烏干達Albert盆地J油田復雜碎屑巖儲層含水飽和度定量表征*

徐 偉 楊小麗 房 磊 劉 鈞 宋蓉燕

(中海油研究總院 北京 100028)

烏干達Albert盆地J油田復雜碎屑巖儲層含水飽和度定量表征*

徐 偉 楊小麗 房 磊 劉 鈞 宋蓉燕

(中海油研究總院 北京 100028)

在復雜碎屑巖儲層中，測井解釋的含水飽和度結果往往受井眼條件、測井質量等因素影響而存在較大偏差。為了更精確地表征含水飽和度的空間分布特征，以烏干達Albert盆地J油田為例，應用與儲層物性和烴柱高度有關的SHF(Saturation Height Function)方法推導了該油田含水飽和度計算公式，即首先根據特殊巖心分析實驗參數，將毛管壓力轉化到地層條件下，再對每個樣品采用Lambda公式(Sw=ApcB+C)擬合，得到各條毛管壓力曲線對應的系數A、B、C；然后通過對各系數與儲層孔隙度和滲透率進行回歸分析，獲得各系數與對應物性的函數關系，從而得到含水飽和度計算公式，并通過對比計算結果與測井解釋結果進行差異性檢驗。應用效果表明，本文公式得出的飽和度結果與測井解釋結果具有極高的一致性，對于薄層砂巖能夠提供更精確的結果，而且含水飽和度用數學公式表示后還能夠更加方便地應用到三維地質模型和動態油藏模型中。

含水飽和度；SHF方法；碎屑巖儲層；Albert盆地；烏干達

飽和度是油氣藏儲量計算的重要參數，定量表征飽和度的空間變化是編制油田開發方案的關鍵技術之一[1-2]。在復雜的碎屑巖儲層中，測井解釋的飽和度結果往往受到井眼條件和測井質量的影響而存在較大偏差，特別是對于薄層含油砂巖，由于電阻率受邊界效應的強烈干擾，導致含油飽和度的解釋異常偏低[3]。李秋實 等[4]對阿爾奇公式與儲層物性之間的關系做了初步探討，但是并未給出定量的關系。事實上，受巖性、物性及深度等因素的影響，測井解釋飽和度結果難以直接通過井間對比擴展到三維空間。童凱軍 等[5]利用毛管壓力曲線推導滲透率估算模型，為利用毛管壓力數據建立飽和度與儲層物性之間的聯系提供了借鑒。

為了定量表征含水飽和度的空間分布特征，本文以Albert盆地北部的J油田為例，利用巖心特殊分析實驗得到的毛管壓力數據，通過SHF(Saturation Height Function)方法的Lambda公式擬合和回歸分析[6]，將含水飽和度與儲層物性和烴柱高度聯系起來，推導了該油田含水飽和度計算公式,并進行了應用效果分析。

1 地質背景

烏干達Albert盆地位于東非大裂谷西支北端，受基底構造控制，斷層較為發育，是一個富含油氣的中—新生代地塹(圖1)，大部分被深湖所覆蓋。Albert地塹變質巖基底以片麻巖、片巖、石英巖、花崗巖為主，之上為風化殼，上覆充填了從中新統至全新統的多套裂谷地層[7]。 J油田位于Albert盆地北部，原油油品較好，屬輕中質原油，目前鉆有6口井，其中J-2A井巖心資料較為齊全。該油田受邊界斷層控制，屬帶氣頂的半背斜構造，主斷層為北東—南西向，次級斷層極為發育[8]。

本次研究的目的層段位于上上新統，埋藏較淺，壓實作用弱,從上至下可細分為H30、H27U、H27L、H25、H17、H15等6個小層，其中H27、H25、H15層為主力儲層。研究區屬河湖過渡環境的碎屑巖沉積，主要發育湖相三角洲沉積，儲層以分流水道砂體為主[9],平面上水道分支交叉并相互切割，垂向上相互疊置，儲層空間分布十分復雜;儲層物性好，為高孔高滲特征，層間、層內非均質性強[10]。

圖1 烏干達Albert盆地構造與地理位置

2 含水飽和度公式推導

本次研究先采用SHF(Saturation Height Function)方法，選取烏干達Albert盆地J油田29條毛管壓力曲線進行Lambda公式擬合，得到各樣品對應的系數A、B、C；再通過對各系數與巖心孔隙度和滲透率進行回歸分析，將各系數與儲層物性參數聯系起來，得到含水飽和度計算公式，并通過對比計算結果與測井解釋結果進行差異性檢驗，確保計算公式的合理性；最后將本文公式應用到三維地質模型中去，精細刻畫含水飽和度的空間分布特征。

2.1 毛管壓力曲線Lambda公式擬合

在特殊巖心實驗中，毛管壓力曲線的測定實際上是模擬油氣藏形成過程中油驅替水的過程，因此利用毛管壓力資料來研究巖樣的孔喉分布、含水飽和度等重要參數都與實際情況有很高的符合度[11-12]，特別是在油基泥漿取心等第一手資料較少的情況下，利用毛管壓力數據求取含水飽和度尤其重要。

J油田J-2井進行了9次取心，主要取心層段位于H30—H15，共計47.1 m。在特殊巖心實驗中，通過壓汞法、半滲透隔板法和離心法測定了多個巖心樣品的毛管壓力曲線。首先根據實驗參數將實驗室條件下的毛管壓力轉換到儲層條件[13]，轉換公式為

(1)

式(1)中：pc為毛管壓力，MPa；σ為表面張力，N/m；θ為接觸角，(°)。

根據前人的研究，在所有的SHF(Saturation Height Function)擬合方法中，Lambda公式(式2)能給出最好的結果，因此選取該公式進行毛管壓力擬合，擬合結果見表1。

Sw=ApcB+C

(2)

式(2)中：Sw為含水飽和度，f；A、B、C為公式系數。

2.2 系數與儲層物性回歸

表1 J油田毛管壓力曲線Lambda擬合結果

注：孔隙度、滲透率為巖心常規分析化驗結果。

圖2 J油田Lambda公式系數與儲層品質指數對數(lnRQI)回歸分析

圖3 J油田Lambda公式系數與滲透率對數(lnK)回歸分析

2.3 含水飽和度計算與差異性檢驗

利用油水界面以上烴柱高度(HaFWL)與毛管壓力、流體密度差之間的關系，建立pc與HaFWL的函數關系式[14],即可求出油水界面以上各點處的毛管壓力。

pc=HaFWL(ρw-ρo)/0.703 07=HaFWL/5.86

(3)

式(3)中：ρw為水密度，取值1.0 g/cm3；ρo為油密度，取值0.88 g/cm3。

結合式(2)、(3)及圖2、3中的擬合公式，計算了J-2井油水界面之上的樣品點(共8個)含水飽和度結果，并與測井解釋結果進行了對比分析。結果表明，2組公式計算的飽和度結果與測井解釋結果差值均集中于斜率為1的區域附近(圖4)，總體上按照lnK回歸公式計算的結果偏差為0.064， 而按照lnRQI回歸公式計算的結果偏差為0.081。綜合比較后，選擇lnK回歸公式作為最終計算公式。

圖4 本文公式計算含水飽和度與測井解釋結果的差異性分析

3 應用效果分析

在三維地質模型中建立孔隙度和滲透率模型后，將本文推導出的J油田飽和度計算公式直接應用于三維地質模型中，精細地定量刻畫了含油范圍內儲層含水飽和度在地下三維空間的分布特征。從連井剖面圖(圖5)上可以看出，測井解釋結果(紫色曲線)與地質模型模擬結果一致，并且局部薄層砂巖中地質模型模擬結果更為精確。

圖5 J油田含水飽和度多井連井剖面圖

J油田含水飽和度平面和剖面分布特征分別見圖6，可以看出與通過隨機插值得到的含水飽和度模型相比，本文方法計算結果更符合地質認識，含水飽和度在油水界面以內與儲層物性相關，靠近油水界面附近逐漸升高；由于油品較好，地層產狀較陡，幾乎沒有過渡帶，到油水界面以外為純水區。

從多井連井剖面(圖5)可以看出，本文方法計算的含水飽和度在油柱高度大的位置明顯低于油柱高度小的位置，符合地下實際油藏的特征。相應地，該油田油氣水地下分布特征得以定量表征(圖7)，為最終得到準確可控的石油地質儲量奠定了堅實基礎。

圖6 J油田含水飽和度平面(a)和剖面(b)分布特征

圖7 J油田含水飽和度(a)和油氣(b)分布特征

4 結論

根據巖心特殊實驗毛管壓力數據，采用SHF(Saturation Height Function)方法，推導了烏干達Albert盆地J油田的含水飽和度計算公式。利用該公式得出的飽和度結果與測井解釋結果具有極高的一致性，并且能夠更精確地評價薄層含油砂巖儲層，消除了薄層砂巖飽和度因邊界效應等產生的偏差,而且含水飽和度用數學公式表示后可以更加方便地應用到三維地質模型和粗化后的動態模型中去。需要注意的是，本文含水飽和度計算公式并不能完全替代測井解釋方法，通常是在測井資料存在失真而導致解釋結果不準或儲層存在較多薄砂層時應用，而且其計算結果必須與測井解釋結果進行對比分析，以確保計算結果的準確性。

[1] 鹿克峰，徐振中，馮景林．一種定量表征油水過渡區飽和度分布的實用方法[J]．中國海上油氣，2011,23(6)：387-390,397．

Lu Kefeng,Xu Zhenzhong,Feng Jinglin.A practical method to quantitatively characterize oil saturation distribution in oil-water transition zones[J].China Offshore Oil and Gas,2011,23(6):387-390,397.

[2] 張玲，王志強，張麗艷，等．火成巖油氣藏儲量計算有關問題探討[J]．石油與天然氣地質，2009,30(2)：223-229．

Zhang Ling,Wang Zhiqiang,Zhang Liyan,et al.A discussion on certain issues concerning reserve calculation of igneous reservoirs[J].Oil & Gas Geology,2009,30(2):223-229.

[3] 廖明光，唐洪，蘇崇華，等．W低阻油藏高不動水飽和度的成因及對低阻油層的影響[J]．石油實驗地質，2010,32(4)：353-357,361．Liao Mingguang,Tang Hong,Su Chonghua,et al.Genesis of high immobile water saturation in the W low resistivity reservoirs and its influence on the low resistivity reservoir[J].Petroleum Geology and Experiment,2010,32(4):353-357,361.

[4] 李秋實，周榮安，張金功，等．阿爾奇公式與儲層孔隙結構的關系[J]．石油與天然氣地質，2002,23(4)：364-367．

Li Qiushi,Zhou Rongan,Zhang Jingong,et al.Relations between Archie's formula and reservoir pore structure[J].Oil & Gas Geology,2002,23(4):364-367.

[5] 童凱軍，單鈺銘，王道串，等．基于毛管壓力曲線的儲層滲透率估算模型:以塔里木盆地上泥盆統某砂巖組為例[J]．石油與天然氣地質，2008,29(6)：812-818．

Tong Kaijun,Shan Yuming,Wang Daochuan,et al.CP-curve-based model for estimating reservoir permeability:an example from a sandstone of the Upper Devonian in Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2008,29(6):812-818.

[6] 楊勝來．油層物理學[M]．北京：石油工業出版社，2004：230-231．

[7] DOU Lirong,WANG Jianjun,CHENG Dingsheng,et al.Geological conditions and petroleum exploration potential of the Albertine graben of Uganda[J].Acta Geologica Sinica,2004,78(4):1002-1010.

[8] 徐偉，楊小麗，李雪，等．烏干達Albert盆地北部上新統旋回地層學研究[J]．地質科技情報，2015,34(1)：57-62．Xu Wei,Yang Xiaoli,Li Xue,et al.Milankovitch cyclostratigraphy of Pliocene in the North Albert basin,Uganda[J].Geological Science and Technology Information,2015,34(1):57-62.

[9] 楊小麗，胡光義，龐玉茂，等．Albert湖盆北區退積型淺水三角洲沉積及儲層特征[J]．中國海上油氣，2015,27(5)：55-61,75．Yang Xiaoli,Hu Guangyi,Pang Yumao,et al.Retrogradation shallow water delta sedimentary model and reservoir characteristics in North area of Albert lacustrine basin[J].China Offshore Oil and Gas,2015,27(5):55-61,75.

[10] 于水，韓文明，趙偉，等．裂谷盆地陡斷帶三角洲沉積特征與成因模式：以東非裂谷Albertine地塹為例[J]．中國海上油氣，2013,25(6)：31-35．

Yu Shui,Han Wenming,Zhao Wei,et al.Delta sedimentation and origin model within steep faulted zones in rift basins:a case of Albertine graben in East African Rift Valley[J].China Offshore Oil and Gas,2013,25(6):31-35.

[11] CHUDI O,SIMON R，OMOBUDE O.Saturation modeling in a geological complex clastic reservoir using log derived saturation height function:a case study of the E2 reservoir,Era Eko field in the Niger Delta[C].SPE 140635,2010.

[12] 趙國欣，朱家俊，關麗．用毛管壓力資料求取原始含油飽和度的方法[J]．中國石油大學學報(自然科學版)，2008,32(4)：38-41．

Zhao Guoxin,Zhu Jiajun,Guan Li.Method of applying capillary pressure data to calculate initial oil saturation[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2008,32(4):38-41.

[13] KAMALYAR K,SHEIKHI Y,JAMIALAHMADI M.An investigation of using different saturation height function in an Iranian oil reservoir[J].Petroleum Science and Technology,2012,30(4):412-424.

[14] 寧方興．濟陽坳陷地層油氣藏油柱高度主控因素及定量計算[J]．油氣地質與采收率，2008,15(3)：9-11．

Ning Fangxing.Main controlling factors and quantitative calculation of oil column height of the stratigraphic hydrocarbon reservoirs in Jiyang Depression[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2008,15(3):9-11.

(編輯：楊 濱)

Quantitative characterization of water saturation in complex clastic reservoir of J oilfield, Albert basin, Uganda

Xu Wei Yang Xiaoli Fang Lei Liu Jun Song Rongyan

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

In complex clastic reservoirs, the water saturation derived from well logs is always influenced by borehole conditions and well logging quality and may generate great errors in the results. To characterize the spatial distribution of water saturation more accurately, taking the J oilfield in Uganda Albert basin for an example, the SHF method which relates reservoir petrophysical property and hydrocarbon height is applied to deduce the formula of water saturation calculation. Firstly, the capillary pressure is converted to reservoir condition according to special core analysis experiment parameters, and the Lambda fit(Sw=ApcB+C)to each sample is used to obtain a series of corresponding factorsA,BandC. Then, by making the regression between each factor and reservoir porosity and permeability, the coherent relation between each factor and reservoir petrophysical properties is obtained and the water saturation is calculated. Finally, the differences are examined by comparing the calculated results with the well logging interpretation results. The applied results show that water saturation derived from the proposed formula is highly consistent with well logging interpretation and the formula provides more accurate results in thinner sands. The water saturation mathematic formulas can be easily used in 3D geological model and dynamic reservoir model.

water saturation; SHF method; clastic reservoir; Albert basin; Uganda

徐偉，男，工程師，2011年畢業于中國地質大學(武漢)礦產普查與勘探專業，獲碩士學位，主要從事海外油氣田開發地質研究工作。地址：北京市朝陽區太陽宮南街6號院B座607(郵編：100028)。E-mail:xuwei6@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)02-0088-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.02.011

TE 32+1

A

2015-02-01 改回日期：2015-04-29

*“十二五”國家科技重大專項“西非、亞太及南美典型油氣田開發關鍵技術研究(編號：2011ZX05030-005)”部分研究成果。

徐偉,楊小麗,房磊，等.烏干達Albert盆地J油田復雜碎屑巖儲層含水飽和度定量表征[J].中國海上油氣，2016,28(2)：88-93.

Xu Wei,Yang Xiaoli,Fang Lei,et al.Quantitative characterization of water saturation in complex clastic reservoir of J oilfield, Albert basin,Uganda[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(2):88-93.