張文旗, 宋新民, 肖毓祥, 徐芳, 侯秀林, 甘俊奇

(中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083)

0 引 言

復(fù)雜巖性儲(chǔ)層巖石類型繁多、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖石電學(xué)性質(zhì)復(fù)雜,導(dǎo)致原始含油飽和度測(cè)井解釋難度大。確定油藏原始含油飽和度的主要方法有巖心直接測(cè)定法、測(cè)井資料解釋法和毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算方法等[1]。其中,巖心直接測(cè)定方法比較可靠,但由于成本的原因?qū)е略擁?xiàng)資料較少;測(cè)井資料解釋法通常是根據(jù)阿爾奇公式間接評(píng)價(jià)含油飽和度,但是沒有考慮泥質(zhì)、淡水、低孔隙、非均勻幾何參數(shù)分布(孔隙度、曲折度)、非均勻飽和度分布、各向異性以及參數(shù)a和b對(duì)巖石電阻率的貢獻(xiàn)和隱藏在這些參數(shù)和因素后面的物理機(jī)制[2],難以適用于具有非均勻幾何參數(shù)分布(孔隙度、曲折度)的復(fù)雜巖性油藏的含油飽和度的計(jì)算;毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算法是將實(shí)驗(yàn)室毛細(xì)管壓力換算為地層毛細(xì)管壓力,便可計(jì)算自由水界面之上不同油柱高度的含油飽和度。以上研究主要集中在單一巖性或者巖性變化不大的儲(chǔ)層,對(duì)于復(fù)雜巖性的原始含油飽和度研究相對(duì)較少[3-10]。本文基于前人的研究,以海拉爾-塔木察格盆地(海塔盆地)凝灰質(zhì)砂礫巖油藏為例,綜合應(yīng)用巖心分析、毛細(xì)管壓力曲線、測(cè)井解釋、地層壓力多方面的資料,通過建立油柱高度、孔隙結(jié)構(gòu)、含油飽和度之間關(guān)系,探索一種原始含油飽和度解釋的新方法。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

海塔盆地位于中國東北中蒙交界處,國內(nèi)部分稱為海拉爾盆地,蒙古國部分稱為塔木察格盆地,發(fā)育的白堊系地層有銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組,目的層位于下白堊統(tǒng)南屯組和銅缽廟組。海塔盆地的形成經(jīng)歷了斷陷期—斷坳轉(zhuǎn)換—坳陷期的3個(gè)階段的構(gòu)造演化,南屯組和銅缽廟組沉積過程中,海塔盆地正處于斷陷期,構(gòu)造活動(dòng)對(duì)巖石類型有較強(qiáng)的控制作用。劇烈的構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致幔源物質(zhì)沿深大斷裂噴出地表,致使地層沉積物富含火山物質(zhì)。儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,根據(jù)火山碎屑物含量可劃分為含凝灰質(zhì)砂(礫)巖、凝灰質(zhì)砂(礫)巖、沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r等多種巖性,其中凝灰質(zhì)砂(礫)巖是含油儲(chǔ)層發(fā)育的主要巖性?？紫抖戎导蟹植荚?%～20%,平均值為11.2%,滲透率值集中分布在(0.1～10)×10-3μm2,儲(chǔ)層屬于低孔隙度、低滲透率特低滲透率儲(chǔ)層。

2 巖性歸類與識(shí)別

2.1 巖性歸類

研究區(qū)儲(chǔ)層巖石類型繁多,通過巖性與物性相關(guān)分析(見圖1),儲(chǔ)層孔隙度和滲透率關(guān)系的差異主要受巖性粗細(xì)程度控制,大致分為3個(gè)大的區(qū)域:礫巖區(qū)、砂巖區(qū)及凝灰質(zhì)砂、礫巖區(qū)。其中,含凝灰質(zhì)砂礫巖、砂質(zhì)礫巖、砂礫巖、礫巖表現(xiàn)為低孔隙度高滲透率特征,歸為礫巖類;粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫細(xì)(粉)砂巖表現(xiàn)為中孔隙度中滲透率特征,歸為砂巖類;凝灰質(zhì)砂、礫巖總體表現(xiàn)為低孔隙度低滲透率特征,根據(jù)沉積環(huán)境、巖石粒度等差異進(jìn)一步劃分為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)礫巖2類。本文將研究區(qū)巖性歸為4類,即礫巖類、凝灰質(zhì)礫巖類、砂巖類、凝灰質(zhì)砂巖類。

圖1 不同巖性孔隙度和滲透率關(guān)系圖

2.2 巖性識(shí)別

根據(jù)沉積規(guī)律,研究出了基于物源-沉積相帶的復(fù)雜巖性儲(chǔ)層識(shí)別方法。研究區(qū)目的層主要接受北部和西部2個(gè)物源的沉積,通過巖心及鑄體薄片觀察,北部物源凝灰質(zhì)含量高于西部物源,同一物源不同沉積部位粒度差異變化較大。在巖性識(shí)別時(shí),首先將2套物源劃分開,再將扇三角洲前緣亞相進(jìn)一步細(xì)分為內(nèi)前緣和外前緣,分別建立巖性識(shí)別圖版。

通過對(duì)不同巖性儲(chǔ)層的測(cè)井曲線敏感性分析,認(rèn)為自然伽馬曲線對(duì)凝灰質(zhì)含量、泥質(zhì)含量比較敏感;密度、電阻率測(cè)井曲線對(duì)儲(chǔ)層粒度反映比較敏感。分相帶選擇密度與電阻率、自然伽馬與電阻率建立巖性識(shí)別圖版(見圖2),從所建立的圖版可以看出,各相帶各巖性劃分界限清晰,具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

根據(jù)建立的巖性識(shí)別圖版,連續(xù)地解釋單井的巖性剖面,獲得單井的連續(xù)巖性柱狀剖面圖。經(jīng)與取心剖面及測(cè)井曲線對(duì)比,連續(xù)劃分的巖性識(shí)別結(jié)果與取心巖性剖面符合率達(dá)到85%以上。

圖2 不同物源不同相帶巖性識(shí)別圖版

物源沉積相帶巖性巖性識(shí)別測(cè)井界限GR/APIDEN/(g·cm-3)RLLd/(Ω·m)北部物源礫巖<85—>30凝灰質(zhì)礫巖>85—>31扇三角洲內(nèi)前緣砂巖<85—10～30凝灰質(zhì)砂巖>85—10～30泥巖>85—<10凝灰質(zhì)砂巖>70—>15扇三角洲外前緣砂巖<70—>15凝灰質(zhì)泥巖>110—<15西部物源礫巖<100>2.33>10扇三角洲內(nèi)前緣砂巖<1002.2～2.33>10凝灰質(zhì)砂巖>100—<10礫巖<80—>100凝灰質(zhì)礫巖>80—>100扇三角洲外前緣砂巖<80—10～100凝灰質(zhì)砂巖>80—10～100泥巖凝灰質(zhì)泥巖>100—<10

3 孔隙度、滲透率測(cè)井解釋模型建立

建立準(zhǔn)確的孔隙度、滲透率解釋模型是準(zhǔn)確求取原始含油飽和度的關(guān)鍵。根據(jù)巖性識(shí)別結(jié)果分巖性建立孔隙度、滲透率測(cè)井解釋模型。

3.1 孔隙度解釋模型

根據(jù)巖心分析資料與巖心物性間的單相關(guān)分析,巖心分析孔隙度與巖石視密度具有良好的相關(guān)性,二者相關(guān)系數(shù)較高。但礫巖、凝灰質(zhì)礫巖的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,單純使用密度求取孔隙度誤差較大,因此,采用三孔隙度綜合計(jì)算其孔隙度。通過對(duì)巖心分析孔隙度與各種測(cè)井響應(yīng)特征之間的相關(guān)性分析,建立了一套研究區(qū)內(nèi)分巖性的孔隙度解釋模型(見表2)。

表2 研究區(qū)分巖性孔隙度解釋模型匯總表

3.2 滲透率解釋模型

巖心常規(guī)物性分析資料表明,該區(qū)孔隙度、滲透率相關(guān)性較差,即使是對(duì)于同一種巖性;同時(shí),粗巖性比細(xì)巖性滲透性要好;非凝灰質(zhì)巖性比凝灰質(zhì)巖性滲透性好。研究采用統(tǒng)計(jì)方法建立分巖性的滲透率解釋模型(見表3)。

表3 研究區(qū)分巖性滲透率解釋模型匯總表

4 原始含油飽和度計(jì)算

4.1 原始含油飽和度理論公式

油氣藏形成過程是油氣運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力(主要是浮力)不斷克服毛細(xì)管壓力而排驅(qū)水達(dá)到平衡的過程,油氣水分布的現(xiàn)狀是驅(qū)動(dòng)力和毛細(xì)管壓力相對(duì)平衡的結(jié)果,其含水飽和度與深度的關(guān)系具有毛細(xì)管壓力曲線的分布特征,油藏內(nèi)不同位置處的含水飽和度受油藏高度(自由水界面以上的高度)、孔隙結(jié)構(gòu)以及油水密度差(流體性質(zhì))等因素控制[14-17]。根據(jù)J函數(shù)與毛細(xì)管壓力、含水飽和度的關(guān)系以及毛細(xì)管壓力與油藏浮力的關(guān)系[18],得到原始含油飽和度的計(jì)算公式

(1)

對(duì)于同一油藏,式(1)中ρw、ρo、σwo、θwo、g一般為常數(shù)。原始含油飽和度公式可簡化為與距自由水面的高度h、滲透率K、孔隙度φ以及回歸系數(shù)A、B的關(guān)系式

(2)

其中

式中,σwo為界面張力,mN/m;K為滲透率,×10-3μm2;φ為孔隙度;pcr為毛細(xì)管壓力,MPa;θwo為潤濕角,(°)。ρw、ρo分別為水、油氣質(zhì)量密度,g/cm3;g為重力加速度,g=9.8 m/s2;h為距自由水面的高度,m;r為毛細(xì)管半徑,μm。

4.2 參數(shù)求取

根據(jù)原始含油飽和度理論公式,如果能確定距自由水面的高度h以及回歸系數(shù)a、b幾個(gè)參數(shù)就能計(jì)算出油藏的原始含油飽和度。

4.2.1 自由水面的確定

毛細(xì)管壓力為0的水面為自由水面。在正常地質(zhì)條件下具有統(tǒng)一水動(dòng)力系統(tǒng)的油氣藏,由于油、氣、水存在密度差,不同流體就具有不同的壓力梯度[14-15]。但事實(shí)上原始地層壓力是無法直接測(cè)量的,通常是將第一批井打開后進(jìn)行關(guān)井試油,當(dāng)?shù)貙訅毫謴?fù)平衡后,井底壓力計(jì)測(cè)量的地層壓力作為原始地層壓力。由于復(fù)雜的地質(zhì)、工程情況,并不能確保每一次測(cè)試都能成功和相當(dāng)精確。在對(duì)測(cè)壓點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析后,根據(jù)實(shí)際資料預(yù)測(cè)的自由水面海拔為-1 200 m?；貧w方程的斜率與該區(qū)塊取樣的高壓物性原油密度為0.81 g/cm3相符,可知所得到的油藏的壓力梯度合理。在進(jìn)行自由水面預(yù)測(cè)中,地層靜壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否決定了自由水面預(yù)測(cè)的精度。實(shí)際工作中需要結(jié)合測(cè)井以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)的自由水面進(jìn)行修正。

4.2.2J函數(shù)曲線法確定回歸系數(shù)

根據(jù)壓汞法毛細(xì)管壓力數(shù)據(jù),對(duì)于具有不同K和φ巖樣的毛細(xì)管壓力曲線,以關(guān)于巖心的標(biāo)準(zhǔn)化飽和度SwD為橫坐標(biāo)、J(SwD)為縱坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸,可以得到1條能夠代表儲(chǔ)層特征的平均無因次J(SwD)曲線。

研究區(qū)不同巖性J函數(shù)差異較大,需要分巖性確定回歸系數(shù)才能更準(zhǔn)確地對(duì)油層進(jìn)行定量表征。將研究區(qū)所有巖樣分成4種巖性分開繪制曲線(見圖3)。表4為確定各巖性的回歸系數(shù)a和b。

圖3 各巖性毛細(xì)管壓力曲線的J(Swd)函數(shù)關(guān)系圖

圖4 ×井NI4油組儲(chǔ)層綜合成果圖*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

礫巖凝灰質(zhì)礫巖砂巖凝灰質(zhì)砂巖A1641.60.04861425.60.0397B-2.12-2.08-2.08-2.15a1.53×10-33.60×10-31.76×10-363.07b-0.47-0.48-0.48-0.47

4.3 原始含油飽和度計(jì)算及應(yīng)用效果分析

根據(jù)公式(2),含油飽和度是關(guān)于自由水界面、孔隙度及滲透率的函數(shù),利用J函數(shù)法確定的不同巖性的回歸系數(shù)便可得到油藏原始含油飽和度?！辆疄檠芯繀^(qū)一口密閉取心井,目的層巖性以凝灰質(zhì)砂巖、砂巖為主,中間夾礫巖層。從巖心分析和密度測(cè)井可以看出該井儲(chǔ)層從下到上物性逐漸變好的反旋回,電阻率曲線無明顯的變化。對(duì)目的層儲(chǔ)集層含油飽和度處理結(jié)果所示(見圖4),計(jì)算的含油飽和度與密閉取心資料分析的含油飽和度具有很好的相關(guān)性和變化趨勢(shì)一致性,與試油和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相符。

利用密閉取心井巖心分析含油飽和度與解釋含有飽和度交會(huì)圖對(duì)解釋結(jié)果作整體評(píng)估(見圖5),交會(huì)點(diǎn)均勻分布在直線y=x附近,計(jì)算得到的原始流體飽和度與密閉取心井分析含油飽和度相關(guān)系數(shù)達(dá)到81.2%,飽和度平均絕對(duì)誤差4.91,滿足儲(chǔ)量計(jì)算精度要求。

圖5 研究區(qū)目的層原始含油飽和度解釋成果檢驗(yàn)圖版

5 結(jié) 論

(1) 采用基于物源-沉積相帶的復(fù)雜巖性儲(chǔ)層識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)了凝灰質(zhì)砂(礫)巖儲(chǔ)層的巖性識(shí)別,分巖性解釋了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。

(2) 根據(jù)毛細(xì)管壓力與油藏浮力的關(guān)系推導(dǎo)出的含油飽和度理論公式,利用毛細(xì)管壓力、地層壓力等數(shù)據(jù),解決了理論公式中自由水面、回歸系數(shù)等參數(shù)的求取;結(jié)合孔隙度和滲透率解釋結(jié)構(gòu),解決了凝灰質(zhì)砂礫巖儲(chǔ)層原始含油飽和度定量計(jì)算的問題。

(3) 利用密閉取心井分析的含油飽和度對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,兩者具有很好的相關(guān)性且變化趨勢(shì)一致性,并與試油和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相符。

(4) 該方法為復(fù)雜巖性油藏流體飽和度計(jì)算提供了新的思路,對(duì)提高復(fù)雜巖性油藏測(cè)井精細(xì)解釋的準(zhǔn)確性具有實(shí)際意義。

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