碳酸鹽巖氣藏巖電參數(shù)試驗(yàn)研究

陳春宇 吳 婷 張永清

（1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.中石油西氣東輸管道公司蘇北管理處，揚(yáng)州 225009）

碳酸鹽巖氣藏巖電參數(shù)試驗(yàn)研究

陳春宇1吳 婷2張永清1

（1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.中石油西氣東輸管道公司蘇北管理處，揚(yáng)州 225009）

為了提高儲層參數(shù)的精度，針對某區(qū)塊碳酸鹽巖巖心開展試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果提供更為準(zhǔn)確的測井資料解釋模型。討論在不同含水飽和度及圍壓條件下巖心電阻率的變化規(guī)律，并探討圍壓對巖心電阻率的影響機(jī)理。

Archie公式；電阻率；圍壓；碳酸鹽巖；含水飽和度

Archie公式是測井定量解釋飽和度的理論基礎(chǔ)［1］。其中準(zhǔn)確計算Archie公式的參數(shù)和研究它們的變化規(guī)律一直是巖石物理學(xué)家和測井解釋分析家所關(guān)注的問題［2］。通過室內(nèi)巖電試驗(yàn)，獲得不同含水飽和度下巖心電阻率。研究表明，巖心電阻率測量受很多因素的影響，圍壓和孔隙結(jié)構(gòu)以及測量方式的不同將直接影響所得參數(shù)的準(zhǔn)確性［3-5］。

傳統(tǒng)的室內(nèi)測試巖石電性特征參數(shù)時，一般對圍壓的影響考慮較少，但巖石孔隙內(nèi)的流體分布隨壓力的改變而相應(yīng)的變化，巖電參數(shù)也隨之變化，有關(guān)低孔低滲非均質(zhì)碳酸鹽巖儲集層的電阻率試驗(yàn)規(guī)律研究較少。

儲集層中的含油氣飽和度是儲量計算中的一個重要因子［6］，而計算含油飽和度要用到巖電參數(shù)，巖電參數(shù)的準(zhǔn)確度直接影響預(yù)測含油氣飽和度以及儲量計算的精度。低孔滲碳酸鹽巖的孔隙結(jié)構(gòu)較砂巖更為復(fù)雜，其裂縫更發(fā)育。在不同圍壓下，其孔隙結(jié)構(gòu)及裂縫的開度勢必也要發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致孔隙流體的重新分布，使得測試巖電參數(shù)發(fā)生變化。為此在現(xiàn)有巖石電阻率測定方法的基礎(chǔ)上，建立了壓力梯度逐漸達(dá)到地層壓力條件下的巖電參數(shù)測定方法，探尋圍壓對低孔低滲碳酸鹽巖電阻率的影響。

1 儀器裝置及巖心基礎(chǔ)參數(shù)測試

實(shí)驗(yàn)采用的裝置是西南石油大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的S CMS-B2型高溫高壓巖心多參數(shù)測量儀。該儀器采用了恒溫箱加熱裝置，提高了加熱的均勻性；電阻率測量模塊采用的是四電極皮套以提高巖心電阻率測量精度；采用內(nèi)外探溫保證巖心溫度更準(zhǔn)確；儀器使用半封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保了足夠小的流體不確定體積；該儀器可以實(shí)現(xiàn)電阻率和縱橫波時差聯(lián)測以及孔隙度和滲透率的聯(lián)測；旋轉(zhuǎn)的安裝形式，可方便裝卸巖樣；PID智能溫度控制，控制精度在1°以內(nèi)；巖心軸向形變傳感器，能準(zhǔn)確計算出高壓下巖心的總體積，確保高壓孔隙度更接近地層；圍壓模塊采用PID智能圍壓控制，可在較長時間保持設(shè)定圍壓和控制圍壓之間的一致性。

選取某區(qū)塊的6塊低孔低滲的碳酸鹽巖巖心。這6塊巖心均為低孔低滲碳酸鹽巖，孔隙度分布見表1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮嫉貙铀再|(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室中配制相應(yīng)地層的模擬地層水。為了研究電阻率與圍壓的關(guān)系，做了6塊巖心在常溫不同圍壓下的巖電實(shí)驗(yàn)（每組巖心實(shí)驗(yàn)的最大圍壓為巖心實(shí)際所處地層下的圍壓）。巖心測試圍壓為：8、16、24、32、40MPa。所有巖心初始含水飽和度低，由于增水法更能模擬氣藏環(huán)境，故本實(shí)驗(yàn)采用增水法加壓抽空建立飽和度。

2 巖電實(shí)驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)對電阻率的影響研究

碳酸鹽巖主要特點(diǎn)是巖心致密基質(zhì)孔隙度小、裂縫溶洞發(fā)育，碳酸鹽巖因?qū)щ娡ǖ涝龃螅B通性好，使電阻率有所降低。裂縫、溶洞發(fā)育的巖心（3#、4#）電阻率普遍比裂縫、溶洞不發(fā)育的巖心（1#、2#）電阻率低。通過試驗(yàn)研究分析得到4快巖心的電阻率測量結(jié)果如圖1至圖4所示。

表1 巖心孔隙度

圖1 1#巖心電阻率隨圍壓變化圖

圖2 2#巖心電阻率隨圍壓變化圖

巖心3#、4#的微裂縫及溶蝕孔洞較巖心1#、2#發(fā)育。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和巖心外觀特征分析可知裂縫及溶蝕孔洞是造成兩塊巖心孔隙度差異較大的主要原因。巖心3#和4#在不同飽和度下的電阻率普遍比巖心1#、2#低很多。巖心3#、4#在低飽和度時電阻率大約為1#、2#巖心的1/8～1/10，高飽和度時電阻率大約是1#、2#巖心的1/6～1/3。

圖3 3#巖心電阻率隨圍壓變化圖

圖4 4#巖心電阻率隨圍壓變化圖

由試驗(yàn)研究分析可知巖心在同一飽和度下，其電阻率隨施加在巖心上的圍壓變化而變化。巖心含水飽和度Sw小于30%時，巖心電阻率隨所加圍壓的增大而減小。巖心含水飽和度Sw在30%～70%之間時，巖心電阻率隨所加圍壓的增大先減小再增大。巖心含水飽和度Sw大于70%時，巖心電阻率隨所加圍壓的增大而略微增大。

2.2 影響原理分析

根據(jù)電阻計算公式：

式中：Rl、ρ1—模擬地層水的電阻值和電阻率；L1—電流流過巖心的長度，m；S1—巖心中有效導(dǎo)電的模擬地層水的截面積，m2；ρr—巖心的電阻率；Lr—巖心的長度，m；Sr—巖心的截面積，m2。

巖心中電流通路的截面積平均為S1。當(dāng)巖心中飽和的模擬地層水很少時，只占據(jù)了巖心孔隙的很小一部分空間，故模擬地層水沿著孔隙空間分部非常不連續(xù)，因而電流流通路徑曲折且平均面積小，設(shè)此時的流通路徑長度及流通平均截面積分別為L11、S11，巖心電阻值和電阻率分別為R1、ρ11。隨圍壓增加，巖心受到擠壓，孔隙空間縮和裂縫開度均減小，原本在孔隙空間中分散的模擬地層水變得相對集中，使得電流通路曲折度變小且電流流通平均面積增大。設(shè)此時的電流通路長度及流通平均截面積分別為L12、S12，巖心電阻值和電阻率分別為R2、ρ12。由此可得，L11＞L12，S11＜S12，則 R1＞R2。由式（2）知，在不同圍壓下同一塊巖心的尺寸Sr、Lr變化非常小，則可以忽略不計，故 ρr1＞ρr2。

當(dāng)含水飽和度繼續(xù)增加到30%～70%之間時，隨圍壓增大，巖心中的模擬地層水先是由于巖心中裂縫及孔隙空間進(jìn)一步縮小而匯集，巖心電阻率ρr1變化情況同上；隨著圍壓的不斷增大致使巖心中裂縫逐漸閉合及孔隙空間進(jìn)一步壓縮，使得巖心中地層水被擠壓溢出導(dǎo)致一些電流通道被截斷，故L1增大，S1減小，ρr2增大。在此過程中，巖心電阻率先減小再增加。由于在該飽和度范圍內(nèi)，圍壓對流體重新分布影響小，所以在宏觀上，這時同一含水飽和度不同圍壓下的巖心電阻率的變化幅度相對于不同含水飽和度下的巖心電阻率的變化幅度較小。

3 結(jié) 論

通過對低孔低滲碳酸鹽巖巖樣在不同飽和度和圍壓下的巖電測試研究，得出以下結(jié)論：

（1）圍壓會使含模擬地層水巖石電阻率產(chǎn)生變化。隨著巖石含水飽和度的逐漸增加，圍壓對巖石電阻率的影響分兩個階段，Sw＜30%時電阻率主要表現(xiàn)為隨圍壓增加而降低；Sw在30%～70%之間時電阻率先減小再增加。

（2）當(dāng)圍壓大于20MPa時，圍壓對巖石電阻率的影響幅度較小。

[1]施斌全,李智強(qiáng).不同壓力下氣層巖樣m、n值變化的實(shí)驗(yàn)研究[J].石油儀器,2007,21(2):52-54.

[2]王建,呂成遠(yuǎn)，胡永華，等.地層條件下巖石電性特征實(shí)驗(yàn)研究[J].石油勘探與開發(fā),2004,31(1)：113-115.

[3]孫曉芳,邱延平,李強(qiáng)，等.注入水礦化度對儲層M、N值影響規(guī)律研究[J].石油地質(zhì)與工程，2008，22(4):73-74.

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[5]鄧少貴,范宜仁,段兆芳，等.多溫度多礦化度巖石電阻率實(shí)驗(yàn)研究[J].石油地球物理勘探,2000,35(6):763-767.

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

The Experimental Research of Carbonate Rock Reservoir Parameters

CHEN Chunyu1WU Ting2ZHANG Yongqing1
（1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500；2.Subei Section of West-east Gas Transmission Pipeline Company,Yangzhou 225009）

In order to improve the precision of the reservoir parameters,the experiment on the low permeable carbonate rock has been completed.Using the results of experiment could evaluate the reservoir characteristics,discuss the different water saturation and confining pressure condition of core resistivity change rule.Furthermore,it discusses confining pressure resistivity of the core,the influence mechanism,drawing conclusions on indoor low porosity carbonate rock electrical data acquisition and precise calculation of reserves to provide some guidance significance

Archie formula；resistivity；confining pressure； carbonate rock；water saturation

TE122

A

1673-1980(2012)05-0074-03

2012-04-05

四川省青年科技基金項(xiàng)目（09ZQ026-084）

陳春宇（1986-），男，四川廣安人，西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閹r石力學(xué)與井壁穩(wěn)定。