楊景強(qiáng)，樊太亮，馬宏宇，王敬巖，楊青山

（1.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院，北京100083；2.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

L油田于1987年投入全面開發(fā)，目前已進(jìn)入中、高含水期，注水方案調(diào)整期較短，含水上升較快。主力油層埋深在1 460～1 530m之間，原始地層水為碳酸氫鈉型，總礦化度平均為6 700mg／L左右。儲層巖性以含泥細(xì)、粉砂巖為主，碎屑成分主要為石英、長石和巖屑，并且含有一定量的碳酸鹽顆粒，平均有效孔隙度為18.7%，平均空氣滲透率為40mD（非法定計量單位，1mD＝9.87×10－4μm2，下同），屬典型中低滲透儲層。儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)；物性條件相對較差，含泥、含鈣嚴(yán)重；孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，薄互層發(fā)育；儲層水淹后測井響應(yīng)信息反映弱。本文從儲層分類研究入手，對儲層參數(shù)分布特征進(jìn)行了分析，通過引入巖石物理相劃分技術(shù)，應(yīng)用概率圖統(tǒng)計方法，將研究區(qū)儲層劃分為3類；在水淹機(jī)理實驗中，分別對3類儲層樣品開展了驅(qū)替實驗，獲得了巖心電阻率、電阻率增大率與含水飽和度的變化規(guī)律。以此為指導(dǎo)，結(jié)合研究區(qū)儲層含泥含鈣的特點，以有效介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)飽和度模型，取得了較好的解釋應(yīng)用效果。

1 儲層分類研究

對于中低滲透率儲層，儲層分類評價是解決非均質(zhì)性問題的有效途徑?，F(xiàn)場實踐證明，儲層儲集性能的差異，其產(chǎn)出與注水受效程度均存在差異，對應(yīng)的測井響應(yīng)特征也會不同。為了突出表征不同儲層之間的差異，國內(nèi)外學(xué)者普遍應(yīng)用流動單元的概念實現(xiàn)儲層分類評價［1］。相同流動單元具有相似的物理特征和流體滲流能力，致使其水淹及剩余油分布特征一般也具有相似性。而儲層巖石物理相作為流動單元劃分的基礎(chǔ)，對儲層巖性、物性、電性及含油性等均具有一定的控制作用，參數(shù)表征為孔隙度（φ）、滲透率（K）、泥質(zhì)含量（Vsh）、粒度中值（Md）及流動帶指標(biāo)（Ifz）。其中泥質(zhì)含量和粒度中值主要反映了儲層的巖石相特征，孔隙度、滲透率反映了儲層的物性特征，而流動帶指標(biāo)值反映儲層的微觀結(jié)構(gòu)特征。Ifz是把孔隙結(jié)構(gòu)和礦物地質(zhì)特征結(jié)合起來判定不同孔隙幾何相的一個參數(shù)，可表示為

研究過程中，對目的層360塊樣品應(yīng)用概率圖法實現(xiàn)儲層分類（見圖1）。通過Ifz概率圖可以將研究區(qū)目的儲層劃分為3類：Ⅰ類儲層物性較好，Ifz值大于1；Ⅱ類儲層物性稍差，Ifz值介于0.1到1；Ⅲ類儲層物性最差，Ifz值小于0.1。

2 水淹機(jī)理實驗分析

由于注入水礦化度的不同，儲層電阻率隨著水淹程度的增加，其變化規(guī)律表現(xiàn)為不同的形態(tài)，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律提出了解釋方程，為水淹層的機(jī)理研究和實際解釋應(yīng)用提供了一定的幫助［2－3］。

圖1 基于Ifz概率圖的儲層分類

2.1 電阻率實驗分析

為了從機(jī)理上探索不同注水條件下中低滲透率儲層電性響應(yīng)的變化規(guī)律，分別對3類儲層樣品開展了多礦化度水驅(qū)油電阻率實驗。在實驗設(shè)計中，根據(jù)研究區(qū)實際水分析資料，配制了3種不同礦化度的模擬地層水：1 000、3 500、6 000mg／L。其中1 000mg／L模擬地層水用來代表油田開發(fā)初期注入的淡水，3 500mg／L模擬地層水用來代表油田注入的污水，6 000mg／L模擬原始地層水，用每一種礦化度的模擬地層水對同一巖心樣品分別進(jìn)行驅(qū)替實驗。

實驗結(jié)果表明，3類儲層電阻率參數(shù)隨溶液礦化度的變化表現(xiàn)出較一致的規(guī)律，即當(dāng)驅(qū)替水溶液接近于原始地層水礦化度時，巖石電阻率呈現(xiàn)單調(diào)降低的特點。若巖石物性條件不同，其巖石電阻率與含水飽和度間的關(guān)系隨地層水礦化度不同具有復(fù)雜的變化關(guān)系：當(dāng)使用1 000mg／L左右的淡水驅(qū)替時，巖石電阻率呈現(xiàn)“L”型曲線的特點；當(dāng)使用3 500mg／L左右的模擬注入污水驅(qū)替時，巖石電阻率變化規(guī)律介于前二者之間，而且，巖石物性條件越好，巖石電阻率在高含水飽和度時變化越平緩。

圖2所示為3類儲層樣品模擬污水回注條件（礦化度3 500mg／L）驅(qū)替實驗規(guī)律圖。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層巖心樣品分析孔隙度分別為0.166、0.213和0.146，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層巖心分析空氣滲透率分別為55.1、15.7mD和1.24mD。圖2表明，在目前注水條件下，儲層在水淹過程中電阻率隨含水飽和度的增大應(yīng)該是逐漸降低的；但降低的具體規(guī)律不同，儲層物性越差，電阻率降低的幅度越小。

2.2 電阻率增大率實驗分析

對于L油田，在目前的注水條件下，目的儲層的電性測井響應(yīng)規(guī)律是基本呈下降趨勢，而且儲層物性條件越好，注水強(qiáng)度越大，受效時間越長，其電阻率下降的幅度就越大。這是開展水淹層測井定性識別的理論基礎(chǔ)。

圖2 3類儲層樣品模擬污水回注條件驅(qū)替實驗規(guī)律圖

圖3 3類儲層樣品電阻增大率與含水飽和度關(guān)系圖

圖3為3類儲層樣品電阻率增大率與含水飽和度變化關(guān)系圖?？梢姡?類儲層飽和度指數(shù)具有一定的規(guī)律：儲層物性條件越好，飽和度指數(shù)越高，相同含水飽和度增量所對應(yīng)的電阻率下降值越大；反之，則相同含水飽和度增量所對應(yīng)的電阻率下降值就會越小。這種規(guī)律產(chǎn)生的根本原因通常與中低滲透儲層的親水性特點緊密相關(guān)。

對于以孔隙為主的砂巖儲層，儲集空間主要由微孔隙和滲流孔隙組成。在油藏形成之前，微孔隙完全被束縛水所占據(jù)，流體在微孔隙中不能滲流；而滲流孔隙中的水包括可動水和束縛水，可動水存在于毛細(xì)管阻力較小的粒間孔隙中，束縛水則主要為巖石孔壁及孔角上的薄膜滯留水。如果在成藏過程中，油氣運(yùn)移的動力不足，使?jié)B透孔隙中保留下一部分薄膜滯留水，那么這類油層就會成為親水性油層；而且薄膜滯留水的飽和度越高，其親水性就越強(qiáng)。

油田注水開發(fā)過程實際上可以看作成藏過程的逆過程。在水驅(qū)過程中，對于物性條件好的親水性油層，一般大孔隙所占比例較大，注入水通常先流過較大的孔隙，將大孔隙中的油和部分油膜驅(qū)替走，使大孔隙中的含水飽和度增高，形成良好的導(dǎo)電通道，電性上反映出注水初期電阻率下降快。而對于物性條件差的親水性油層，孔隙比較均勻且以小孔隙分布居多，在較強(qiáng)的注水條件下，很容易將孔隙中的油驅(qū)替走，從而使油層水淹狀態(tài)下的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加發(fā)達(dá)，電阻率緩慢下降。

由密閉取心分析資料可知，Ⅰ類油層的原始含油飽和度為50%左右，假定強(qiáng)水淹后含油飽和度降為20%左右，對應(yīng)圖3分析可得，其電阻率增大率由3.2左右降為1.5左右，即Ⅰ類油層強(qiáng)水淹后電阻率會下降10Ω·m以上。而對于Ⅲ類油層，其原始含油飽和度就稍差，強(qiáng)水淹后其電阻增大率由2左右降為1.4左右，電阻率下降值僅為4～5Ω·m左右。因此，在儲層分類的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水淹層定性識別和定量評價是有據(jù)可依的。

3 水淹層測井定量評價

水淹層定量評價是指通過計算以剩余油飽和度為核心的產(chǎn)層參數(shù)來完成的。以往在解釋方法上，主要基于阿爾奇方程，雖然目前已提出了一些改進(jìn)模型，如淡化系數(shù)方程、雙地層水電阻率模型等，但剩余油飽和度計算精度仍難以適應(yīng)油田剩余油描述和油田加密調(diào)整的需要［4－5］。

3.1 目前含水飽和度模型

儲層巖石電阻率與含油飽和度及孔隙度的關(guān)系，對于純砂巖可由阿爾奇公式很好地描述，但是儲層巖石中黏土礦物或碳酸鹽顆粒的存在使得這種關(guān)系變得非常復(fù)雜［6］。

結(jié)合研究區(qū)儲層的特點，基于層狀泥質(zhì)與分散泥質(zhì)砂巖并聯(lián)導(dǎo)電，而將分散泥質(zhì)砂巖分成導(dǎo)電的砂巖骨架顆粒、不導(dǎo)電的油氣、分散黏土顆粒、鈣質(zhì)顆粒、微毛細(xì)管孔隙水以及可動水等6種成分，并應(yīng)用有效介質(zhì)對稱導(dǎo)電理論，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)電阻率模型。

目前含水飽和度模型表達(dá)形式為

式中，Sw為目前含水飽和度，%；φ為有效孔隙度，小數(shù)；Ct為儲層電導(dǎo)率，S／m；Cw為地層水電導(dǎo)率，S／m；Vcl為黏土含量，小數(shù)；VCa為鈣質(zhì)含量，小數(shù)。其中部分參數(shù)可以通過測井資料和巖電實驗分析數(shù)據(jù)最優(yōu)擬合獲得。

實際應(yīng)用表明［7］，對于含泥含鈣儲層，有效介質(zhì)對稱導(dǎo)電理論具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，模型計算的含水飽和度與巖心分析含水飽和度具有很高的吻合程度。

3.2 原始含水飽和度模型

一般在純含油段，巖石中原始水主要由附著在巖石顆粒表面的束縛水、受毛細(xì)管力作用存在于小孔隙中的殘存水以及油氣運(yùn)移過程中未能充分驅(qū)替的少量原生自由水等形態(tài)組成，原始含水飽和度主要與巖石的比面有關(guān)，巖石比面與其滲透率成反比，巖石比面越大，滲透率越低，束縛水含量越高，所以原始含水飽和度隨空氣滲透率的增加而降低。

應(yīng)用油田開發(fā)早期完鉆的2口密閉取心井117個層點，建立研究區(qū)油層原始含水飽和度解釋模型為

Swi＝－7.8512ln K＋75.42 （3）式中，Swi為原始含水飽和度，%；K為空氣滲透率，mD。相關(guān)系數(shù)為0.96，平均絕對誤差2.3%，平均相對誤差為4.6%，參數(shù)精度滿足石油儲量規(guī)范要求。

3.3 水淹級別定量劃分標(biāo)準(zhǔn)

水淹級別定量劃分標(biāo)準(zhǔn)通常采用含水率、含油飽和度、含水飽和度變化量（目前含水飽和度與原始含水飽和度之差）、采出程度（含水飽和度變化量與可動液飽和度之比）等參數(shù)，國內(nèi)各油田普遍與油公司原四級標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)或基本對應(yīng)，但劃分依據(jù)存在一定的差別，具有一定的區(qū)域性［8］。在研究過程中，一方面與油公司水淹級別劃分標(biāo)準(zhǔn)相銜接，同時考慮到中低滲透儲層的特點，以密閉取心分析和相滲資料標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，確定出不同水淹級別對應(yīng)的含水飽和度變化量ΔSw的界限值。圖4為儲層含水率與含水飽和度變化量關(guān)系圖?？梢姡蕿?0%和80%時，所對應(yīng)的含水飽和度變化量分別為10%和20%。故可建立水淹級別定量劃分標(biāo)準(zhǔn)：油層或弱水淹層ΔSw≤10%；中水淹層10%＜ΔSw＜20%；強(qiáng)水淹層ΔSw≥20%。

圖4 水淹級別定量劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.4 密閉取心井應(yīng)用效果評價

表1為LJ井密閉取心分析與測井解釋成果對比表。共解釋19層，符合16層，符合率達(dá)到84.2%，應(yīng)用效果良好，能夠滿足水淹層解釋和剩余油評價的需要。

表1 LJ井密閉取心分析與水淹層測井解釋對比表

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）通過應(yīng)用概率圖法對L油田主要目的油層實現(xiàn)儲層分類，可以有效解決中低滲透儲層非均質(zhì)性評價的技術(shù)難點。

（2）在對3類儲層開展多礦化度實驗和電阻率增大率實驗分析的基礎(chǔ)上，從機(jī)理上分析了親水性中低滲透儲層的形成與水淹機(jī)理。水淹后儲層電阻率基本呈下降的趨勢，而且儲層物性條件越好，注水強(qiáng)度越大，受效時間越長，其電阻率下降的幅度就越大。

（3）針對L油田中低滲透率儲層含泥、含鈣、薄互層發(fā)育的特點，建立了含鈣泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)電阻率模型，實現(xiàn)了飽和度定量計算，經(jīng)密閉取心資料檢驗，水淹層測井解釋符合率達(dá)到80%以上，能夠滿足剩余油評價的需要。

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