渤中凹陷低阻油層成因及測井識別方法研究

盛 達

（中海石油（中國）有限公司，北京 100010）

低阻油層是指油氣層電阻率值接近或小于本地區(qū)相同地質(zhì)條件下的水層電阻率，在高礦化度地層水地區(qū)甚至低于圍巖電阻率，但試油時產(chǎn)純油的油層，或電阻增大率（油層電阻率與水層電阻率之比）小于2的油層[1]。

對于低阻油層的形成機理和識別方法，近年來一直是國內(nèi)外測井學界研究的熱門課題[2-6]。低阻油氣層的成因在不同地區(qū)、不同層位具有明顯差異性，通常低阻成因主要有以下幾種：高束縛水含量、黏土礦物附加導電、高地層水礦化度、鹽水泥漿侵入、砂泥巖互層、含高導電礦物。在識別方面，總結(jié)了交會圖法、重疊法和臨近水層法等多種方法對低阻油層進行識別，但是低阻油層的形成受到礦物、流體、侵入等多種因素的影響，影響因素極其復雜，這些方法在渤中凹陷低阻油層的識別中效果較差。本文結(jié)合渤海區(qū)域低阻油層的測井特征及儲層形成的地質(zhì)過程，分析并確定了造成油層低阻的主要因素，提出了一種利用縱向響應離散法對測井曲線進行處理，依據(jù)校正后數(shù)值的高低對薄層低阻油層進行識別，用雙飽和度法對泥質(zhì)引起的低阻油層進行識別的方法，取得了較好的應用效果。

1 區(qū)塊概況

渤中凹陷位于渤海海域中部，區(qū)域構(gòu)造上位于渤海海域黃河口凹陷中洼南斜坡帶，西鄰郯廬斷裂渤南段中支，走向自西向東由EW向轉(zhuǎn)換為NE向、NNE向，整體上呈現(xiàn)出向南凸出的弧形構(gòu)造，內(nèi)部凹陷與凸起相間呈弧形排列。研究區(qū)面積20 000 km2，油氣資源豐富，主力開發(fā)層系為新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組。地質(zhì)研究表明[7-8]，明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，連通性較差，平面上儲層分布成條帶狀；館陶組為辮狀河沉積，河道寬度較明化鎮(zhèn)組加大，平面連通性增強，儲層發(fā)育相對連片。

2 低阻油層成因分析

渤中凹陷低阻油層主要為薄層低阻油層和泥質(zhì)引起的低阻油層。薄層低阻油層主要是由于薄層（小于0.5 m）砂巖受厚層低阻泥質(zhì)圍巖影響較大及常規(guī)測井垂向分辨率的限制，薄層的測井響應顯示失真，常規(guī)測井資料不能直接用于薄層的研究。高束縛水飽和度儲層主要表現(xiàn)在自然伽馬絕對值偏高，一般高于75 API，從沉積學角度講，形成這類儲層的沉積水動力偏弱，多期沉積能量大體相同的砂體逐層疊置，復合厚度一般小于5 m，巖性偏細，這為儲層形成高束縛水飽和度提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。

高束縛水飽和度低阻油層的出現(xiàn)與儲層巖性的粗細和儲層中黏土礦物成分及其分布狀態(tài)有很大關(guān)系，這種類型的低阻油層形成一般也需要具備三個地質(zhì)條件：（1）儲層成巖程度中等，屬于晚成巖A期；（2）儲層巖性偏細，具有雙組份孔隙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；（3）儲層地層水礦化度較低，一般小于6 000 mg/L。在同樣的儲層巖性條件下，當埋深（成巖作用）使儲層結(jié)構(gòu)、黏土成分發(fā)生改變之時，地層導電機理也隨之發(fā)生變化，低阻油氣層形成的主要因素也將發(fā)生轉(zhuǎn)化，將從黏土附加導電性成因轉(zhuǎn)化為高束縛水飽和度成因。儲層地層水礦化度相對較低約束地層的導電機制，突出了儲層束縛水飽和度高在導電中的作用，因此，在非高礦化度和成巖作用相對較弱的條件下，形成了高束縛水飽和度成因低阻油層。

在整體水動力較弱的沉積背景條件下沉積的砂體，由于顆粒比表面積的增大和毛細管力的增強，形成了大量束縛水，從而導致儲層滲透率和電阻率的雙重降低[9]；當油氣充注過程中，油氣驅(qū)替可動水而優(yōu)先占據(jù)較大孔喉孔隙儲集空間，在克服毛細管力的過程中，油氣則進入中小孔喉孔隙儲集空間。這樣在較大孔喉孔隙儲集空間內(nèi)就形成了較高的含油飽和度，而在中小孔喉孔隙儲集空間內(nèi)就形成了低含油飽和度。由于高束縛水飽和度和低含油飽和度使儲層的電阻率降低，這就是高束縛水飽和度儲層形成低阻油氣層的主要原因。

另外，黏土礦物具有導電性是人所共知的，由測井曲線也是可以感悟到的，主要是由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)和微粒性而具有吸附、膨脹、陽離子交換等特性，吸附在黏土礦物表面的陽離子在電場的作用下可以和溶液中的同性離子發(fā)生交換作用，陽離子交換特性是導致黏土具有附加導電性的直接原因。由于黏土礦物種類不同，其陽離子交換容量有很大差別（表1）。從表1中可以看出，蒙脫石的陽離子交換容量最大，表明其陽離子交換能力最強，導電性也最大。 附加導電性是含有一定數(shù)量的泥質(zhì)砂巖相對于純凈砂巖正常導電性增加了（并聯(lián)）泥質(zhì)導電性而言的[10]。當平衡陽離子的數(shù)量較大時，其附加導電作用顯著，可形成低電阻油層。從表2可以看出，渤中地區(qū)明化鎮(zhèn)組和館陶組蒙脫石含量明顯高于沙河街組，因此，渤中地區(qū)上第三系低阻油層有黏土附加導電性和高束縛水飽和度兩個因素復合成因。

表1 常見黏土礦物的陽離子交換容量Table 1 Cation exchange capacity of common clay minerals

表2 渤中地區(qū)不同層系黏土礦物含量統(tǒng)計表Table 2 Statistics table of clay mineral content in different strata in Bozhong area

3 低阻油層識別

3.1 薄層低阻油層識別方法

薄層低阻油層識別方法主要有縱向響應離散法、沃爾什反演法和分辨率匹配法三種[11-13]。本次主要對相位測井曲線進行了校正，采用的是縱向響應離散法。

縱向響應離散法是按照不同測井方法具有不同的響應原理，將其縱向響應系數(shù)離散化處理，建立測井值與響應范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的關(guān)系式，最終求得薄地層的地球物理真值的方法。以自然伽馬測井為例，自然伽馬測井值與響應范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的關(guān)系式如下：

式中：GRL為記錄點所測得的自然伽馬值，GR0、GR1、GR-1、GR2、GR-2分別為探測范圍內(nèi)5個等區(qū)間的地層自然伽馬真值，K0、K-1、K1、K-2、K2為小層權(quán)系數(shù)。

在球體探測范圍內(nèi)各層對GR值的貢獻與球臺體積成正比，且與層和記錄點之間的距離的平方成反比。通過建立刻度井進行測井，結(jié)合地面高分辨伽馬測井對各小層自然伽馬真值進行測量，通過正演模擬即可確定各小層權(quán)系數(shù)K值[14]，圖1為通過上述實驗確定的各小層權(quán)系數(shù)分解圖。

圖1 自然伽馬測井響應范圍內(nèi)小層權(quán)系數(shù)分解圖Fig. 1 Decomposition diagram of weight coefficient of sublayers within the response range of natural gamma logging

自然伽馬測井值與響應范圍內(nèi)各單元地層地球物理真值的一般關(guān)系式為：

式中：A為 系數(shù)矩陣，代表小層的權(quán)系數(shù)；X為自然伽馬真值，Y為測量值，API。

X=(ATA+￡E)-1ATY，其中￡為阻尼因子，E為單位矩陣。

方程為一個欠定方程組，各個薄層地球物理真值有無數(shù)組解?，F(xiàn)增加阻尼項利用下式求解：X=(ATA+￡E)-1ATY，通過增加阻尼項確定其薄層的唯一解。

通過縱向響應離散法對各井相位測井曲線進行處理，得到校正的相位電阻率曲線，依據(jù)校正后數(shù)值的高低進行評價。

X井測了相位電阻率和衰減電阻率，在Nm2-12小層內(nèi)部，19、21、23號層厚度均小于2 m，19、23號層相位電阻率均低于5.5 Ω·m。通過離散法處理校正后，19、23號層電阻率由實測的3.9 Ω·m、5.3 Ω·m分別提高到5.5 Ω·m、7.9 Ω·m，而且，錄井為油跡砂巖，密度孔隙度達到了28.5%以上，說明其含油飽滿，和縱向響應離散法處理成果效果是明顯的（圖2）。另外，22號層厚度在4 m左右，從自然伽馬、相位電阻率和密度曲線上看，儲層中部均顯示有夾層的跡象，通過離散法處理校正后，該層電阻率顯示為兩個小層，而且，校正后電阻率提高十分明顯，最高可達到16.5 Ω·m。

圖2 X井Nm2-12薄層處理成果圖Fig. 2 Treatment diagram of thin layer Nm2-12 in Well X

3.2 泥質(zhì)引起的低阻油層識別方法

黏土附加導電性和高束縛水飽和度復合成因低阻油層合稱泥質(zhì)引起的低阻油層，這類儲層在測井曲線上的主要特征是：自然伽馬相對較高，表示泥質(zhì)含量較高、黏土附加導電性增強和束縛水飽和度增高；補償密度也相應地有所增高，孔隙度相應地降低，電阻率降低，表現(xiàn)為低電阻特點。如X井11、12號層屬于這類特征（圖3），對這類儲層可以采用雙飽和度評價方法。

通過對儲層進行阿爾奇、西門杜公式雙飽和度模型處理，常規(guī)油層兩個模型計算的含油飽和度曲線基本重疊，低阻油層利用西門杜公式計算的含油飽和度高于阿爾奇公式計算的含油飽和度（圖4）。因此，采用西門杜公式計算含油飽和度的目的就是消除泥質(zhì)對電阻率降低的影響，進而提高含油飽和度。

圖3 X井Nm2-7小層測井解釋成果圖Fig. 3 Logging interpretation results of sublayer Nm2-7 in Well X

圖4 X井Nm2-9小層測井解釋成果圖Fig. 4 Logging interpretation results of sublayer Nm2-9 in Well X

4 結(jié)論

（1）渤中地區(qū)低阻油層成因主要包括薄層低阻油層及泥質(zhì)引起的低阻油層兩種。薄層低阻油層是薄層儲層受圍巖影響較大，且測井曲線分辨率較低造成的；由泥質(zhì)引起的低阻油層是受黏土附加導電性和高束縛水飽和度雙重影響形成的。

（2）薄層低阻油層可通過縱向響應離散法對測井曲線進行處理，依據(jù)校正后數(shù)值的高低進行識別評價；泥質(zhì)引起的低阻油層可通過對儲層進行阿爾奇、西門杜公式雙飽和度模型處理，從而進行有效識別。