朱學娟,劉 鳳,張瑞香

(中國石油大學勝利學院 油氣工程學院,山東 東營 257000)

一水淹層巖石物理特征變化規(guī)律研究

朱學娟,劉 鳳,張瑞香

(中國石油大學勝利學院 油氣工程學院,山東 東營 257000)

油層水淹后儲層非均質(zhì)性增強,剩余油分布復雜,導致水淹層定量評價困難。明確水淹層的巖性、物性、電性等巖石物理特征能夠幫助建立測井解釋模型。對南堡構(gòu)造某區(qū)塊的水淹層取心,通過巖石物理實驗,進行孔隙度、滲透率和核磁T2譜測量,明確水淹層物性參數(shù)的變化。對取心進行水驅(qū)和巖電實驗,研究油層水淹后電阻率的變化,以及飽和度模型中膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù)的變化,分析其影響因素,為水淹層剩余油飽和度模型的建立提供依據(jù)。

水淹層;巖石物理;物性特征;電性特征

隨著油田注水開發(fā)程度的不斷提高,目前多數(shù)油田已進入高含水或特高含水階段。為了提高水驅(qū)階段的采收率、最大限度地挖掘剩余油潛力,準確評價水淹層、搞清楚地下剩余油的分布至關(guān)重要,這就要求準確計算以剩余油飽和度為核心的水淹油層產(chǎn)出參數(shù)、剩余油與殘余油飽和度、產(chǎn)能、含水率等參數(shù)[1-2]。對于水淹層參數(shù)計算及定量評價,應(yīng)用最多的是以體積模型為基礎(chǔ)的測井響應(yīng)方程和以Archie公式為核心的飽和度模型,同時還廣泛根據(jù)巖心實驗分析資料和試油與測井資料,建立適合于各地區(qū)水淹層特征的各種測井解釋經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀o論哪種模型,都必須以巖心的巖石物理實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以巖石物理特征和水淹機理為依據(jù)進行建模,所以,研究水淹后巖石物理特征的變化至關(guān)重要,尤其是巖石的電阻率變化特征和規(guī)律,直接決定了剩余油飽和度模型的建立。

1 巖石物性變化特征

1.1 物性參數(shù)變化特征

儲層物性參數(shù)孔隙度和滲透率是儲層定量評價最重要的參數(shù),同時也是反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。注水開發(fā)過程中,孔隙壁上附著的黏土遭到?jīng)_刷,半徑較大的孔隙內(nèi)的黏土更容易被沖走,使孔隙半徑或喉道變得更大,孔隙的彎曲度減小,連通性變好,巖石的孔隙結(jié)構(gòu)系數(shù)變小,所以物性越好的儲層,水淹后孔隙度和滲透率越容易增加[2]。圖1和圖2分別是對某地區(qū)的取心樣品進行水驅(qū)實驗前后的孔隙度和滲透率對比圖,可以看出絕大部分的樣品水驅(qū)后孔隙度和滲透率都有所增加。分析個別取心的滲透率沒有變化或減小的原因,應(yīng)該是分布在較小喉道中的黏土沒有被沖散甚至遇水膨脹堵塞了喉道,從而導致滲透率減小[3]。

這種孔隙度和滲透率的變化,尤其是孔隙結(jié)構(gòu)的改變,將會很大程度地影響巖石電阻率的變化,特別是Archie公式中反映巖性和孔隙結(jié)構(gòu)的膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n。

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)變化特征

巖石孔隙度結(jié)構(gòu)是影響巖石導電性能的重要因素,因而也是利用電阻率進行飽和度建模時必須考慮的因素。巖石物理中一般利用核磁共振實驗來研究孔隙結(jié)構(gòu)[4],利用與地層水礦化度相同的鹽溶液對巖心進行水驅(qū)實驗,并且分別測量水驅(qū)前后巖心的核磁T2譜,T2譜靠后的包絡(luò)面積代表較大孔隙的體積,靠前的代表較小的孔隙或喉道的體積,二者的相對大小反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)。

圖1 水驅(qū)前后孔隙度變化

圖2 水驅(qū)前后滲透率變化

從圖3可以看出,水驅(qū)后由于注入水對泥質(zhì)和細小顆粒的沖刷,大孔隙的相對體積增大,小孔隙相對體積減少,孔隙結(jié)構(gòu)變好。因水驅(qū)前后采用不同的儀器測量，儀器參數(shù)設(shè)置不同，所以信號幅度采用相對值。反映到電性特征上,孔隙的彎曲度減小,流體的滲流通道變好,即導電路徑變好,使巖石的電阻率降低。

圖3 巖石水驅(qū)前后核磁T2譜變化特征

2 巖石電性變化特征

2.1 水淹油層的電阻率變化特征

按注入水Rwj和儲層原來的地層水Rw的礦化度或電阻率的相對大小,可以將水淹層分為淡水水淹(Rwj/Rw≥10)、地層水水淹(1≤Rwj/Rw<5)和污水水淹(5

(1)

(2)

式中,a、b、a′、b′為水淹前、后經(jīng)驗系數(shù);m、m′為水淹前、后膠結(jié)指數(shù);n、n′為水淹前、后飽和度指數(shù);φ、φ1為水淹前、后孔隙度;Rw、Rwz為地層水、混合水電阻率,Ω·m;Sw、Sw1為水淹前、后含水飽和度。

從式(2)中可以得出,對某一固定的地區(qū),水淹層的電阻率取決于混合地層水電阻率Rwz和水淹后的含水飽和度[5]。

從上述進行孔隙度實驗的取心中挑選取心質(zhì)量好、孔隙度中等的兩塊巖心進行水驅(qū)巖電實驗。根據(jù)本地區(qū)的水分析資料確定出地層水礦化度約為3 500×10-6,所以使用3 500×10-6的溶液進行巖心飽和,再分別使用1 500×10-6、2 500×10-6和3 500×10-6礦化度的溶液進行水驅(qū)實驗,同時多次測量巖心的電阻率和含水飽和度,作出電阻率—含水飽和度交會圖(圖4)?？梢钥闯?用1 500×10-6的溶液驅(qū)替時,電阻率隨著含水飽和度的增大先減小再增大,呈現(xiàn)出“U”形特征;用2 500×10-6的溶液驅(qū)替時,電阻率隨含水飽和度的增大先減小再增大,而含水飽和度達到85%時電阻率又減小,呈現(xiàn)出“S”形的曲線特征;使用3 500×10-6的溶液驅(qū)替后得到的電阻率曲線則隨著含水飽和度的增大而單調(diào)遞減[5]。這說明,對于淡水水淹的油氣層,電阻率變化情況比較復雜,由于淡水注入后使油層內(nèi)混合流體的電阻率增加,從而導致水淹層電阻率增大,而另一方面注入水驅(qū)替了一部分油氣,含油氣飽和度降低,又會使水淹層電阻率降低,所以從宏觀來看,油層被水淹后,電阻率可能降低也可能增高,還有可能不變[6-7]。即同一電阻率可以對應(yīng)兩個甚至三個含油飽和度數(shù)值,使測井解釋出現(xiàn)多解性,應(yīng)用電阻率方法評價含水飽和度將十分困難。

圖4 水驅(qū)巖心電阻率—含水飽和度交會圖

2.2 膠結(jié)指數(shù)m的變化特征及影響因素分析

阿爾奇公式是在計算飽和度時應(yīng)用最廣泛的公式,很多其他更復雜的飽和度公式也是在阿爾奇公式的基礎(chǔ)上建立的。它是連接孔隙度測井與電阻率測井的橋梁,是利用巖石孔隙度和電阻率求取流體飽和度的基礎(chǔ)。其中,膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n是計算過程中不可或缺的參數(shù),它們的準確與否也直接影響了含油飽和度的計算結(jié)果。m和n是與巖性、巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等地質(zhì)因素有關(guān)的參數(shù),油層被水淹后,其泥質(zhì)含量、物性大小、孔隙結(jié)構(gòu)等都發(fā)生了變化,所以利用原始油層的阿爾奇參數(shù)已無法準確計算飽和度,必須深入研究水淹后m和n的變化以及影響它們變化的因素,對于飽和度的計算至關(guān)重要[8-9]。

對上述地區(qū)不同巖性的取心,進行1 500×10-6礦化度溶液100%飽和后測量得到的地層因數(shù)與孔隙度交會圖,分巖性進行擬合可以得到不同巖性下阿爾奇公式中膠結(jié)指數(shù)m,如圖5所示。然后對這些巖心分別利用礦化度2 500×10-6、3 500×10-6和4 500×10-6的溶液進行相同的實驗,可以得到類似于圖4的地層因數(shù)—孔隙度交會圖,此處因為篇幅原因不一一列出,最終得到不同礦化度下,不同巖性的膠結(jié)指數(shù)m的值,如表1所示。

圖5 不同巖性的地層因數(shù)—孔隙度交會圖

礦化度/10-6巖性粗砂巖中砂巖細砂巖粉砂巖泥質(zhì)粉砂巖10001.51.361.201.020.8820001.651.551.421.221.0530001.741.631.511.351.2240001.781.681.551.43—

注：由于泥質(zhì)粉砂巖含泥較多,膠結(jié)差,經(jīng)多次溶液飽和沖刷,巖心被破壞,無法得到有效的地層因素和m值。

從圖5和表1中可以看出,當?shù)貙铀V化度穩(wěn)定時,不同巖性的m值不同,巖石顆粒越粗、巖性越純,膠結(jié)指數(shù)越大。對水淹層來說,注水之后巖石的黏土等細粒成分被沖刷,泥質(zhì)含量減少,巖性變純,所以油層水淹之后膠結(jié)指數(shù)增大。而當?shù)貙铀V化度不同時,各種巖性的膠結(jié)指數(shù)都隨礦化度的增加而增大。從表1不同巖性的m值進行對比可以看出,顆粒越粗的巖石,m隨礦化度變化而變化的量越小,巖性越細時,m隨礦化度變化而變化的量越多;而不同行之間相對比可以得出,低礦化度條件下,不同巖性間的m值相差較大,而高礦化度條件下不同巖性間的m值相差較小。

2.3 飽和度指數(shù)n的變化特征及影響因素分析

對于上述巖電實驗的巖心進行不同含水飽和度下的巖石電阻率測量,得到電阻增大率-含水飽和度交會圖,同樣以礦化度為1 500×10-6的溶液條件下的實驗數(shù)據(jù)為例,如圖6所示,擬合可以得到不同巖性的飽和度指數(shù)n。同理,分別利用礦化度2 500×10-6、3 500×10-6和4 500×10-6的溶液進行相同實驗,得到不同礦化度條件下不同巖性的飽和度指數(shù)n,見表2。

圖6 不同巖性的電阻增大率-含水飽和度交會圖

礦化度/10-6巖性粗砂巖中砂巖細砂巖粉砂巖15001.431.251.130.9025001.561.401.29—35001.701.531.431.2145001.801.621.50—

注：由于多次的飽和和離心,有效的巖心樣品比計算m值時更少,部分實驗條件下沒有得到有效數(shù)據(jù)。

從圖6和表2中可以看出,相同注入水礦化度條件下,飽和度指數(shù)n隨巖性變化而變化,巖性越純、巖石顆粒越大,飽和度指數(shù)越大。相同巖性條件下,礦化度越高,飽和度指數(shù)越大。表2中不同礦化度間對比可以看出,低礦化度條件下,不同巖性之間的n相差較大,而高礦化度時,不同巖性間n值的相對變化幅度較小。

綜合膠結(jié)指數(shù)m和飽和度指數(shù)n的變化特征可以看出,進行水淹層飽和度建模時,對于m和n的確定要綜合考慮水淹前后巖性的變化和注水后混合地層水電阻率的變化。

3 結(jié) 論

(1)油層水淹后,儲層的巖性和物性產(chǎn)生變化,巖性變純,泥質(zhì)含量減少,孔隙度和滲透率通常會增大,孔隙結(jié)構(gòu)變好。但對于含特殊黏土礦物的儲層,由于黏土的遇水膨脹滲透率也可能會降低。

(2)水淹后的巖石電阻率變化較為復雜,其變化特征受到注入水礦化度和含水飽和度的綜合影響。利用電阻率建立飽和度模型時,模型中的參數(shù)如膠結(jié)指數(shù)和飽和度指數(shù)變化也較復雜,同時受儲層巖性和注入水礦化度的影響,所以在對水淹層進行飽和度計算時要綜合考慮多種影響因素。

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[責任編輯]胡秋媛

2015-10-20

朱學娟(1987—),女,山東魚臺人,中國石油大學勝利學院油氣工程學院助教,主要從事測井方法和測井解釋與處理研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.004

P631.81

A

1673-5935(2015)04- 0015- 04