DJ油田Q段復(fù)雜儲層流體識別

王志強

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

0 引言

儲層流體性質(zhì)的準確識別是新井試油、老井挖潛、提高油氣開發(fā)效果的基礎(chǔ)［1-2］，但低阻油層與高阻水層的出現(xiàn)，給這項工作帶來很大困難。

低阻油層從發(fā)現(xiàn)至今已有40 余年的歷史［3］。隨著人們對低阻油層認識的不斷加深，其定義也在不斷改變。最初，人們在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，有些產(chǎn)層電阻率低至1～3 Ω·m 時仍能出油，便定義為低阻油層［4-5］；后來，這一概念的絕對電阻率界限值又被擴展到0.5 Ω·m［6］；在越來越多的實例分析基礎(chǔ)上，人們認識到，對于產(chǎn)油層，是不存在普遍適合的電阻率范圍的。經(jīng)過大量分析，Kulha［7］明確提出，當含油氣儲層與泥巖電阻率比值低于1.5 時，為低阻油氣層。一些學(xué)者依此提出以同一油藏體系內(nèi)的電阻增大率定義低阻油氣層［8-9］。對于高阻水層，國內(nèi)外研究報道較少。

低阻油層成因總體上分為工程因素和地質(zhì)因素［10-26］，其機理研究已頗為成熟； 高阻水層與低阻油層成因相反，但也可劃分為這2 種因素［27-31］。低阻油層識別的常用方法有交會圖、測井新技術(shù)、電阻率校正、常規(guī)測井信息數(shù)理分析等［2，32-37］，識別思路一般是先分析成因，然后針對成因制定相應(yīng)的識別方法。對高阻水層的研究較少，其識別方法多為定性分析或測井新技術(shù)與測井信息的數(shù)理分析［28，38-39］。

DJ 油田儲層為三角洲前緣沉積，砂體厚度小，平面連續(xù)性強，具有孔隙類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性明顯等特點。Q 段具有較大油氣潛力，但由于儲層地質(zhì)特征復(fù)雜，低阻油層與高阻水層并存，難以識別。本文開展了復(fù)雜地質(zhì)特征儲層流體識別研究，從低阻油層與高阻水層的成因切入，針對其形成機理，應(yīng)用電阻率校正與分區(qū)評價相結(jié)合的方法，建立的含鈣泥質(zhì)砂巖等效體積模型在類似地質(zhì)條件油藏中可普遍適用，具有一定的探索性。該研究成果有助于降低勘探風險，提高開發(fā)效益。

1 地層電阻率影響因素

區(qū)內(nèi)巖心化驗分析資料證實： 低阻油層導(dǎo)電礦物體積分數(shù)極小且分布均勻；高阻水層不含吸附油氣；鉆井液性能穩(wěn)定，無工程事故延遲測井情況?？梢?，鉆井工程、導(dǎo)電礦物與吸附油氣等因素不是研究區(qū)儲層電阻率異常的主要成因。

1.1 地層水礦化度

一般情況下，陸相沉積環(huán)境的地層水礦化度相對不穩(wěn)定［14］，即使同一油藏范圍內(nèi)，層內(nèi)礦化度也往往表現(xiàn)出較大差異，這種變化會導(dǎo)致層內(nèi)地層水導(dǎo)電能力的不同。礦化度較高的孔隙水可以形成電導(dǎo)率相對較高的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，當這種情況存在時，泥質(zhì)體積分數(shù)對電阻率的影響將被削弱［40］。

受沉積環(huán)境與后期斷層溝通作用影響，DJ 地區(qū)Q段地層水礦化度平面變化較大，對電阻率測井影響較為明顯（見圖1）。根據(jù)17 口井的地層水化驗資料可知，研究區(qū)內(nèi)地層水礦化度平面差異較大，但其分區(qū)性明顯，以礦化度15，20 g/L 為界，分為低值區(qū)、中值區(qū)與高值區(qū)，在不同區(qū)間內(nèi)，地層水礦化度變化相對穩(wěn)定（見圖2）。這便為流體性質(zhì)的分區(qū)評價提供了可行性。

1.2 泥質(zhì)體積分數(shù)

許多黏土礦物（如蒙脫石、伊利石等）具有較高的陽離子交換能力［33］。當黏土礦物與孔隙流體產(chǎn)生離子交換時，產(chǎn)生附加導(dǎo)電性，增強地層的導(dǎo)電能力［41-42］。DJ 地區(qū)Q 段形成于三角洲前緣環(huán)境，巖石粒度細，泥質(zhì)體積分數(shù)高，黏土礦物的附加導(dǎo)電作用是導(dǎo)致儲層電阻率降低的一項不容忽略的因素?；灧治鲑Y料顯示，研究區(qū)泥質(zhì)體積分數(shù)主要介于5.0%～25.0%，最大為40.7%，最小為1.2%，說明儲層泥質(zhì)體積分數(shù)分布不均勻。應(yīng)用120 塊樣品的泥質(zhì)體積分數(shù)與深側(cè)向電阻率進行擬合，擬合關(guān)系表明，泥質(zhì)體積分數(shù)對該區(qū)地層電阻率影響明顯（見圖3）。

圖1 Q 段地層電阻率與地層水礦化度關(guān)系

圖2 Q 段地層水礦化度平面分布

圖3 Q 段地層電阻率與泥質(zhì)體積分數(shù)關(guān)系

1.3 碳酸鹽體積分數(shù)

碳酸鹽體積分數(shù)對儲層電阻率具有一定影響［43-44］。碳酸鹽體積分數(shù)的不均勻分布，導(dǎo)致電阻率偏高，無法真實反映地層流體性質(zhì)，容易將水層誤判為油、氣層［45］。巖心分析結(jié)果表明，研究區(qū)碳酸鹽體積分數(shù)主要介于5%～25%。

為揭示大情字井青二段地層電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)的關(guān)系，在礦化度中值區(qū)內(nèi)，對不同流體性質(zhì)的儲層進行深感應(yīng)電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)的關(guān)系擬合（見圖4），但油層由于取樣點過少，不足以擬合兩者的函數(shù)關(guān)系。

圖4 不同流體性質(zhì)儲層電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)關(guān)系

本次研究利用H45 等13 口試油井的16 個樣品，得到油水同層深感應(yīng)電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)的函數(shù)關(guān)系為

式中：Rt為地層深感應(yīng)電阻率，Ω·m；VCa為碳酸鹽體積分數(shù)；r 為相關(guān)系數(shù)。

利用H82 等16 口試油井的23 個樣品，得到水層深感應(yīng)電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)的函數(shù)關(guān)系為

上述分析表明，無論地層的流體性質(zhì)如何，隨著碳酸鹽體積分數(shù)的增加，地層電阻率均呈指數(shù)增大。如圖5所示，在不區(qū)分流體性質(zhì)的情況下，對深感應(yīng)電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)進行擬合可得：

圖5 儲層電阻率與碳酸鹽體積分數(shù)關(guān)系

2 流體識別模型

由于研究區(qū)地質(zhì)背景與實際資料情況決定了雙水模型、S-W 模型等模型的不適用性，因此，本次流體識別的主要思路為： 建立含鈣泥質(zhì)砂巖等效體積模型進行純砂巖電阻率校正，采用孔隙度-電阻率交會法判斷儲層流體性質(zhì)。

2.1 泥質(zhì)體積分數(shù)計算

研究區(qū)自然伽馬測井對地層泥質(zhì)體積分數(shù)的反映較好，本次研究采用自然伽馬曲線計算泥質(zhì)體積分數(shù)，其計算公式如下：

式中：GRSH為某一層自然伽馬測井相對值；GR 為某一井段自然伽馬測井值，API；GRmin為某一井段純砂巖自然伽馬值，API；GRmax為某一井段純泥巖地層自然伽馬值，API；Vsh為儲層泥質(zhì)體積分數(shù)；GCUR 為與地層年代有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，取值為2。

2.2 碳酸鹽體積分數(shù)計算

碳酸鹽體積分數(shù)的測井資料計算方法較多［46-48］。測井參數(shù)與碳酸鹽體積分數(shù)的相關(guān)性分析表明，研究區(qū)聲波時差與微球形聚焦測井聯(lián)合參與回歸，所得碳酸鹽體積分數(shù)與實測資料符合率最高。

因此，利用H47 等27 口井共86 個巖心分析樣品，通過聲波時差測井、微球形聚焦測井與碳酸鹽體積分數(shù)的多元回歸，建立碳酸鹽體積分數(shù)的測井資料求取模型：

式中：AC 為聲波時差，μs/m；Rmsf為微球形聚焦測井電阻率，Ω·m。

2.3 含鈣泥質(zhì)砂巖等效體積模型

由地層電阻率影響因素分析可知： 研究區(qū)為含鈣泥質(zhì)砂巖儲層，地層水礦化度分為高值、中值、低值3個區(qū)，各分區(qū)內(nèi)地層水礦化度相對穩(wěn)定。為消除地層水礦化度變化對地層電阻率的影響，在上述3 個分區(qū)內(nèi)分別進行流體性質(zhì)識別。下面以中值區(qū)為例，說明本次研究所用的流體識別方法。

針對研究區(qū)儲層泥質(zhì)與碳酸鹽體積分數(shù)高的特點，建立含鈣泥質(zhì)砂巖等效體積模型，利用此模型去除泥質(zhì)與碳酸鹽對地層真電阻率的干擾。

如圖6a所示，含鈣泥質(zhì)砂巖儲層中，設(shè)模型總體積為1，泥質(zhì)體積分數(shù)為Vsh，碳酸鹽體積分數(shù)為VCa，純砂巖地層體積分數(shù)為Vs。如圖6b所示，含鈣泥質(zhì)砂巖的電阻可等效為純砂巖地層電阻、泥質(zhì)電阻與碳酸鹽電阻的并聯(lián)電阻，其電導(dǎo)率可表示為

式中：Rt，Rs，Rsh，RCa分別為含鈣泥質(zhì)砂巖電阻率、純砂巖地層電阻率、泥質(zhì)電阻率及碳酸鹽電阻率，Ω·m；Ssi，Sshj，SCak分別為第i 層純砂巖地層截面積、第j 層泥質(zhì)截面積及第k 層碳酸鹽截面積，m2。

圖6 含鈣泥質(zhì)砂巖等效體積模型

推導(dǎo)得

其中，Rsh為純泥巖段深側(cè)向電阻率，取Q 段底部標準泥巖層電阻率中值，為6.3 Ω·m；對于單位體積的純碳酸鹽而言，將VCa=1 代入式（3），可得碳酸鹽電阻率RCa=21.35 Ω·m；Rt可由深側(cè)向電阻率曲線讀??；Vsh可通過式（5）求得；VCa可由式（6）計算得來。Rs即為含鈣泥質(zhì)砂巖地層校正到純砂巖地層所對應(yīng)的電阻率。

阿爾奇公式適用于純砂巖地層，可變形為

式中：a，m，n 為常數(shù)；Rw為地層水電阻率，Ω·m；φ 為孔隙度，小數(shù)；Sw為含水飽和度，小數(shù)。

由式（9）與式（10）聯(lián)合可得

3 模型應(yīng)用

DJ 油田合理選取a=1，m=2，n=2；Rw在地層水礦化度的3 個分區(qū)內(nèi)部穩(wěn)定，可視為常數(shù)。對于地層水礦化度中值區(qū)而言，可以應(yīng)用阿爾奇公式，結(jié)合該區(qū)域內(nèi)試油水層電阻率中值求得，Rw=0.15 Ω·m。

根據(jù)式（11），在地層水礦化度相對穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)，在Rt，Rsh，RCa，Vsh，VCa，φ 等參數(shù)可求或可直接測量的情況下，即可求得含水飽和度Sw。

應(yīng)用該方法對地層水礦化度中值區(qū)試油層段進行分析，結(jié)果表明，高阻水層與低阻油層均可通過含水飽和度的求取得到有效識別（見表1）。DJ 油田Q 段地層水礦化度中值區(qū)內(nèi)，油水識別效果顯著，有效解決了流體性質(zhì)識別困難的問題。

表1 Q 段地層水礦化度中值區(qū)流體識別成果

4 結(jié)論

1）DJ 油田儲層地質(zhì)特征復(fù)雜，地層水礦化度、泥質(zhì)體積分數(shù)與碳酸鹽體積分數(shù)的不均勻分布是形成低阻油層與高阻水層共存的主要原因。

2）基于成因機理認識，單因素校正與分區(qū)評價相結(jié)合的流體識別方法適用DJ 油田，可以有效識別高阻水層與低阻油層。

3）含鈣泥質(zhì)砂巖等效電阻率模型是阿爾奇公式的修正，實質(zhì)是將含鈣與泥質(zhì)對電阻率影響進行校正，等效為純砂巖地層，廣泛適用于含鈣泥質(zhì)砂巖儲層。

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