柳27區(qū)長(zhǎng)2低阻油層主控因素分析及有效識(shí)別

黃 闖 ,李 碩 ,寧 濤 ,宜海友 ,申錦江 ,任宇飛 ,周 武

(1.延長(zhǎng)油田 勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研究中心,陜西 延安716000;2.延長(zhǎng)油田 注水項(xiàng)目區(qū)管理指揮部,陜西 延安716000)

0 引言

隨著油氣勘探的不斷深入,相對(duì)簡(jiǎn)單的油氣藏越來(lái)越少,大量的低阻油層相繼被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量資料的統(tǒng)計(jì),墨西哥灣油田、阿塞拜疆油田、Adar-Yale油田、中國(guó)新疆塔里木盆地、渤海油田、大慶油田、勝利油田等均發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量豐富的低阻油氣儲(chǔ)量[1-4]。低阻油氣層已經(jīng)成為老油田挖潛和復(fù)查增儲(chǔ)的重要目標(biāo),開(kāi)展低阻油氣層成因分析及有效識(shí)別方法研究具有重要的意義。

目前國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家對(duì)于低阻油層的定義還未統(tǒng)一。Zemanek J等認(rèn)為低阻油氣藏是指含油飽和度小于或等于50%、電阻增大率小于3 的油氣層[5];歐陽(yáng)健等將油層電阻率與鄰近水層的電阻率之比小于2.0的油層定義為低阻油層[6-7];該文依照2000年中石油油氣勘探部對(duì)低阻油層的定義[8],將電阻增大率小于2.0,油層與水層電阻率相近的油氣層定義為低阻油層。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為低阻油層的成因與儲(chǔ)層的巖性特征、流體特征、構(gòu)造特征和淡水泥漿侵入等因素有關(guān)[9-14]。儲(chǔ)層巖性特征主要包括巖石顆粒粒度、孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物含量及泥質(zhì)附加導(dǎo)電性等,巖石顆粒粒度越細(xì)、孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、黏土礦物含量越高可以增大巖石比表面積,使巖石吸附更多的薄膜水,從而增大儲(chǔ)層束縛水飽和度使油層電阻率降低[9-11]。儲(chǔ)層流體特征包括地層水礦化度和束縛水飽和度。高地層水礦化度提高了地層水中導(dǎo)電離子濃度使儲(chǔ)層電阻率降低;束縛水飽和度含量高說(shuō)明含油飽和度低,導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率降低[12-13]。構(gòu)造特征主要為地層構(gòu)造幅度,地層構(gòu)造幅度低,油柱高度低,油水分異不充分使含油飽和度降低,形成低阻油層[13-14]。

目前識(shí)別低阻油層的方法主要有3類(lèi):第1類(lèi)利用電阻率曲線與其他曲線或物性數(shù)據(jù)建立的交會(huì)解釋圖版,包括孔隙度-電阻率關(guān)系圖版、滲透率-電阻率關(guān)系圖版、含油飽和度-電阻率關(guān)系圖版、RRSR法和RDSR 法、PICKETT 法等進(jìn)行識(shí)別[15-17];第2類(lèi)利用地層流體性質(zhì),如核磁共振測(cè)井差譜移譜分析、小波多尺度能譜分析法、三水模型等方法進(jìn)行識(shí)別[18-19];第3類(lèi)應(yīng)用其他方法,包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、自然電位插值法、電阻率曲線形態(tài)法、鄰近水層對(duì)比法、橫向?qū)Ρ确ǖ葘?duì)低阻油層進(jìn)行識(shí)別[20]。由于低阻油層的成因比較復(fù)雜,不同因素控制形成的低阻油層所適用的識(shí)別方法也不盡相同,因此,對(duì)于研究區(qū)低阻油層形成主控因素進(jìn)行分析,選擇有效的判別方法至關(guān)重要。

1 研究區(qū)概況

柳27區(qū)塊地理上位于陜西省吳起縣境內(nèi),區(qū)域面積16.62 k m2,構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單元,自上而下鉆遇延9、延10、長(zhǎng)2、長(zhǎng)3、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6等多個(gè)油層組,為多層系含油復(fù)合區(qū),各層均有油井試采。長(zhǎng)2油層是其主力產(chǎn)油層位,油層電阻率一般在6～10Ω·m,水層電阻率在4～7Ω·m,電阻增大率1～2,油、水層電阻沒(méi)有明顯的界限,該區(qū)長(zhǎng)2油層屬于低阻油層。

2 低阻油層主控因素分析

前人對(duì)鄂爾多斯盆地不同區(qū)塊長(zhǎng)2低阻油層成因做過(guò)一定的研究,認(rèn)為長(zhǎng)2低阻油層受巖石顆粒粒度、黏土礦物含量、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)、高地層水礦化度、束縛水飽和度、低幅度構(gòu)造以及淡水泥漿侵入等影響較大[9-13,18-19]。對(duì)于研究區(qū)低阻油層形成的主控因素研究較少,缺少對(duì)低阻油層識(shí)別的針對(duì)性判別方法。該研究通過(guò)對(duì)柳27區(qū)塊長(zhǎng)2低阻油層形成因素進(jìn)行分析,確定其主控因素,選擇合適的判別方法識(shí)別低阻油層。淡水泥漿侵入在延長(zhǎng)油田各個(gè)區(qū)塊普遍存在,不是該區(qū)低阻油層形成的主控因素,文中不予考慮。

2.1 巖石顆粒粒度對(duì)長(zhǎng)2有效儲(chǔ)層電阻率影響

巖石顆粒大小和巖石比表面積有一定關(guān)系,巖石顆粒越細(xì),比表面積越大,巖石表面吸附的薄膜束縛水越多,從而使得束縛水含量增高,油層電阻率降低[10,18]。柳27 區(qū)塊長(zhǎng)2 儲(chǔ)層以細(xì)砂巖為主,砂巖粒徑為0.10～0.50 mm,平均粒徑為0.20～0.30 mm。平均粒徑和電阻率關(guān)系如圖1所示,可以看出粒徑和電阻率有一定的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.1,相關(guān)性比較差,因此認(rèn)為巖石顆粒粒度不是該區(qū)長(zhǎng)2油層低阻的主要原因。

2.2 黏土礦物含量對(duì)長(zhǎng)2有效儲(chǔ)層電阻率影響

黏土礦物包括高嶺石、伊利石、蒙脫石和綠泥石,其對(duì)儲(chǔ)層電阻率有兩方面影響。一方面,黏土礦物蒙脫石和伊/蒙混層具有較強(qiáng)的不飽和電性吸附陽(yáng)離子,導(dǎo)致其附加導(dǎo)電性增強(qiáng),使油層電阻率降低[9,14];另一方面,黏土礦物微孔隙發(fā)育,微孔隙中充滿了不能流動(dòng)的束縛水,同時(shí),綠泥石主要以薄膜狀分布在巖石顆粒表面,增大巖石比表面積,增強(qiáng)了巖石對(duì)束縛水的吸附能力,導(dǎo)致油層電阻率降低[3]。根據(jù)鑄體薄片和黏土礦物X 光衍射表明,研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層黏土礦物包括綠泥石、高嶺石和伊利石,未發(fā)現(xiàn)蒙脫石和伊/蒙混層。黏土礦物和電阻率關(guān)系如圖2 所示,可以看出黏土礦物和電阻率有一定的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.13?？芍唣ね恋V物含量不是該區(qū)長(zhǎng)2油層低阻的主要原因。

圖2 研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層黏土礦物含量及其與電阻率關(guān)系圖Fig.2 Content of clay mineral and its relationship with the resistivity of Chang2 reservoir in the st udy area

2.3 高地層水礦化度對(duì)長(zhǎng)2有效儲(chǔ)層電阻率影響

地層水礦化度反應(yīng)了儲(chǔ)集層中流體的離子總量,對(duì)儲(chǔ)層電阻率有兩方面影響。一方面,高礦化度地層水導(dǎo)電離子濃度高,導(dǎo)電能力強(qiáng),儲(chǔ)集層電阻率降低;另一方面,相比于高礦化度地層水,低礦化度地層水中黏土吸附擴(kuò)散層厚度大,束縛水含量相對(duì)較高,也有可能形成低阻油層[21]。研究區(qū)長(zhǎng)2層地層水為CaCl2型,總礦化度為28 050～147 490 mg/L,平均為102 600 mg/L,而據(jù)程相志2008年的研究表明,地層水礦化度大于10 000 mg/L屬于高地層水礦化度。地層水礦化度和電阻率關(guān)系如圖3所示,電阻率隨地層水礦化度升高而降低,相關(guān)系數(shù)為0.54?？芍叩貙铀V化度是該區(qū)長(zhǎng)2 油層低阻的主要因素。

圖3 研究區(qū)長(zhǎng)2地層水礦化度與電阻率關(guān)系圖Fig.3 Relationship bet ween salinity of stratum-water and the resistivity of Chang2 in the study area

2.4 束縛水飽和度對(duì)長(zhǎng)2有效儲(chǔ)層電阻率影響

束縛水是指在一定壓差下儲(chǔ)層孔隙中不可流動(dòng)的水[18]。根據(jù)高壓壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到地層束縛水飽和度下限,即當(dāng)注入汞達(dá)到最高壓力時(shí),沒(méi)有被汞占據(jù)的孔隙體積百分比。研究區(qū)束縛水飽和度下限值為20%～80%,變化范圍較大,平均為60%,如圖4所示[10]?？梢钥闯?電阻率隨著束縛水飽和度的增大而減小,判定系數(shù)R2為0.89?？芍呤`水飽和度含量是該區(qū)長(zhǎng)2油層低阻的主要原因。

圖4 研究區(qū)長(zhǎng)2束縛水飽和度及其電阻率關(guān)系圖Fig.4 Relationship bet ween irreducible water saturation and the resistivity of Chang2 in the study area

2.5 低構(gòu)造幅度對(duì)長(zhǎng)2有效儲(chǔ)層電阻率影響

鄂爾多斯盆地陜北斜坡構(gòu)造簡(jiǎn)單,為一平緩的西傾單斜構(gòu)造。三疊系長(zhǎng)2油藏主要受沉積相、鼻狀隆起、水動(dòng)力等因素聚集成藏,油藏類(lèi)型主要為巖性油藏和構(gòu)造-巖性油藏[22-23]。研究區(qū)長(zhǎng)2油藏類(lèi)型主要為構(gòu)造-巖性油藏,油層厚度3～10 m,平均厚度為6 m,含油高度低。根據(jù)陳學(xué)義2000年關(guān)于不同構(gòu)造幅度油藏電阻率的差別標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為,研究區(qū)長(zhǎng)2油層屬于低幅度油藏,如圖5所示。

圖5 研究區(qū)長(zhǎng)2油層組油藏剖面圖Fig.5 The profile of Chang2 reservoir in the study area

油藏中油、水分布是浮力和毛細(xì)管力平衡的結(jié)果,浮力和油藏高度成正比,油藏高度越大,浮力越大;毛細(xì)管力主要和孔喉半徑有關(guān),孔喉半徑越小,毛細(xì)管力阻力越大[24]。因此構(gòu)造幅度低,驅(qū)動(dòng)力小,油層含油飽和度低。研究區(qū)長(zhǎng)2油層含油飽和度主頻為40%～60%,平均為52.7%,含油飽和度較低,試油結(jié)論以油水同層為主。長(zhǎng)2油藏構(gòu)造幅度低,油水分異不充分,導(dǎo)致油層含油飽和度降低,是形成低阻油層的主要因素。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)2 儲(chǔ)層巖石顆粒粒度、黏土礦物含量、地層水礦化度、束縛水飽和度及低構(gòu)造幅度等因素對(duì)儲(chǔ)層電阻率影響的綜合分析,認(rèn)為低幅度構(gòu)造圈閉、高礦化度地層水和高束縛水飽和度是形成研究區(qū)長(zhǎng)2低阻油層的主控因素。巖石顆粒粒度、黏土礦物含量及復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)等因素對(duì)該區(qū)低阻油層的形成具有一定影響,但影響較小。通過(guò)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)2油層低阻的主控因素分析,認(rèn)為低幅度構(gòu)造圈閉和高束縛水飽和度造成該區(qū)儲(chǔ)層含油飽和度較低,電阻率降低;高礦化度地層水導(dǎo)致儲(chǔ)層導(dǎo)電能力增強(qiáng),電阻率進(jìn)一步降低,最終形成了該區(qū)的低阻油層。針對(duì)上述主控因素,該文選擇ΔlgR技術(shù)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)2低阻油層進(jìn)行定性識(shí)別,該方法操作簡(jiǎn)單,測(cè)井資料豐富,通過(guò)儲(chǔ)層流體特征識(shí)別油層準(zhǔn)確率較高。

3 低阻油層判別方法及應(yīng)用效果分析

ΔlgR技術(shù)是由Passey等人提出的利用測(cè)井資料求取海相生油巖總有機(jī)碳的一種方法[25],原理是利用自然伽馬曲線、深感應(yīng)電阻率曲線、聲波時(shí)差曲線和烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度建立對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而定性識(shí)別和定量評(píng)價(jià)烴源巖層,如圖6所示。在貧有機(jī)質(zhì)的泥巖層段和飽含水的砂巖層段,2條曲線平行重疊在一起;在富含有機(jī)質(zhì)的泥巖層段,2條曲線分離,分離原因是富含有機(jī)質(zhì)的泥巖層段中存在生烴物質(zhì)干酪根,干酪根在聲波時(shí)差曲線顯示為高值;電阻率曲線在有油氣生成的層段響應(yīng)為高值。在未生過(guò)烴的烴源巖層段,有干酪根存在,但無(wú)烴類(lèi)物質(zhì)生成,2條曲線分離,僅聲波時(shí)差顯示為高值;在生過(guò)烴的有效烴源巖層段,有烴類(lèi)物質(zhì)生成,2條曲線分離,聲波時(shí)差和電阻率均顯示為高值;在含有油氣的儲(chǔ)集層段,不存在干酪根但有烴類(lèi)物質(zhì)存在,2條曲線分離,電阻率顯示為高值。

圖6 Δlg R 測(cè)井解釋模型Fig.6 Δlg R logging interpretation model

柳溝27區(qū)塊共有生產(chǎn)井186口,其中采油井172口,注水井14口,對(duì)其中有測(cè)井曲線和射孔層段的85口生產(chǎn)井應(yīng)用ΔlgR技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)步驟如下:1)根據(jù)自然伽馬小于90 API及自然電位和自然伽馬曲線形態(tài)判斷出研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層段,如圖7 所示;2)選擇長(zhǎng)2水層段電阻作為基線進(jìn)行聲波時(shí)差和深電阻率曲線反向疊合,電阻率曲線采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)且為2個(gè)數(shù)量級(jí)刻度,聲波時(shí)差采用算數(shù)坐標(biāo),且對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差為328μs/m。研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層段聲波時(shí)差為450～122μs/m,基線為4～7Ω·m;3)在砂巖層段選擇聲波時(shí)差和深電阻率曲線分開(kāi)的層段,2條曲線之間的間距越大,說(shuō)明儲(chǔ)層含水率越低。

圖7 Δlg R 技術(shù)預(yù)測(cè)研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層含油氣層段Fig.7 Δlg R technology predicts the oil and gas-bearing interval of Chang2 reservoir in the study area

ΔlgR技術(shù)可以定性識(shí)別油層和水層,但不能區(qū)分油水同層、含水油層和油層。該文應(yīng)用Δl gR技術(shù)識(shí)別的油層指的是油水同層、含水油層和油層;水層指含油水層和水層。

吳31-206井射孔層段1 662～1 666 m,測(cè)井解釋結(jié)果為水層,ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)為油層,初產(chǎn)液量4.86 m3/d,含水率1%,原油4.1 t/d,試油結(jié)論顯示為油層;吳31-35井1 776～1 780 m 層段測(cè)井解釋結(jié)果為油水同層,通過(guò)錄井解釋和鄰近對(duì)比等二次解釋結(jié)果綜合認(rèn)定該層段為水層。一次解釋和二次解釋結(jié)果不一致,存在開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),后經(jīng)ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)為油層,2020 年10 月1日開(kāi)始對(duì)該層進(jìn)行補(bǔ)孔壓裂作業(yè),10 月9 日產(chǎn)液量和含水穩(wěn)定,初產(chǎn)液量19.33 m3/d,含水率64%,原油5.92 t/d,試油結(jié)果顯示為油水同層(如圖7b 所示)。對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)2 有射孔層段的85 口生產(chǎn)井,105個(gè)已射孔層段進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果與試油結(jié)論相符的有102個(gè)層段,不符合的有3個(gè)層段,總體符合率高達(dá)97.1%,預(yù)測(cè)結(jié)論與試油結(jié)果對(duì)比如表1所示。

表1 柳27區(qū)塊部分井預(yù)測(cè)結(jié)論與試油結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of prediction conclusions and oil testing results of some wells in Liu27

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)吳起柳27區(qū)塊長(zhǎng)2低阻油層成因進(jìn)行分析,應(yīng)用ΔlgR技術(shù)對(duì)長(zhǎng)2儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè),得出以下認(rèn)識(shí):

1)柳27區(qū)塊延長(zhǎng)組長(zhǎng)2油層低電阻率的主控因素是低構(gòu)造幅度、高束縛水飽和度及高礦化度地層水,巖石顆粒粒度、黏土礦物含量等對(duì)長(zhǎng)2油層低電阻率阻形成有一定的影響。

2)應(yīng)用ΔlgR技術(shù)對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)2段有測(cè)井曲線的85口井、105個(gè)射孔層段進(jìn)行預(yù)測(cè),試油結(jié)論符合率高達(dá)97.1%,在實(shí)際應(yīng)用中可以有效識(shí)別出油層和水層。