電壓頻率對(duì)低滲儲(chǔ)層電阻率影響的研究

齊光峰

（中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心，山東 東營(yíng) 257000）

1 前言

隨著油氣田勘探開發(fā)技術(shù)的發(fā)展和普及，國(guó)內(nèi)各類測(cè)井裝備快速涌現(xiàn)，但尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為各階段測(cè)井資料分析、校正帶來了較大困難。電阻率測(cè)井是分析地層中油水分布的常用技術(shù)手段，Archie公式描述了巖石的電阻率指數(shù)和含水飽和度之間的關(guān)系，但受到設(shè)備型號(hào)和低滲儲(chǔ)層特征的影響，其測(cè)量結(jié)果需要校正以獲得準(zhǔn)確的反演解釋。其中，電壓頻率是影響低滲儲(chǔ)層電阻率測(cè)量結(jié)果的重要偏差因素之一，本文通過巖心實(shí)驗(yàn)探究了電壓頻率對(duì)不同性質(zhì)巖心電阻率測(cè)量結(jié)果的影響差異，從而為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)低滲儲(chǔ)層特征及油水分布提供支撐。

對(duì)于電壓頻率與電阻率的關(guān)系，學(xué)者針對(duì)不同巖性展開了廣泛研究。1992年，Adisoemarta和 Morriss等學(xué)者研究了高滲砂巖在10Hz～1.3GHz之間的電阻率變化，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓頻率在10Hz～10kHz之間，電阻率均會(huì)隨著頻率上升而下降，而當(dāng)頻率超過10kHz時(shí)候電阻率值基本保持不變。2009年，李克文和Sandler等采用裂縫砂巖巖樣，分別在100Hz、1kHz和10kHz三個(gè)電壓頻率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水飽和度高于25%時(shí)，頻率對(duì)電阻率影響較小，但當(dāng)含水飽和度低于25%時(shí)，頻率對(duì)電阻率將產(chǎn)生明顯影響，此時(shí)，頻率越小電阻率指數(shù)越高。電壓頻率對(duì)于飽和巖石的電介質(zhì)常數(shù)的影響已經(jīng)被很多學(xué)者所研究。Knight and Nur基于8塊砂巖巖心，研究了5Hz～4MHz不同電壓頻率下，其含水飽和度與介電常數(shù)的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)與頻率在含水飽和度變化的過程中存在冪次關(guān)系。目前，針對(duì)裂縫型低滲砂巖油藏，電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果的影響仍未受到廣泛重視，存在較大研究和發(fā)展空間，亟需進(jìn)一步完善相關(guān)理論。

據(jù)前人研究結(jié)果，電阻率測(cè)量結(jié)果受到電壓頻率和含水飽和度的復(fù)合影響，目前，所建立的相關(guān)模型尚未體現(xiàn)它們之間的關(guān)聯(lián)。本文基于低滲巖心進(jìn)行了不同電壓頻率和飽和度下的電阻率實(shí)驗(yàn)，定量研究在發(fā)育裂縫低滲儲(chǔ)層中，不同含水飽和度下電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果的影響，為低滲儲(chǔ)層油水分布的準(zhǔn)確反演解釋提供理論依據(jù)。

2 電阻率反演含水飽和度基本原理

Archie公式描述了巖石的電阻率指數(shù)和含水飽和度之間的關(guān)系，巖石電阻率隨著含水飽和度減小而增大，兩者存在如下函數(shù)關(guān)系：

式中，I是電阻率指數(shù)，小數(shù)；Ro是100%飽和水時(shí)的巖石電阻率，Ω·m；Rt是在某個(gè)特定的含水飽和度Sw下的電阻率指數(shù)；n和b是與巖石、流體性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)。

電阻率指數(shù)與含水飽和度曲線是一條雙對(duì)數(shù)曲線，其縱坐標(biāo)為I，橫坐標(biāo)軸的含水飽和度計(jì)算方式為：

式中，Sw為含水飽和度；ρw為水的密度，g/cm3；Δm為蒸發(fā)水質(zhì)，g。

3 飽和度梯度巖心電阻率測(cè)試方法

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由柱塞泵、電阻率測(cè)量?jī)x、流量計(jì)、油水計(jì)量裝置等組成，可以在線驅(qū)替過程中測(cè)量不同電壓頻率、不同飽和度下的下巖石電阻率（圖1）。

圖1 巖石電阻率實(shí)驗(yàn)裝置圖

3.2 實(shí)驗(yàn)材料

（1）實(shí)驗(yàn)巖心：取自低滲砂巖儲(chǔ)層巖心（表1）。（2）實(shí)驗(yàn)用水：現(xiàn)場(chǎng)地層水，礦化度為10236.7mg/L。（3）實(shí)驗(yàn)用油：現(xiàn)場(chǎng)原油，黏度7.3MPa·s，密度0.854×103kg/m3。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心基礎(chǔ)參數(shù)表

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）對(duì)巖樣進(jìn)行洗油、洗鹽等處理，烘干8h以上，稱干重；（2）抽真空飽和水并稱濕重；（3）采用油驅(qū)水方式制造不同含水飽和度巖心狀態(tài)。即巖心從100%含水飽和度條件下開始驅(qū)替；（4）使用10KHZ電壓頻率實(shí)時(shí)測(cè)量巖石電阻率，同時(shí)，記錄出水量及質(zhì)量的變化；（5）改變電壓頻率為100kHz重復(fù)步驟1到步驟4；（6）對(duì)巖心進(jìn)行造縫處理，重復(fù)步驟1到步驟5。

4 電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果影響規(guī)律

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，本文針對(duì)不同孔滲條件的基質(zhì)巖心和裂縫巖心分別開展了2組，共計(jì)4組電阻率在線測(cè)量實(shí)驗(yàn)，研究了電壓頻率對(duì)兩種類型巖心電阻率測(cè)量結(jié)果的影響。

4.1 電壓頻率對(duì)基質(zhì)巖心電阻率影響

隨著油驅(qū)水的進(jìn)行，基質(zhì)巖石的含水飽和度逐漸變小，實(shí)驗(yàn)在10kHz和100kHz兩個(gè)電壓頻率分別進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 基質(zhì)巖石A電阻率指數(shù)vs.含水飽和度關(guān)系

圖3 基質(zhì)巖心B電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線

由上圖可知，低滲巖心的電阻率指數(shù)隨著含水飽和度的降低逐漸增加，兩者存在明顯的負(fù)相關(guān)性，這與Archie公式的規(guī)律保持一致。在含水飽和度較高時(shí)，電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果的影響較微弱；當(dāng)含水飽和度較低，即含有飽和度較高時(shí)，電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果有較為明顯的影響，此時(shí)，使用低電壓測(cè)量電阻率結(jié)果偏高。此時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)不考慮測(cè)試電壓頻率的影響，使用高電壓測(cè)量結(jié)果將得到過高的含油飽和度儲(chǔ)層；使用低電壓測(cè)量結(jié)果則會(huì)對(duì)儲(chǔ)層含油飽和度反演過低。

對(duì)比圖2和圖3發(fā)現(xiàn)，相對(duì)高滲巖心A（k=35.17mD）在含水飽和度降低于24.4%時(shí)，電壓頻率對(duì)電阻率的測(cè)量差異逐步顯現(xiàn)，在影響區(qū)間（＜24.4%）內(nèi)，對(duì)電阻率值的影響程度在10%～50%；而相對(duì)低滲巖心B（k=15.28mD）影響區(qū)間較大（＜28.1%），區(qū)間內(nèi)對(duì)電阻率測(cè)量值影響程度在20%～68%。此時(shí)，高電壓頻率下電阻率測(cè)量值明顯偏小，且隨著含水飽和度的進(jìn)一步降低，這種差異愈加明顯。兩巖心的差異說明低滲巖心電阻率測(cè)量結(jié)果對(duì)于電壓頻率的改變更加敏感，因此，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井過程中，對(duì)于滲透率較低的含油儲(chǔ)層，尤其需要注意電壓頻率造成的影響以作出必要的校正處理。

4.2 電壓頻率對(duì)裂縫巖心電阻率影響分析

低滲儲(chǔ)層往往裂縫較為發(fā)育，發(fā)育裂縫的儲(chǔ)層能夠形成較高的油氣產(chǎn)能。在電阻率測(cè)井過程中，裂縫是必須考慮的因素，裂縫的存在將對(duì)電阻率值產(chǎn)生重要影響，為此，本次實(shí)驗(yàn)通過將巖心AB造縫，針對(duì)發(fā)育裂縫儲(chǔ)層，研究了不同電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 裂縫巖石A電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線

圖5 裂縫巖石B電阻率指數(shù)與含水飽和度關(guān)系曲線

對(duì)比基質(zhì)巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果，裂縫巖心的電阻率指數(shù)明顯小于基質(zhì)巖心，說明裂縫的存在增加了巖心的導(dǎo)電性。裂縫巖心表現(xiàn)出同樣的規(guī)律。在高含水飽和度時(shí)，電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果影響較小，而低含水飽和度即高含油飽和度時(shí)，電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果影響較大，且這種差異在低滲的裂縫巖心中更加明顯。相對(duì)高滲裂縫巖心在影響區(qū)間（＜25.5%）內(nèi)，100kHz比10kHz下的電阻率指數(shù)低50%～78%，隨著含水率降低差距逐漸增大；低滲裂縫巖心B在影響區(qū)間（＜28.8%）內(nèi)，100kHz比10kHz下的電阻率指數(shù)低52%～90%，在含水飽和度為0.20時(shí)達(dá)到最大值，即比10kHz下的電阻率指數(shù)低90%。與基質(zhì)巖心相比，巖心AB造縫后影響區(qū)間均增加，電壓影響程度增強(qiáng)，說明裂縫的存在進(jìn)一步增加了電阻率對(duì)電壓頻率的敏感特性。

5 結(jié)語

（1）含水飽和度越小，儲(chǔ)層電阻率越大，電壓頻率在高含水飽和度時(shí)對(duì)電阻率測(cè)量結(jié)果影響較小，在低含水飽和度時(shí)影響較大。

（2）電壓頻率對(duì)不同滲透率儲(chǔ)層電阻率測(cè)量結(jié)果影響程度不同，針對(duì)低滲透率儲(chǔ)層，其影響區(qū)間更大，且影響程度較相對(duì)高滲儲(chǔ)層更加顯著，隨著含水飽和度的較低（含油飽和度的升高）愈加明顯，分別采用10kHz和100kHz電壓頻率測(cè)量時(shí)，電阻率指數(shù)值測(cè)量值差異可到68%，因此，低滲儲(chǔ)層更應(yīng)注意不同電壓頻率下電阻率值的校正問題。

（3）裂縫的存在會(huì)降低儲(chǔ)層的電阻率，同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)展電壓頻率對(duì)電阻率測(cè)量值的影響區(qū)間，增大電壓頻率的影響程度，即裂縫會(huì)增加電阻率測(cè)量值對(duì)電壓頻率的敏感性。分別采用10kHz和100kHz電壓頻率測(cè)量時(shí)，電阻率指數(shù)值測(cè)量值差異最高可到90%。