成巖相控低滲透率砂巖儲(chǔ)層飽和度評(píng)價(jià)方法

李永貴,夏福志,趙建斌,孫寅森

(1.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際公司,北京100101;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司地質(zhì)研究院,陜西西安710077)

0 引 言

姬塬地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層是典型的低滲透率砂巖巖性油藏,巖性主要為細(xì)、極細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖,孔隙度為6.0%～12.0%,滲透率為(0.07～2.00)×10-3μm2,屬低滲透率、特低滲透率儲(chǔ)層。成巖作用較強(qiáng)烈,類型復(fù)雜。復(fù)雜的成巖作用造成儲(chǔ)層孔隙類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜和非均質(zhì)性強(qiáng)等特征[1-2]。復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)控制了低滲透率巖石的滲流和導(dǎo)電能力,影響油氣水層的電性響應(yīng)特征[3-5]。不同孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層的巖電關(guān)系差異很大,導(dǎo)致其巖電關(guān)系與阿爾奇公式所揭示的規(guī)律存在明顯的差異,因此,不能用統(tǒng)一的巖電參數(shù)評(píng)價(jià)含水飽和度[6-11]。

本文以長(zhǎng)8儲(chǔ)層大量的巖心巖電、鑄體薄片、壓汞數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析不同成巖相儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征及對(duì)巖電參數(shù)的影響,建立與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征相匹配的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m計(jì)算模型,提高低滲透率砂巖儲(chǔ)層含水飽和度計(jì)算精度。

1 低滲透率砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育綠泥石襯邊弱溶蝕、不穩(wěn)定組分溶蝕和鈣質(zhì)膠結(jié)等3種成巖相。根據(jù)15口井78個(gè)巖樣成巖相的鑒定結(jié)果,分別開(kāi)展了3種成巖相的鑄體薄片、壓汞、巖電等配套巖石物理實(shí)驗(yàn),從不同角度分析了3種成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)特征。圖1為巖心孔隙度—滲透率交會(huì)圖,由圖1可見(jiàn)3種成巖相的孔隙度、滲透率關(guān)系明顯不同。

圖1 巖心孔隙度—滲透率交會(huì)圖

3種成巖相巖心鑄體薄片圖像分析結(jié)果顯示綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲(chǔ)層主要以粒間孔、粒間孔-溶孔為主,孔喉半徑大,孔隙連通性好,配位數(shù)高;不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相儲(chǔ)層主要以溶孔、粒間孔-溶孔為主,其孔喉半徑、孔隙連通性和配位數(shù)相比綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相較差;鈣質(zhì)膠結(jié)最差。3種成巖相對(duì)應(yīng)的巖心壓汞曲線特征表明綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)最好,壓汞毛細(xì)管壓力曲線較平緩,啟動(dòng)壓力較小,排驅(qū)壓力較小,平均孔喉半徑和最大孔喉半徑均最大;不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)次之;鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相的孔隙結(jié)構(gòu)最差。

2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)巖電參數(shù)的影響

阿爾奇在實(shí)驗(yàn)室對(duì)大量砂巖樣品研究的基礎(chǔ)上,建立了巖石電阻率與孔隙度、含水飽和度之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系[3]

F=Ro/Rw=a/φm

(1)

(2)

式中,F和I分別為地層因素和電阻增大系數(shù);φ為孔隙度,%;Sw為含水飽和度,%;Rt和Ro分別為巖樣部分和完全被水溶液飽和后的電阻率,Ω·m;Rw為巖樣中飽和的水溶液電阻率,Ω·m;m和n分別為膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù);a、b為系數(shù)。

低滲透率砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)控制著巖石的滲流能力和電性特征,孔隙結(jié)構(gòu)不同,巖電參數(shù)不同[5]。研究區(qū)15口井78個(gè)巖樣巖電分析結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。由圖2可見(jiàn),巖心孔隙度與地層因素不遵從經(jīng)典的阿爾奇定律,大孔隙巖石與小孔隙巖石表現(xiàn)出2種不同的變化規(guī)律,以孔隙度10.0%為界出現(xiàn)分段。當(dāng)孔隙度大于10.0%,數(shù)據(jù)分布集中且有規(guī)律,F與φ線性關(guān)系好,a接近于1,m接近于2。當(dāng)孔隙度小于10.0%,F值變化大,數(shù)據(jù)分布發(fā)散且規(guī)律性不強(qiáng),a大于1,m小于2。由圖3可見(jiàn),以孔隙度10.0%為界,巖心含水飽和度與電阻增大系數(shù)擬合得到的n值也不同。

圖2 孔隙度—地層因素關(guān)系圖

圖3 巖心含水飽和度—電阻增大系數(shù)關(guān)系圖

3 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的變巖電參數(shù)含水飽和度計(jì)算

由于低滲透率砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜的巖電關(guān)系,采用統(tǒng)一的擬合關(guān)系回歸得到的巖電參數(shù)計(jì)算含水飽和度Sw誤差較大。為了較好地利用阿爾奇公式或其變形公式計(jì)算Sw,須根據(jù)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的差異得到與之相匹配的巖電參數(shù),以提高Sw的計(jì)算精度。

3.1 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m模型

發(fā)育不同成巖相的儲(chǔ)層具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征,通過(guò)常規(guī)測(cè)井資料可以連續(xù)識(shí)別成巖相[12],以成巖相為基礎(chǔ)優(yōu)化巖電參數(shù)。基于毛志強(qiáng)等[6]的研究,地層因素與孔隙度的關(guān)系可表示為二次函數(shù)

lgF=blg2φ+clgφ+d

(3)

式中,c,d為實(shí)驗(yàn)系數(shù)。

由于有φ=1,F=1這一理論條件的約束,d值應(yīng)為0或接近于0,因此,d可忽略。

lgF=blg2φ+clgφ

(4)

等式兩邊同除以lgφ

(5)

在式(1)中,令a=1

(6)

經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得到m的計(jì)算公式

m=b′lgφ+c′

(7)

式中,b′,c′為實(shí)驗(yàn)系數(shù)。

利用式(7)可獲得連續(xù)的m值。根據(jù)巖電實(shí)驗(yàn)所選巖心樣品對(duì)應(yīng)的成巖相鑒定結(jié)果,分別建立了綠泥石襯邊弱溶蝕、不穩(wěn)定組分溶蝕和鈣質(zhì)膠結(jié)等3種成巖相儲(chǔ)層優(yōu)化的巖心孔隙度—地層因素交會(huì)圖及對(duì)應(yīng)的巖心含水飽和度—電阻增大系數(shù)關(guān)系圖(見(jiàn)圖4)。由圖4可見(jiàn):①低滲透率砂巖儲(chǔ)層巖心孔隙度-地層因素之間并不是簡(jiǎn)單的冪函數(shù)關(guān)系,膠結(jié)指數(shù)m不是固定值,而是隨著孔隙度的變化而變化;②不同成巖相儲(chǔ)層具有不同的膠結(jié)指數(shù),儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)越好,孔隙連通性越好,膠結(jié)指數(shù)也越大;③綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲(chǔ)層主要以粒間孔隙為主,孔隙連通性最好,對(duì)應(yīng)的膠結(jié)指數(shù)接近于經(jīng)典的阿爾奇公式[圖4(a)中黑色線,m=2.0];④對(duì)于不同成巖相儲(chǔ)層,當(dāng)孔隙度大于25.0%時(shí),各種成巖相儲(chǔ)層的膠結(jié)指數(shù)m基本相等,均接近于2.0;⑤不同成巖相儲(chǔ)層,飽和度指數(shù)n也不相同;⑥不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相和鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相具有較高的束縛水飽和度并導(dǎo)致n值減小[13-15]。

圖4 不同成巖相的巖電參數(shù)優(yōu)化關(guān)系圖

3.2 基于孔隙結(jié)構(gòu)差異的變巖電參數(shù)含水飽和度計(jì)算

根據(jù)上述分析結(jié)果,對(duì)不同成巖相儲(chǔ)層分別選取不同的巖電參數(shù)計(jì)算含水飽和度。綠泥石襯邊弱溶蝕成巖相儲(chǔ)層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.3305lgφ+2.2855,

b=1.01,n=1.7366

(8)

不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相儲(chǔ)層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.3376lgφ+2.2072,

b=1.0102,n=1.6418

(9)

鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相儲(chǔ)層巖電參數(shù)

a=1.0,m=0.4473lgφ+2.2659,

b=1.0157,n=1.6055

(10)

利用得到的巖電參數(shù),基于經(jīng)典的阿爾奇含水飽和度計(jì)算公式分析密閉取心井xx1井的解釋結(jié)果(見(jiàn)圖5)。該井目的層為典型低滲透率砂巖儲(chǔ)層,成巖作用較強(qiáng)烈,類型復(fù)雜,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。用巖電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接回歸的巖電參數(shù)計(jì)算含水飽和度與密閉取心分析含水飽和度差異較大,影響流體識(shí)別及儲(chǔ)量計(jì)算。原解釋將84、86號(hào)層解釋為油層,87號(hào)層解釋為油水同層。圖5中第8道所示的成巖相識(shí)別結(jié)果顯示84、86、87號(hào)層為不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相,孔隙度和滲透率較高、物性好,85和88號(hào)層為鈣質(zhì)膠結(jié)成巖相。圖5中第7道顯示基于成巖相分類的變巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度、直接回歸的巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度與密閉取心分析結(jié)果的對(duì)比。基于成巖相分類優(yōu)化的巖電參數(shù)計(jì)算含水飽和度Sw,Archie與密閉取心分析的含水飽和度吻合,而直接回歸的巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度Sw與密閉取心分析的結(jié)果差異較大,優(yōu)化后的巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度精度(絕對(duì)值)提高10%。根據(jù)新的計(jì)算結(jié)果,將84、86和87號(hào)層解釋為油層。2 507.0～2 510.0 m井段試油,日產(chǎn)油4.42 t,不產(chǎn)水,為純油層,驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的可靠性。

圖5 xx1井低滲透率透砂巖儲(chǔ)層解釋成果圖*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

為了進(jìn)一步驗(yàn)證應(yīng)用效果,對(duì)另外一口密閉取心井xx2井進(jìn)行了處理解釋及對(duì)比分析(見(jiàn)圖6)。圖6中第7道顯示,基于該研究建立的方法計(jì)算的含水飽和度Sw,Archie與密閉取心分析的含水飽和度更吻合,而直接回歸的巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度Sw與密閉取心分析的結(jié)果差異較大,優(yōu)化后的巖電參數(shù)計(jì)算的含水飽和度精度(絕對(duì)值)提高10%以上,成巖相控低滲透率透砂巖儲(chǔ)層含水飽和度的計(jì)算精度顯著提高。

圖6 xx2井低滲透率透砂巖儲(chǔ)層解釋成果圖

4 結(jié) 論

(1)受成巖相控制的低滲透率砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致巖電關(guān)系復(fù)雜,表現(xiàn)出不同巖電特征。

(2)建立了基于儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差異的巖電參數(shù)及膠結(jié)指數(shù)m模型,得到了與儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征相匹配的巖電參數(shù)。

(3)通過(guò)與密閉取心井巖心分析含水飽和度對(duì)比,本文建立的方法顯著地提高了成巖相控低滲透率砂巖儲(chǔ)層含水飽和度的計(jì)算精度。