大庆外围扶杨油层组低孔渗储层饱和度计算方法

张美玲, 丛 琳, 张士奇, 孙宝刚

( 1. 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田有限责任公司 榆树林分公司， 黑龙江 大庆 163453 )

0 引言

大庆外围油田高台子、扶杨油层组储层的孔隙度一般小于20%、渗透率小于50×10-3μm2，属于典型的低孔渗储层[1].沉积作用、成岩作用和构造作用是低孔渗岩层形成的主要控制因素，构造作用主要形成裂缝性低渗透储层，沉积作用主要形成微细粒低渗透储层[2].由于大庆外围油田高台子、扶杨油层组的低渗透储层多为碎屑岩粒间孔隙，且岩层颗粒涉及粗砂、粉砂及泥等不等，因此成岩作用是造成储层低孔渗的主要因素，其特征主要表现为孔隙连通性差、喉道半径小、层内及层间非均质性强.这类储层测井评价存在困难，饱和度参数是储层精细评价的重要参数.自1942年阿尔奇建立电测井定量评价饱和度关系式之后，基于实际岩层的复杂状况，饱和度模型得到深入发展[3].目前，这些理论在国内不同研究区块得到应用和发展[4-8]，突出体现在复杂泥质结构对电阻率的影响及饱和度方程中指数的计算等.其中双水饱和度模型以其“黏土水”的概念更符合一般的解释框架[9-10]而得到广泛应用.

影响大庆外围油田扶杨储层低孔渗结构的主要因素为泥质体积分数高及钙质胶结[11-14].因此，以双水饱和度模型为基础模型，考虑储层中的高含泥特征，根据典型岩心样品实验数据，建立地层电阻率因素与储层泥质体积分数、钙质体积分数之间的关系，以小层为单元给出与之适应的饱和度模型参数[15]，以解决大庆外围扶杨储层饱和度评价困难的问题.

1 泥质、钙质胶结对储层孔渗条件及含油性的影响

1.1 孔隙度、渗透率

分析大庆外围油田587个岩心样品，按照不同的泥质与钙质体积分数绘制孔隙度(φ)与渗透率(K)的交会图(见图1).由图1可以看出，孔隙度、渗透率较好的储层大都集中在泥质、钙质体积分数小于15%的层；随着泥质、钙质体积分数的升高，孔隙度、渗透率逐渐变小，储层孔渗条件下降.

1.2 含油性

研究卫星地区扶杨油层组储层岩性参数特征，该区扶杨油层储层具有含泥较高、颗粒较细、普遍含钙的特征，影响储层的含油性.根据不同的录井取心含油状况，绘制泥质体积分数与钙质体积分数交会图(见图2).由图2可以看出，地质录井油斑以上级别的样点主要对应钙质、泥质体积分数低于15%的储层；高含泥、含钙储层的含油级别降低.

2 双水饱和度模型及其参数的计算

建立储层饱和度测井解释模型：在求取岩性(泥质、钙质)、物性、孔隙结构及地层水等参数的基础上，确定储层完全含水电阻率；再将储层完全含水电阻率与其测量电阻率对比，确定储层的含油性.

2.1 双水饱和度模型

双水饱和度模型为

Sw=(F×Rwe×b/Rt)1/n,

式中：F为地层因素；Rwe为地层水等效电阻率；b为与岩性有关的系数；n为饱和度指数；Rt为储集层电阻率.

2.2 地层水等效电阻率

根据双水孔隙度模型，储层中不仅自由水可以导电，黏土束缚水也同样具有导电性，地层水的等效电阻率相当于二者并联的结果，即

1/Rwe=1/Rw+1/RwiorCwe=Cw+Cwi,

式中：Rw为自由水电阻率，是地层水矿化度(Sal)及温度的函数；Rwi为束缚水电阻率；Cwe为地层水等效电导率；Cw为自由水电导率；Cwi为束缚水电导率.其中

1/Rwi=Cwi=((QV)sh×Vsh×φtsh×Be)/φt,

式中：(QV)sh为纯泥岩的阳离子交换容量，松辽盆地中浅层一般为0.18 meq/cm3；Vsh为纯泥岩的体积分数；φtsh为纯泥岩的总孔隙度，由中子、密度、声波测井经井眼校正后计算得到；Be为阳离子的当量电导率，单位为Ω·cm3/(meq·m)，由实验测量得到，一般取为3.83，Be=3.83(1-0.83e-0.5Cw)；φt为岩层总孔隙度.

2.3 地层因素

传统方法采用分地区、分层位使用固定一组a、m指数确定饱和度，该方法难以适应复杂多样储层的需求.为提高饱和度的计算精度.文中采用逐层计算地层因素F的方法，跨越对a、m指数难以确定的选取过程.由实验获得地层因素与储层有效孔隙度之间的关系见图3.由图3可以看出：对于较纯的砂岩层，地层因素与有效孔隙度在双对数图版中，呈反比例关系，纯砂岩层的实验样点集中在回归线附近；当储层泥质充填物含量较高时，由于湿黏土的附加导电性，在相同φe条件下，泥质砂岩的地层因素低于纯砂岩的，泥质体积分数越大，地层因素越低；当储层钙质胶结物体积分数较高时，储层孔隙结构复杂化，在相同φe条件下，钙质砂岩的地层因素高于纯砂岩的，钙质体积分数越大，地层因素越高.

在储层完全含水条件下，地层因素F由泥质体积分数(Vsh)、孔隙度(φ)、渗透率(K)等岩性参数回归计算得到.

(1)钙质及泥质体积分数小于15%时，拟合公式为

图3 地层因素与储集层有效孔隙度交会图

则F=ey，其中：相关因数为0.77，平均相对误差为8.09%，样本点数为21.

(2)钙质体积分数大于15%时，拟合公式为

y=6.83-0.08φ+0.03K+0.30Vsh+

0.11lnφ-0.08lnK+2.40lnVsh,

则F=ey，其中：相关因数为0.86，平均相对误差为32.94%，样本点数为10.

(3)泥质体积分数大于15%时，拟合公式为

y=0.02+6.53φ-0.09K-0.08Vsh-

1.90lnφ+0.11lnK+2.21lnVsh,

则F=ey，其中：相关因数为0.72，平均相对误差为26.02%，样本点数为13.

该方法既考虑孔隙度对F起到的主导作用，又兼顾储层充填物(泥质)、胶结物(钙质)对孔隙结构复杂化的影响.对于泥、钙质体积分数高的岩层(不考虑裂缝等次生孔隙情况)，一般不会成为储层，未进行计算(由于泥质体积分数、孔隙度、渗透率的计算方法较成熟，限于篇幅，不再赘述).

2.4 储层完全含水电阻率

确定F后，确定任一储层在完全含水情况下的电阻率Ro(Ro=FRwe)，再确定储层的电阻率增大因数I(I=Rt/Ro).

2.5 饱和度指数

图4 岩心孔隙度、渗透率计算n值精度对比

2.6 束缚水饱和度

当储层油的相对渗透率远高于水的相对渗透率，储层只产油而不出水时，储层的含水饱和度称为束缚水饱和度(Swi).目前利用测井资料确定束缚水饱和度的方法建立在岩心与测井资料统计分析的基础上.根据研究区2口密闭取心井试油纯产油层的饱和度分析数据，建立探井系列束缚水饱和度公式：

y=-593.85+41.08ρb-0.66φN-2.31Δt-2.26ΔGR-94.00lnρb+13.34lnφN+

168.69ln Δt+0.31ln ΔGR,

则Swi=ey，其中：ρb为密度；φN为中子孔隙度；Δt为声波时差；ΔGR为伽马最大和最小值差值与伽马和伽马最小值差值的比.

3 效果验证

确定双水饱和度模型参数后，即可确定束缚水饱和度Swi及总含水饱和度Sw.对比研究区树1#密闭取心井的岩心含水饱和度和计算含水饱和度(见图5，其中：Swi-core为岩心束缚水饱和度，Sw-core为岩心总含水饱和度)，饱和度相对误差为7.6%，计算精度较高.由图5可以看出，F161层(1 694.93～1 697.98 m)，平均驱油效率(Sw-Swi)/(1-Swi)大于31%，水淹特征明显，为中水淹层.该层投产后含水率达到57%，计算结果与投产结果一致.

图5 树1#井计算含水饱和度与岩心含水饱和度

4 结论

(1)研究区孔渗及含油性较好的层主要集中在钙质与泥质体积分数小于15%的储层.

(2)泥质与钙质的存在导致在相同孔隙度条件下，泥质砂岩的地层因素低于纯砂岩的，而钙质砂岩的地层因素高于纯砂岩的，按照泥质、钙质体积分数分3种情况给出地层因素，避开传统饱和度方法中不同的储层取同一指数的情况.

(3)采用岩心渗透率与孔隙度综合计算饱和度指数，相关因数达到0.83，反映储层物性与饱和度指数的对应关系较好.

(4)通过研究区树1#密闭取心井的岩心含水饱和度和计算含水饱和度验证，饱和度相对误差为7.6%，计算精度较高，达到生产应用要求.