鄂爾多斯盆地西緣中生界高電阻率水層測(cè)井評(píng)價(jià)方法

單沙沙,盧春利,周麗艷

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院,陜西西安710077;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井技術(shù)研究院,陜西西安710077)

0 引 言

電阻率作為識(shí)別流體性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù),在復(fù)雜油藏中受到諸多影響,使得同一油水系統(tǒng)中,油層與水層電阻率差異小,形成低對(duì)比度油層和高電阻率水層(簡(jiǎn)稱(chēng)高阻水層),給勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)難題。對(duì)高阻水層的成因前人已經(jīng)進(jìn)行了很多研究[1-3],可分為2大類(lèi):第1類(lèi)是儲(chǔ)層內(nèi)因,即儲(chǔ)層本身特征引起的,如孔隙結(jié)構(gòu)差、物性致密等;第2類(lèi)是外因,如鉆井液侵入、地層水變化、潤(rùn)濕性等引起的電阻率變化。

鄂爾多斯盆地西緣中生界長(zhǎng)8、長(zhǎng)9主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道與三角洲平原分流河道砂體。長(zhǎng)7烴源巖在研究區(qū)南部有一定范圍分布,烴源巖生成的油氣在生烴增壓形成的異常壓力作用下向下運(yùn)移,在長(zhǎng)8、長(zhǎng)9聚集成藏。地質(zhì)歷史過(guò)程中,研究區(qū)活躍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成多期斷裂,至白堊紀(jì)中晚期,喜山運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)烈抬升剝蝕,使得古油藏發(fā)生破壞,大量油氣散失。研究區(qū)測(cè)井解釋過(guò)程中,部分層解釋結(jié)論與試油結(jié)論不符,多口井取心含油顯示為油斑,電阻率值較高,但試油為水層。通過(guò)對(duì)巖性、泥質(zhì)含量、物性及地層水等因素分析發(fā)現(xiàn),研究區(qū)高阻水層主要由多變的地層水礦化度和古油藏破壞后形成的氧化殘余油引起。此類(lèi)層的存在導(dǎo)致常規(guī)解釋圖版上高阻水層普遍發(fā)育,油水識(shí)別效果差,測(cè)井解釋符合率低。前人對(duì)于地層水礦化度變化對(duì)儲(chǔ)層電阻率的影響研究很多[1-6],但對(duì)于氧化殘余油的分析多為薄片等定性觀察,在定量表征上研究很少。因此,急需開(kāi)展氧化殘余油對(duì)儲(chǔ)層電阻率的影響分析,形成研究區(qū)油水識(shí)別方法以提高測(cè)井解釋精度。

1 高阻水層電阻率影響因素

1.1 礦化度對(duì)電阻率的影響

地層水電阻率的大小直接影響儲(chǔ)層電阻率的高低。造成地層水礦化度變化的原因很多[4],研究區(qū)最直接的原因是盆地邊緣斷裂系統(tǒng)發(fā)育溝通上部地層甚至地表水,上部淡水滲入使地層水發(fā)生不同程度淡化,地層水礦化度變化范圍主要在10.0～50.0 g/L,平均為24.5 g/L。實(shí)驗(yàn)表明相同含水飽和度條件下,地層水礦化度越低,對(duì)儲(chǔ)層電阻率影響越大。當(dāng)?shù)V化度低于20 g/L時(shí),地層水礦化度進(jìn)一步降低,可以使儲(chǔ)層電阻率成倍增大。(見(jiàn)圖1)。

圖1 地層水礦化度對(duì)儲(chǔ)層電阻率影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

1.2 氧化殘余油對(duì)電阻率的影響

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成古油藏破壞,油氣中的輕質(zhì)組分散失,瀝青質(zhì)等重質(zhì)成分殘留并發(fā)生氧化,與顆粒表面黏土膜結(jié)合形成有機(jī)質(zhì)復(fù)合體,并附著于巖石顆粒表面(見(jiàn)圖2),顆粒表面原有的水膜導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切斷,儲(chǔ)層內(nèi)導(dǎo)電路徑發(fā)生改變,使儲(chǔ)層電阻率升高。氧化殘余油的存在改變了儲(chǔ)層中油水分布以及巖石的潤(rùn)濕性,對(duì)儲(chǔ)層電阻率有較大影響。圖3是氧化殘余油引起的高阻水層與正常水層的巖電實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖,正常水層電阻增大率與含水飽和度在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下呈線(xiàn)性變化,其斜率(飽和度參數(shù)n)一般為小于2的定值;高阻水層中兩者呈非線(xiàn)性變化,其斜率值較大,甚至達(dá)到5,說(shuō)明殘余油的存在對(duì)儲(chǔ)層油水分布及潤(rùn)濕性產(chǎn)生影響,造成儲(chǔ)層電阻率增大。

圖2 高阻水層殘余油熒光特征

圖3 高阻水層巖電特征

1.3 其他電阻率影響因素

巖性因素如泥質(zhì)、碳酸鹽含量等也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的電阻率造成影響[5],但研究區(qū)巖性較純,以長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主;填隙物含量低(約為10%),以水云母、綠泥石為主,其次為硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)物。油層、水層的儲(chǔ)層特征相近,巖性不是造成高阻水層的主要原因。

圖5 X1井高阻水層測(cè)井解釋綜合圖*非法定計(jì)量單位,1 b/eV=6.241 46×10-10 m2/J,下同

研究區(qū)位于鄂爾多斯西緣斷裂系統(tǒng)發(fā)育,綜合上述分析,高阻水層的成因主要是:構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞古油藏,使得上部淡水滲入,引起地層水礦化度降低;同時(shí)輕質(zhì)油氣逸散,重質(zhì)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)氧化,形成氧化殘余油附著于顆粒表面,造成水層電阻率升高,這2種原因是相互伴隨形成的。

2 高阻水層評(píng)價(jià)方法

對(duì)于以上2種造成高阻水層的原因,地層水電阻率的相關(guān)研究很多[6-9],常用的計(jì)算方法包括水分析法、自然電位法及水層反算法等,已經(jīng)有許多學(xué)者進(jìn)行了研究,文中不再贅述。

2.1 氧化殘余油定量表征

氧化殘余油由于輕烴逸散,以氧化重質(zhì)成分為主,具有“重碳輕烴”的特質(zhì)。含氧化殘余油的儲(chǔ)層在測(cè)井曲線(xiàn)上除了具有高電阻率特征外,由于含氫指數(shù)的降低,三孔隙度曲線(xiàn)上常表現(xiàn)出低中子的特征[10-11](見(jiàn)圖4)。

圖4 殘余油測(cè)井響應(yīng)特征

研究區(qū)內(nèi)泥巖具有高密度、高中子的特點(diǎn),與儲(chǔ)層段特征相反,且儲(chǔ)層段泥質(zhì)含量低(約5%),可以很容易區(qū)分。圖5為研究區(qū)X1井高阻水層測(cè)井解釋綜合圖,其中第4道中密度—中子包絡(luò)顯示的儲(chǔ)層劃分界線(xiàn)與自然伽馬曲線(xiàn)的分層界線(xiàn)一致,是適合本區(qū)塊的左右刻度值范圍,可輔助進(jìn)行儲(chǔ)層劃分。將儲(chǔ)層巖石體積模型分為骨架、微孔、氧化殘余油、剩余粒間孔4個(gè)部分,根據(jù)三孔隙度測(cè)井原理,密度測(cè)井測(cè)量體積密度,主要反映總孔隙度;根據(jù)費(fèi)馬最短時(shí)間原理,聲波趨向于繞開(kāi)微細(xì)顆粒形成的微孔隙及其中的束縛水,主要沿巖石顆粒傳播,聲波測(cè)井主要反映粒間孔;因此,密度和聲波測(cè)井差異可以反映儲(chǔ)層中對(duì)滲流作用不大的微孔部分。中子測(cè)井主要測(cè)量?jī)?chǔ)層中含氫指數(shù),反映總孔隙度,但由于氧化殘余油的存在呈現(xiàn)出類(lèi)似“挖掘效應(yīng)”的特征,使中子值變小,因此,密度和中子測(cè)井差異可以反映氧化殘余油部分。具體公式推導(dǎo)

(φ1+φ2)×Δtf+(1-φ1-φ2)×Δtma=Δt

(1)

(φ1+φ2+φ3)×DENf+

(1-φ1-φ2-φ3)×DENma=DEN

(2)

(φ1+φ3)×CNLf+φ2×CNLor+

(1-φ1-φ2-φ3)×CNLma=CNL

(3)

φ3=φ-(Δt-Δtma)/(Δtf-Δtma)

(4)

φ2=[1/(1-CNLor)]×(φ-CNL)

(5)

式中,φ1為顆粒間剩余粒間孔隙度,%;φ2為氧化殘余油孔隙度,%;φ3為微孔隙度,%;φ為總孔隙度,%;Δtma為骨架的聲波時(shí)差值,μs/m;DENma為骨架的密度值,g/cm3;CNLma為骨架的補(bǔ)償中子值,%;Δtf為流體的聲波時(shí)差值,μs/m;DENf為流體的密度值,g/cm3;CNLf為流體的補(bǔ)償中子值,%;CNLor為氧化殘余油的中子值,%;Δt為聲波時(shí)差值,μs/m;DEN為密度值,g/cm3;CNL為補(bǔ)償中子值,%。

研究區(qū)儲(chǔ)層為低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層,孔隙度主要分布在5.0%～15.0%,平均為9.8%,計(jì)算誤差對(duì)其絕對(duì)值影響大,式(1)～式(5)所需理論參數(shù)的選取會(huì)進(jìn)一步增加計(jì)算誤差,因此,直接采用測(cè)井曲線(xiàn)經(jīng)圍巖刻度后歸一化的值表征微孔隙、剩余粒間孔、氧化殘余油孔隙。圖5第11道滲流指數(shù)是聲波與密度經(jīng)過(guò)刻度歸一化后得到的差異函數(shù),與微孔隙所占體積呈反相關(guān),主要反映剩余粒間孔,該值越大儲(chǔ)層連通粒間孔越多,孔隙結(jié)構(gòu)越好,該曲線(xiàn)反映的孔隙結(jié)構(gòu)與核磁共振測(cè)井反映的孔隙結(jié)構(gòu)一致。第12道中的氧化指數(shù)為中子與密度的差異函數(shù),表征的是氧化殘余油對(duì)儲(chǔ)層孔隙造成的影響。該曲線(xiàn)與高阻水層取心分析得到的殘余油飽和度(紅色桿狀圖)趨勢(shì)較為一致,可以定量計(jì)算氧化殘余油所占體積。氧化指數(shù)越高,儲(chǔ)層中氧化殘余油越多,對(duì)儲(chǔ)層電阻率影響越大。

2.2 電阻率校正及油水識(shí)別

氧化殘余油的存在和地層水的淡化導(dǎo)致水層電阻率增加,使得高阻水層與油層混雜,電阻率判別油水困難。通過(guò)三孔隙度測(cè)井差異計(jì)算氧化指數(shù),定量表征儲(chǔ)層中氧化殘余油體積。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合地層水電阻率,對(duì)多口井的高阻水層進(jìn)行分析,建立地層電阻率與氧化指數(shù)和地層水電阻率的關(guān)系(見(jiàn)圖6),實(shí)現(xiàn)特定的氧化殘余油含量和地層水礦化度條件下水層電阻率R0的計(jì)算[見(jiàn)式(6)]。R0是對(duì)純水層電阻率在地層水礦化度發(fā)生變化、存在特定的氧化殘余油含量時(shí)的校正。

R0=A×eB×OI

(6)

A=40.677×Rw+8.4183

(7)

B=-12.359×Rw+6.4535

(8)

式中,A、B為待定系數(shù);Rw為地層水電阻率,Ω·m;OI為氧化指數(shù),無(wú)量綱。

圖6 地層電阻率與氧化指數(shù)和地層水電阻率關(guān)系圖

圖7 補(bǔ)償中子—電阻率比值油水識(shí)別圖版

對(duì)于水分析資料豐富的區(qū)域,地層水電阻率可由水分析及其平面趨勢(shì)圖獲得;對(duì)于水分析資料較少的區(qū)域,可采用水層反算,通過(guò)水分析刻度求得地層水電阻率。將測(cè)井實(shí)測(cè)儲(chǔ)層深電阻率Rt與上式計(jì)算的水層電阻率R0的比值定義為電阻率比值I。該值消除了氧化殘余油、地層水電阻率及物性等對(duì)儲(chǔ)層電阻率的影響,放大了對(duì)流體可動(dòng)油的反映能力,可以很好地進(jìn)行油水識(shí)別。圖7為研究區(qū)40口井41個(gè)試油層段補(bǔ)償中子—電阻率比值油水識(shí)別圖版,克服了因高阻水層存在導(dǎo)致常規(guī)聲波—電阻率交會(huì)圖中油水混雜、識(shí)別精度低的問(wèn)題。圖版顯示在該區(qū)補(bǔ)償中子大于14%時(shí),電阻率比值I大于1.8,為油層界限。

對(duì)研究區(qū)X1井分別在× ×71～× ×72 m、× ×52～× ×53 m、× ×53～× ×55 m井段射孔,取心顯示射孔井段巖性以油斑細(xì)砂巖為主,含油級(jí)別高,電阻率較高,約為40 Ω·m,原解釋為油水同層。射孔后日產(chǎn)水分別為27.6 m3、19.7 m3、38.1 m3,試油結(jié)果均為水層(見(jiàn)圖5)。研究區(qū)X2井射孔井段為× ×60～× ×62 m,該井段電阻率值與X1井相近,原解釋為油水同層(見(jiàn)圖8)。射孔后壓裂加砂3.0 m3,初期日產(chǎn)油121.72 t,試油結(jié)果為油層。常規(guī)測(cè)井解釋結(jié)論與試油結(jié)果不符,解釋符合率較低。其中X1井密度值為2.47 g/cm3、聲波值為224 μs/m,補(bǔ)償中子值較低,為11.2%;計(jì)算的滲流指數(shù)比X2井射孔段低;氧化指數(shù)為0.15,含有較高氧化殘余油,導(dǎo)致電阻率較高。通過(guò)研究進(jìn)行電阻率校正后,X1井射孔井段的電阻率比值I為1.5左右,為水層。X2井射孔段滲流指數(shù)高,該層物性相對(duì)較好;補(bǔ)償中子為21%;計(jì)算的氧化指數(shù)在該層較低甚至為零,顯示該層不存在氧化殘余油,計(jì)算的電阻率比值I為高值,顯示為油層,與試油結(jié)果一致。

圖8 X2井油層測(cè)井綜合解釋圖

以上方法對(duì)于識(shí)別研究區(qū)的高阻水層效果明顯,通過(guò)對(duì)區(qū)塊近兩年13口重點(diǎn)井進(jìn)行跟蹤解釋,解釋符合率可達(dá)85%。

表1 區(qū)塊內(nèi)部分井解釋符合率統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表1 區(qū)塊內(nèi)部分井解釋符合率統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)本次研究明確了鄂爾多斯盆地西緣長(zhǎng)8、長(zhǎng)9段水層高電阻率的主要原因:古油藏遭構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞,導(dǎo)致重質(zhì)烴類(lèi)形成氧化殘余油附著于顆粒表面,同時(shí)原始地層水受到不同程度淡化。

(2)從測(cè)井響應(yīng)分析,氧化殘余油具有“重碳輕烴”的特征,對(duì)于此類(lèi)高電阻率水層,殘余油的含量直接影響儲(chǔ)層電阻率的高低。采用三孔隙度差異刻度法,減少計(jì)算誤差,實(shí)現(xiàn)氧化殘余油的定量表征。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電阻率校正后,利用測(cè)量電阻率與校正后電阻率比值,能很好地解決此類(lèi)低對(duì)比度儲(chǔ)層流體性質(zhì)區(qū)分問(wèn)題,提高測(cè)井解釋符合率。

(3)該方法適用于巖性相對(duì)較純、泥質(zhì)含量較低的儲(chǔ)層,對(duì)于復(fù)雜砂巖,要在泥質(zhì)校正的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用。