低滲透率氣藏巖石電性參數特征及影響因素

王憲剛,任曉娟,張寧生,繆飛飛

(1.西安石油大學,陜西西安710065;2.中海油天津分公司,天津300450)

0 引 言

自1942年Archie[1]研究出了地層因素與孔隙度之間、電阻增大系數與含水飽和度之間的簡單經驗關系后,國內外對Archie公式的研究就一直沒有間斷過。實踐表明阿爾奇公式中的參數 a、m和n都是變化的,對于純砂巖儲層,a的變化范圍為0.6～1.5;m的變化范圍為1.5～3;b接近于1,n接近于2[2]。達哈諾夫也指出不同的巖性要用不同的 a和m值,H C沃爾瑟則系統統計參數 n的變化,認為參數 n的變化范圍不大,但也是1個變量[3]。王黎等[4-5]認為傳統的阿爾奇公式各項參數對于不同儲層條件有所改變,并總結出不同壓力和礦化度條件對低孔隙度滲透率儲層參數的影響關系。趙杰等[6]通過模擬地層條件進行巖電實驗研究,得到不同地區、不同層位巖電參數變化范圍較大;對同一油層而言,利用理論值和實驗值進行飽和度計算,實驗參數更為合理些。張明祿等[7]認為孔隙度12%是對應儲層巖電特征的重要分界點。劉之的等[8]指出了實驗設備、實驗條件以及實驗人員等諸多因素對測量結果的影響。不過這些研究大多針對油藏,對氣藏的研究較少。因此,本文對低滲透率氣藏的電性特征和測定過程中的影響因素進行了探討,得出了適用于低滲透率氣層的巖電參數范圍。

1 低滲透率巖石電性參數特征

1.1 實驗方法

實驗巖心來源于某氣藏盒8和山1儲層。其中,盒8儲層的巖心共 41塊,滲透率的范圍為(0.030～0.789)×10-3μm2,孔隙度的范圍為4.0%～12.0%;山1儲層的巖心共38塊,滲透率的范圍為(0.006 4～2.241)×10-3μm2,孔隙度的范圍為2.33%～11.89%。

實驗用水為模擬地層水,密度為1.022 g/cm3;黏度為0.872 2 mPa·s;地層水電阻率為0.275 Ω·m;礦化度為42 000 mg/L。

實驗參考石油天然氣行業標準 SY/T5385-91[9]。

1.2 實驗結果

盒8儲層屬于低滲透率氣藏,其總體巖石電性參數為 a=5.063 6;m=1.219 9;b=1.244 3;n= 2.268 7。單塊巖心的 m值分布在1.09～1.34之間,b值分布在0.75～1.25之間,n值分布在1.45～2.27之間。

山1儲層亦屬于低滲透率氣藏,其總體巖石電性參數為a=5.375 9;m=1.206 8;b=1.276 9;n= 2.151 6。單塊巖心的 m值分布在1.07～1.32之間,b值分布在0.73～1.34之間,n值分布在1.41～3.00之間。

與純砂巖儲層相比,低滲透率氣藏膠結指數 m值變小,系數a變大,n、b與理論值大體一致。

2 測定過程中的影響因素

2.1 巖石本身性質對巖電參數的影響

2.1.1 滲透率對巖電參數的影響

實驗結果表明,地層因素分布在 60.45～253.55之間,滲透率分布在(0.030～0.789)×10-3μm2之間,地層因素與滲透率的關系曲線為 y= -160.63x+175.04。這說明地層因素整體上是隨著滲透率的增加而降低的(見圖1),而地層因素又是巖心電阻率與地層水電阻率的比值。對于同一層位的巖心,可以認為地層水電阻率為定值。對低滲透率儲層的巖心滲透率和電阻率為巖心滲透率越高,巖心的電阻率越低;巖心滲透率越低,巖心電阻率越高。飽和度指數 n分布在2.0左右(見圖2),系數b分布在1.0左右(見圖3),這說明n、b值對滲透率依賴性很小。

圖1 某氣藏盒8儲層地層因素與滲透率關系曲線

圖2 某氣藏盒8儲層飽和度指數n與滲透率關系曲線

圖3 某氣藏盒8儲層系數b與滲透率關系曲線

2.1.2 含水飽和度對巖電參數的影響

實驗結果表明,含水飽和度越高,巖石電阻率指數越小;含水飽和度越低,巖石電阻率指數越大。當含水飽和度大于60%時,隨著含水飽和度的降低,電阻率指數增加比較慢;含水飽和度在20%～60%之間時,隨著含水飽和度的降低,巖石電阻率指數增加比較快。表1為某氣藏盒8儲層某一巖心電性實驗數據,其滲透率為0.312×10-3μm2,孔隙度為9.31%。當含水飽和度從98.00%下降到61.23%的過程中,電阻率從58.653Ω·m上升到183.081 Ω·m,電阻率指數從1.03增加到3.22,大約增加了2.19。而當含水飽和度從 61.23%下降到17.37%,電阻率從 183.081Ω ·m 上升到2 453.123Ω·m,電阻率指數從 3.22增加到43.08,大約增加了39.86。

表1 某氣藏盒8儲層巖電實驗數據

2.1.3 氣水分布對巖電參數測定的影響

由于驅替的過程是動態的過程,在孔隙中的流體分布時刻發生著變化,從實驗過程中可以觀察得出某一時刻電阻率出現異常(見圖4)。這些因素都會影響巖心電阻率的測量。

圖4 驅替過程中同一巖心不同時刻電阻率值

2.1.4 地層水礦化度的影響

花色苷溶液的L*、a*和b*值用手持色差儀測定。其中L*值表示亮度，值越大則亮度越大；a*值表示紅色（+a*）和綠色（-a*）的程度；b*值表示黃色（+b*）和藍色（-b*）的程度。

測定了不同礦化度下的飽和巖心電阻率(見圖5),結果表明,飽和巖心電阻率隨著地層礦化度呈指數遞減關系,并且實驗所用地層水礦化度分布在10 000～42 000 mg/L之間,而張寧生等[10]在直流電場作用下巖心電阻率試驗研究中所用地層水礦化度都在10 000 mg/L以下。

2.2 測定過程中的影響因素

2.2.1 巖心端面不平整

如果巖心端面不平整,會對孔隙度的測量精度造成影響,并且會造成電極系數有誤差和電力線分布不均勻,導致電阻率的測量誤差。本文使用以下方法對其進行處理:①把樣品兩端面磨平,保證游標卡尺或電極與兩端面的良好接觸;②在測量巖樣直徑和長度時,采用3次測量的平均值;③在電極和端面間加金屬薄膜,保證電極與兩端面的良好接觸。

圖5 某氣藏盒8儲層巖心礦化度與電阻率關系

2.2.2 電阻率儀的穩定

電阻率儀的穩定時間一般為30 min,時間太短會使電阻率儀沒有充分預熱,從而導致測量值不準;在測量過程中不能將測量表筆一直連接在巖心兩端的電極上,因為這樣會使巖心內的地層水發生電解,引起誤差。

2.2.3 巖心飽和不完全

式中,V修為修正后的孔隙體積,cm3;m束為束縛水條件下的巖心質量,g;m干為巖心干重,g;V計為修正后的孔隙體積,cm3;Vw為驅出水的體積,cm3; V固為巖心夾持器的固定體積,cm3。

通過實驗得到校正后孔隙度,并根據其作出新的地層因素和孔隙度的關系曲線(見圖6)。結果表明,校正前后系數a發生了明顯變化,從4.913增加到5.613 4,大約增加了14.62%,膠結指數 m從1.241 5減小到1.217 6,大約減小了2.41%。

圖6 校正前后地層因素和孔隙度的關系曲線

3 結 論

(1)與純砂巖儲層相比,低滲透率氣藏膠結指數m值變小,系數a變大,但是n、b與理論值一致。

(2)滲透率是影響飽和巖石電阻率的因素,其表現為飽和巖石電阻率隨滲透率增加而降低;在含水飽和度降低到60%以前,電阻率指數增加較慢;當含水飽和度降低到60%后,電阻率指數增加的速度上升;飽和巖心電阻率隨地層水礦化度的增加呈指數遞減關系。

(3)巖樣制備過程不規范和電阻率儀使用不合理,以及巖心飽和不完全都會對實驗結果造成一定程度的影響。

[1] Archie G E.The Electrical Resistivity Log as an Aid in Determining some Reservoir Characteristics[C]∥Trans AIME,1942,146:54-62.

[2] 丁次乾.礦場地球物理[M].東營:中國石油大學出版社,2002:23-25.

[3] 李 麗.臨南油田夏52塊沙三中泥質砂巖油層的測井評價[D].武漢:中國地質大學,2003.

[4] 王 黎,孫寶佃,沈愛新,等.某油田低孔隙度低滲透率泥質砂巖儲層巖電實驗及應用[J].測井技術,2005,29 (2):91-94.

[5] 王 黎,沈愛新,萬金彬.低孔低滲砂巖巖電實驗結果研究[J].江漢石油學院學報,2003,25(S1):58-59.

[6] 趙 杰,姜亦忠,俞 軍.低滲透儲層巖電實驗研究[J].大慶石油地質與開發,2004,23(4):61-64.

[7] 張明祿,石玉江.復雜孔隙結構砂巖儲層巖電參數研究[J].測井技術,2005,29(5):446-448.

[8] 劉之的,夏宏泉,陳福煊,等.巖電實驗過程中誤差產生的原因及校正方法研究[J].測井技術,2003,27(4): 274-277.

[9] 石油工業標準化技術委員會.SY/T5385-91中國石油天然氣行業標準[S].1991.

[10]張寧生,吳新民,孫 虎.直流電場作用下巖心電阻率試驗研究[J].石油鉆采工藝,2001,23(2):10-12.