X地區(qū)低阻油層成因機(jī)理研究

李兆平

摘 ? ? ?要：隨著勘探開發(fā)的深入，X地區(qū)發(fā)現(xiàn)大量低阻油層，流體性質(zhì)識(shí)別困難，給油田的開發(fā)帶來一定的困難。在巖心毛管壓力實(shí)驗(yàn)、巖電實(shí)驗(yàn)、陽離子交換容量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合測井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)X地區(qū)低阻油層的成因機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)X地區(qū)低阻油層形成的主要原因是巖性細(xì)導(dǎo)致儲(chǔ)層高束縛水含量并且降低了儲(chǔ)層的膠結(jié)指數(shù)m和電阻率指數(shù)n，以及儲(chǔ)層油藏幅度低導(dǎo)致油水的分異作用弱，次要原因是黏土礦物的附加導(dǎo)電性。

關(guān) ?鍵 ?詞：低阻油層;阿爾奇公式;孔隙結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TE122 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）02-0428-05

Abstract： ?With the exploration and development， a large number of low resistivity oil layers are found in X area， it is difficult to identify the fluid properties of the low resistivity oil layers， which brings certain difficulties to the development of oil fields. On the basis of core capillary pressure experiment， rock electricity experiment and cation exchange capacity experiment， combined with logging data， the formation mechanism of low resistivity reservoir in X area was studied. It was found that the main reason for the formation of low resistivity reservoir in X area was that the fine lithology resulted in the high bound water content and the decrease of the cementation index m and resistivity index n of the reservoir， and the low amplitude of the reservoir resulted in weak separation of oil and water; The secondary cause was the additional conductivity of clay minerals.

Key words： low resistivity oil layers; Archie's formulas; pore structure

隨著勘探開發(fā)的深入，各類非常規(guī)油氣漸漸成為學(xué)者們研究的重點(diǎn)。低阻油藏在國內(nèi)外廣泛發(fā)育，主要發(fā)育于砂泥巖常規(guī)儲(chǔ)層，在美國德克薩斯州的 Silva和Spooner層，委內(nèi)瑞拉的Lagunillas層、阿根廷Chubut砂巖、濱里海盆地等均發(fā)現(xiàn)低阻油層，國內(nèi)東北松遼盆地、新疆準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地以及吐哈盆地、四川盆地等也又發(fā)現(xiàn)，且儲(chǔ)量巨大，成為國內(nèi)油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要組成部分[1]。

低阻油層系指電阻率與同一油水系統(tǒng)內(nèi)的純水層相比小于3的油層，即電阻增大率小于3的油層[1]。電阻率曲線是判斷一個(gè)儲(chǔ)層是否為油氣層的一個(gè)重要依據(jù)，當(dāng)一個(gè)油層與其同一油水系統(tǒng)內(nèi)的純水層電阻率的差別不大，即電阻增大率較低時(shí)，不論該油層電阻率的絕對(duì)值是大還是小，都會(huì)給油層的識(shí)別帶來極大的困難。

不同的地區(qū)，因地質(zhì)背景不同、構(gòu)造結(jié)構(gòu)不一，沉積特點(diǎn)有別，以及復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)、高泥質(zhì)含量，富含導(dǎo)電礦物和高導(dǎo)電的地層水等因素，致使低電阻率油藏成因各有差異[2-9]。本文在前人的研究基礎(chǔ)上研究X地區(qū)低阻油層的成因。最后發(fā)現(xiàn)X地區(qū)低阻油層形成的主要原因是巖性細(xì)導(dǎo)致儲(chǔ)層高束縛水含量并且降低了儲(chǔ)層的膠結(jié)指數(shù)m和電阻率指數(shù)n，以及儲(chǔ)層油藏幅度低導(dǎo)致油水的分異作用弱，次要原因?yàn)轲ね恋V物的附加導(dǎo)電性。

1 ?地區(qū)概況

研究區(qū)位于南海北部，珠江口盆地（東部）珠一坳陷最西端，整體為北東-南西走向，西接陽江凹陷，東北與西江凹陷連接，東南接番禺低隆起，總面積超過5 000 km2 ?[10-12]。平面上以三角洲外前緣相帶沉積為主，巖性多為粉細(xì)砂巖、含泥質(zhì)粉細(xì)砂巖夾泥巖。泥質(zhì)與細(xì)粉砂質(zhì)含量高、粒度偏細(xì)、孔隙結(jié)構(gòu)與連通性差造成束縛水飽和度高是低阻油層的微觀成因，同時(shí)從含油層段沉積相、沉積環(huán)境等因素探討低阻油層宏觀成因，認(rèn)為三角洲外前緣水動(dòng)力弱、能量低的沉積環(huán)境是高束縛水飽和度巖層形成的主要控制因素[13]。

2 ?X地區(qū)低阻油層成因機(jī)理

2.1 ?巖石顆粒粗細(xì)對(duì)油層電阻率的影響

取X地區(qū)XX1井純油層41塊巖心的粒度分析資料和測井資料，繪制平均粒徑與油層的地層電阻率的交會(huì)圖。如圖1所示，純油層的平均粒度與地層電阻率具有一定的相關(guān)性，平均粒徑小的油層電阻率通常較低。

從阿爾奇公式可以看出，若不考慮泥質(zhì)含量，地層電阻率的影響因素有：

①地層水電阻率，對(duì)不同地區(qū)，地層水礦化度的不同，導(dǎo)致地層水導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱不同，從而影響地層電阻率;

②孔隙度，巖石的導(dǎo)電能力主要來自孔隙中流體，固體骨架（部分導(dǎo)電礦物除外）一般導(dǎo)電性差，所以孔隙度越大，導(dǎo)電流體越多，地層的導(dǎo)電性越好，地層電阻率也越低;

③含水飽和度，由于水的導(dǎo)電性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油，所以通常含水飽和度越大的地層，地層電阻率越小;

④孔隙結(jié)構(gòu)，在物性及含油性相同的情況下，孔隙結(jié)構(gòu)決定了水在儲(chǔ)層中的連接方式，連接方式不同其導(dǎo)電能力也不同，而儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在膠結(jié)指數(shù)m值與飽和度指數(shù)n值上，阿爾奇公式中的a值和b值通常接近于1。

對(duì)于本研究區(qū)，從圖1可看到油層的電阻率明顯與巖石顆粒粗細(xì)有關(guān)，而通常巖石顆粒粗細(xì)會(huì)從兩方面影響油層的電阻率的大小：①巖石顆粒的粗細(xì)會(huì)影響束縛水含量的多少，從而影響油層電阻率，束縛水含量越高，油層電阻率越低;②巖石顆粒的粗細(xì)會(huì)影響巖石的孔隙與吼道結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響巖石的巖電參數(shù)膠結(jié)指數(shù)m值和電阻率指數(shù)n值，從而影響油層電阻率，m值和n值越小，油層電阻率值越低。

2.1.1 ?巖石顆粒粗細(xì)對(duì)束縛水含量的影響

從研究區(qū)正常油層和低阻油層的巖心半滲透隔板毛管壓力曲線（圖2和圖3）中可以看出，正常油層的毛管壓力曲線陡峭，呈“L”型，而低阻油層的毛管壓力曲線相對(duì)平緩。若取毛管壓力為0.689 5 MPa（100PSI）時(shí)，對(duì)應(yīng)的含水飽和度為束縛水飽和度，則正常油層的束縛水飽和度約為18%～32%，而低阻油層束縛水飽和度約為44%～85%。低阻油層束縛水飽和度明顯高于正常油層。純油層的含油飽和度等于1減去束縛水飽和度，即低阻油層的含油飽和度會(huì)低于正常油層，這是其電阻率低的一個(gè)重要成因。

2.1.2 ?巖石顆粒粗細(xì)對(duì)巖電參數(shù)的的影響

取X地區(qū)21塊巖心（其中9塊來自正常油層，12塊來自低阻油層）的巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制膠結(jié)指數(shù)m（令a=1）和電阻率指數(shù)n值的交會(huì)圖。如圖4所示，低阻油層的m值與n值明顯小于正常油層。

為分析正常油層與低阻油層m值與n值存在差異的原因，繪制了不同顆粒粗細(xì)的巖石孔隙與吼道分布示意圖，如圖5所示。

儲(chǔ)層的吼道大小主要取決于巖石形成時(shí)的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用越強(qiáng)則吼道大小越小。而對(duì)研究區(qū)的正常油層和低阻油層，其形成時(shí)的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是一樣的，故兩種儲(chǔ)層的吼道大小沒有明顯差別。但從圖5中可以看到在吼道的大小接近的情況下，巖粒越小，孔隙與吼道的差別越小，即m值越小;在油層中，通常油占據(jù)大的孔隙空間，水占據(jù)吼道和巖粒表面（即毛管束縛水和表面束縛水），這導(dǎo)致顆粒細(xì)的巖石導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更發(fā)達(dá)，水的導(dǎo)電效應(yīng)更大，即n值小。

根據(jù)阿爾奇公式，在其余條件相同的情況下，m值和n值越小地層的電阻率值越小。故m值與n值小也是本區(qū)低阻油層形成的一個(gè)重要原因。

2.2 ?油藏幅度對(duì)油層電阻率的影響

對(duì)于一個(gè)完整的油藏，油藏的頂部為純油層，含油飽和度高;底部水層或邊部水層;在純油層與水層之間可能存在油水同層。之所以存在這種垂向的流體分層性，其主要原因是流體密度存在差異導(dǎo)致油氣水在同一油氣藏中所承受的縱向驅(qū)替力不同，即存在油氣水分異作用。

如果油氣水的分異作用較弱，就不能形成高飽和度純油氣層而成為低阻油層或油水同層。在研究區(qū)有些層系油氣藏中存在著大量的油水同層，之所以出現(xiàn)這種情況，其主要原因是低油藏高度。

圖6是研究區(qū)油柱高度與電阻率的關(guān)系，由圖可見，油柱高度較大的地層，含油比較飽滿，地層電阻率明顯較大。但是本工區(qū)大部分儲(chǔ)層油柱高度小于7 m。這說明研究區(qū)大部分儲(chǔ)層油藏幅度不高，油水驅(qū)替力浮力小，不足以克服更小的毛細(xì)管壓力進(jìn)入更小的孔隙，導(dǎo)致油層毛管束縛水含量高，降低了油層電阻率。這是本研究區(qū)低阻油層形成的一個(gè)重要原因。

2.3 ?黏土礦物的附加導(dǎo)電性對(duì)電阻率的影響

2.3.1 ?黏土礦物在水溶液中的特性

黏土中主要三種礦物蒙脫石、高嶺石和伊利石都呈片狀結(jié)構(gòu)。黏土礦物晶體表面帶負(fù)電荷，形成的負(fù)電荷的原因有兩方面：一方面是由于低價(jià)陽離子取代了黏土晶格中的高價(jià)陽離子，使晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷;另一方面是由于晶體裸露在外面的氫氧根中的氫會(huì)被解離，從而使黏土礦物晶體帶負(fù)電。

當(dāng)黏土顆粒處于地層水中時(shí)，其表面的負(fù)電荷會(huì)吸引地層水中的陽離子。這些被吸引的陽離子將會(huì)呈擴(kuò)散狀分布，即具有一定的厚度，且越遠(yuǎn)離黏土顆粒表面數(shù)量越少。黏土礦物表面的負(fù)電荷及這些呈擴(kuò)散狀分布的陽離子一同構(gòu)成了雙電層。

通常，被黏土顆粒表面負(fù)電荷吸附的陽離子是難以自由運(yùn)動(dòng)的。但當(dāng)外電場的作用強(qiáng)于負(fù)電荷對(duì)陽離子的吸附作用時(shí)，雙電層外的陽離子通過外電場的加速作用能置換掉雙電層內(nèi)的陽離子，迫使結(jié)合水中的一部分陽離子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，由此形成電流。這種雙電層外的陽離子交換雙電層內(nèi)的陽離子的能力稱為陽離子交換能力，這種由陽離子交換作用形成的導(dǎo)電性被稱為黏土的附加導(dǎo)電性[14]。

陽離子交換特性與黏土顆粒的分散度以及黏土礦物類型有關(guān)。在常見黏土礦物中蒙脫石的陽離子交換能力最強(qiáng)，每100 g蒙脫石的交換容量CEC能高達(dá)80～150 mg;高嶺石最弱，每100 g高嶺石的交換容量CEC僅3～15 mg; 伊利石交換容量CEC介于蒙脫石和高嶺石之間，每100 g利石的交換容量CEC約為10～40 mg。通常顆粒的分散程度也會(huì)影響陽離子交換容量，顆粒的分散度大，陽離子交換容量也越大。

2.3.2 ?黏土的附加導(dǎo)電性對(duì)電阻率的影響

地層中如蒙脫石、伊利石、綠泥石等黏土礦物成分的存在會(huì)產(chǎn)生黏土礦物附加導(dǎo)電性，增加巖石的導(dǎo)電能力，從而降低地層電阻率，導(dǎo)致油層低阻。

黏土礦物的附加導(dǎo)電性的大小與地層水礦化度關(guān)系較大，在中低礦化度的地層水條件下，泥質(zhì)的附加導(dǎo)電性相對(duì)于地層水的導(dǎo)電性無法忽略，而在高礦化度情況下，泥質(zhì)的附加導(dǎo)電性作用相對(duì)溶液的導(dǎo)電性可以忽略不計(jì)。

3 ?結(jié)論

（1）巖石顆粒細(xì)會(huì)從兩方面影響油層電阻率：①巖石顆粒細(xì)的油層束縛水含量高，導(dǎo)致油層的含油飽和度低，從而降低油層電阻率;②巖石顆粒細(xì)的儲(chǔ)層膠結(jié)指數(shù)m和電阻率指數(shù)n都小，其孔隙結(jié)構(gòu)更利于水的導(dǎo)電，從而降低儲(chǔ)層電阻率。

（2）X地區(qū)低阻油層形成的主要原因是巖性細(xì)導(dǎo)致儲(chǔ)層高束縛水含量并且降低了儲(chǔ)層的膠結(jié)指數(shù)m和電阻率指數(shù)n，以及儲(chǔ)層油藏幅度低導(dǎo)致油水的分異作用差。

（3）黏土礦物的附加導(dǎo)電性相對(duì)于X地區(qū)低阻油層中束縛水的導(dǎo)電性來說不顯著，但也不能忽略不計(jì)。黏土礦物的附加導(dǎo)電性僅僅是X地區(qū)低阻油層形成的一個(gè)次要原因。

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