圍壓對碳酸鹽巖儲層飽和度指數影響實驗研究

陳春宇，梁利喜，劉向君，楊超，張永清

（油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，西南石油大學，四川 成都 610500）

0 引 言

在以Archie公式為核心的儲層含油氣飽和度評價方法中，巖電參數a、b、m、n是計算儲層含油氣飽和度的基礎[1－6]。其中飽和度指數n變化規律的研究一直是巖石物理學家和測井解釋分析家所關注的問題。圍壓是影響阿爾奇參數的重要因素，圍壓對飽和度指數n的影響研究也是學者們一直探尋的問題。王建等[7]學者做了油驅水條件下圍壓對砂巖飽和度指數的影響實驗，得出了飽和度指數n隨圍壓增加逐漸減小的結論；向丹等[8]在對川西洛帶淺層氣藏巖電參數模擬研究中也得到了隨圍壓的增加飽和度指數n逐漸減小的規律。趙文杰等[9]人在對砂巖油驅水條件下圍壓對飽和度指數n的影響研究中，得出了飽和度指數n隨圍壓的增加而增大的結論。相對砂巖而言，碳酸鹽巖具有孔隙結構復雜、非均質性強等特點。目前針對碳酸鹽巖儲層開展圍壓對電阻率和飽和度指數影響的研究較少。本文對取自川西飛仙關和石炭系地層井下巖心開展了模擬地層條件的巖電實驗，研究了圍壓對低孔隙度低滲透率碳酸鹽巖電阻率及飽和度指數的影響。

1 孔隙結構特征及地層水特性

1.1 巖心孔隙結構特征及孔隙度

實驗巖心為3組。第Ⅰ組選自飛仙關地層，巖心非常致密，巖心裂縫和孔洞欠發育，孔隙度分布范圍為0.65%～1.00%；第Ⅱ、Ⅲ組均選自石炭系地層，巖心裂縫和孔洞較發育，孔隙度范圍為2.60%～6.80%。各組巖心孔隙度見表1。

表1 巖心孔隙度

1.2 地層水特性

根據原始地層水分析資料配制3組巖心相對應的模擬地層水，其特征參數見表2。

表2 實驗模擬地層水特征參數

2 圍壓對巖心電阻率的影響及影響機制

2.1 圍壓對巖心電阻率影響規律

選取典型的溶洞和裂縫發育的Ⅱ-113、Ⅱ-116巖心和溶洞欠發育的Ⅱ-76巖心。在巖心孔隙度和地層水特性分析基礎上建立了各組巖心不同含水飽和度，進行不同圍壓下的電阻率測試分析，通過試驗研究分析對比這2類不同孔隙結構碳酸鹽巖巖心在不同圍壓和飽和度下的電阻率變化規律。實驗中所得到的圍壓對電阻率影響規律見圖1至圖3。

對比分析圖1至圖3可知，由于溶孔、裂縫發育，孔隙度較大，巖心Ⅱ-113和Ⅱ-116在不同飽和度下的電阻率普遍比巖心Ⅱ-76低很多。巖心Ⅱ-113、Ⅱ-116在低飽和度時電阻率大約為Ⅱ-76的1／10，高飽和度點電阻率大約是Ⅱ-76的1／5～1／3。巖心在同一飽和度下其電阻率隨施加的圍壓變化而變化。在低含水飽和度階段時其電阻率隨所施加的圍壓增大而減小；在巖心中含水飽和度階段時，巖心電阻率隨圍壓增大而先減小再略微增大；在巖心高含水飽和度階段時，巖心電阻率隨所加圍壓增大略微增大，對于溶孔、裂縫發育的Ⅱ-113、Ⅱ-116巖心這一特征更為明顯。

巖心在不同飽和度狀態下，其電阻率隨飽和度的增加而降低。大多數巖心含水飽和度小于50%時，隨著含水飽和度的增加其電阻率下降幅度較大。巖心含水飽和度大于50%時，隨著含水飽和度的增加其電阻率下降幅度較小。

2.2 圍壓對巖心電阻率影響機制分析

碳酸鹽巖孔隙空間分布具有較強的非均質性，在低含水飽和度階段，巖心內部孔隙和孔洞中的地層水量少且相對比較分散，故連續性差。隨著圍壓增加，原本孤立的孔隙空間被壓縮，分散的少量地層水變得相對連續，增加了巖心中導電通路，故該階段電阻率隨圍壓增大而減小。

在中含水飽和度階段，巖心孔隙和縫洞飽和的地層水逐漸增多。隨圍壓增加巖心中飽和水先由于孔隙空間進一步壓縮而匯集，巖心電阻率減小，但減小幅度降低；再隨圍壓增大巖心中裂縫逐漸閉合及孔洞空間繼續壓縮，使得巖心中少量地層水被擠壓溢出，巖心部分喉道被截斷，導致一些電流通道被截斷，故電阻率增加。

在高含水飽和度階段，巖心中地層水量大且非常連續，隨圍壓增加，初期電阻率基本保持不變，隨著飽和地層水不斷溢出和部分孔隙喉道被截斷，巖心電阻率逐漸增加，圍壓越大增加的幅度越小，該現象與砂巖實驗規律相吻合。

3 圍壓對飽和度指數n的影響

基于阿爾奇理論，利用不同含水飽和度下的電阻率實驗結果分析得到了各圍壓下的飽和度指數n。飽和度指數n與圍壓呈指數關系且相關性較好（見圖4至圖6）。

（1）隨圍壓增大，不同地層不同孔隙結構的3組碳酸鹽巖巖心均表現出相同規律，即飽和度指數n逐漸減小；圍壓越大，飽和度指數n減小的幅度越小。

圖6 第Ⅲ組巖心飽和度指數隨圍壓變化圖

（2）從數據分析得知，3組巖心孔隙度關系為φⅠ＜φⅡ＜φⅢ；飽和度指數n大小關系為nⅠ＞nⅡ＞nⅢ。即相同圍壓下，低孔隙度低滲透率碳酸鹽巖孔隙度越大，飽和度指數n越小。

4 結 論

（1）低孔隙度低滲透率碳酸鹽巖在低飽和度階段電阻率隨圍壓的增加而減小；中含水飽和度階段，隨著圍壓的增大電阻率先減小再略微增加；在高飽和度階段，電阻率隨圍壓增加略微增大。

（2）圍壓相同條件下，低孔隙度低滲透率碳酸鹽巖孔隙度越大，飽和度指數n越小。

（3）隨圍壓增加，飽和度指數n減小，且隨圍壓增大，飽和度指數變化幅度降低。

[1]羅娜.阿爾奇公式數值分析及其意義[J].石油學報，2007，28（1）：111-114.

[2]王克文，孫建孟，關繼騰，等.儲層巖石電性特征的逾滲網絡模型[J].石油學報，2007，28（1）：101－106.

[3]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.

[4]傅愛兵，王善江，張豆娟，等.含水飽和度指數n值計算方法探討[J].測井技術，2007，31（5）：438－440.

[5]王克文，孫建孟，關繼騰.兩相流下巖石電性的三維網絡模型模擬[J].測井技術，2005，29（4）：289－292.

[6]鄭慶林，王鈺森，趙雨.低孔隙度條件下阿爾奇含水飽和度解釋模型改進[J].測井技術，2006，30（1）：57－59.

[7]王建，呂成遠.地層條件下巖石電性特征實驗研究[J].石油勘探與開發，2004，31（1）：113－115.

[8]向丹，張筠，黃大志.川西洛帶淺層氣藏巖電參數模擬研究[J].天然氣工業，2005，25（8）：18－20.

[9]趙文杰，李厚裕.飽和度歷史、圍壓和潤濕性對飽和度指數的影響[J].國外測井技術，1997，12（6）：16－22.