大慶外圍扶楊油層組低孔滲儲層飽和度計算方法

張美玲, 叢 琳, 張士奇, 孫寶剛

( 1. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田有限責(zé)任公司 榆樹林分公司， 黑龍江 大慶 163453 )

0 引言

大慶外圍油田高臺子、扶楊油層組儲層的孔隙度一般小于20%、滲透率小于50×10-3μm2，屬于典型的低孔滲儲層[1].沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用是低孔滲巖層形成的主要控制因素，構(gòu)造作用主要形成裂縫性低滲透儲層，沉積作用主要形成微細粒低滲透儲層[2].由于大慶外圍油田高臺子、扶楊油層組的低滲透儲層多為碎屑巖粒間孔隙，且?guī)r層顆粒涉及粗砂、粉砂及泥等不等，因此成巖作用是造成儲層低孔滲的主要因素，其特征主要表現(xiàn)為孔隙連通性差、喉道半徑小、層內(nèi)及層間非均質(zhì)性強.這類儲層測井評價存在困難，飽和度參數(shù)是儲層精細評價的重要參數(shù).自1942年阿爾奇建立電測井定量評價飽和度關(guān)系式之后，基于實際巖層的復(fù)雜狀況，飽和度模型得到深入發(fā)展[3].目前，這些理論在國內(nèi)不同研究區(qū)塊得到應(yīng)用和發(fā)展[4-8]，突出體現(xiàn)在復(fù)雜泥質(zhì)結(jié)構(gòu)對電阻率的影響及飽和度方程中指數(shù)的計算等.其中雙水飽和度模型以其“黏土水”的概念更符合一般的解釋框架[9-10]而得到廣泛應(yīng)用.

影響大慶外圍油田扶楊儲層低孔滲結(jié)構(gòu)的主要因素為泥質(zhì)體積分數(shù)高及鈣質(zhì)膠結(jié)[11-14].因此，以雙水飽和度模型為基礎(chǔ)模型，考慮儲層中的高含泥特征，根據(jù)典型巖心樣品實驗數(shù)據(jù)，建立地層電阻率因素與儲層泥質(zhì)體積分數(shù)、鈣質(zhì)體積分數(shù)之間的關(guān)系，以小層為單元給出與之適應(yīng)的飽和度模型參數(shù)[15]，以解決大慶外圍扶楊儲層飽和度評價困難的問題.

1 泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)對儲層孔滲條件及含油性的影響

1.1 孔隙度、滲透率

分析大慶外圍油田587個巖心樣品，按照不同的泥質(zhì)與鈣質(zhì)體積分數(shù)繪制孔隙度(φ)與滲透率(K)的交會圖(見圖1).由圖1可以看出，孔隙度、滲透率較好的儲層大都集中在泥質(zhì)、鈣質(zhì)體積分數(shù)小于15%的層；隨著泥質(zhì)、鈣質(zhì)體積分數(shù)的升高，孔隙度、滲透率逐漸變小，儲層孔滲條件下降.

1.2 含油性

研究衛(wèi)星地區(qū)扶楊油層組儲層巖性參數(shù)特征，該區(qū)扶楊油層儲層具有含泥較高、顆粒較細、普遍含鈣的特征，影響儲層的含油性.根據(jù)不同的錄井取心含油狀況，繪制泥質(zhì)體積分數(shù)與鈣質(zhì)體積分數(shù)交會圖(見圖2).由圖2可以看出，地質(zhì)錄井油斑以上級別的樣點主要對應(yīng)鈣質(zhì)、泥質(zhì)體積分數(shù)低于15%的儲層；高含泥、含鈣儲層的含油級別降低.

2 雙水飽和度模型及其參數(shù)的計算

建立儲層飽和度測井解釋模型：在求取巖性(泥質(zhì)、鈣質(zhì))、物性、孔隙結(jié)構(gòu)及地層水等參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定儲層完全含水電阻率；再將儲層完全含水電阻率與其測量電阻率對比，確定儲層的含油性.

2.1 雙水飽和度模型

雙水飽和度模型為

Sw=(F×Rwe×b/Rt)1/n,

式中：F為地層因素；Rwe為地層水等效電阻率；b為與巖性有關(guān)的系數(shù)；n為飽和度指數(shù)；Rt為儲集層電阻率.

2.2 地層水等效電阻率

根據(jù)雙水孔隙度模型，儲層中不僅自由水可以導(dǎo)電，黏土束縛水也同樣具有導(dǎo)電性，地層水的等效電阻率相當(dāng)于二者并聯(lián)的結(jié)果，即

1/Rwe=1/Rw+1/RwiorCwe=Cw+Cwi,

式中：Rw為自由水電阻率，是地層水礦化度(Sal)及溫度的函數(shù)；Rwi為束縛水電阻率；Cwe為地層水等效電導(dǎo)率；Cw為自由水電導(dǎo)率；Cwi為束縛水電導(dǎo)率.其中

1/Rwi=Cwi=((QV)sh×Vsh×φtsh×Be)/φt,

式中：(QV)sh為純泥巖的陽離子交換容量，松遼盆地中淺層一般為0.18 meq/cm3；Vsh為純泥巖的體積分數(shù)；φtsh為純泥巖的總孔隙度，由中子、密度、聲波測井經(jīng)井眼校正后計算得到；Be為陽離子的當(dāng)量電導(dǎo)率，單位為Ω·cm3/(meq·m)，由實驗測量得到，一般取為3.83，Be=3.83(1-0.83e-0.5Cw)；φt為巖層總孔隙度.

2.3 地層因素

傳統(tǒng)方法采用分地區(qū)、分層位使用固定一組a、m指數(shù)確定飽和度，該方法難以適應(yīng)復(fù)雜多樣儲層的需求.為提高飽和度的計算精度.文中采用逐層計算地層因素F的方法，跨越對a、m指數(shù)難以確定的選取過程.由實驗獲得地層因素與儲層有效孔隙度之間的關(guān)系見圖3.由圖3可以看出：對于較純的砂巖層，地層因素與有效孔隙度在雙對數(shù)圖版中，呈反比例關(guān)系，純砂巖層的實驗樣點集中在回歸線附近；當(dāng)儲層泥質(zhì)充填物含量較高時，由于濕黏土的附加導(dǎo)電性，在相同φe條件下，泥質(zhì)砂巖的地層因素低于純砂巖的，泥質(zhì)體積分數(shù)越大，地層因素越低；當(dāng)儲層鈣質(zhì)膠結(jié)物體積分數(shù)較高時，儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，在相同φe條件下，鈣質(zhì)砂巖的地層因素高于純砂巖的，鈣質(zhì)體積分數(shù)越大，地層因素越高.

在儲層完全含水條件下，地層因素F由泥質(zhì)體積分數(shù)(Vsh)、孔隙度(φ)、滲透率(K)等巖性參數(shù)回歸計算得到.

(1)鈣質(zhì)及泥質(zhì)體積分數(shù)小于15%時，擬合公式為

圖3 地層因素與儲集層有效孔隙度交會圖

則F=ey，其中：相關(guān)因數(shù)為0.77，平均相對誤差為8.09%，樣本點數(shù)為21.

(2)鈣質(zhì)體積分數(shù)大于15%時，擬合公式為

y=6.83-0.08φ+0.03K+0.30Vsh+

0.11lnφ-0.08lnK+2.40lnVsh,

則F=ey，其中：相關(guān)因數(shù)為0.86，平均相對誤差為32.94%，樣本點數(shù)為10.

(3)泥質(zhì)體積分數(shù)大于15%時，擬合公式為

y=0.02+6.53φ-0.09K-0.08Vsh-

1.90lnφ+0.11lnK+2.21lnVsh,

則F=ey，其中：相關(guān)因數(shù)為0.72，平均相對誤差為26.02%，樣本點數(shù)為13.

該方法既考慮孔隙度對F起到的主導(dǎo)作用，又兼顧儲層充填物(泥質(zhì))、膠結(jié)物(鈣質(zhì))對孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的影響.對于泥、鈣質(zhì)體積分數(shù)高的巖層(不考慮裂縫等次生孔隙情況)，一般不會成為儲層，未進行計算(由于泥質(zhì)體積分數(shù)、孔隙度、滲透率的計算方法較成熟，限于篇幅，不再贅述).

2.4 儲層完全含水電阻率

確定F后，確定任一儲層在完全含水情況下的電阻率Ro(Ro=FRwe)，再確定儲層的電阻率增大因數(shù)I(I=Rt/Ro).

2.5 飽和度指數(shù)

圖4 巖心孔隙度、滲透率計算n值精度對比

2.6 束縛水飽和度

當(dāng)儲層油的相對滲透率遠高于水的相對滲透率，儲層只產(chǎn)油而不出水時，儲層的含水飽和度稱為束縛水飽和度(Swi).目前利用測井資料確定束縛水飽和度的方法建立在巖心與測井資料統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上.根據(jù)研究區(qū)2口密閉取心井試油純產(chǎn)油層的飽和度分析數(shù)據(jù)，建立探井系列束縛水飽和度公式：

y=-593.85+41.08ρb-0.66φN-2.31Δt-2.26ΔGR-94.00lnρb+13.34lnφN+

168.69ln Δt+0.31ln ΔGR,

則Swi=ey，其中：ρb為密度；φN為中子孔隙度；Δt為聲波時差；ΔGR為伽馬最大和最小值差值與伽馬和伽馬最小值差值的比.

3 效果驗證

確定雙水飽和度模型參數(shù)后，即可確定束縛水飽和度Swi及總含水飽和度Sw.對比研究區(qū)樹1#密閉取心井的巖心含水飽和度和計算含水飽和度(見圖5，其中：Swi-core為巖心束縛水飽和度，Sw-core為巖心總含水飽和度)，飽和度相對誤差為7.6%，計算精度較高.由圖5可以看出，F(xiàn)161層(1 694.93～1 697.98 m)，平均驅(qū)油效率(Sw-Swi)/(1-Swi)大于31%，水淹特征明顯，為中水淹層.該層投產(chǎn)后含水率達到57%，計算結(jié)果與投產(chǎn)結(jié)果一致.

圖5 樹1#井計算含水飽和度與巖心含水飽和度

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)孔滲及含油性較好的層主要集中在鈣質(zhì)與泥質(zhì)體積分數(shù)小于15%的儲層.

(2)泥質(zhì)與鈣質(zhì)的存在導(dǎo)致在相同孔隙度條件下，泥質(zhì)砂巖的地層因素低于純砂巖的，而鈣質(zhì)砂巖的地層因素高于純砂巖的，按照泥質(zhì)、鈣質(zhì)體積分數(shù)分3種情況給出地層因素，避開傳統(tǒng)飽和度方法中不同的儲層取同一指數(shù)的情況.

(3)采用巖心滲透率與孔隙度綜合計算飽和度指數(shù)，相關(guān)因數(shù)達到0.83，反映儲層物性與飽和度指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系較好.

(4)通過研究區(qū)樹1#密閉取心井的巖心含水飽和度和計算含水飽和度驗證，飽和度相對誤差為7.6%，計算精度較高，達到生產(chǎn)應(yīng)用要求.