渤海海域C油田孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)油層電阻率的影響

王飛騰，侯東梅，李彥來，權(quán) 勃，劉博偉

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

引 言

歷經(jīng)多年勘探開發(fā)，渤海灣盆地探明程度相對(duì)較高［1］，急需尋求潛在接替資源，渤海海域低阻油層的發(fā)現(xiàn)為此提供了條件［2-3］，相應(yīng)研究受到廣泛關(guān)注。低阻油層的形成受孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物、束縛水、潤(rùn)濕性、沉積環(huán)境、泥漿侵入等多種因素影響［4-7］，其中，孔隙結(jié)構(gòu)通過控制地層水的賦存狀態(tài)影響油層電阻率［8-10］，具有重要的研究?jī)r(jià)值。因此，選取渤海海域C油田巖心樣品，采用孔隙度測(cè)定、滲透率測(cè)定、壓汞分析、核磁共振分析和薄片觀察等方法，探討不同電阻率地層孔隙結(jié)構(gòu)特征，在此基礎(chǔ)上，明確孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)油層電阻率的影響機(jī)理，為后期低阻油層高效開發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

C油田位于渤海海域西部，為發(fā)育于沙壘田凸起背景上的斷裂背斜。沙壘田凸起呈東西走向，四周被歧口、沙南、渤中和南堡等生油凹陷所環(huán)繞，具備較好的油氣成藏條件。自古生代以來，該凸起長(zhǎng)期處于繼承性抬升狀態(tài)，至早第三紀(jì)晚期開始下沉，在凸起邊緣接受東營(yíng)組三角洲相沉積，至東營(yíng)組后期，凸起中心一度抬升成陸，至晚第三紀(jì)，凸起整體沉降，大面積接受館陶組和明化鎮(zhèn)組河流相沉積。本次研究主要針對(duì)館陶組辮狀河沉積，油藏類型主要為底水油藏。

本次研究層位為館陶組的館三上段和館三下段（圖1）。館三上段地層整體發(fā)育3期次河道沉積，測(cè)井曲線包含鐘型、漏斗型、箱型、復(fù)合型，油層電阻率分布范圍為1．7～5．1Ω·m，單井產(chǎn)能相對(duì)較低。館三下段地層發(fā)育辮狀河沉積，測(cè)井曲線以箱型為主，含油層系主要分布于大套砂巖頂部，油層電阻率分布范圍為5．3～16．5Ω·m，單井產(chǎn)能相對(duì)較高。

圖1 研究區(qū)館三上段和館三下段地層剖面Fig．1 Cross-section of N1 gⅢ formation in the study area

2 實(shí)驗(yàn)樣品與方法

本文分別選取館三上段和館三下段巖心樣品，進(jìn)行孔隙度測(cè)定、滲透率測(cè)定、核磁共振分析、薄片觀察和壓汞分析，進(jìn)而探討不同層段孔隙結(jié)構(gòu)特征。

2．1 孔隙度和滲透率測(cè)定

根據(jù)凈上覆巖壓下的波義耳定律和非穩(wěn)態(tài)流達(dá)西定律進(jìn)行覆壓孔滲測(cè)試［11］，測(cè)試過程參照SY／T 6385—2016《覆壓下巖石孔隙度和滲透率測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)步驟如下所示：（1）將巖樣除油、鹽后，烘干待測(cè)；（2）根據(jù)巖樣長(zhǎng)度和直徑，計(jì)算巖樣總體積Vt；（3）用氦氣給巖心樣品加壓并使壓力穩(wěn)定，讓氦氣擴(kuò)散進(jìn)已知的巖心體積里，再次等待壓力穩(wěn)定，根據(jù)最初和最終的壓力用波義爾定律計(jì)算出巖心孔隙體積；（4）用氦氣充滿已知體積的巖心室，然后將氦氣由巖心樣品排放到大氣里。檢測(cè)下降的室壓與時(shí)間，在給定的時(shí)間內(nèi)測(cè)定經(jīng)由巖心樣品的氣體流速和壓力降，根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定樣品的等效空氣滲透率、克氏滲透率、滑脫系數(shù)以及α和β紊流因子。

2．2 壓汞分析

通過烘箱將樣品除去水分，測(cè)定不同壓力下干燥樣品的進(jìn)汞量和退汞量，分別通過Young-Dupre方程［12］、Washburn方程［13］求取樣品比表面積和孔體積，進(jìn)而確定孔徑分布特征。

2．3 核磁共振分析

利用MacroMR12-110H-1型號(hào)核磁共振成像巖心驅(qū)替系統(tǒng)測(cè)量巖石中流體的氫原子核在磁場(chǎng)中共振產(chǎn)生的信號(hào)特征，根據(jù)氫原子在低場(chǎng)條件下衰減與弛豫時(shí)間的關(guān)系，通過數(shù)學(xué)反演快速獲得巖樣的 T2截止值［14-15］，測(cè)試過程參照 SY／T 6490—2014《巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)。

2．4 薄片觀察

通過巖石薄片對(duì)樣品孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察［16］。對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行液氮冷鉆、聚四氟乙烯塑料包封、抽提除油操作，通過鑄體儀對(duì)巖樣孔隙進(jìn)行有色環(huán)氧樹脂膠鑄體制作，將制作后的樣品精磨至0．03 mm，其過程參照 SY／T 5913—2004《巖心制片方法》和SY／T 5368—2016《巖石薄片鑒定》標(biāo)準(zhǔn)。

3 孔隙結(jié)構(gòu)與油層電阻率的關(guān)系

館三上段油層電阻率分布范圍為1．7～5．1 Ω·m，館三下段油層電阻率分布范圍為5．3～16．5 Ω·m，兩者差異巨大。分析不同電阻率地層的孔隙結(jié)構(gòu)差異，探討孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)電阻率的影響，對(duì)低阻油層成因分析具有重要意義。

3．1 孔滲關(guān)系

館三上段、下段地層平均孔隙度分別為26．9%和31．4%，平均滲透率分別為 212．6×10-3μm2和647．9×10-3μm2（圖2），孔滲相關(guān)關(guān)系分別為0．56和0．76（圖3）。館三上段地層孔隙度、滲透率和孔滲相關(guān)性明顯低于館三下段地層，可導(dǎo)致油層電阻率低。館三上段地層滲透率隨孔隙度增加的趨勢(shì)明顯低于館三下段地層，進(jìn)行孔滲分析時(shí)需區(qū)別對(duì)待。

圖2 不同地層樣品孔滲分布Fig．2 Porosity and permeability distribution of samples from different formations

圖3 不同地層樣品的孔滲關(guān)系Fig．3 Relationships between porosity and permeability of samp les from different formations

3．2 孔徑分布

通過高壓壓汞對(duì)館三上段、館三下段地層孔徑和滲透率分布范圍進(jìn)行分析。館三上段地層孔徑中值普遍小于2μm（圖4），孔徑分布廣，在0．004～16．000μm均有發(fā)育，主要分布于6～10μm，滲透率主要由6～16μm孔徑的孔隙貢獻(xiàn)（圖5）；館三下段地層孔徑中值分布范圍為3～9μm（圖4），孔徑主要分布于2．5～16μm，滲透率主要由10～25μm孔徑的孔隙貢獻(xiàn)（圖6）。與正常油層相比，低阻油層孔徑中值更低，微孔隙相對(duì)發(fā)育，正常電阻率油層大孔隙分布相對(duì)均勻。

圖4 基于高壓壓汞的孔徑中值分析Fig．4 Median pore diameter analysis based on high pressuremercury intrusion

圖5 館三上段地層樣品孔徑分布Fig．5 Pore size distribution of the upper N1 gⅢ formation

圖6 館三下段地層樣品孔徑分布Fig．6 Pore size distribution of the lower N1 gⅢ formation

在此基礎(chǔ)上，依據(jù)核磁共振T2譜橫向弛豫時(shí)間對(duì)孔隙類型進(jìn)行識(shí)別，判斷儲(chǔ)層孔隙分布特征，測(cè)量過程中，認(rèn)為短馳豫時(shí)間代表微孔隙和中孔隙，長(zhǎng)弛豫時(shí)間代表大孔隙和裂縫［17-19］。

分別選取館三上段和館三下段地層樣品進(jìn)行核磁共振分析，結(jié)果表明，普遍存在3種類型的核磁T2譜形態(tài)。

第1種類型表現(xiàn)為T2譜單峰特征（圖7），主峰分布于1～10 ms，表明儲(chǔ)集空間以微孔隙為主，孔徑較小，比表面積較大，對(duì)水分子具有較強(qiáng)的吸附性，從而降低油層電阻率。

圖7 低阻油層樣品T2譜分布特征（R t＝2．0Ω·m）Fig．7 T2 spectral distribution characteristics of low resistivity reservoir samp le（R t＝2．0Ω·m）

第2種類型表現(xiàn)為T2譜左高右低雙峰特征（圖8）。其中，左峰峰值較高，分布于1～10 ms，右峰峰值較低，分布于10～100 ms，表明微孔隙和大孔隙均存在，且微孔隙更為發(fā)育，該類儲(chǔ)集空間孔隙分布不均勻，導(dǎo)致非均質(zhì)性強(qiáng)、連通性差，束縛水飽和度高，油層電阻率低。上述類型儲(chǔ)集空間主要發(fā)育于館三上段地層，是導(dǎo)致低阻油層發(fā)育的主要因素之一，相比之下，呈T2譜單峰特征的油層電阻率相對(duì)更低，表明微孔隙對(duì)電阻率的降低作用更為顯著。

圖8 低阻油層樣品T2譜分布特征（R t＝3．3Ω·m）Fig．8 T2 spectral distribution characteristics of low resistivity reservoir sam p le（R t＝3．3Ω·m）

第3種類型表現(xiàn)為離心前T2譜主峰分布于50～500 ms，離心后 T2譜主峰分布于 5～50 ms（圖9），表明孔隙孔徑較大，且離心時(shí)流體易于從孔隙中分離出來，因此，孔隙連通性較好，束縛水飽和度低，導(dǎo)致油層電阻率高。該類儲(chǔ)集空間主要發(fā)育于館三下段地層，其油層電阻率相對(duì)較高。

圖9 正常電阻率油層T2譜分布特征（R t＝14．4Ω·m）Fig．9 T2 spectral distribution characteristics of normal resistivity reservoir samp le（R t＝14．4Ω·m）

3．3 孔喉特征

鑄體薄片鑒定是巖石礦物學(xué)分析手段之一，主要提供巖石礦物成分、產(chǎn)狀以及儲(chǔ)集空間類型等參數(shù)［20］。本次研究中，分別選取館三上段和館三下段地層不同電阻率樣品進(jìn)行鑄體薄片觀察。當(dāng)電阻率較低時(shí)，主要發(fā)育片狀喉道和縮頸型喉道，接觸類型為線接觸，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連通性較差（圖10），導(dǎo)致束縛水含量高，從而降低油層電阻率。隨著電阻率的增大，喉道類型逐漸由片狀喉道轉(zhuǎn)變?yōu)槿芪g孔和原生孔，接觸類型逐漸由線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)接觸（圖11、圖12），孔隙連通性較好，從而油層電阻率相對(duì)較高。

圖10 低阻油層樣品鑄體薄片（R t＝2．2Ω·m）Fig．10 Casting thin section of low resistivity reservoir sample（R t＝2．2Ω·m）

圖11 低阻油層樣品鑄體薄片（R t＝3．4Ω·m）Fig．11 Casting thin section of low resistivity reservoir sample（R t＝3．4Ω·m）

圖12 正常電阻率油層樣品鑄體薄片（R t＝5．7Ω·m）Fig．12 Casting thin section of normal resistivity reservoir sam p le（R t＝5．7Ω·m）

4 結(jié) 論

（1）館三上段地層孔隙度、滲透率和孔滲相關(guān)性明顯低于館三下段地層，導(dǎo)致其油層電阻率低。

（2）館三上段低阻油層孔徑中值低于館三下段正常電阻率油層孔徑中值。

（3）微孔隙因其比表面積較大、對(duì)水分子的吸附性較強(qiáng)而對(duì)電阻率的降低作用更為顯著。

（4）電阻率較低時(shí)，地層發(fā)育片狀喉道，接觸類型為線接觸，隨著電阻率的增大，喉道類型逐漸由片狀喉道轉(zhuǎn)變?yōu)樵?，接觸類型逐漸由線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)接觸。