馬宏宇,丁繼偉,王雪萍,李金奉,楊清山,盧艷

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,黑龍江大慶163712)

0 引 言

大慶長垣背斜SZ油田G油層油水同層段總體分布在1 175～1 225 m,地層厚度為25～50 m,具有相當(dāng)數(shù)量的地質(zhì)儲量未系統(tǒng)開發(fā),是油田重要的產(chǎn)量接替區(qū)塊之一。與上部主力油層相比,G油層油水同層段具有物性差、儲層厚度小、薄互層發(fā)育、含油飽和度低及儲量豐度低的特點(diǎn)[1-3]。由于未作為主要開采目的層,一直未建立測井定量解釋評價方法。為最大限度地發(fā)揮儲量潛力,緩解上部特高水淹油層的產(chǎn)量壓力,需要針對儲層品質(zhì)較差的薄差油水同層段開展精細(xì)量化解釋方法研究,為油水同層段的補(bǔ)孔挖潛提供可靠依據(jù)。薄差油層由于含泥、含鈣且砂泥互層發(fā)育增加了測井評價的難度,同層流體定量評價精度低,為突出儲層流體信息響應(yīng),目前較為廣泛的方法是對電阻率曲線進(jìn)行影響因素校正后再進(jìn)行定量評價,鈣、泥質(zhì)校正通常是在鈣質(zhì)和泥質(zhì)含量求取基礎(chǔ)上根據(jù)串并聯(lián)導(dǎo)電原理或利用巖心分析數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的校正公式。對于層厚電阻率校正一般有3種途徑[4-7]:①從測井儀器的電路和結(jié)構(gòu)出發(fā),通過其響應(yīng)方程數(shù)值模擬后進(jìn)行電阻率高分辨率處理;②利用模擬地層測井得到不同層厚的測井響應(yīng)進(jìn)行對比;③直接利用國外測井公司提供的電阻率校正圖版。同層的定量解釋仍然是以飽和度計(jì)算為核心,通過試油、生產(chǎn)動態(tài)、測井等資料建立量化函數(shù)關(guān)系,定性給出偏油偏水界限。儲層含水飽和度求取主要是根據(jù)區(qū)域儲層條件差異而標(biāo)定不同的模型。同層產(chǎn)水率一般基于滲透方程根據(jù)相滲實(shí)驗(yàn)計(jì)算,但由于樣品尺寸及實(shí)驗(yàn)條件的局限性[8-10],實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯c儲層實(shí)際動態(tài)情況不符。為突出儲層流體響應(yīng)特征,提高油水同層測井定量解釋精度,提出一套適用于研究區(qū)的薄差層測井曲線校正方法,在此基礎(chǔ)上計(jì)算儲層可動水飽和度和確定產(chǎn)水率分級解釋標(biāo)準(zhǔn)。

1 G油層薄差油水同層儲層特征

G油層是在水退背景下形成的一套砂泥巖頻繁交互的陸相河流-三角洲沉積,具有獨(dú)特的大型淺水湖盆的沉積特點(diǎn),砂泥巖互層分布薄而穩(wěn)定。巖心資料分析表明,G油層巖性包括泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、含泥粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖和粉砂巖;儲層主要發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖;含油性以飽含油、含油和油浸為主。儲層有效孔隙度分布在18.0%～27.4%,平均值為24.2%;滲透率主要分布在2.0×10-3～601.4×10-3μm2,平均值為69.6×10-3μm2;G油層泥質(zhì)含量主要在7.0%～35.7%,平均值為19.8%;黏土礦物主要為伊利石和高嶺土。G油層孔喉半徑平均為4.85 μm,粒度中值平均為0.07 mm。

2 測井響應(yīng)影響因素分析及校正

SZ油田G油層砂體類型主要為前緣席狀砂,縱向上與上部的主力油層相比,G油層巖性顆粒細(xì),儲層泥質(zhì)、鈣質(zhì)含量高,厚度小于0.6 m的薄層、薄互層發(fā)育的儲層比例達(dá)70%,而本地測井系列深電阻率的垂向分辨能力約0.6 m。由于儲層測井響應(yīng)受鈣質(zhì)、泥質(zhì)及薄互層等因素的影響,巖電關(guān)系對應(yīng)性差,測井解釋結(jié)果與初期動態(tài)不匹配。

2.1 泥質(zhì)含量校正

泥質(zhì)砂巖儲層的電阻率測井響應(yīng)不僅與地層水電阻率、含水飽和度、有效孔隙度有關(guān),而且和泥質(zhì)含量與分布形式有關(guān)。研究區(qū)泥質(zhì)分布形式以分散泥質(zhì)為主,含量低于35%,相對于層狀泥質(zhì)砂巖,分散泥質(zhì)砂巖中的黏土或泥質(zhì)分散充填在砂巖粒間孔隙空間中,呈被膜狀或孔隙橋狀,地層的導(dǎo)電是孔隙中的地層水與分散泥質(zhì)并聯(lián)導(dǎo)電的結(jié)果。隨著泥質(zhì)含量增加,束縛水飽和度增高,儲層導(dǎo)電性增強(qiáng),電阻率降低,根據(jù)并聯(lián)電路原理

(1)

式中,R0、Rw、Rsh、Rma分別為含泥質(zhì)巖石、孔隙流體、泥質(zhì)和巖石骨架的電阻率,Ω·m。由于Rma趨近于無窮大,根據(jù)歐姆定律有

(2)

式中,L、Lw、Lsh分別為含泥質(zhì)巖石、孔隙流體、泥質(zhì)的單位導(dǎo)電長度,m;A、Aw、Ash分別為含泥質(zhì)巖石、孔隙流體、泥質(zhì)的截面積,m2。假設(shè)導(dǎo)電長度一致,即L=Lw=Lsh,則有

(3)

(4)

進(jìn)一步推導(dǎo)出泥質(zhì)校正系數(shù)表達(dá)式為

(5)

式中,ksh為泥質(zhì)校正系數(shù),隨泥質(zhì)含量的增加校正系數(shù)增大。

2.2 鈣質(zhì)校正

G油層儲層分散鈣質(zhì)含量在30%以下,鈣質(zhì)成分以嵌晶狀充填于孔隙中,降低了儲層孔隙度和滲透率,減小了孔隙半徑,增大了導(dǎo)電路徑迂曲度,導(dǎo)致含鈣儲層的電阻率明顯升高。圖1為與取心井物性和含油性相當(dāng)?shù)膬訋r心分析鈣質(zhì)含量(VCa)與深側(cè)向電阻率(Rd)之間關(guān)系。從圖1中可以看出,深側(cè)向電阻率隨著鈣質(zhì)含量的增加迅速增大,其關(guān)系式為

Rd=12.611e3.32VCa(r=0.85)

(7)

式中,Rd為深側(cè)向電阻率測量值,Ω·m;VCa為鈣質(zhì)含量,小數(shù)。

圖1 鈣質(zhì)含量與深側(cè)向電阻率的關(guān)系圖

為消除鈣質(zhì)含量的影響,采用比值法對深側(cè)向電阻率進(jìn)行鈣質(zhì)影響校正,鈣質(zhì)校正系數(shù)kCa為式(8),鈣質(zhì)影響校正后的深側(cè)向電阻率值Rd_Ca為式(9)

kCa=e3.32VCa

(8)

Rd_Ca=Rd/KCa

(9)

2.3 層厚影響校正

在不考慮工程環(huán)境因素影響的條件下,砂泥巖儲層電阻率的幅值主要由儲層巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)、流體飽和度、泥質(zhì)含量等因素綜合決定,另外不可忽視厚度因素的影響。就測井采集而言,儲層厚度低于儀器縱向分辨率的都屬于薄層范疇。當(dāng)儀器通過薄儲層時,其測量結(jié)果為薄層特性和圍巖層特性的褶積,地層的測井顯示特征變得模糊,測井讀數(shù)失真,層越薄對電阻率的影響越大。目前研究區(qū)規(guī)模應(yīng)用的測井系列深側(cè)向電阻率縱向分辨率為0.6～0.7 m,G油層0.8 m以下薄層廣泛發(fā)育,薄層、薄互層發(fā)育比例達(dá)72%,所以不能忽視本區(qū)層厚的影響因素校正。該文利用大量的檢查井取心樣品實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù),選取巖性、物性、含油性和孔隙結(jié)構(gòu)接近的同類儲層,考慮深探測電阻率縱向分辨能力,以0.8 m為界將樣品所在儲層分為薄層和厚層,對比其電阻率的差異。巖電參數(shù)及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。對比結(jié)果表明,厚度小于0.8 m的薄儲層電阻率和厚度大于0.8 m的厚儲層電阻率值差異明顯,厚度大于0.8 m的厚層電阻率平均值為19.8 Ω·m,而薄層電阻率平均值只有13.4 Ω·m,相差近1.5倍,其差異主要是圍巖對電阻率的影響造成的。為進(jìn)一步確定不同層厚的電阻率校正系數(shù),假設(shè)0.8 m以上厚層樣品儲層電阻率均值為真值,其他層厚樣品儲層的電阻率與其做比值,得到不同厚度儲層電阻率校正系數(shù)(見圖2)。由圖2可見,當(dāng)厚度大于0.8 m時,電阻率測井受層厚的影響較小;厚度小于0.8 m時,厚度越小,受圍巖的影響越大,電阻率的測井值校正系數(shù)也就越大。

圖2 電阻率層厚與校正系數(shù)圖版

表2 不同厚度級別同類儲層參數(shù)對比表

3 油水同層定量識別標(biāo)準(zhǔn)

3.1 變指數(shù)含水飽和度模型

根據(jù)研究區(qū)砂泥巖儲層泥質(zhì)分布特征及地層水礦化度低的特點(diǎn),在電阻率校正基礎(chǔ)上,飽和度的計(jì)算采用阿爾奇方程

(10)

式中,φe為有效孔隙度,小數(shù);Rt為地層電阻率,Ω·m;Sw為含水飽和度,小數(shù);a、b為巖性系數(shù),常數(shù);m、n分別為孔隙度指數(shù)、飽和度指數(shù),常數(shù);a、b、m、n由巖石物理實(shí)驗(yàn)確定。一般情況下孔隙度指數(shù)m受孔喉半徑比、孔隙半徑和泥質(zhì)含量影響;飽和度指數(shù)n受油水分布、流體性質(zhì)、巖石的孔喉結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)含量及潤濕性等的影響[11-16]。m值是骨架與孔隙網(wǎng)絡(luò)所導(dǎo)致的孔隙曲折性的度量,同時,孔隙的曲折性引起飽和度微觀分布的不均勻性,影響了電流在巖石中的流動方式。所以,孔隙度指數(shù)m和飽和度指數(shù)n與儲層宏觀參數(shù)孔隙度、滲透率必然存在一定關(guān)聯(lián)性。

G油層取心樣品巖電實(shí)驗(yàn)表明,在溫度、壓力和地層水礦化度相同條件下,該區(qū)孔隙度指數(shù)m和飽和度指數(shù)n值并非定值,而是與儲層品質(zhì)指數(shù)IRQ存在一定的線性關(guān)系,總體上表現(xiàn)出隨著儲層品質(zhì)指數(shù)的增大而增大(見圖3),根據(jù)數(shù)據(jù)分布趨勢,以IRQ=1.2為界分類建立巖電參數(shù)和儲層品質(zhì)間的關(guān)系:當(dāng)IRQ≤1.2時,關(guān)系見式(11);當(dāng)IRQ>1.2時,關(guān)系見式(12)。

m=0.125IRQ+1.65,n=0.2273IRQ+1.55

(11)

m=0.0545IRQ+1.73,n=0.0353IRQ+1.76

(12)

圖3 儲層品質(zhì)指數(shù)與m、n指數(shù)關(guān)系圖

3.2 薄差油水同層產(chǎn)水率定量解釋

油水同層的定量解釋是以預(yù)測儲層產(chǎn)水率為核心[17-19],關(guān)鍵是優(yōu)選出與儲層產(chǎn)水率匹配的測井參數(shù)。根據(jù)滲流理論,油水兩相在儲集層微觀孔隙中的流動,主要取決于它們的相對滲透率。油、水的相對滲透率不僅與巖石本身物性有關(guān),還取決于孔隙內(nèi)多相流體各自的飽和度。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同物性儲層樣品油水兩相相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)合滲流理論得到:①物性好的高孔隙度高滲透率樣品束縛水飽和度低,油水兩相共滲范圍大,反之,物性差的低孔隙度低滲透率樣品束縛水飽和度高,油水兩相流覆蓋的共滲范圍小;②與產(chǎn)水率密切相關(guān)的參數(shù)是可動水飽和度而非總的含水飽和度;③同樣的可動水飽和度變化,物性越好產(chǎn)水率越低,物性越差產(chǎn)水率越高?；谏鲜鲇?、水微觀孔隙滲流規(guī)律認(rèn)識,利用測井參數(shù)預(yù)測同層產(chǎn)水率時主要考慮儲層內(nèi)可動水的變化與儲層本身物性,所以可以采用束縛水和可動水飽和度參數(shù)表征儲層產(chǎn)水率。結(jié)合研究區(qū)試油資料、密閉取心井飽和度分析資料,利用可動水飽和度(Swm=Sw-Swi)與束縛水飽和度(Swi)參數(shù),以試油產(chǎn)水率(FW)為模值,建立油水同層段產(chǎn)水率5級解釋標(biāo)準(zhǔn)(見圖4)。即以0≤FW<40%、40%≤FW<80%、80%≤FW<90%、90%≤FW<100%、FW=100%劃分產(chǎn)水區(qū)間,根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)精細(xì)解釋儲層參數(shù),預(yù)測儲層產(chǎn)水情況。

圖4 油水同層段產(chǎn)水級別預(yù)測解釋圖版

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

以B2井為例,該井同層段主要發(fā)育薄差儲層,基于曲線校正及應(yīng)用變指數(shù)飽和度模型計(jì)算的飽和度與巖心分析的含水飽和度進(jìn)行對比,曲線形態(tài)一致性較好(見圖5),平均絕對誤差為5.9%,束縛水飽和度平均絕對誤差為4.3%,測井解釋1 186.3～1 197.2 m井段同層段產(chǎn)水以II級為主,屬于偏油同層。射開后試油,日產(chǎn)油3.552 m3,日產(chǎn)水7.800 m3,產(chǎn)水率45.5%。

圖5 B2井測井計(jì)算含水飽和度和巖心分析飽和度對比圖*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

SZ油田某典型區(qū)塊G油層油水同層段一直未充分射孔,被確定為下一步挖潛增產(chǎn)對象。表3列舉了部分補(bǔ)開同層段單采井,測井解釋同層含水率與措施后初期生產(chǎn)動態(tài)符合率達(dá)81.8%,測井解釋成果為同層段精細(xì)挖潛提供了有力支撐。在測井精細(xì)處理解釋基礎(chǔ)上,利用建立的油水同層測井解釋標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測含水級別,結(jié)合井網(wǎng)及注采關(guān)系對SZ油田D區(qū)塊內(nèi)的二次加密井優(yōu)選潛力層進(jìn)行補(bǔ)孔合采,初期平均單井日增油量為1.15 t,投產(chǎn)初期含水率下降2.2%,現(xiàn)場應(yīng)用取得了較好效果。

表3 測井解釋產(chǎn)水率效果符合表

5 結(jié) 論

(1)SZ油田G油層油水同層泥質(zhì)含量高、含分散鈣質(zhì)、薄互層大量發(fā)育,采用并聯(lián)導(dǎo)電泥質(zhì)校正模型和數(shù)理統(tǒng)計(jì)鈣質(zhì)模型校正可突出儲層流體信息,在此基礎(chǔ)上的測井參數(shù)解釋有利于提高后續(xù)的定量解釋評價精度。

(2)基于取心井資料對比分析建立了薄層電阻率曲線校正系數(shù)圖版,結(jié)合變參數(shù)的飽和度方程,提高了油水同層飽和度的計(jì)算精度,在研究區(qū)應(yīng)用效果較好。

(3)通過相滲實(shí)驗(yàn)滲流規(guī)律分析,應(yīng)用可動水、束縛水資料結(jié)合試油資料建立的油水同層定量解釋標(biāo)準(zhǔn),實(shí)用性、可操作性和精度都滿足了油水同層開發(fā)的需求,可為油水同層開發(fā)補(bǔ)孔選層提供依據(jù)。