南海西部油區(qū)低阻油層識別與定量評價

吳 健，胡向陽，何勝林，吳洪深

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

南海西部油區(qū)低阻油層識別與定量評價

吳 健，胡向陽，何勝林，吳洪深

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

南海西部油區(qū)存在大量的低阻油層，常規(guī)測井難以對其進(jìn)行有效的識別和評價。根據(jù)區(qū)域低阻油層的測井響應(yīng)特征，并結(jié)合巖心資料對地層的宏觀特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，指出導(dǎo)致油層低阻特征的主要地質(zhì)原因是地層泥質(zhì)和束縛水含量較高。利用烴源巖測井評價中常用的Δlg R技術(shù)和多礦物最優(yōu)化方法，通過選取合適的礦物和流體組分，建立多礦物模型，得到多礦物剖面和儲層參數(shù)，并結(jié)合核磁共振T2譜特征，及核磁孔徑分布、核磁粘土水和束縛水飽和度等核磁處理成果，對低阻油層進(jìn)行綜合評價，并利用密閉巖心化驗分析資料對測井解釋成果進(jìn)行了標(biāo)定，重構(gòu)測井曲線與實測曲線的吻合程度達(dá)到95%以上，可利用該方法對低阻油層進(jìn)行有效識別和定量評價。

低阻油層多礦物模型流體識別粘土礦物核磁共振南海西部油區(qū)

低阻油層是指電阻率小于或接近圍巖電阻率或與水層電阻率差別不大且難以識別的油層［1-2］，一般是以束縛水為主要成分的高含水飽和度的特殊隱蔽油層，普遍具有低含油飽和度的特點［3-4］。目前，針對低阻油層的識別和評價已有很多方法，在成因研究方面主要是基于巖心資料微觀導(dǎo)電機理的探討；在定性識別方面，交會圖版法、小波變換、模糊數(shù)學(xué)法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等［5-6］已被廣泛應(yīng)用，但由于不同地區(qū)地層特點不同，在推廣應(yīng)用時也受到了很大限制［7］；在儲層定量評價方面，常用的雙水模型、Waxman-Smits以及三水模型等，都有其各自的應(yīng)用條件，但在新的探區(qū)往往難以選擇，且對其計算結(jié)果的差異難以進(jìn)行有效解釋。因此，筆者在前人研究［1-7］的基礎(chǔ)上，針對南海西部油區(qū)低阻油層測井識別和評價存在的問題，利用巖心分析資料，對儲層的微觀特征進(jìn)行分析，在明確低阻油層地質(zhì)成因的前提下，借鑒烴源巖的測井評價技術(shù)和多礦物最優(yōu)化方法，并結(jié)合核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)的處理成果，對低阻油層進(jìn)行了系統(tǒng)評價，最終的解釋成果通過密閉取心分析以及生產(chǎn)測試資料進(jìn)行了驗證。

1 低阻油層的地質(zhì)成因

綜合利用掃描電鏡、粘土礦物X衍射、薄片鑒定、潤濕性、壓汞及粒度分析等巖心資料，從巖性、地層水的性質(zhì)、粘土礦物陽離子交換、薄互層和導(dǎo)電礦物等角度進(jìn)行分析［8］，認(rèn)為南海西部油區(qū)油層出現(xiàn)低阻最主要的原因是：巖性細(xì)、粘土礦物含量高、有效孔喉分選性差和微孔隙較發(fā)育。低阻油層的排驅(qū)壓力較大，為0.1～2 MPa，而高阻油層的排驅(qū)壓力小于0.1 MPa，孔喉呈多峰分布，小于0.1 μm的無效孔隙大于50%，屬無效的微孔隙發(fā)育。粘土礦物主要以伊利石和伊蒙混層為主，含高嶺石和綠泥石，具有很強的吸水性，一方面會使地層出現(xiàn)附加導(dǎo)電性，另一方面增加了微孔隙的表面積，造成地層束縛水含量增高，組成以束縛水為主要成分的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；地層中的泥質(zhì)主要以疊層狀和分散泥質(zhì)為主［9］，而分散泥質(zhì)自身的導(dǎo)電性，也增加了地層的導(dǎo)電性，降低了油層電阻率［10-11］。

2 低阻油層的識別

2.1 測井響應(yīng)特征

南海西部油區(qū)存在大量的低阻油層，且分布廣，厚度大，是有利的開發(fā)和挖潛區(qū)域，勘探初期由于對地層認(rèn)識不足及技術(shù)上的缺陷，導(dǎo)致低阻油層的勘探程度較低。該區(qū)低阻油層的巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖與灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層，儲層泥質(zhì)含量較高，一般約為30%，物性較差，氣測曲線有異常顯示，巖屑錄井顯示主要為油斑或油浸，典型水層的電阻率一般小于1.1 Ω·m，低阻油層的電阻率一般為1～1.4 Ω·m，較典型油層明顯偏?。ǖ湫陀蛯与娮杪蚀笥?0 Ω·m），與相鄰泥巖和水層相近。

2.2 識別方法

利用Δlg R法識別低阻油層，該方法將聲波時差與深側(cè)向電阻率曲線進(jìn)行重疊［12-14］，聲波時差曲線采用算術(shù)坐標(biāo)，深側(cè)向電阻率曲線采用對數(shù)坐標(biāo)，當(dāng)2條曲線一致時為基線。確定基線之后，用2條曲線的間距來識別富含有機質(zhì)或油氣的層段，這個間距即為Δlg R，其計算式為

式中：R為電阻率，Ω·m；RLLD為深側(cè)向電阻率，Ω·m；R0為電阻率基值，Ω·m；Δt為聲波時差，μs/ft。

判別標(biāo)準(zhǔn)為：Δlg R＞0時，地層中含油氣；Δlg R≤0時，地層中不含油氣。當(dāng)?shù)貙又泻蜌鈺r，聲波時差及深側(cè)向電阻率增大，導(dǎo)致二者重疊后有明顯偏離，含油氣越多，偏離程度越大。但是，該方法難以判斷儲層物性的好壞，對于油層和含油氣干層的區(qū)分，還需參考孔隙度進(jìn)行綜合判別。

3 低阻油層的定量評價

常規(guī)儲層定量評價一般只能計算地層泥質(zhì)含量、有效孔隙度以及含水飽和度等，難以滿足復(fù)雜儲層測井評價的需要［15-16］。為了得到更為精確的用于儲層精細(xì)評價的儲層參數(shù)（束縛水飽和度、粘土水飽和度、孔徑分布特征以及組成巖石的主要礦物成分含量等），采用多礦物最優(yōu)化法和核磁共振法對低阻油層進(jìn)行定量評價。

3.1 多礦物最優(yōu)化法

3.1.1 基本原理

多礦物分析是將所有測井信息、誤差及地區(qū)的地質(zhì)經(jīng)驗合成一個多維信息復(fù)合體［17］，運用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法，進(jìn)行多維處理，從所有可能的解釋結(jié)果中得到最佳和最合理的解釋結(jié)果［18］。建立適當(dāng)?shù)亩嗟V物解釋模型，通過對方程組的求解，可計算出各地層組分的含量，由此反算出相應(yīng)的理論測井值，并與實際測井值比較，按非線性加權(quán)最小二乘原理和誤差理論建立目標(biāo)函數(shù)，用最優(yōu)化方法不斷調(diào)整未知參數(shù)，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值，這時二者達(dá)到充分逼近，此時的未知參數(shù)就是充分反映實際地層的參數(shù)值，即最優(yōu)化解釋結(jié)果。

3.1.2 多礦物解釋模型

根據(jù)巖心資料所提供的巖石和礦物信息，最終選擇了石英、伊利石、方解石、正長石作為礦物組分，油、粘土束縛水和自由水作為流體組分，密度、中子、自然伽馬、光電吸收截面以及原狀地層和沖洗帶的地層電阻率等曲線作為測井曲線，利用雙水模型對地層進(jìn)行處理。多礦物分析將復(fù)雜巖性地層看成是由不均勻的幾部分組成：若干種骨架礦物、粘土礦物和孔隙流體，而實際測井值就是各種礦物和流體的綜合響應(yīng)，測井響應(yīng)的方程為

式中：T為不同測井曲線的地層實際測量值；u為模型礦物和流體的種類數(shù)；Vi為礦物和流體含量；Ri為地層中礦物和流體組分的測井響應(yīng)值。

根據(jù)式（2）建立方程組，其中包含7個未知參數(shù)（所選礦物組分和流體的含量）和已選擇的6條測井曲線，結(jié)合式（3），即由7個線性方程構(gòu)成的方程組，屬于確定方程組，保證了模型有最優(yōu)化解，其約束條件為

式中：Villi為伊利石的含量；Vx-bndw和Vx-freew分別為沖洗帶粘土束縛水和自由水的含量；Vu-bndw和Vu-freew分別為原狀地層粘土束縛水和自由水的含量；Vx-oil和Vu-oil分別為地層沖洗帶和原狀地層中油的含量。

約束條件表明：各種粘土束縛水含量之和應(yīng)與沖洗帶和原狀地層的粘土束縛水含量相等，且沖洗帶自由水和束縛水含量的總和應(yīng)大于等于原狀地層中自由水和束縛水含量之和；另外，沖洗帶與原狀地層總的孔隙體積應(yīng)相等。

執(zhí)行多礦物模型后，質(zhì)量控制曲線（反映處理后反算的理論測井曲線與實測測井曲線之間吻合程度的指標(biāo)）的值小于1，重構(gòu)測井曲線與實測曲線的吻合程度達(dá)到95%以上，處理效果較好。

由式（2）可得原油、粘土束縛水和自由水的含量，進(jìn)而計算出地層的總孔隙度、含水飽和度和粘土束縛水飽和度，即

式中：PHIT為地層總孔隙度；PHIE為地層有效孔隙度；Vbndw，Vfreew和Voil分別為地層中粘土束縛水、自由水和原油的含量；SWT為地層含水飽和度；SWT_BND為粘土束縛水飽和度。

須強調(diào)的是，由于雙水模型把泥質(zhì)砂巖的導(dǎo)電性看成是孔隙中粘土附近的粘土水和距粘土表面較遠(yuǎn)的自由水這2種導(dǎo)電成分的并聯(lián)，因此，自由水的含量實際上也包含了毛細(xì)管束縛水，并且毛管壓力增大至一定程度時，毛細(xì)管束縛水與自由水是可互換的，由于模型原理上的差異，不能確定毛細(xì)管束縛水的含量，因此單純依靠多礦物分析難以區(qū)分真正意義上的地層自由水和束縛水（毛細(xì)管束縛水與粘土束縛水之和），需要結(jié)合核磁共振測井進(jìn)一步分析和研究。

3.2 核磁共振法

核磁共振測井能夠反映地層孔隙流體的性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的信息［19］，利用T2譜形態(tài)與巖石孔徑分布的相似性，可得到核磁孔徑分布曲線，可用來判斷巖石孔徑的分布情況，通過對核磁數(shù)據(jù)的處理可得到可動流體含量、毛細(xì)管束縛水含量、粘土水含量以及有效孔隙度和總孔隙度［20］，由此可得到核磁束縛水飽和度和粘土束縛水飽和度，即

式中：SWB_MREX為核磁束縛水飽和度；MPHS為核磁總孔隙度；MBVM為核磁可動流體含量；SW_BUNDW為核磁粘土束縛水飽和度；MCBW為核磁粘土束縛水含量。

圖1 南海西部油區(qū)文昌油田X-3探井低阻油層多礦物模型處理效果

在多礦物成果剖面中（圖1），致密鈣質(zhì)層的顯示與常規(guī)測井曲線特征對應(yīng)很好，在鈣質(zhì)層自然伽馬值降低、電阻率和密度增大；在油層段，Δlg R＞0；在水層段，Δlg R≤0，地層無有機質(zhì)顯示；在有效儲層中，核磁共振T2譜具有多峰特征，有可動流體峰，在低阻油層中，由孔徑分布曲線可知，束縛流體占了很大一部分，但也存在一些大孔徑和孔隙，這為可動油的儲存提供了條件。

須強調(diào)的是，南海西部油區(qū)文昌油田X-3探井進(jìn)行了密閉取心，可以利用其巖心分析資料對解釋成果進(jìn)行標(biāo)定［21］，但是由于作業(yè)工藝和取心技術(shù)不完善往往導(dǎo)致巖心流體的漏失，密閉取心得到的含水飽和度與含油飽和度之和僅為70%～90%，因此在對測井解釋結(jié)果進(jìn)行巖心標(biāo)定前，需對巖心飽和度進(jìn)行校正［22］。

在低阻油層段，多礦物最優(yōu)化法分析泥質(zhì)含量與巖心泥質(zhì)含量吻合很好，其中包含了粘土礦物和大量的微毛細(xì)孔隙；而在物性較好的地層中，計算的泥質(zhì)含量與巖心粘土含量吻合較好，其中微毛細(xì)管孔隙很少，孔隙結(jié)構(gòu)以大孔徑為主；多礦物最優(yōu)化法計算的總孔隙度與巖心分析的孔隙度吻合很好（圖1）；多礦物最優(yōu)化法計算的含水飽和度和密閉取心經(jīng)過校正后的含水飽和度吻合很好，計算的粘土束縛水飽和度與核磁粘土束縛水飽和度基本一致。

核磁束縛水飽和度與多礦物模型計算的總含水飽和度疊合分析表明：在低阻油層段，二者基本重合，表明地層不含可動水，含油飽和度約為20%，且可動油飽和度大于10%，而在干層基本無可動油顯示；在油水同層，SWT＞SWB_MREX，即當(dāng)?shù)貙拥暮柡投却笥诤舜攀`水飽和度時，表明地層有可動水存在，且有部分可動油顯示；在純水層段，含水飽和度接近100%，無可動油。

為驗證測井解釋的可靠性，在X-3探井多個低阻油層段進(jìn)行了試油，結(jié)果表明，產(chǎn)油量為20 m3/d，少量氣，未見出水，進(jìn)一步證實了該區(qū)確實存在低阻油層，且有一定的工業(yè)油流。

4 結(jié)束語

根據(jù)巖心化驗資料，結(jié)合測井曲線特征，對南海西部油區(qū)儲層的宏觀特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為地層巖性細(xì)、粘土礦物含量高、微孔隙發(fā)育、束縛水含量高是導(dǎo)致該區(qū)油層低阻的主要原因。Δlg R法能夠識別含烴地層，該值越大，地層含烴量越大，是輔助判斷地層含油性的重要指標(biāo)。多礦物最優(yōu)化方法較常規(guī)測井能提供更多的關(guān)于地層礦物和流體的信息，根據(jù)雙水模型原理，建立符合地層實際的多礦物模型，可得到各種礦物和流體的體積含量，尤其是泥質(zhì)含量、有效孔隙度以及含水飽和度等儲層參數(shù)的確定，精度較高；但難以有效確定束縛水飽和度，因此還需結(jié)合其他資料來綜合判斷地層的可動流體。核磁共振測井反映的是地層孔隙流體和孔隙結(jié)構(gòu)的信息，可以得到地層束縛水飽和度，但無法得到原狀地層的含水飽和度。因此，將基于數(shù)學(xué)方法的最優(yōu)化多礦物分析與核磁處理的成果相結(jié)合，優(yōu)勢互補，可對地層的可動流體進(jìn)行評價，從而識別低阻油層并精確計算可動油飽和度，在低阻油層的精細(xì)評價中，取得了較好的效果。

在缺乏核磁共振測井或密閉取心的情況下，低阻油層的測井評價仍然缺乏必要的驗證，尤其是對于新區(qū)域的探井，應(yīng)該取全各種必要資料，對重點井進(jìn)行精細(xì)的評價和研究并推廣應(yīng)用到整個區(qū)域。

［1］ 謝然紅.低電阻率油氣層測井解釋方法［J］.測井技術(shù)，2001，25 （3）：199-203.

［2］ 劉麗瓊，嚴(yán)其柱，辛利波，等.張店油田低阻油層測井解釋方法研究［J］.河南石油，2005，19（1）：25-26.

［3］ 李輝，李偉忠，張建林，等.正理莊油田低電阻率油層機理及識別方法研究［J］.測井技術(shù)，2006，30（1）：76-79.

［4］ 姚風(fēng)英.勝利油區(qū)低電阻率油氣層勘探實踐［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（1）：43-45.

［5］ 歐朝陽，王民偉，錢建設(shè)，等.泌陽凹陷復(fù)雜油藏低阻油層測井解釋方法及應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，2001，25（1）：31-37.

［6］ 王華平，蔡峰，王東明，等.多元判別分析在地化錄井油水層判識中的應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2010，17（4）：35-36，47.

［7］ 蔣宏偉，周英操，崔猛，等.利用測井資料判斷地層出水的方法［J］.石油鉆探技術(shù)，2010，38（2）：28-32.

［8］ 滕建彬.基于低滲透成因分析的儲層分類方法——以臨南洼陷帶沙三段下亞段碎屑巖儲層為例［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（5）：6-9.

［9］ Thomas E C，Stieber S J.The distribution of shale in sandstones and its effect upon porosity［C］.SPWLA Annual Symposium，1975.

［10］廖明光，唐洪，蘇崇華，等.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(zhì)，2010，32（4）：353-357.

［11］趙虹，黨犇，姚涇利，等.鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)延長組長2低阻油層成因機理［J］.石油實驗地質(zhì)，2009，31（6）：588-592.

［12］霍秋立，曾花森，付麗，等.ΔlgR測井源巖評價方法的改進(jìn)及其在松遼盆地的應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2011，41 （2）：586-591.

［13］王鸝，唐成磊，王飛.ΔlgR技術(shù)在烴源巖評價中的應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2009，16（2）：52-54.

［14］王貴文，朱振宇，朱廣宇.烴源巖測井識別與評價方法研究［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（4）：50-52.

［15］陸黃生.測井技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用分析與發(fā)展思考［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40（6）：1-7.

［16］張晉言.非均質(zhì)稠油油藏儲層測井響應(yīng)特征及評價［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（3）：41-45.

［17］朱彬，文政，劉傳平.用多礦物雙水模型評價海拉爾盆地泥質(zhì)砂巖儲層［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2002，21（6）：58-60.

［18］耿生臣.羅家地區(qū)泥頁巖礦物組分含量解釋模型構(gòu)建方法［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（1）：24-27.

［19］肖秋生，朱巨義.巖樣核磁共振分析方法及其在油田勘探中的應(yīng)用［J］.石油實驗地質(zhì)，2009，31（1）：97-100.

［20］王志戰(zhàn)，許小瓊，周寶潔.孔隙流體核磁共振弛豫特征及油水層識別方法［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2011，18（2）：41-44.

［21］辛治國，侯加根，馮偉光.密閉取心飽和度校正數(shù)學(xué)模型［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2012，42（3）：698-704.

［22］顧保祥，劉維永.綏中36-1油田水淹層密閉取心飽和度校正［J］.中國海上油氣，2008，20（1）：38-40.

編輯武云云

TE112.23 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A

：1009-9603（2014）01-0066-04

2013-12-02。

吳健，男，工程師，碩士，從事地球物理和巖石物理研究。聯(lián)系電話：15913518204，E-mail：wujian1@cnooc.com.cn。

國家科技重大專項“鶯瓊盆地高溫高壓地層巖石地球物理特征與地震屬性技術(shù)研究”（2011ZX05023-004-02）。