含量高的特征。為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)該地區(qū)低阻油層的含水飽和度，該區(qū)域從2013年開始進(jìn)行了數(shù)次密閉取心作業(yè)，并嘗試使用常規(guī)的密閉取心飽和度方法進(jìn)行校正[4-7]，但校正后的含水飽和度偏高，校正效果不理想。

本文分析了造成密閉取心飽和度損失的主要因素，著重分析了高泥質(zhì)含量對(duì)飽和度測(cè)量值的影響，在充分考慮影響密閉取心飽和度各種因素的基礎(chǔ)上，提出了高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層的黏土水校正新方法，利用該方法對(duì)X4井密閉取心飽和度進(jìn)行了校正，校正結(jié)果與核磁束縛水飽和度吻合很好，使密閉取心飽和度平均增加約7%。

1 研究區(qū)儲(chǔ)層特征

珠江口盆地（西部）珠江組一段上部存在大量的低阻油層，其巖性主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。巖心、壁心粒度資料分析表明，巖石顆粒整體較細(xì)，儲(chǔ)層泥質(zhì)含量普遍較高，主要分布在25%～45%（圖1）。

圖1 珠江口盆地（西部）低阻油層泥質(zhì)含量直方圖Fig.1 Shale content histogram of low resistivity reservoirs in the western Pearl River Mouth Basin

對(duì)該地區(qū)低阻油層儲(chǔ)層段黏土礦物進(jìn)行了X衍射分析（表1），黏土礦物以伊蒙混層為主，其含量超過了50%，其余黏土礦物有伊利石、高嶺石和綠泥石。掃描電鏡資料表明，伊蒙混層呈片絮狀存在于顆粒表面，這增加了黏土晶面，使得黏土礦物具很強(qiáng)的親水性，導(dǎo)致儲(chǔ)層束縛水含量較高。

表1 珠江口盆地低（西部）阻油層黏土礦物X衍射Table1 X-ray diffraction of clay minerals of low resistivity reservoirs in the western Pearl River Mouth Basin

2 密閉取心飽和度影響因素分析

密閉取心資料是獲取飽和度最直接的方法，也是測(cè)井飽和度解釋的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。在巖心從取出到測(cè)量得到油、水飽和度的整個(gè)過程中，多種因素會(huì)對(duì)飽和度測(cè)量結(jié)果造成影響[8-10]，主要有以下原因：①當(dāng)巖心從井下上提至地面過程中，由于降溫、降壓，導(dǎo)致脫氣，而脫氣會(huì)帶出部分水分；②巖心從地層到地面后體積膨脹，引起的孔隙體積變大，導(dǎo)致飽和度降低，其中物性越好，孔隙體積變化越大，飽和度降低越明顯；③巖心冰凍后體積膨脹，導(dǎo)致飽和度降低；④密閉取心過程中仍然有少量鉆井液濾液浸入；⑤巖心剖開后及取樣過程中的流體散失。

珠江口盆地（西部）密閉取心測(cè)量結(jié)果除了受到上述因素的影響外，該地區(qū)儲(chǔ)層的高泥質(zhì)含量也會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。

密閉取心飽和度分析通常有庫侖法和蒸餾法兩種方法。蒸餾法確定巖心飽和度主要是把巖樣中的水蒸餾出來，利用溶劑把油抽提出來；蒸餾法的實(shí)驗(yàn)條件是100℃烘干48 h以上。由于該地區(qū)低阻油層巖樣中含有大量的蒙脫石黏土，在巖石烘干過程中會(huì)將黏土水蒸餾出來，導(dǎo)致測(cè)得的含水飽和度偏高[11]。庫侖法確定巖心飽和度主要利用水與乙醇無限量混溶的特性，將巖樣中的水溶于一定量的乙醇，然后用庫侖儀測(cè)定乙醇中的水分，通過質(zhì)量差確定油的含量。由于該地區(qū)低阻油層巖樣為疏松、泥質(zhì)較重的泥質(zhì)粉砂巖，在實(shí)驗(yàn)過程中要對(duì)樣品進(jìn)行碎樣處理，會(huì)將黏土中的水分萃取，導(dǎo)致測(cè)得的含水飽和度偏高。因此，對(duì)于該地區(qū)密閉取心樣品，除了進(jìn)行常規(guī)的飽和度校正外，還要進(jìn)行黏土水校正。

此外，珠江口盆地低阻油層密閉心分析的含油飽和度（So）與含水飽和度（Sw）之和主要分布在75%～95%（圖2），需要針對(duì)以上分析的影響因素對(duì)巖心油、水飽和度進(jìn)行校正，且校正后的油、水飽和度之和應(yīng)為100%。

圖2 珠江口盆地（西部）低阻油層密閉取心飽和度統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.2 Saturation statistical histogram of sealed core of low resistivity reservoirs in the western Pearl River Mouth Basin

3 高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層密閉取心飽和度校正方法

根據(jù)前人的研究成果[12-19]，常規(guī)密閉心校正步驟通常有巖心孔隙體積、流體體積校正和補(bǔ)油補(bǔ)水校正?？紤]到珠江口盆地（西部）低阻油層儲(chǔ)層泥質(zhì)重、束縛水含量高，常規(guī)方法校正后的含水飽和度偏高，校正效果不理想，在常規(guī)方法校正基礎(chǔ)上提出了黏土水校正方法，進(jìn)而建立了一種高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層密閉取心飽和度的校正新方法。

3.1 巖心孔隙體積、流體體積校正

巖心從地下取至地面，由于溫壓條件發(fā)生變化，其孔隙體積和流體體積也隨之改變。其中，油體積變小，水體積基本不變，進(jìn)而引起實(shí)測(cè)飽和度變化，因此需要對(duì)巖心含水飽和度進(jìn)行校正。首先依據(jù)區(qū)域覆壓公式對(duì)孔隙體積校正，再依據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的體積系數(shù)對(duì)流體體積進(jìn)行校正，其飽和度校正公式為

式（1）、（2）中：Sw為地層含水飽和度，%；So為地層含油飽和度，%；S′w為密閉取心測(cè)量的含水飽和度，%；S′o為密閉取心測(cè)量的含油飽和度，%；φ地面為地面孔隙度，%；φ地下為地下孔隙度，%；Bw為地層水體積系數(shù)，約等于1；Bo為原油體積系數(shù)，指原油在地下的體積與其在地面脫氣后的體積之比，該地區(qū)低阻油層實(shí)驗(yàn)室測(cè)定值為1.032。

3.2 黏土水校正

珠江口盆地（西部）低阻油層泥質(zhì)含量高，前文已分析實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的含水飽和度包含黏土水體積，這就使得計(jì)算的含水飽和度偏大，需要將此部分水體積去除。實(shí)驗(yàn)分析的含水飽和度水體積包括3個(gè)部分：可動(dòng)水、毛管水和黏土水，如圖3a所示，那么實(shí)驗(yàn)分析的含水飽和度計(jì)算公式如下：

則有

式（3）、（4）中：S′w為實(shí)驗(yàn)分析含水飽和度，%；φw為巖石有效水孔隙度，為可動(dòng)水孔隙度和毛管水孔隙度之和，%；φ′e為實(shí)驗(yàn)分析孔隙度，%；φcl為黏土水孔隙度，%。

根據(jù)圖3a所示，實(shí)驗(yàn)分析含油飽和度計(jì)算公式如下：

則有

式（5）、（6）中：S′o為實(shí)驗(yàn)分析含油飽和度，%；φo為巖石油孔隙度，%。

地層條件下含水飽和度的水體積包括2個(gè)部分：可動(dòng)水和束縛水，如圖3b所示，地層條件下的含水飽和度計(jì)算公式如下：

圖3 實(shí)驗(yàn)條件和地層條件下密閉取心飽和度模型Fig.3 Saturation model of sealed core under laboratory conditions and formation condition

根據(jù)圖3b所示，地層條件下含油飽和度計(jì)算公式如下：

式（7）、（8）中：Sw為地層條件含水飽和度，%；So為地層條件含油飽和度，%。

黏土水孔隙度的確定方法有2種：核磁資料確定和常規(guī)物性方法。

第1種方法是核磁資料法。選擇該地區(qū)低阻油層附近的純泥巖，使用核磁資料確定純泥巖黏土水孔隙在18%～25%（圖4），粒度資料分析表明儲(chǔ)層段黏土含量分布在20%～30%，那么儲(chǔ)層段的黏土水孔隙為純泥巖黏土水孔隙與儲(chǔ)層段黏土含量的乘積，分布在3.6%～7.5%。

圖4 珠江口盆地（西部）低阻油層附近的純泥巖黏土水孔隙體積頻率直方圖Fig.4 Frequency histogram of Clay Water pore in shale formation near low resistivity reservoirs in the western Pearl River Mouth Basin

第2種方法是常規(guī)物性法。前文提到在進(jìn)行密閉心飽和度實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度過高，會(huì)導(dǎo)致黏土脫水；同樣，當(dāng)進(jìn)行常規(guī)物性實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)溫度較高和實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長，巖心實(shí)驗(yàn)確定的孔隙度更接近于測(cè)井定義的總孔隙度[11]。那么，巖心實(shí)驗(yàn)分析孔隙度與有效孔隙度的差值即為黏土水體積，儲(chǔ)層段有效孔隙度可以使用核磁資料來確定，該地區(qū)低阻油層儲(chǔ)層段巖心分析孔隙度與核磁有效孔隙度的差值分布在4%～7%（表2）。

綜上所示，考慮2種確定黏土水孔隙的確定方法，該地區(qū)低阻油層黏土水孔隙取值為4%～7%。

表2 珠江口盆地（西部）低阻油層儲(chǔ)層段巖心分析孔隙度與核磁有效孔隙度數(shù)據(jù)Table2 Core analysis porosity and nuclear magnetic effective porosity data of low resistivity reservoirs in the western Pearl River Mouth Basin

3.3 補(bǔ)油補(bǔ)水校正

對(duì)于該地區(qū)低阻油層，作飽和度校正時(shí)只需考慮油水兩相的情況。根據(jù)儲(chǔ)層流體性質(zhì)特征可分為3種情況：當(dāng)儲(chǔ)層為純油層時(shí)，密閉心從取心到實(shí)驗(yàn)過程中只發(fā)生了油體積丟失，校正過程直接補(bǔ)油；當(dāng)儲(chǔ)層為純水層或強(qiáng)水淹層時(shí)，密閉心從取心到實(shí)驗(yàn)過程中只發(fā)生了水體積丟失，校正過程直接補(bǔ)水；而對(duì)于弱—中水淹層或油水同層，利用統(tǒng)計(jì)法補(bǔ)油、補(bǔ)水。

在儲(chǔ)層原始狀態(tài)下，油、水飽和度滿足以下關(guān)系：

式（9）中：So為地層原始含油飽和度，%；Sw為地層原始含水飽和度，%。

前人研究表明，同一口井在各個(gè)外界影響條件基本相同的條件下（如取心井段壓力、溫度、取心工藝、飽和度工藝等），從取心到最終得到巖心分析數(shù)據(jù)過程中，如果按油加水飽和度進(jìn)行分區(qū)間分析，則油、水損失率為常數(shù)[20-21]，設(shè)原油剩余率為常數(shù)X，水剩余率為常數(shù)Y，則有

式（10）中：S′o為巖心分析含油飽和度，%；S′w為巖心分析含水飽和度，%。

將密閉巖心化驗(yàn)分析的油加水飽和度按5%的步長分成7個(gè)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性回歸結(jié)果，各區(qū)間含油飽和度、含水飽和度之間存在較好的線性關(guān)系，其關(guān)系式可表達(dá)為

式（11）中：a為截距；b為斜率。

密閉取心不同飽和度區(qū)間的a、b數(shù)值見表3，a、b數(shù)值在不同的飽和度區(qū)間內(nèi)會(huì)有一定的差別。由于式（10）與式（11）表征同一物理意義，故可求出

表3 珠江口盆地（西部）低阻油層密閉取心分析不同飽和度區(qū)間的a、b值Table3 a，b value in different distribution interval of the saturation of sealed core analysis of low resistivity reservoirs in the western Pear River Mouth Basin

這樣，經(jīng)過校正后的油、水飽和度計(jì)算公式為

圖5 珠江口盆地（西部）X4井密閉取心飽和度校正結(jié)果Fig.5 Saturation correction result of sealed core in Well X4 in the western Pearl River Mouth Basin

4 校正結(jié)果分析

圖5為珠江口盆地（西部）X4井密閉取心飽和度經(jīng)過各種校正后的分析結(jié)果，該儲(chǔ)層段經(jīng)射孔生產(chǎn)，日產(chǎn)油90 m3左右，不產(chǎn)水，表明為純油層，那么核磁測(cè)井計(jì)算的含水飽和度曲線即為束縛水飽和度。圖5中，第6、7、8道的數(shù)據(jù)點(diǎn)分別為實(shí)驗(yàn)室原始測(cè)量含油飽和度、常規(guī)方法校正含油飽和度和黏土水方法校正含油飽和度，測(cè)井曲線為核磁測(cè)井含油飽和度曲線。從圖5可以看出，該井密閉取心段實(shí)驗(yàn)室原始測(cè)量（校正前）的含油飽和度均值為15.13%，常規(guī)方法未經(jīng)過黏土水校正的含油飽和度均值為25.46%，經(jīng)過黏土水校正的含油飽和度均值為32.86%，核磁測(cè)井的含油飽和度均值為30.87%；經(jīng)過黏土水校正得到的飽和度與核磁曲線飽和度結(jié)果吻合較好，該方法可使密閉取心含油飽和度平均增加約7%。圖6是本井密閉取心分析飽和度與核磁計(jì)算的飽和度誤差對(duì)比圖，可以看出，黏土水校正后的含油飽和度均值基本落在對(duì)角線45°兩側(cè)，誤差在±5%左右。由此可見，黏土水方法校正結(jié)果更接近儲(chǔ)層實(shí)際情況，該方法更加適合高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層的密閉取心飽和度校正。

圖6 珠江口盆地（西部）X4井密閉取心分析含油飽和度和核磁含油飽和度誤差對(duì)比Fig.6 Error comparison of Well X4 between sealed core oil saturation and oil saturation of NMR in the western Peal Mouth Basin

5 結(jié)論

1）珠江口盆地（西部）珠江組一段儲(chǔ)層泥質(zhì)含量較高，在密閉取心飽和度試驗(yàn)過程中會(huì)將儲(chǔ)層中的束縛水蒸餾或者萃取出來，導(dǎo)致測(cè)得的含水飽和度偏高。

2）針對(duì)本區(qū)域泥質(zhì)含量高的特征，在常規(guī)方法校正基礎(chǔ)上提出了黏土水校正方法，進(jìn)而建立了一種高泥質(zhì)含量?jī)?chǔ)層密閉取心飽和度的校正新方法。利用本文方法對(duì)該地區(qū)X4井的密閉取心飽和度進(jìn)行了校正，結(jié)果表明校正后的巖心飽和度與核磁測(cè)井飽和度吻合很好，可使密閉取心含油飽和度平均增加約7%。