WTK油田白堊系低阻油層成因及流體識(shí)別方法

李楓凌，徐士鵬，劉濤，盧志明，李想，艾尼·買買提

（中國(guó)石油 新疆油田分公司a.油田技術(shù)服務(wù)分公司；b.勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著油氣勘探開發(fā)逐漸深入，低阻油層成為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要研究對(duì)象。目前低阻油層主要分為2 類：第一類為相對(duì)低阻油層，指電阻率增大率（油層與鄰近水層電阻率比值）小于2，或者電阻率增大率小于3且含油飽和度小于或接近50%的儲(chǔ)集層，也稱為低對(duì)比度油層[1-2]；第二類為絕對(duì)低阻油層，即油層電阻率整體較低，以5 Ω·m 為劃分界限[3]。為實(shí)現(xiàn)低阻油層高效識(shí)別與動(dòng)用，有必要對(duì)其成因機(jī)理與識(shí)別方法開展深入研究。

研究表明，低阻油層在世界范圍廣泛分布，均可形成較大規(guī)模油藏。如中東波斯灣盆地，印尼蘇門答臘盆地，中國(guó)東部、中部和西部多個(gè)盆地也均有分布，不同地區(qū)低阻油層成因復(fù)雜多樣，各個(gè)油田均有差異。對(duì)低阻油層成因歸納總結(jié)，地質(zhì)活動(dòng)及構(gòu)造幅度、沉積階段巖性變化、黏土礦物成分、成藏階段油水分異程度、地層水礦化度特征及導(dǎo)電礦物等，均對(duì)形成低阻油層具有重要影響[4-10]。

本文討論的WTK 油田白堊系油藏位于中亞哈薩克斯坦，與中國(guó)低阻油層既有相同點(diǎn)，也有差異性。通過(guò)綜合分析與對(duì)比，研究區(qū)低阻油層受到多個(gè)低阻成因共同影響，儲(chǔ)集層泥質(zhì)含量、黏土礦物成分、孔隙結(jié)構(gòu)特征、地層水類型及礦化度、低構(gòu)造幅度與油水分布關(guān)系等因素，共同對(duì)研究區(qū)油層電性特征構(gòu)成影響。基于WTK 油田白堊系油藏低阻油層整體認(rèn)識(shí)，從地質(zhì)成因、物理成因、成藏過(guò)程等角度綜合研究油層的形成機(jī)理，根據(jù)目的層電性特征與地層水飽和度、束縛水飽和度對(duì)應(yīng)關(guān)系，探索流體識(shí)別方法，獲得較好應(yīng)用效果，為該油藏高效開發(fā)提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

WTK 油田位于哈薩克斯坦中部，烏拉爾山以東。構(gòu)造上位于南圖爾蓋盆地1057 探區(qū)中部阿克塞凸起帶南翼，整體南高北低，東西兩翼為兩大沉積凹陷，構(gòu)造繼承性好，基底隆起明顯，南部地層缺失嚴(yán)重（圖1）。該區(qū)白堊系與下伏二疊系基底不整合接觸，含油層系自上而下分別為下白堊統(tǒng)A層、下白堊統(tǒng)M層和二疊系PZ 層。研究區(qū)東西兩翼阿雷斯庫(kù)姆和阿克沙布拉克兩大凹陷下侏羅統(tǒng)發(fā)育厚層湖相烴源巖，是主要油氣來(lái)源[11]。發(fā)育辮狀河三角洲沉積，泥、砂交替沉積，在縱向上形成多套儲(chǔ)蓋組合。低阻油層在下白堊統(tǒng)M層M-0-1-A—M-0-3-B 的6 套砂層組均有發(fā)育（圖2），根據(jù)油層分布規(guī)律，自上而下刻畫出27 套油砂體，砂體平面與縱向分布差異較大。油藏埋深790～1 230 m，主力油層平均跨度為62.4 m，平均孔隙度為22.4%，平均滲透率為456 mD。

WTK 油田于2010年發(fā)現(xiàn)，截止目前，在M 層試油135 井420 層，集中于M-0-1-B1—M-0-2-B1 油層組（占比85.0%）。油層共255 層，其中常規(guī)油層53 層，電阻率為5.0～9.0 Ω·m，平均為6.8 Ω·m；低阻油層202 層，電阻率為1.2～5.0 Ω·m，平均為3.5 Ω·m；水層52 層，電阻率為1.6～7.9 Ω·m，平均為2.7 Ω·m。低阻油層與水層電阻率相對(duì)比值為1.296（電阻率增大率小于2），表現(xiàn)出明顯的絕對(duì)低阻和相對(duì)低阻特征。

2 低阻油層成因分析

低阻油層成因復(fù)雜，沉積過(guò)程中顆粒粒度細(xì)導(dǎo)致的微孔隙結(jié)構(gòu)，成巖過(guò)程中泥質(zhì)含量偏高導(dǎo)致的黏土礦物附加導(dǎo)電性與高束縛水飽和度，成藏過(guò)程中低構(gòu)造幅度、高地層水礦化度，鉆井和測(cè)井過(guò)程中鉆井液侵入與砂泥巖薄互層干擾等，均可能導(dǎo)致油層低阻。此外，導(dǎo)電礦物（如黃鐵礦）等也可能導(dǎo)致儲(chǔ)集層電阻率降低[12-13]。為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)目標(biāo)區(qū)油層性質(zhì)與分布特征，有必要厘清低阻油層的主要成因與次要成因。

WTK 油田M 層為濱淺湖環(huán)境的辮狀河三角洲前緣沉積，湖水頻繁作用導(dǎo)致各層河道沉積規(guī)模變化較大。儲(chǔ)集層以細(xì)砂巖和泥質(zhì)砂巖為主，粒徑較小，為0.07～0.25 mm（圖3a）。受水動(dòng)力較弱影響，泥質(zhì)成分較多，多呈泥包砂特征（圖3b），分析主力儲(chǔ)集層粒度，M-0-1-B1、M-0-1-B2、M-0-2-A1 和M-0-2-A2 油層組泥質(zhì)含量分別為11.7%、32.9%、41.4%和69.2%。隨深度增加，泥質(zhì)含量增大，而地層電阻率呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。由于巖性粒度偏細(xì)，粒間孔隙相對(duì)較復(fù)雜，表現(xiàn)為孔喉半徑較大的主要孔隙（1～20 μm）和微孔隙（7～30 nm）同時(shí)發(fā)育的雙峰結(jié)構(gòu)（圖3c）或者較大孔喉為主、微孔隙次要發(fā)育的單峰結(jié)構(gòu)（圖3d）。

2.1 黏土礦物附加導(dǎo)電影響

黏土礦物產(chǎn)生的電性受2 類因素影響。一是晶格取代，黏土礦物晶體部分陽(yáng)離子被置換，為平衡電價(jià)而結(jié)合一定數(shù)量陽(yáng)離子，從而具有附加導(dǎo)電性。二是黏土礦物晶體表面羥基在酸性或堿性（中性）環(huán)境中，分別與H+與OH-反應(yīng)，具有附加導(dǎo)電性[14]。不同黏土礦物的導(dǎo)電性不同，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)與晶體間相互作用力特征，蒙脫石導(dǎo)電能力（700～1 300）強(qiáng)于伊利石（200～400），高嶺石導(dǎo)電能力相對(duì)較弱（30～150）[15]。

由于研究區(qū)儲(chǔ)集層泥質(zhì)含量較高，泥質(zhì)中黏土礦物附加導(dǎo)電性對(duì)儲(chǔ)集層電阻率影響較大。研究區(qū)缺少巖心黏土礦物組分和含量分析資料，應(yīng)用全區(qū)測(cè)量的自然伽馬能譜測(cè)井資料識(shí)別黏土礦物組分。地層中自然伽馬放射性主要來(lái)源于鈾（U）、釷（Th）和鉀（K）3 種元素，研究區(qū)鈾元素相對(duì)稀有，放射性元素以釷和鉀為主。根據(jù)各深度段地層中釷含量與鉀含量相對(duì)比值（釷鉀比，Th/K），建立分析圖版，可以有效識(shí)別黏土礦物類型[16]。根據(jù)自然伽馬能譜交會(huì)圖分析，該區(qū)M-0-1-A—M-0-3-B 砂層組自然伽馬能譜釷鉀比集中于2.00～4.00 范圍內(nèi)，黏土礦物類型以伊利石和伊蒙混層為主，其次為蒙脫石，附加導(dǎo)電性較強(qiáng)（圖4）。

以WTK7 井為例，該井在1 002～1 011 m 發(fā)育2 套儲(chǔ)集層性質(zhì)相近的有利砂體（11號(hào)和12號(hào)），在1 003～1 005 m 和1 008～1 011 m 分別試油，均為油層。通過(guò)測(cè)井曲線對(duì)比，上部?jī)?chǔ)集層釷鉀比為0.96，反映黏土礦物為綠泥石（導(dǎo)電能力200～300），下部?jī)?chǔ)集層釷鉀比為2.03，黏土礦物為伊利石，而綠泥石導(dǎo)電能力低于伊利石，在泥質(zhì)含量、孔隙度與含油飽和度較接近的情況下，電阻率降低23.2%，因此，黏土礦物成分是儲(chǔ)集層電性變化的主要影響因素（圖5、表1）。

表1 WTK7井M-0-2-A1油層組自然伽馬能譜測(cè)井響應(yīng)值對(duì)比Table 1.Comparison of response values from natural gamma spectrum logging for sand group M-0-2-A1 in Well WTK7

2.2 孔隙水影響

在成巖階段，當(dāng)巖性粒度細(xì)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、微孔隙發(fā)育程度高時(shí)，由于儲(chǔ)集層比表面積增大，會(huì)吸附水分子聚集于巖石表面，形成大量束縛水薄膜。同時(shí)，孔隙中地層水礦化度較高時(shí)，其中離子由于擴(kuò)散與吸附作用，在砂巖和泥巖之間形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)集層電阻率降低。

研究區(qū)儲(chǔ)集層存在2 類孔隙結(jié)構(gòu)，具有不同的導(dǎo)電系統(tǒng)。其中單峰孔隙結(jié)構(gòu)里面主要存在可動(dòng)流體（油、氣、水），不可動(dòng)流體（主要指束縛水）含量相對(duì)偏低；而雙峰孔隙結(jié)構(gòu)中發(fā)育大量微孔隙，由于黏土礦物影響，孔隙空間結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，驅(qū)替壓力偏高，流體難以自由流動(dòng)，孔隙中主要存在束縛水[17-18]。由于微孔隙大量發(fā)育，束縛水飽和度（Swi）隨著孔隙度（φ）和滲透率（K）降低迅速增大（圖6a、圖6b）。研究區(qū)雙峰孔隙結(jié)構(gòu)占比較大（63.6%），泥質(zhì)含量和束縛水飽和度分別比單峰孔隙結(jié)構(gòu)高19.1%和41.6%（表2）。根據(jù)巖心資料建立綜合物性指數(shù)與束縛水飽和度的關(guān)系，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明孔隙結(jié)構(gòu)越差，束縛水飽和度越高[19]（圖6c）。

表2 WTK油田M層巖心孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)分析化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 2.Analysis and test statistics of parameters related to pore structure of cores from M layer in WTK oilfield

當(dāng)?shù)貙铀V化度較大時(shí)，離子濃度高，導(dǎo)電性強(qiáng)，從而導(dǎo)致地層電阻率低。通過(guò)對(duì)研究區(qū)地層水資料綜合分析，地層水礦化度為3 095～46 197 mg/L，平均為23 534 mg/L，與儲(chǔ)集層電阻率呈負(fù)相關(guān)。按層位自上而下分析，地層水礦化度隨深度增大而增大，儲(chǔ)集層電阻率隨之降低（圖6d）。受研究區(qū)高束縛水含量和高地層水礦化度影響，儲(chǔ)集層電性降幅較大，部分水層的電阻率接近甚至大于油水同層和油層的電阻率[20-21]（圖6e）。

2.3 構(gòu)造幅度影響

在含油氣盆地中，構(gòu)造特征對(duì)油氣運(yùn)移及聚集具有較大影響。根據(jù)油、氣流動(dòng)特點(diǎn)，在小孔道細(xì)粒儲(chǔ)集層中，油氣受到較大毛細(xì)管壓力，需要較大驅(qū)動(dòng)力，流動(dòng)性相對(duì)較差。在成藏階段，當(dāng)油藏高度較低時(shí)，油水界面附近的油、氣在毛細(xì)管壓力作用下，驅(qū)替壓力較小，油氣運(yùn)移過(guò)程中，束縛水占據(jù)大量?jī)?chǔ)集空間，從而形成低油氣飽和度、低阻油層[5]。

WTK 油田M 層的油層分布受砂體展布和構(gòu)造雙重控制。由于砂體發(fā)育薄，巖性和物性差異大，油層縱向發(fā)育分散，平面展布變化快，多呈透鏡體形態(tài)，根據(jù)單砂體展布特征，發(fā)育多套油水系統(tǒng)[22]。根據(jù)油層砂體平面、縱向分布特征，在全油田刻畫169 個(gè)油藏，主力油藏分布于M-0-1-B1—M-0-2-B1油層組（150個(gè)）。研究區(qū)主要形成巖性油藏（95 個(gè)），其次為構(gòu)造-巖性油藏（63 個(gè)），構(gòu)造油藏較少（11 個(gè)）。油藏以油柱高度10～20 m 的低幅度油藏為主（圖7），通過(guò)影響油水界面附近油水分異特征間接導(dǎo)致束縛水飽和度升高，對(duì)研究區(qū)形成低阻油層起到次要作用。

2.4 油層厚度影響

研究區(qū)巖性粒度較細(xì)，易形成砂泥巖薄互層，圍巖的電性特征及目的層厚度對(duì)電阻率測(cè)井響應(yīng)會(huì)形成干擾，圍巖與目的層電性相對(duì)差異越大，目的層厚度越小，圍巖影響越大。為準(zhǔn)確獲取目的層電性響應(yīng)特征，采用高分辨率陣列感應(yīng)測(cè)井技術(shù)，在同一深度點(diǎn)6 個(gè)徑向深度（25.4 cm、50.8 cm、76.2 cm、152.4 cm、228.6 cm、304.8 cm）分別測(cè)量電阻率，反映泥漿侵入地層后不同影響程度的電阻率變化，且對(duì)油水層電阻率差異更為敏感[23]。根據(jù)縱向分辨率不同，陣列感應(yīng)測(cè)井技術(shù)分為3種系列，WTK 油田測(cè)井系列使用縱向分辨率60.96 cm 的測(cè)井系列。對(duì)研究區(qū)油層發(fā)育情況整體分析，測(cè)井解釋油層和油水同層共496 層，厚度為0.4～11.3 m，平均為2.5 m。目的層厚度較?。ㄐ∮?.0 m）時(shí)，低阻圍巖會(huì)使深感應(yīng)電阻率降低。由于研究區(qū)圍巖與目的層電阻率比值小于0.5，圍巖影響相對(duì)較低，目的層電阻率降幅小于10%[24]。因此油層厚度為WTK油田低阻成因的次要影響因素。

通過(guò)對(duì)WTK 油田M 層油層低阻成因機(jī)理綜合分析，導(dǎo)電能力較強(qiáng)的黏土礦物含量偏高引起的陽(yáng)離子吸附導(dǎo)電性，地層水（包括自由水與束縛水）飽和度與礦化度較高形成的導(dǎo)電性是研究區(qū)低電阻率主要成因。油藏構(gòu)造幅度較低與油層厚度較薄，對(duì)地層電阻率降低起到次要作用。

3 流體識(shí)別方法

基于研究區(qū)油層低阻成因2 大主控因素規(guī)律的總結(jié)，綜合巖性、物性和含油性分析，目的層主要形成2 類導(dǎo)電模型。第1 類為砂巖模型，儲(chǔ)集空間主要為常規(guī)孔隙，孔隙流體以可動(dòng)流體為主，束縛水次之，導(dǎo)電性受可動(dòng)流體中地層水飽和度及礦化度控制。第2 類為泥質(zhì)砂巖模型，由于巖性粒徑偏小、泥質(zhì)含量高，儲(chǔ)集空間出現(xiàn)大量微孔隙，束縛水含量迅速上升，可動(dòng)流體含量相對(duì)偏低，導(dǎo)電性受地層水與束縛水并聯(lián)構(gòu)成[25-26]，電阻率與飽和度表達(dá)式為：

式中m——孔隙空間膠結(jié)指數(shù)；

n——飽和度指數(shù)；

RT——地層電阻率（測(cè)井曲線中M2RX），Ω·m；

Rw——地層水電阻率，Ω·m；

So——含油飽和度，%；

Sw——含水飽和度，%；

Swf——可動(dòng)水飽和度，%；

Swi——束縛水飽和度，%；

φ——儲(chǔ)集層孔隙度，%；

φwi——儲(chǔ)集層束縛水流體孔隙度，%。

為明確目的層電阻率分布規(guī)律，需要分別建立地層水飽和度與束縛水飽和度計(jì)算模型。在識(shí)別出不同流體類型及含量的基礎(chǔ)上，得到目的層電性特征與流體性質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)集層流體精準(zhǔn)識(shí)別，提高油層和水層評(píng)價(jià)精度。

3.1 含水飽和度解釋模型

3.1.1 地層含水飽和度模型

在當(dāng)前測(cè)井解釋中，巖電參數(shù)落實(shí)的情況下，在低阻及復(fù)雜孔隙儲(chǔ)集層中，Archie 公式解釋地層水飽和度精度較高[27]。為了與油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相適應(yīng)，研究區(qū)含水飽和度解釋模型選擇經(jīng)典Archie公式：

式中a、b——巖電參數(shù)。

3.1.2 束縛水飽和度模型

根據(jù)地質(zhì)綜合認(rèn)識(shí)，研究區(qū)束縛水飽和度主要受儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)和泥質(zhì)含量2 種因素影響。對(duì)于低阻油層，束縛水飽和度（Swi）可以表示為孔隙度（φ）和泥質(zhì)含量（Vsh）兩者的函數(shù)關(guān)系，即Swi=f（φ，Vsh）[28-29]。基于Archie 公式變形，在實(shí)現(xiàn)孔隙度與泥質(zhì)含量定量解釋的基礎(chǔ)上，采用多元線性回歸分析方法，建立束縛水飽和度定量解釋模型：

式中a0、b0、c0——巖性相關(guān)參數(shù)；

Vsh——泥質(zhì)含量。

綜合地層水和束縛水飽和度模型分析，可以判斷出本區(qū)儲(chǔ)集層中油水分布特征。根據(jù)試油情況驗(yàn)證，測(cè)井解釋結(jié)論與實(shí)際試油情況吻合較好，模型準(zhǔn)確度較高（圖8）。

采用地層水飽和度與束縛水飽和度計(jì)算模型進(jìn)行單井解釋，分別獲得不同儲(chǔ)集層中自由水與束縛水飽和度，得到可動(dòng)流體（油、氣、水）和不可動(dòng)流體（束縛水）含量。根據(jù)試油資料與測(cè)井資料綜合分析歸納，不同儲(chǔ)集層類型的油、水飽和度具有以下規(guī)律：油層段（So≥45%），So=1-Sw，Sw≈Swi；油水同層段（40%≤So≤45%），Swf=Sw-Swi；水層段（Sw≥60%），Swf=Sw-Swi。

3.2 建立油水層識(shí)別圖版

研究區(qū)主力油層分布于M-0-1-B、M-0-2-A 和M-0-2-B 砂層組，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況、單井測(cè)井響應(yīng)特征、試油情況等資料綜合分析，建立3 套地層各流體類型識(shí)別圖版（表3、圖9）。通過(guò)油水層識(shí)別圖版與含水飽和度、束縛水飽和度參數(shù)結(jié)合，共同描述儲(chǔ)集層內(nèi)流體特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)低阻油層準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

表3 WTK油田M-0-1-B、M-0-2-A、M-0-2-B砂層組油水層解釋標(biāo)準(zhǔn)Table 3.Interpretation standards for oil and water layers in M-0-1-B,M-0-2-A and M-0-2-B sand groups in WTK oilfield

3.3 低阻油層判別方法

研究區(qū)儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，縱向砂泥巖互層頻繁，平面展布變化快，單井試油產(chǎn)能差異大，油水關(guān)系較復(fù)雜。WTK170 井在M-0-1-B1 油層組試油2 層，1 124.0～1 128.0 m砂體試油為水層，1 139.0～1 140.5 m砂體試油為油層，2層跨度11.1 m，中間被泥質(zhì)隔層封隔。在對(duì)該層泥質(zhì)含量精細(xì)刻畫、骨架孔隙模型準(zhǔn)確刻度的基礎(chǔ)上，建立飽和度解釋模型，描述該層含油飽和度特征，準(zhǔn)確解釋油水層。根據(jù)測(cè)井定量解釋模型，對(duì)WTK油田單井主力層M-0-1-B—M-0-2-B砂層組的低阻層段開展綜合測(cè)井解釋，非主力層M-0-1-A、M-0-3-A 和M-0-3-B 砂層組資料較少，無(wú)法單獨(dú)建立解釋圖版，借用鄰層圖版完成測(cè)井解釋，測(cè)井解釋成果與試油情況對(duì)比，吻合率達(dá)到88.2%，解釋模型較可靠（圖8）。

由于研究區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，油藏類型多樣，部分地區(qū)儲(chǔ)集層測(cè)井響應(yīng)特征與整體情況差異較大，對(duì)此類低阻油層的識(shí)別需與地質(zhì)認(rèn)識(shí)相結(jié)合。在測(cè)井定量解釋識(shí)別油層的基礎(chǔ)上，與構(gòu)造、油藏、巖心等資料綜合判斷，提高油層識(shí)別精確度。如WTK156井M-0-2-A 砂層組發(fā)育2 套砂體，測(cè)井定量解釋為油層，錄井顯示較好，但經(jīng)過(guò)砂體平面對(duì)比分析，該井位于構(gòu)造低部位，同一套砂體內(nèi)，鄰井在構(gòu)造高部位試油出水（見油），經(jīng)過(guò)綜合判斷，該層為水層。

4 結(jié)論

（1）WTK 油田低阻油層體現(xiàn)出絕對(duì)低阻和相對(duì)低阻特征。微觀上黏土礦物（伊利石和伊蒙混層）陽(yáng)離子吸附導(dǎo)電性較強(qiáng)，微孔隙發(fā)育程度高導(dǎo)致束縛水含量偏高，是研究區(qū)低阻油層的主控因素。宏觀上低幅度構(gòu)造導(dǎo)致油氣運(yùn)聚中形成低油氣飽和度，辮狀河三角洲沉積導(dǎo)致研究區(qū)儲(chǔ)集層砂泥巖互層，油層發(fā)育薄，是低阻油層的次要影響因素。

（2）通過(guò)對(duì)目的層導(dǎo)電模型分析，建立起電阻率與流體飽和度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)地層水、束縛水飽和度模型，刻畫不同流體類型下的儲(chǔ)集層電性特征。結(jié)合試油資料建立油水層識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)井綜合解釋結(jié)論與試油成果對(duì)比，解釋精度較高，模型較可靠。

（3）低阻油層成因復(fù)雜，類型多樣，需以地質(zhì)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合各類資料綜合考慮，提高低阻油層識(shí)別準(zhǔn)確率。