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張瑞新

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萬(wàn)金彬

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白松濤，何羽飛

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地層水電阻率計(jì)算模型建立及其分布特征研究
——以海南福山油田流沙港組為例

黃婭

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地層水電阻率的大小是測(cè)井解釋中一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。福山油田流沙港組儲(chǔ)層致密，沒(méi)有典型的水層，地層水縱、橫向變化較快，利用常規(guī)測(cè)井很難準(zhǔn)確確定目的層的地層水電阻率大小，導(dǎo)致測(cè)井解釋符合率不是很理想。在取樣地層水分析研究試驗(yàn)、試油測(cè)井等資料基礎(chǔ)上，利用純水層附近泥巖層的電阻率信息，建立了地層水電阻率的3種計(jì)算模型；并利用巖石的巖電試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了巖電參數(shù)隨不同地層水電阻率的變化規(guī)律。在求準(zhǔn)油氣飽和度的基礎(chǔ)上，結(jié)合油氣運(yùn)聚特征綜合認(rèn)為，高礦化度的氯化鈣型地層水一般反映較高的構(gòu)造位置和較封閉的形成環(huán)境，有利于保存有機(jī)質(zhì)及形成較高的有機(jī)質(zhì)豐度。

地層水電阻率；巖電參數(shù)；油氣運(yùn)聚；福山油田

地層水礦化度對(duì)泥質(zhì)砂巖的物理性質(zhì)[1]、巖電參數(shù)(膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n)有一定影響[2]；同時(shí)，地層水礦化度的變化與油氣成藏規(guī)律有一定的關(guān)系[3]。因此，準(zhǔn)確求取地層水電阻率是油氣水分析的關(guān)鍵，有必要進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

地層水電阻率的大小取決于地層水的礦物成分、礦化度大小以及埋藏深度。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在求取地層水電阻率方面都做了一定程度的研究，最直接可靠的方法是直接利用水分析資料確定地層水電阻率。在目的層系有較厚、物性好的純水層時(shí)，可根據(jù)純水層的自然電位測(cè)井、電阻率測(cè)井等方法預(yù)測(cè)地層水電阻率。但是，對(duì)于目的層不存在純水層且地層水礦化度縱、橫向變化較快的情況下，上述方法存在一定的局限性，不利于生產(chǎn)應(yīng)用。為此，筆者以海南福山油田流沙港組(E2l)為例，對(duì)地層水電阻率計(jì)算模型的建立及其分布特征進(jìn)行了研究。

1 基本概況及地層水分布特征

福山油田區(qū)域構(gòu)造位置處于福山凹陷西南部，博厚斷裂的下降盤，臨近南斜坡，受臨高和美臺(tái)-花場(chǎng)滑動(dòng)斷裂控制，總體為北東東走向、北西傾向的鼻狀構(gòu)造。盆內(nèi)古近系地層從下到上為長(zhǎng)流組、E2l和潿洲組；其中E2l為一套湖相三角洲暗色砂泥巖沉積，是福山凹陷主要的生、儲(chǔ)油層系，油氣資源極其豐富，勘探潛力巨大。目前，福山油田主要產(chǎn)層為流沙港組三段(E2l3)上亞段。E2l3儲(chǔ)層為含礫砂巖、細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，巖石類型以巖屑砂巖為主。研究區(qū)大面積分布致密儲(chǔ)層，覆壓滲透率在0.0015～6.03mD之間(平均0.364mD)，平均孔喉半徑為0.42μm；油質(zhì)較輕，地面原油密度在0.82g/cm3左右。E2l3干酪根主要為Ⅰ、Ⅱ1型，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～2%之間，鏡質(zhì)體反射率在0.6%～1%之間，發(fā)育成熟的烴源巖，屬于自生自儲(chǔ)的成藏模式，沒(méi)有明顯的油水界面。

E2l3沒(méi)有明顯的水層，同時(shí)地層水礦化度橫向變化較快，給地層水電阻率的求取帶來(lái)了一定困難。圖1為E2l3已取樣井的地層水電阻率平面分布圖，可以看出，地層水電阻率橫向變化較快，總體來(lái)說(shuō)海拔較低的北部地層水電阻率較大，南部構(gòu)造高部位地層水電阻率相對(duì)較小，地層水電阻率受斷層影響較大，局部同一斷塊地層水電阻率也有較大差異。由于根據(jù)鄰井和上部地層的地層水電阻率來(lái)預(yù)測(cè)目的層的地層水電阻率存在一定難度，致使測(cè)井解釋符合率降低。

圖1所示，X井與Y井位于同一斷塊，由于X井目的層239號(hào)層沒(méi)有典型水層(圖2)，借鑒Y井的地層水電阻率0.4Ω·m對(duì)X井目的層進(jìn)行了測(cè)井評(píng)價(jià)，計(jì)算的含水飽和度是20%，判斷為含油水層。但是，試油結(jié)果卻為純油層，通過(guò)取樣進(jìn)行分析化驗(yàn)，X井地層水礦化度達(dá)到了15041mg/L，與鄰井Y井的礦物度相差很大，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差。因此，準(zhǔn)確求取目的層的地層水電阻率意義重大。

圖1 福山油田E2l3地層水電阻率平面分布圖

圖2 福山油田X井239號(hào)層一次解釋成果圖

該次研究為了解決實(shí)際生產(chǎn)中求準(zhǔn)地層水電阻率的問(wèn)題，在取樣地層水分析研究試驗(yàn)、試油測(cè)井等資料的基礎(chǔ)上，利用純水層附近泥巖層的電阻率信息，建立了地層水電阻率的計(jì)算模型。

2 地層水電阻率的求取

2.1 地層水電阻率與鄰近泥巖電阻率、聲波時(shí)差關(guān)系模型

泥巖中賦存的束縛水與鄰近砂巖中的地層水性質(zhì)相同，因此泥巖的電阻率變化間接地表明了地層水性質(zhì)的變化規(guī)律；同時(shí)，泥巖聲波時(shí)差的大小反映了地層的壓實(shí)程度、壓實(shí)系數(shù)，同樣影響著地層水礦化度的大小。物性較好的厚純水層測(cè)井響應(yīng)值與地層水電阻率有較好的相關(guān)性，但是由于E2l3缺少典型的水層，因此該次研究在分析測(cè)井資料、地層水資料的基礎(chǔ)上，探索了地層水電阻率與鄰近泥巖段電阻率、聲波時(shí)差之間的關(guān)系。

圖3為福山油田地層水電阻率與鄰近泥巖段電阻率、聲波時(shí)差的關(guān)系圖版。根據(jù)插值法，可以得到任何地層聲波時(shí)差所對(duì)應(yīng)的地層水電阻率。從圖3中可以看出，在一定的壓實(shí)程度下，泥巖段電阻率隨著地層水電阻率的增大而增大。

圖3 福山油田地層水電阻率與鄰近泥巖段電阻率關(guān)系圖版

圖4 福山油田泥巖段電阻率/地層水電阻率電阻率關(guān)系圖版與泥巖聲波時(shí)差的關(guān)系圖版

圖4為福山油田泥巖段電阻率/地層水電阻率與泥巖聲波時(shí)差的關(guān)系圖版，可以看出，泥巖段電阻率/地層水電阻率與聲波時(shí)差呈反比關(guān)系。

2.2 地層水電阻率與埋深關(guān)系

筆者對(duì)福山油田9個(gè)樣本點(diǎn)的地層水電阻率與埋深的相關(guān)性進(jìn)行了研究，并建立了適用于該區(qū)E2l3地層水電阻率與埋深的關(guān)系圖版(圖5)。福山油田以層狀含水層為主，其化學(xué)成分與礦化度在垂向上有一定的變化規(guī)律。地層水電阻率隨著埋深的加大，在泥巖壓實(shí)排水、黏土礦物脫水等淡化作用的影響下逐漸變大。但也有一部分樣本點(diǎn)出現(xiàn)了倒置關(guān)系，這是由于在油氣通過(guò)斷裂向上運(yùn)移的過(guò)程中，地層水作為載體，不斷濃縮形成高礦化度、低電阻率的地層水。

圖5 福山油田地層水電阻率與埋深關(guān)系圖版

3 地層水電阻率對(duì)巖電參數(shù)的影響

根據(jù)測(cè)井定量解釋飽和度的阿爾奇公式可以看出，要求準(zhǔn)含油飽和度還必須確定a、b、m、n這4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。其中a反映巖石中泥質(zhì)成分的附加導(dǎo)電性，b反映巖石的潤(rùn)濕性，通過(guò)福山油田的巖電試驗(yàn)結(jié)果可以看出，a、b變化不大，都在1～1.15之間；但m和n變化較大，在1.5～2.5之間。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，m和n主要受地層巖性和孔隙結(jié)構(gòu)影響，但在福山油田典型井的試驗(yàn)資料分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，C3井與C4井同為細(xì)砂巖，孔喉結(jié)構(gòu)相近，最大孔喉半徑在1μm左右，平均孔喉半徑在0.15μm左右。但其m、n變化卻很大，C3井的n為2.02，m為1.8；C4井的n為1.64，m為1.61(見表1)。進(jìn)一步對(duì)試驗(yàn)的外在條件(礦化度和溫度)分析發(fā)現(xiàn)，m、n與地層水礦化度沒(méi)有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，C1井與C3井的n均在2以上，m均在1.8以上，但其礦化度相差很大，由于試驗(yàn)溫度不同，導(dǎo)致地層水的電阻率大小接近。

表1 福山油田典型井巖電試驗(yàn)結(jié)果分析表

以福山油田巖心和測(cè)井資料為研究對(duì)象，建立了福山油田巖石m、n參數(shù)與地層水電阻率的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系(圖6、7)：在地層水電阻率小于0.5Ω·m時(shí)，m、n隨著地層水電阻率的增大呈冪指數(shù)關(guān)系遞減，且n的下降幅度大于m的下降幅度；當(dāng)?shù)貙铀娮杪蚀笥?.5Ω·m時(shí)，m、n變化不大，均在1.6左右浮動(dòng)。對(duì)于福山油田地層水電阻率變化較大的情況，利用巖電參數(shù)與地層水電阻率的變化關(guān)系能夠更準(zhǔn)確地求準(zhǔn)含油飽和度。

圖6 m隨著地層水電阻率變化關(guān)系圖版

圖7 n隨著地層水電阻率變化關(guān)系圖版

4 地層水分布特征與油氣分布的關(guān)系

在含油氣盆地中，地層水作為盆地流體的一個(gè)主要組成部分，其活動(dòng)與循環(huán)樣式直接影響到油氣與成礦物質(zhì)運(yùn)移的方向。地層水的活動(dòng)及性質(zhì)直接或間接指示盆地流體系統(tǒng)的開放性和封閉性，與油氣的生、運(yùn)、聚、散過(guò)程有著十分密切的關(guān)系。

地層水分為大陸水、海水、深層水。大陸水水型為硫酸鈉型和碳酸氫鈉型，海水水型為氯化鎂型，深層水水型為氯化鈣型。研究認(rèn)為，與地表大氣降水隔絕的封閉水則多屬于氯化鈣型。通過(guò)統(tǒng)計(jì)福山油田地層水樣本點(diǎn)的分析化驗(yàn)資料(表2)表明，福山油田地層水有4種類型，以碳酸氫鈉型為主，達(dá)到47個(gè)，氯化鈣型次之，為14個(gè)，硫酸鈉型與氯化鎂型地層水較少，各1個(gè)。

表2 福山油田地層水樣本點(diǎn)的分析化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

注：E2l1為流沙港組一段。

圖8 福山油田E2l3泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平面分布圖

福山油田典型井A井地層水為氯化鈣型，其礦化度達(dá)到了15641mg/L，相較于其周圍井平均礦化度6595mg/L高很多。同時(shí)，通過(guò)有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析資料得知，A井E2l3泥巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以上，鏡質(zhì)體反射率大于0.6%，為成熟的烴源巖(圖8)。

福山油田其他地層水為氯化鈣型的井，如C6井、C7井、C5井、C1井等，全部位于構(gòu)造圈閉位置較高的封閉斷層附近。在沉積物沉積過(guò)程中，當(dāng)水體的蒸發(fā)量大于水體的補(bǔ)給量時(shí)，有利于膏鹽的形成，地層水的礦化度相對(duì)較高；反之，在滲入水補(bǔ)給充足的地區(qū)，即水流活躍地區(qū)，地層水的礦化度相對(duì)較低。福山油田E2l3沉積時(shí)水體變深，沉積了一套以較深水相為主的沉積物，主要為灰黑色泥巖、砂巖不等厚互層，為弱還原環(huán)境，水體封閉，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，有機(jī)質(zhì)豐度較高，地層水礦化度較高。研究區(qū)從北到南水體逐漸變淺，向三角洲平原過(guò)渡，發(fā)育了一套中央隆起帶河流相沉積，巖性以灰白色泥巖與灰白色粉砂巖互層為主，為氧化環(huán)境，水流交替活躍，不利于有機(jī)質(zhì)的保存，地層水礦化度較低。因此，研究區(qū)高礦化度的地層水與烴源巖的發(fā)育程度、油氣聚集有利區(qū)域的分布有一定的關(guān)系。

5 結(jié)論

1)對(duì)于目的層不存在純水層且地層水礦化度縱、橫向變化較快的情況，可以根據(jù)鄰近井泥巖段電阻率、泥巖聲波時(shí)差求取目的層電阻率。試驗(yàn)表明：在一定的壓實(shí)作用下，泥巖段電阻率隨地層水電阻率的增大而增大；泥巖段電阻率/地層水電阻率與聲波時(shí)差為反比關(guān)系。

2)福山油田以層狀含水層為主，其化學(xué)成分與礦化度在垂向上有一定的變化規(guī)律。地層水電阻率隨埋深的加大，在泥巖壓實(shí)排水和黏土礦物脫水等淡化作用的影響下逐漸變大。但也有一部分樣本點(diǎn)由于斷裂疏導(dǎo)作用出現(xiàn)了倒置關(guān)系。

3)通過(guò)對(duì)巖電試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：a、b在福山油田變化不大；m、n隨地層水電阻率的增大而減小，當(dāng)?shù)貙铀娮杪蚀笥?.5Ω·m時(shí)其值變化不大，穩(wěn)定在1.6左右浮動(dòng)。

4)地層水的活動(dòng)及性質(zhì)直接或間接指示盆地流體系統(tǒng)的開放性和封閉性，與油氣的生、運(yùn)、聚、散過(guò)程有著十分密切的關(guān)系。高礦化度的地層水與烴源巖的發(fā)育程度、油氣聚集有利區(qū)域的分布有一定的關(guān)系。

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[編輯] 龔丹

2015-12-30

黃婭(1988-)，女，碩士，工程師，現(xiàn)從事測(cè)井資料解釋及油氣藏評(píng)價(jià)技術(shù)研究工作，huangyayy@126.com。

P631.84

A

1673-1409(2016)32-0054-06

[引著格式]黃婭，張瑞新，萬(wàn)金彬，等.地層水電阻率計(jì)算模型建立及其分布特征研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(32):54～59.