司馬立強, 王超, 吳豐, 王亮, 馬力, 王紫娟

(1.西南石油大學地球科學與技術學院, 四川 成都 610500; 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司測井公司, 重慶 400021; 3.西安昌源石油科技服務有限責任公司, 陜西 西安 710076)

0 引 言

可動水飽和度是儲層測井評價的重要參數(shù)[1],也是儲層流體性質(zhì)識別、產(chǎn)能預測、開發(fā)方案制定的參考依據(jù)。常規(guī)砂巖儲層中,可動水飽和度可通過巖石總含水飽和度與束縛水飽和度的差值確定[2]。然而,與常規(guī)砂巖儲層相比,致密砂巖儲層受復雜巖性、超低孔隙度滲透率、復雜孔隙結構等因素的影響,儲層巖電參數(shù)之間表現(xiàn)出明顯的非阿爾奇現(xiàn)象[3-6],常規(guī)的阿爾奇公式難以表征儲層的導電特性,準確計算儲層的含水飽和度?，F(xiàn)有的建立在常規(guī)砂巖儲層中的束縛水飽和度模型在復雜孔隙結構的致密砂巖儲層中應用效果較差[7-8]。

針對復雜儲層巖電關系呈現(xiàn)的非阿爾奇現(xiàn)象,前人開展了大量的研究[9-16]。國外學者Raiga-Clemenceau與Fraisse認為泥質(zhì)砂巖的總電導率是泥質(zhì)部分的電導率與巖石部分的電導率之和[9];Givens與Schmidt提出了一種考慮巖石骨架的電阻率模型[10-11];Crane提出了具有一般意義的擴展阿爾奇定律[12]。中國學者李舟波等在傳統(tǒng)體積模型的基礎上提出了三水模型,即將巖石總電導視為自由水、微孔隙水、黏土水3部分的并聯(lián)[13];黃布宙基于三水模型提出了一種三孔隙混合導電體積模型[14];李霞等對低孔隙度、低滲透率碎屑巖儲層巖石導電機理的研究認為不同孔隙類型是影響巖石導電的關鍵,進而提出巖石導電以大孔隙和微孔隙中流體為主的雙孔隙導電體積模型[15],但未能提出模型中微孔(束縛)孔隙度這一關鍵參數(shù)的測井評價方法,使得該模型在實際應用中受到限制;王明方研究雙孔隙組分模型在低滲透儲層的適用性中,也未能對該方法中的束縛孔隙度參數(shù)進行研究[16]。文獻顯示,描述儲層巖石導電特性,進而評價儲層含水飽和度的模型較多,但是,針對不同的儲層特征,其適應效果存在差異。

本文針對川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏致密砂巖儲層的可動水飽和度評價開展儲層特征分析,明確影響儲層巖石導電特性的主控因素。選取基于復雜孔隙結構的雙孔隙導電體積模型對該地區(qū)砂巖儲層飽和度進行研究,確定致密砂巖儲層可動水飽和度的模型,并對模型中的幾個關鍵參數(shù)進行了分析。

1 儲層特征

川西蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層氣藏位于川西凹陷,氣藏平面類型多樣,主要為構造及巖性雙重控制下的高壓、異常高壓氣藏。薄片資料顯示,儲層碎屑組分主要由石英、長石和巖屑組成,孔隙類型以粒間孔為主,含少量粒內(nèi)溶孔;儲層巖心樣品孔隙結構差異較大,不同類型的巖樣孔隙間的連通性明顯不同;巖石顆粒表面存在少量泥質(zhì);儲層孔隙度主要分布在2.82%～15.26%,平均孔隙度為8.66%;滲透率主要分布在(0.001～0.919)×10-3μm2,平均滲透率為0.125×10-3μm2;壓汞資料表明,孔喉半徑較小,在0.004～1 μm,表現(xiàn)為明顯的雙峰態(tài)分布特征;滲透率主要由0.25～1.6 μm的孔喉所貢獻(見圖1)。綜上所述,川西致密砂巖儲層物性較差,屬于低孔隙度、低滲透率儲層,孔隙結構復雜。常規(guī)求取中、高孔隙度滲透率儲層的飽和度計算方法研究該類儲層水可動性適用性不強,誤差較大。

圖1 致密砂巖儲層鑄體薄片以及壓汞孔喉分布圖

2 基于雙孔隙模型求取可動水飽和度

2.1 致密砂巖導電模型的選取

分析研究區(qū)9塊巖心的巖電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),微孔隙發(fā)育的巖心I—Sw關系均存在明顯的非阿爾奇現(xiàn)象,常規(guī)的阿爾奇模型無法準確描述該類儲層的非阿爾奇現(xiàn)象。李舟波等提出的三水模型以及李霞等提出的雙孔隙導電體積模型均能較好地描述這種巖電關系特征[13,15]。由于三水模型涉及參數(shù)較多,其實用性較差。儲層特征分析顯示蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層孔隙結構表現(xiàn)為明顯的雙峰態(tài),且泥質(zhì)含量較少。儲層的這些特征滿足雙孔隙導電體積模型的假設條件,為此選取雙孔隙導電體積模型研究儲層的I—Sw的非線性變化關系,以孔隙發(fā)育不同的I號巖心和II號巖心為例(巖心物性參數(shù)見表1),利用阿爾奇模型和雙孔隙導電體積模型分別對巖心的I—Sw關系進行研究。

圖2 I號巖心與II號巖心I—Sw關系對比圖

表1 I號巖心與II號巖心物性參數(shù)值

結果顯示,大孔隙發(fā)育的I號巖心,阿爾奇模型與雙孔隙導電體積模型均能較好描述巖心巖電關系特征[見圖2(a)];微孔隙發(fā)育的II號巖心,隨著含水飽和度的降低,I—Sw呈現(xiàn)出非線性的變化趨勢,即非阿爾奇特征明顯[見圖2(b)]。對于微孔隙較發(fā)育的致密砂巖儲層與常規(guī)阿爾奇模型相比,雙孔隙導電體積模型能夠較準確地表征巖石的巖電關系特征。

2.2 基于雙孔隙體積模型的可動水飽和度計算

雙孔隙導電體積模型將孔隙分為大孔隙和微孔隙。微孔隙中的水不可動,油氣等不能進入微孔隙;大孔隙中的水可動,油氣可進入大孔隙。雙孔隙體積導電模型數(shù)學表達式為

(1)

式中,φf為大孔(可動)孔隙度,%;φb為微孔(束縛)孔隙度,%;mf為大孔膠結指數(shù);mb為微孔膠結指數(shù);n為飽和度指數(shù);Rw為地層水電阻率,Ω·m;Rt為地層真電阻率,Ω·m;Swf為大孔中的含水飽和度,%;Swb為微孔中的含水飽和度,%;nb為微孔的飽和度指數(shù)。

雙孔隙導電體積模型中

(2)

將式(2)帶入式(1)得到大孔隙中的含水飽和度Swf

(3)

儲層中可動水飽和度可表示為

(4)

式(4)中,總孔隙度φ可以通過三孔隙度測井獲得,Rw可通過地層水分析資料獲得。要準確求取Swm,模型中mf、mb、n以及φb、φf等參數(shù)的求取是關鍵(其中,φf=φ-φb)。

2.3 模型參數(shù)的求取

2.3.1mf、mb等參數(shù)的計算方法

將研究區(qū)9塊巖心的巖電實驗數(shù)據(jù)進行非線性多參數(shù)擬合求最優(yōu)解,得到該地區(qū)每塊巖心對應的大孔隙膠結指數(shù)mf、微孔隙膠結指數(shù)mb以及飽和度指數(shù)n值。由于不同巖心孔隙結構不同,所得各參數(shù)值存在差異。分析發(fā)現(xiàn),巖心的mf、mb值與總孔隙度φ相關性較好,兩者相關系數(shù)均較高(見圖3);相同類型孔隙結構的巖心n值近似相等,使用時取n的平均值。

2.3.2 束縛孔隙度計算的新方法

圖3 孔隙度φ與mf、mb關系圖

圖4 2種模型計算Swir值與核磁共振實驗值交會圖

模型中束縛孔隙度φb可通過儲層束縛水飽和度求取,即φb=φSwir。但是,川西蓬萊鎮(zhèn)儲層屬于低孔隙度、低滲透率儲層,具有復雜的孔隙結構,準確求取束縛水飽和度難度較大,而實驗求取束縛水飽和度方法由于取心數(shù)量有限、實驗測試成本過高,在油氣田實際應用中存在一定局限性。譚海芳等[18-20]認為對于某個特定地區(qū),可選擇利用孔隙度建立束縛水飽和度模型;陳科貴等[8]認為致密砂巖儲層束縛水飽和度受到復雜孔隙結構的影響,可利用束縛水飽和度和孔隙結構指數(shù)之間的關系建立束縛水飽和度模型。針對川西某氣藏蓬萊鎮(zhèn)組致密砂巖儲層,分別嘗試采用孔隙度、孔隙結構指數(shù)與核磁共振測試束縛水飽和度建立束縛水飽和度模型[見式(5)、式(6)]求取儲層束縛水飽和度。結果表明,孔隙度與束縛水飽和度的相關性差,相關系數(shù)R=0.44;孔隙結構指數(shù)與束縛水飽和度相關性較高,相關系數(shù)R=0.78。

Swir=-0.015φ+0.843

(5)

Swir=-0.045ln (K/φ)+0.453

(6)

分別將2種模型計算的束縛水飽和度與核磁共振測試的束縛水飽和度進行對比(見圖4),結果表明,基于孔隙度計算的束縛水飽和度和核磁共振測試的束縛水飽和度二者平均絕對誤差10.12%;基于孔隙結構指數(shù)計算的束縛水飽和度和核磁共振測試的束縛水飽和度二者平均絕對誤差6.85%,但大多數(shù)點的分布仍然偏離45°線。分析發(fā)現(xiàn),束縛水飽和度除了受孔隙結構的影響,也受到粒度中值、泥質(zhì)含量的影響,使得上述2種方法求取束縛水飽和度效果較差。因此,在建立束縛水飽和度模型時應當考慮粒度中值、泥質(zhì)含量的影響。

常規(guī)測井分析中,泥質(zhì)含量Vsh的求取可通過自然伽馬值計算;粒度中值Md曲線的變化與自然伽馬曲線的變化存在明顯的相關性[21],因此,粒度中值的求取可通過自然伽馬值計算

lgMd=C0+C1ΔGR

(7)

式中,C0、C1為經(jīng)驗系數(shù);ΔGR為自然伽馬相對值。

(8)

結合常規(guī)測井數(shù)據(jù)以及核磁共振測試束縛水飽和度,利用統(tǒng)計回歸方法求取新模型中的系數(shù)

(9)

圖5 束縛水飽和度計算值與核磁共振實驗值交會圖

3 可動水飽和度計算方法的應用

針對川西某氣藏蓬萊鎮(zhèn)組儲層是否產(chǎn)水,以S2井為例,利用雙孔隙導電模型可動水飽和度計算方法及建立的束縛水飽和度模型對該井儲層水可動性進行分析(見圖6)。經(jīng)計算,射孔層段1 179～1 185 m處平均束縛水飽和度為50.47%,平均可動水飽和度為2.65%,可動水飽和度較小,綜合解釋為氣層;而利用常規(guī)阿爾奇模型求取的含水飽和度和束縛水飽和度值二者確定的平均可動水飽和度為8.78%。對比試油氣結果,產(chǎn)氣10 001 m3/d,產(chǎn)水0 m3/d。利用雙孔隙導電模型可動水飽和度計算方法得到的解釋結論與試油氣結果更符合。應用雙孔隙導電模型可動水飽和度計算方法分析處理了20多口井,對比試油氣結果,解釋符合率達到80%以上。

圖6 S2井測井解釋成果圖*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

4 結 論

(1) 致密砂巖儲層巖電關系存在明顯的非阿爾奇現(xiàn)象,可以使用基于雙孔隙導電體積模型計算儲層可動水飽和度。此外,雙孔隙導電體積模型中參數(shù)mf、mb與測井孔隙度相關性較好,可利用測井計算孔隙度直接求取,飽和度指數(shù)n值在特定地區(qū)變化不大,計算中可使用n的平均值。

(2) 考慮到致密砂巖儲層束縛水飽和度受儲層孔隙度、孔隙結構、黏土含量、粒度中值等因素的影響,提出了更加適用于川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)儲層的新型束縛水飽和度模型。新建立的束縛水飽和度模型平均絕對誤差最小,精度更高。

(3) 利用基于雙孔隙導電模型的可動水飽和度計算方法,結合新型的參數(shù)求取方法,在具有復雜孔隙結構的致密砂巖儲層適用性較好,提高了儲層可動水飽和度解釋精度,能較好地描述儲層水的可動性并對產(chǎn)水特征進行準確分析。

參考文獻:

[1] 葉禮友, 高樹生, 熊偉, 等. 可動水飽和度作為低滲砂巖氣藏儲層評價參數(shù)的論證 [J]. 石油天然氣學報, 2011, 33(1): 57-59.

[2] 黃偉崗, 郭平, 姜怡偉, 等. 橋白氣藏可動水實驗研究 [J]. 天然氣勘探與開發(fā), 2005, 28(2): 39-42.

[3] 孫小平, 石玉江, 姜英昆. 復雜孔隙結構儲層含氣飽和度評價方法 [J]. 天然氣工業(yè), 2000, 20(3): 4144.

[4] 王黎, 孫寶佃, 沈愛新, 等. 某油田低孔隙度低滲透率泥質(zhì)砂巖儲層巖電實驗及應用 [J]. 測井技術, 2005, 29(2): 91-94.

[5] 張明祿, 石玉江. 復雜孔隙結構砂巖儲層巖電參數(shù)研究 [J]. 測井技術, 2005, 29(5): 446-448.

[6] 石玉江, 李高仁, 周金昱. 泥質(zhì)型低滲砂巖儲層巖電性質(zhì)研究及飽和度模型的建立 [J]. 測井技術, 2008, 32(3): 203-206.

[7] 付晨東. 用核磁共振測井資料確定束縛水飽和度的新方法 [J]. 測井技術, 2011, 35(3): 243-246, 253.

[8] 陳科貴, 溫易娜, 何太洪, 等. 低孔低滲致密砂巖氣藏束縛水飽和度模型建立及應用——以蘇里格氣田某區(qū)塊山西組致密砂巖儲層為例 [J]. 天然氣地球科學, 2014, 25(2): 273-277.

[9] RAIGA-CLEMENCEAU J, FRAISSE C, GROSJEAN Y. The Dual-porosity Model, a Newly Developed Interpretation Method for Shaly Sands [C]∥SPWLA, 25th Annual Logging Symposium, Paris, France, 1984.

[10] GIVENS W W. Formation Factor, Resistivity Index and Related Equations Based upon a Conductive Rock Matrix Model(CRMM) [C]∥SPWLA, 27th Annual Logging Symposium, Dallas, Texas, 1986.

[11] GIVENS W W, SCHMIDTE J. A Generic Electrical Conduction Model for Low-contrast Resistivity Sandstone [C]∥SPWLA, 29th Annual Logging Symposium, Dallas, Texas, 1988.

[12] CRANE S D. IMPACTS of Microporosity, Rough Pore Surface and Conductive Minerals on Saturation Calculations from Electric Measurements: An Extended Archie’s Law [C]∥SPWLA 31st Annual Logging Symposium, Lafayette, Louisiana, 1990.

[13] LI Z B, MO X W. Study on Electric Property of Shaly Sand and Its Interpretation Method [J]. Jounal of Geoscientific Research in Northeast Asia, 1999, 2(1): 110-114.

[14] 黃布宙. 泥質(zhì)砂巖三孔混合導電模型及應用 [D]. 長春: 吉林大學, 2005.

[15] 李霞, 趙文智, 周燦燦, 等. 低孔低滲碎屑巖儲集層雙孔隙飽和度模型 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2012, 39(1): 82-91.

[16] 王明方. 低滲透儲層孔隙結構評價方法研究——以以南堡油田東營組二段和三段為例 [D]. 東營: 中國石油大學(華東), 2012.

[17] 趙毅, 胡斌, 張路崎, 等. 基于核磁共振和壓汞實驗的儲層束縛水飽和度計算方法 [J]. 科技導報, 2010, 28(11): 64-67.

[18] 譚海芳, 黃書坤. 確定束縛水飽和度的方法研究 [J]. 國外測井技術, 2006, 21(4): 23-24.

[19] 高華, 高楚橋, 胡向陽. 鶯歌海盆地束縛水飽和度影響因素研究 [J]. 石油物探, 2005, 44(2): 158-159.

[20] 李寧, 周克明, 張清秀, 等. 束縛水飽和度實驗研究 [J]. 天然氣工業(yè), 2002, 22(增刊): 110-113.

[21] 洪有密. 測井原理與綜合解釋 [M]. 東營: 中國石油大學出版社, 2004.