低滲透儲層高精度含油飽和度計(jì)算方法研究

吳有彬，羅少成，郭笑鍇，彭怡眉，牟秋環(huán)，甘 寧

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司測井應(yīng)用研究院，陜西 西安 710077；2.中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶分公司，陜西 西安 710200)

隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，低滲透油氣儲層已經(jīng)成為油田攻關(guān)的重點(diǎn)，對低滲透儲層含油飽和度的分析也成為測井評價(jià)中面臨的首要問題[1-3]。鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北地區(qū)長3儲層是典型的低滲透儲層，儲層巖性變化快、物性較差、地層水礦化度復(fù)雜多變、油水關(guān)系復(fù)雜，簡單應(yīng)用傳統(tǒng)阿爾奇公式計(jì)算得到的含油飽和度精度不高，如何合理選取飽和度計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)，是準(zhǔn)確確定含油飽和度的關(guān)鍵。

1 巖電實(shí)驗(yàn)分析

眾所周知，1941年阿爾奇建立的定量計(jì)算含水飽和度的經(jīng)驗(yàn)公式中，a、m和b、n參數(shù)的合理確定是測井中準(zhǔn)確定量計(jì)算含水飽和度的基礎(chǔ)[4]。對于一般孔隙性儲層，如果導(dǎo)電介質(zhì)主要為孔隙中的鹽類離子，且儲層孔隙度一般大于12%，就可以按照Archie公式進(jìn)行計(jì)算，巖電參數(shù)一般取值為：a≈1、m≈2、b≈1、n≈2。低滲透層主要是由于其復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致a、m、b、n參數(shù)明顯變化，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)用傳統(tǒng)Archie解釋模型和解釋參數(shù)評價(jià)儲層含油性時(shí)將產(chǎn)生較大偏差[5-6]。

低滲透儲層的F-Φ關(guān)系較中高孔隙度滲透率儲層復(fù)雜。圖1為鎮(zhèn)北地區(qū)長3儲層20塊樣品的地層因素F與孔隙度Φ的關(guān)系圖，測量條件：巖樣飽和50 g/L的CaCl2溶液，測量溫度25℃，濕度70%。可以看出，地層因素F與孔隙度Φ不服從原有的純砂巖模型的線性關(guān)系，在雙對數(shù)坐標(biāo)系下呈非線性關(guān)系，呈非“Aichie”現(xiàn)象。利用常規(guī)方法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(圖1左)，可以得到a=1.633 3，m=1.545 9，采用變m指數(shù)計(jì)算方法，當(dāng)a=1時(shí)，m=0.549×lg(Φ)+2.33，相關(guān)系數(shù)為0.987，如圖1(右)。

圖1 鎮(zhèn)北地區(qū)長3儲層地層因素與孔隙度關(guān)系 (左)a≠1 (右)a=1

電阻增大率是儲層電阻率Rt與水層電阻率RO的比值，對于常規(guī)砂巖儲層，正如Archie公式所表明的，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，電阻率增大率與含水飽和度呈線性關(guān)系。圖2為鎮(zhèn)北地區(qū)長3段儲層電阻增大率與含水飽和度關(guān)系，相關(guān)性較好，長3儲層b=1.08，n=1.86。

圖2 鎮(zhèn)北地區(qū)長3儲層電阻增大率與含水飽和度關(guān)系

2 地層水電阻率計(jì)算

由于地層水礦化度的較大差異給鎮(zhèn)北地區(qū)儲層評價(jià)帶來較大困難，而現(xiàn)有的地層水分析資料有限，不足以滿足實(shí)際需要。因此，需要利用測井資料估算地層水礦化度，以豐富地層水電阻率資料，滿足實(shí)際需要。常用的地層水電阻率計(jì)算方法包括水資料分析法、試油資料計(jì)算法、自然電位差異法等。水資料分析法、試油資料計(jì)算法需要有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐，自然電位差異法估算地層水礦化度的過程較復(fù)雜，且受人為因素影響較大[7-9]。因此，本文以Archie公式為理論基礎(chǔ)，提出了基于標(biāo)準(zhǔn)圖版法估算地層水電阻率的方法。

通過Archie 公式可得到：

(1)

(2)

式中：a、b為比例系數(shù)；m為膠結(jié)系數(shù)；n為飽和度指數(shù)；Φ為巖石的孔隙度，%；SW為巖石的含水飽和度，%；RW為地層水電阻率，Ω·m；Rt為原狀地層電阻率，Ω·m。

基于以上原理，假定儲層100%含水，結(jié)合儲層巖電參數(shù)模擬了不同孔隙度、不同地層水電阻率下儲層電阻率變化規(guī)律，建立了不同地層水電阻率條件下的Rt-Φ的交會圖版，利用儲層實(shí)際數(shù)據(jù)投影，根據(jù)底部數(shù)據(jù)點(diǎn)落在圖版上的位置可以直觀快速求取地層水電阻率值。

圖3為ZHX01井利用標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法估算地層水電阻率的實(shí)例。將ZHX01井在1 920～1 933.8 m儲層段實(shí)際數(shù)據(jù)投影到標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版上(圖4)，利用最底部的數(shù)據(jù)點(diǎn)讀出地層水電阻率為0.04 Ω·m，通過水分析資料求取的地層水電阻率為0.037 Ω·m，標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法計(jì)算的地層水電阻率與水分析法得到的地層水電阻率進(jìn)行對比分析，絕對誤差為0.003 Ω.m，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖3 ZHX01井長3測井解釋成果

圖4 ZHX01井標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法確定地層水電阻率

利用標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法對鎮(zhèn)北地區(qū)長3儲層30口井38個(gè)層進(jìn)行地層水電阻率計(jì)算，并將標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法計(jì)算的地層水電阻率與水分析資料確定的地層水電阻率進(jìn)行比較分析，如圖5所示。所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻地分布在45度斜線兩側(cè)，統(tǒng)計(jì)得到利用標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法計(jì)算的地層水電阻率與地層水分析資料得到的地層水電阻率的平均相對誤差為17.43%，平均絕對誤差0.001 5 Ω·m，計(jì)算結(jié)果能夠滿足儲層評價(jià)需求。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)解釋圖版法地層水電阻率計(jì)算驗(yàn)證

3 Waxman-Smits模型及參數(shù)確定

對于純凈砂巖，巖石電阻率與孔隙度或與含油飽和度的關(guān)系可由阿爾奇公式很好地描述。但是，儲層巖石中黏土礦物的存在則使得建立在物理測量基礎(chǔ)之上的測井解釋變得更加復(fù)雜。在Hill和Milburn所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)室?guī)r石物理化學(xué)測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，Waxman和Smits、Waxman和Thomas建立了著名的泥質(zhì)砂巖飽和度評價(jià)模型Waxman-Smits模型(簡稱W-S模型)[10-12]。根據(jù)Waxman-Smits模型可以得到油層電導(dǎo)率Ct與含水飽和度Sw的關(guān)系：

(3)

或?qū)憺殡娮杪实男问剑?/p>

(4)

式中m、n為巖電參數(shù)，由巖電實(shí)驗(yàn)得到；Rw為地層水電阻率，Ω·m，可以通過標(biāo)準(zhǔn)圖版法得到；B的單位為(Ω·m)-1，其計(jì)算公式為：

B=[1-0.6exp(0.77/Rw)]×4.6

(5)

公式中還有一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)Qv，目前應(yīng)用測井資料計(jì)算Qv的方法有：①利用Smits給出的SP理論響應(yīng)圖版計(jì)算泥質(zhì)砂巖的Qv；②根據(jù)CEC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立Qv與自然伽馬測井相對值之間的統(tǒng)計(jì)模型；③利用激發(fā)極化測井的自然電位曲線和極化率曲線，可以逐層計(jì)算出地層陽離子交換量及地層水離子濃度。由于自然電位測井和自然伽馬測井的垂向分辨率較低，Qv計(jì)算的精度存在一定的誤差[13-15]。本文探討了一種利用核磁共振測井資料計(jì)算Qv的方法。

以鎮(zhèn)北長3段儲層為例，對21塊同時(shí)具有陽離子交換量和核磁共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的巖心樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)巖心測量的陽離子交換量與核磁共振T2幾何均值(T2gm)之間有很好的相關(guān)性，如圖6。因此，建立了該區(qū)通過T2幾何均值計(jì)算Qv的公式：

Qv=0.9806/T2gm0.7167

(6)

圖為利用核磁共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的陽離子交換量與實(shí)測陽離子交換量的對比圖，可以看出：計(jì)算的Qv值與實(shí)測的Qv值吻合性很好，能夠滿足飽和度計(jì)算的要求。

圖6Qv與核磁T2幾何平均值關(guān)系圖版

圖7 計(jì)算Qv與實(shí)驗(yàn)Qv對比

4 應(yīng)用效果

利用W-S模型對鎮(zhèn)北地區(qū)長3段儲層進(jìn)行了含水飽和度計(jì)算。首先確定儲層巖電參數(shù)、地層水電阻率以及計(jì)算一條陽離子交換量Qv曲線，然后分別利用阿爾奇模型、W-S模型進(jìn)行含水飽和度計(jì)算。圖8為ZHX02井長3段儲層含水飽和度測井解釋成果圖，圖中第十道紅色桿狀線為校正后巖心分析含水飽和度，黑色曲線為阿爾奇模型計(jì)算的含水飽和度，圖中第十一道紅色桿狀線為校正后巖心分析含水飽和度，藍(lán)色曲線為W-S模型計(jì)算含水飽和度。圖9分別為阿爾奇模型、W-S模型計(jì)算的含水飽和度絕對誤差分布圖，阿爾奇模型計(jì)算含水飽和度絕對誤差平均值為-13.12%，W-S模型計(jì)算含水飽和度絕對誤差平均值為-4.78%。

圖10為ZHX03井長3段儲層含水飽和度測井解釋成果圖，圖中第十道紅色桿狀線為校正后巖心分析含水飽和度，黑色曲線為阿爾奇模型計(jì)算的含水飽和度，圖中第十一道紅色桿狀線為校正后巖心分析含水飽和度，藍(lán)色曲線為W-S模型計(jì)算含水飽和度。圖11分別為阿爾奇模型、W-S模型計(jì)算的含水飽和度絕對誤差分布圖，阿爾奇模型計(jì)算含水飽和度絕對誤差平均值為12.78%，W-S模型計(jì)算含水飽和度絕對誤差平均值為3.52%。上述兩口井的解釋均驗(yàn)證了本文方法的有效性。。

圖8 ZHX02井長3段儲層含水飽和度測井解釋成果

圖9 ZHX02井阿爾奇模型(左)、W-S模型(右)計(jì)算含水飽和度絕對誤差分布

5 結(jié)論

本文通過巖電實(shí)驗(yàn)證實(shí)了低滲透儲層的巖電關(guān)系偏離傳統(tǒng)“Archie線”，采用非線性的擬合方式確定巖電參數(shù)。提出了基于標(biāo)圖版法的地層水電阻率的計(jì)算方法，計(jì)算的地層水電阻率平均相對誤差為17.43%，平均絕對誤差0.001 5 Ω·m。形成了利用核磁資料快速計(jì)算陽離子交換量的方法，實(shí)際資料處理表明， 計(jì)算的陽離子交換容量與巖心分析的結(jié)果吻合較好，能夠較真實(shí)地反映儲層的陽離子交換容量。

最后利用Waxman-Smits模型計(jì)算儲層飽和度，充分考慮了泥質(zhì)導(dǎo)電對儲層飽和度計(jì)算結(jié)果的影響，大幅度提高了儲層飽和度的計(jì)算精度。

圖10 ZHX03井長3段儲層含水飽和度測井解釋成果

圖11 ZHX03井阿爾奇模型(左)、W-S模型(右)計(jì)算含水飽和度絕對誤差分布